生物炭对酸性水稻土Cd污染修复研究

摘要

当前，我国农田土壤重金属污染日益严重，镉(Cd)是农田首要关注和控制的污染物，湖南长-株-潭湘江两岸耕地形成了500多平方公里的土壤Cd污染带，严重威胁到了当地农产品的质量安全和农业的可持续发展。原位钝化修复技术具有成本低、效果快、操作简单等优点，具有广泛的适用性。本文通过根际箱实验研究了生物炭对根际微域土壤Cd有效态及Cd形态分布特征、根际与非根际土壤pH值、土壤主要酶活性（过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和脲酶活性），以及水稻各部位Cd含量的影响，通过大田Cd污染修复实验研究了生物炭、商品有机肥配施生物炭、蒙脱石配施生物炭、重钙配施生物炭和钙镁磷肥配施生物炭处理对土壤理化性质（有效磷、速效钾、碱解性氮、pH值、有机质和CEC）、土壤有效态Cd含量、水稻各部位（根、茎、叶、稻壳和糙米）Cd含量及水稻产量的影响。主要研究结果如下:
　　根际箱实验研究结果表明，土壤pH值随着生物炭用量的增加呈上升趋势;在不同用量生物炭添加下，根际和非根际土壤Cd有效态含量与对照相比均有下降，其中，根际土壤在中用量(50 g·kg-1)生物炭处理下降幅最大，达13.9％;非根际第一、二层土壤在高用量(100g·kg-1)生物炭处理下达显著差异(P＜0.05)，分别下降了27.4％和22.9％，而第三层土壤Cd有效态含量在中用量(50 g·kg-1)处理下效果最明显，下降了29.2％;施加生物炭均降低水稻各部位Cd含量，且与对照相比，水稻根和糙米Cd含量在中用量(50 g·kg-1)生物炭处理下达显著性差异（P＜0.05），分别下降了49.8％和81.2％;茎叶和稻壳分别在高用量(100 g·kg-1)和中用量(50 g·kg-1)处理下降幅最大，分别下降了28.2％和47.1％。
　　根际和非根际土壤在施加生物炭后均明显降低土壤可交换态Cd含量，碳酸盐结合态和Fe-Mn氧化物结合态Cd略有下降，残渣态Cd含量显著增加，有机结合态Cd略有增加，但根际土壤可交换态Cd含量明显低于非根际土壤。添加生物炭后，根际和非根际土壤中4种酶活性（过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶）均有增强，且在生物炭施入量为50 g/kg时4种酶活性值达到最大。根际土壤的4种酶活性均普遍高于非根际土壤酶活性。
　　大田试验结果表明，不同钝化剂处理均能降低土壤中有效态Cd含量，且降幅随钝化剂施用量的增加而增大。五种钝化剂处理均能提高土壤pH值。除了中用量的商品有机肥配施生物炭处理下土壤中的CEC含量略有下降，其它不同用量的钝化剂处理下土壤中的CEC含量均有不同程度的增加。土壤碱解氮和有效磷含量在施加五种钝化剂后均有增加。除了蒙脱石配施生物炭处理的土壤有机质和速效钾含量有所降低外，其他各处理均对土壤有机质和速效钾含量有不同程度的提高。
　　五种钝化材料对水稻均有一定的增产作用。不同钝化剂处理均可降低水稻各部位Cd含量，且Cd含量呈根＞茎＞叶＞稻壳＞糙米的趋势，可食部位糙米的含量均降到0.2 mg/kg达到了国家稻米Cd的安全食用标准。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 土壤重金属污染现状

1．2．2 土壤重金属污染来源

1．2．3 土壤重金属污染修复治理技术的研究现状

1．2．4 适合农田Cd污染治理技术

1．2．5 生物炭的研究进展

1．3 研究的主要内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 根际箱试验供试材料

2．1．1 供试土壤

2．1．2 供试钝化剂

2．1．3 供试水稻

2．2 大田试验供试材料

2．2．1 供试土壤

2．2．2 供试钝化剂

2．2．3 供试水稻

2．3 试验设计

2．3．1 根际箱试验设计

2．3．2 大田试验设计

2．4 测定项目与方法

2．4．1 水稻根际箱试验测定项目与方法

2．4．2 大田试验测定项目与方法

2．5 仪器设备

2．6 数据处理与分析

3 结果与分析

3．1 生物炭对水稻根际微域土壤Cd污染的修复效果

3．1．1 生物炭对根际土壤有效态Cd含量的影响

3．1．2 生物炭非根际土壤有效态Cd含量的影响

3．1．3 生物炭施加下根际与非根际土壤中pH的变化

3．1．4 生物炭对水稻根际土壤Cd形态分布的影响

3．1．5 生物炭对水稻非根际土壤Cd形态分布的影响

3．1．6 施加生物炭对水稻不同部位Cd含量的影响

3．1．7 生物炭对水稻根际及非根际土壤酶活性的影响

3．2 不同钝化材料对大田土壤镉污染的修复效果

3．2．1 不同钝化材料对土壤有效态Cd含量的影响

3．2．2 不同钝化材料对水稻各部位Cd含量的影响

3．2．3 不同钝化材料对水稻产量的影响

3．2．4 不同钝化材料对土壤理化性质的影响

4 讨论

4．1 生物炭对水稻根际微域土壤Cd污染的修复效果

4．2 不同生物炭复配材料对农田土壤Cd污染的钝化修复效果

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文