花生殼基生物炭對(duì)生菜鎘吸收和土壤pH的影響

張文 符傳良 吉清妹 曾建華 張冬明 吳宇佳 劉國(guó)彪

摘 要：該文主要研究了花生殼生物炭對(duì)生菜鎘吸收和土壤pH的影響，結(jié)果表明：花生殼基生物炭隨著用量的增加，可使生菜產(chǎn)量增加9.7%～46.2%；生菜對(duì)Cd的吸收降低8.4%～38.4%；土壤有效態(tài) Cd的含量降低7.0%～23.7%；土壤 pH值提高0.09～0.67個(gè)單位；花生殼基生物炭隨著炭化溫度由300℃提高到700℃，對(duì)降低生菜吸收Cd和提高土壤pH效果更顯著，降低生菜地上部Cd含量21.8%～32.7%；降低生菜根系 Cd含量17.0%～30.9%；提升土壤pH值0.49～0.94個(gè)單位。

關(guān)鍵詞：生菜；生物炭；鎘吸收；土壤pH

中圖分類(lèi)號(hào) S63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）06-78-04

Effects of Peanut Husk Biochar on Absorption of Cd in Lettuce and Soil pH

Zhang Wen et al.

（Institute of Agricultural Environment and Soil，Hainan Academy of Agricultural Sciences/ Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation（Hainan），Ministry of Agriculture，Haikou 571100，China）

Abstract：Effects of peanut husk biochar on absorption of Cd in lettuce and soil pH were studied. The results showed that lettuce production increased by 9.7%～46.2% with the increase of the amount of peanut husk biochar，the absorption of Cd in lettuce reduced by 8.4%～38.4%， the content of available Cd in soil reduced by 7.0%～23.7%，soil pH increased by 0.09～0.67 units. The effects of reducing the absorption of Cd and improving the pH in the soil is more significant with the carbonization temperature from 300℃ to 700℃，the absorption of Cd in the upper of lettuce reduced by 21.8%～32.7% and in root of lettuce reduced by 17.0%～30.9%，and soil pH increased by 0.49～0.94.

Key words：Lettuce；Peanut husk bioachar；Cd uptake；Soil pH

生物質(zhì)炭（biochar）是由生物質(zhì)在完全或部分缺氧的情況下經(jīng)高溫裂解、去除混合可燃?xì)怏w和焦油后得到的一類(lèi)高度芳香化難熔性固態(tài)物質(zhì)，常見(jiàn)的生物質(zhì)炭包括木炭、竹炭、秸稈炭等。生物質(zhì)炭的元素組成主要包括碳、氫、氧、硫、氮等，其次為灰分元素[1]。生物質(zhì)炭的含碳量與生物質(zhì)最終炭化溫度有關(guān)，隨著最終炭化溫度的升高，其含碳量增加，氫和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加[2]。生物質(zhì)炭具有多孔性、高比表面積，施入土壤后對(duì)土壤容重、孔性、CEC、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影響。

施用生物質(zhì)炭不僅能改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力，還能吸附重金屬（如福、砷、鉛等），減少植物對(duì)污染物的吸收，在一定程度上達(dá)到環(huán)境修復(fù)的效果。Uchimiya等[3]對(duì)比研究了生物炭與活性炭對(duì)Cu、Ni和Cd的吸附能力，結(jié)果表明生物炭對(duì)Cu的吸附作用最大。土壤性質(zhì)不同，生物炭對(duì)無(wú)機(jī)污染物的固定方式也不同，如Uchimiya等[4]通過(guò)對(duì)低Cu背景值的沙質(zhì)壤土的研究，發(fā)現(xiàn)生物炭對(duì)Cu的吸附主要是其高CEC所致，而在高Cu背景值的堿性粘質(zhì)土中，生物炭的礦質(zhì)部分促進(jìn)了Cu的沉淀反應(yīng)。吳成等[5]研究表明，生物質(zhì)炭對(duì)Hg2+、As3+、Pb2+和Cd2+能夠進(jìn)行強(qiáng)烈吸附，而且對(duì)Pb2+最大吸附量遠(yuǎn)大于對(duì)其它幾種重金屬，吸附平衡在5h內(nèi)可達(dá)到；余梅芳等[6]研究了稻殼活性炭吸附水中重金屬，左海強(qiáng)、張蕊等[7-8]報(bào)道了稻殼灰對(duì)重金屬銅吸附，楚穎超等[9]利用椰纖維生物炭對(duì)Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）、Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）進(jìn)行了吸附性研究，王艷紅等[10]開(kāi)展了稻殼基生物炭對(duì)生菜Cd吸收的研究，均表明生物炭對(duì)重金屬具有吸附作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 盆栽土壤取自?？谑忻捞m玄武巖磚紅壤，土壤自然風(fēng)干后，過(guò)5mm篩，取150kg土壤裝入大塑料箱中，添加0.750gCdSO4，與土壤充分混勻后加入去離子水使土壤保持田間持水量的60%～70%，進(jìn)行土壤老化。待穩(wěn)定180d后，土壤基本理化性質(zhì)為：pH5.22，有機(jī)質(zhì)18.3g/kg，堿解氮76mg/kg，有效磷20.1mg/kg，速效鉀112.26mg/kg，全鎘2.28mg/kg，酸交換態(tài)Cd0.404mg/kg?；ㄉ鷼ぷ匀伙L(fēng)2d后于70℃左右烘12h，用粉碎機(jī)將花生殼粉碎，過(guò)50目篩裝密封袋備用。將備用花生殼置于不銹鋼桶中，蓋上蓋子，放入馬弗爐內(nèi)，300℃、500℃和700℃炭化4h（升溫速率20℃/min，升至300℃、500℃或700℃保溫4h），冷卻至室溫后磨碎過(guò)2mm篩，置于密封袋中密封保存，得到花生殼基生物炭。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)1：試驗(yàn)于2015年3月10日至4月30日在海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院永發(fā)基地網(wǎng)室進(jìn)行。試驗(yàn)用土為玄武巖磚紅壤，配制4個(gè)300℃花生殼基生物炭用量水平：5g/kg、10g/kg、20g/kg、30g/kg，分別記為C1、C2、C3、C4，并以不施花生殼基生物炭（C0）作為對(duì)照，共5個(gè)處理，3次重復(fù)?；ㄉ鷼せ锾颗c土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土5.0kg。肥料用量為250mg（N）/kg、60mg（P2O5）/kg、150mg（K2O）/kg，分別以尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀施入。氮肥、磷肥和鉀肥均作為追肥，全生育期追肥4次，分別按設(shè)計(jì)施用量的25%、15%、30%和30%溶于水后淋施。生菜生長(zhǎng)期間，根據(jù)生菜生長(zhǎng)和天氣需要及時(shí)澆水。待出苗齊后，每盆定苗3株，50d后收獲地上部和根系鮮樣測(cè)定其Cd含量；同時(shí)采集盆栽土壤檢測(cè)。試驗(yàn)2：試驗(yàn)于2015年3月10日至4月30日在海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院永發(fā)基地網(wǎng)室進(jìn)行。試驗(yàn)用土為玄武巖磚紅壤，分別配制300℃、500℃和700℃花生殼基生物炭，用量水平20g/kg，分別記為T(mén)300、T500、T700，并以不施花生殼基生物炭（ck）作為對(duì)照，共4個(gè)處理，3次重復(fù)?；ㄉ鷼せ锾颗c土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土5.0kg。肥料用量為N250mg/kg、P2O560mg/kg、K2O150mg/kg，分別以尿素、磷酸氫二銨和氯化鉀（均為農(nóng)用化肥）施入。氮肥、磷肥和鉀肥均作為追肥，全生育期追肥4次，分別按設(shè)計(jì)施用量的25%、15%、30%和30%溶于水后淋施。生菜生長(zhǎng)期間，根據(jù)生菜生長(zhǎng)和天氣需要及時(shí)澆水。待出苗齊后，每盆定苗3株，50d后收獲地上部和根系，稱取鮮樣測(cè)定Cd含量；同時(shí)采集盆栽土壤檢測(cè)。

1.3 分析與測(cè)定方法 土樣全鎘采用HNO3-HClO4-HF消化，原子吸收分光光度法測(cè)定；植物樣品全鎘采用HNO3-HClO4消化、原子吸收分光光度法測(cè)定[11-12]。土壤酸性態(tài)Cd含量用NH4OAc浸提，火焰原子吸收分光光度法測(cè)定[13-14]。土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷采用鉬銻抗比色法；土壤速效鉀采用火焰光度法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用稀釋熱法測(cè)定；土壤pH采用2.5∶1的水土比懸液電位法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同花生殼基生物炭用量對(duì)生菜地上部和根系鮮重的影響 不同花生殼基生物炭用量處理中，生菜地上部鮮重明顯高于不施用花生基生物炭對(duì)照，并隨著花生殼基生物炭用量的增加呈遞增趨勢(shì)，增幅為9.7%～46.2%；其中花生殼基生物炭用量5g/kg和10g/kg統(tǒng)計(jì)差別不大（圖1）。相應(yīng)地，生菜根系鮮重亦隨著花生殼基生物炭用量的增加顯著增加，增幅17.1%～81.6%；其中花生殼基生物炭用量10g/kg和20g/kg統(tǒng)計(jì)差別不大（圖2）。

2.2 不同花生殼基生物炭用量對(duì)生菜地上部和根系Cd含量的影響 生菜地上部Cd含量均隨著增施花生殼基生物炭顯著降低，降幅達(dá)8.4%～38.4%，但5g/kg和10g/kg用量的花生殼基生物炭統(tǒng)計(jì)差別不大（圖3）；施用花生殼基生物炭對(duì)生菜根系Cd含量也有顯著下降，降低幅度達(dá)17.0%～30.9%，但花生殼基生物炭用量50g/kg和10g/kg統(tǒng)計(jì)差別不大（圖4），表明花生殼基生物炭對(duì)生菜從土壤中Cd吸收有較理想的減緩效果。

2.3 不同花生基生物炭用量對(duì)土壤pH值的影響 不同用量花生基生物炭相對(duì)于對(duì)照處理，均可以提高土壤pH，土壤pH由4.68提升到5.35，提高了0.09～0.67個(gè)單位，除了花生殼基生物炭用量5g/kg處理沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平外，其他用量處理均達(dá)到顯著性差異（圖5）。pH值是影響土壤Cd有效性的一個(gè)主要因子，在酸性土壤中，土壤pH值的提高能促使土壤Cd向無(wú)效態(tài)轉(zhuǎn)變，從而降低其生物有效性。

2.4 不同花生基生物炭用量對(duì)土壤有酸性態(tài)Cd含量的影響 不同花生基生物炭用量對(duì)花生基生物炭均可降低土壤有效態(tài)Cd的含量，隨著用量的增加土壤酸性態(tài)Cd含量逐步降低，降低幅度為7.0%～23.7%，其中花生殼基生物炭用量50g/kg和10g/kg統(tǒng)計(jì)差別不大（圖6）。

2.5 不同炭化溫度的花生殼基生物炭對(duì)生菜地上部和根系鮮重Cd含量的影響 隨著花生殼基生物炭炭化溫度的提高，對(duì)減緩生菜地上部吸收Cd效果明顯，Cd含量降幅達(dá)21.8%～32.7%，且各個(gè)處理間差異顯著（圖7）；同時(shí)顯著降低了生菜根系Cd含量，降低幅度達(dá)17.0%～30.9%，除300℃、500℃炭化花生殼基生物炭處理統(tǒng)計(jì)差別不大外，其他處理間差異顯著（圖8），表明提高炭化溫度的花生殼基生物炭對(duì)生菜從土壤中Cd吸收有更好的減緩效果。

2.6 不同炭化溫度的花生殼基生物炭對(duì)土壤pH值的影響 不同溫度炭化花生基生物炭相對(duì)于對(duì)照處理，均可以提高土壤pH值，炭化溫度有300℃提高到700℃，土壤pH值由4.61提升到5.55，分別提高0.49～0.94個(gè)單位，處理間T300和T500間差異不顯著，其他處理間達(dá)到顯著性差異（圖9）。

3 結(jié)論

（1）花生殼基生物炭對(duì)生菜生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，其不同用量處理的生菜地上部和根系鮮重明顯高于不施用花生基生物炭對(duì)照，并隨著用量的增加呈遞增趨勢(shì)，地上部增幅為9.7%～46.2%，根系增幅達(dá)17.1%～81.6%。

（2）花生殼基生物炭可降低生菜對(duì)Cd的吸收，生菜地上部Cd含量均隨著花生殼基的增施，生物炭顯著降低，降幅達(dá)8.4%～38.4%；生菜根系Cd含量亦隨著花生殼基生物炭用量的增施顯著降低，幅度達(dá)17.0%～30.9%。

（3）不花生殼基生物炭可以顯著提高土壤pH值，土壤pH值由4.68提升到5.35，提高了0.09～0.67個(gè)單位。

（4）花生基生物炭可以降低土壤有效態(tài)Cd的含量，降低幅度為7.0%～23.7%。

（5）隨著花生殼基生物炭炭化溫度的提高，生菜地上部Cd含量均顯著降低，降幅達(dá)21.8%～32.7%，生菜根系Cd含量降低幅度達(dá)17.0%～30.9%，表明提高炭化溫度的花生殼基生物炭對(duì)生菜從土壤中Cd吸收有更好的減緩效果。

（6）提高花生基生物炭炭化溫度炭化，可以顯著提高土壤pH值，炭化溫度由300℃提高到700℃，土壤pH值由4.61提升到5.55，分別提高0.49～0.94個(gè)單位。

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（責(zé)編：張宏民）