摘要[目的]為降低土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn),保障農(nóng)作物安全生產(chǎn),開(kāi)展空心菜大田種植試驗(yàn),研究不同種類(lèi)土壤鈍化劑在水旱2種種植模式下對(duì)鎘的鈍化效果。[方法]設(shè)置淹水和旱地2個(gè)不同種植模式,對(duì)比施用石灰、海泡石、改性鉬硅酸鹽、生物炭4種土壤鈍化劑下土壤pH、養(yǎng)分含量、重金屬鎘的有效性和空心菜產(chǎn)量、重金屬鎘富集量等指標(biāo)的變化。[結(jié)果]旱地種植模式下,各鈍化處理空心菜中鎘含量為0.11~0.13mg/kg,降幅在13.42%~26.67%,降低效果排序?yàn)楹E菔臼遥旧锾浚靖男糟f硅酸鹽;淹水種植模式下,各鈍化處理空心菜中鎘含量為0.08~0.11mg/kg,降幅在4.54%~27.27%,降低效果排序?yàn)楦男糟f硅酸鹽>石灰>生物炭>海泡石。4種鈍化劑均能有效鈍化土壤中的鎘,降低土壤中有效態(tài)鎘含量5.88%~35.00%,降低空心菜中鎘含量4.54%~27.72%。同一鈍化劑條件下,淹水種植可有效降低空心菜中鎘含量3.91%~33.34%,其中以改性鉬硅酸鹽效果最好,降幅33.34%。同時(shí)改性鉬硅酸鹽在水旱2種種植模式下都有增產(chǎn)效果,海泡石、生物炭均會(huì)造成減產(chǎn)。[結(jié)論]“淹水種植+改性鉬硅酸鹽”是一種適合蔬菜農(nóng)田重金屬鎘的安全利用技術(shù)體系。
關(guān)鍵詞土壤鈍化劑;鎘;空心菜;旱地種植;淹水種植;鈍化修復(fù)
中圖分類(lèi)號(hào)X173"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A
文章編號(hào)0517-6611(2024)24-0049-05
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2024.24.012
開(kāi)放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):
StudyontheCadmiumAccumulationEffectofPassivationTreatmentonWaterSpinachUnderTwoPlantingModesofWaterandDroughtPlantingModes
YANGBo,XIEYan-hua,LIXia-feietal
(GuidanceCenterofAgriculturalTechnologyandEquipmentinGuangzhouBaiyunDistrict,Guangzhou,Guangdong510405)
Abstract[Objective]Inordertoreducetheriskofheavymetalpollutioninsoilandensurethesafetyofcropproduction,fieldplantingexperimentsofwaterspinachwereconductedtostudythepassivationeffectofdifferenttypesofsoilpassivatorsoncadmiumundertwoplantingmodesofwateranddrought.[Method]Bysettingtwodifferentplantingmodes,suchasfloodedplantinganddryplanting,thechangesofsoilpH,nutrientcontent,availabilityofheavymetalcadmium,yieldofwaterspinachandconcentrationofheavymetalcadmiumwerecomparedundertheapplicationoffoursoilpassivators,suchaslime,sepiolite,modifiedmolybdenumsilicateandbiochar.[Result]Underthedryplanting,thecadmiumcontentofwaterspinachineachtreatmentwas0.11-0.13mg/kg,withadecreaseof13.42%-23.74%,thereductioneffectwasrankedas:sepiolitegt;limegt;biochargt;modifiedmolybdenumsilicate.Underthefloodedplanting,thecadmiumcontentofwaterspinachineachtreatmentwas0.08-0.11mg/kg,withadecreaseof4.54%-18.22%,thereductioneffectwasrankedasmodifiedmolybdenumsilicategt;limegt;biochargt;sepiolite.Fourpassivatorscouldeffectivelypassivatecadmiuminsoil,reducingtheavailablecadmiuminsoilby5.88%to35.00%anddecreasingthecadmiumcontentinwaterspinachby4.54%to27.72%.Underthesamepassivatorsconditions,submergedplantingcouldeffectivelyreducethecadmiumcontentinwaterspinachby3.91%to33.34%,withmodifiedmolybdenumsilicateshowingthebesteffectandareductionof33.34%.Atthesametime,modifiedmolybdenumsilicatehadtheeffectofincreasingyieldunderwateranddroughtplantingmodes,whilesepioliteandbiocharcouldcauseyieldreduction.[Conclusion]“Floodingplanting+modifiedmolybdenumsilicate”isasafeutilizationtechnologysystemforheavymetalcadmiuminvegetablefarmland.
KeywordsSoilpassivator;Cadmium;Waterspinach;Dryplanting;Floodedplanting;Passivationtreatment
當(dāng)前我國(guó)土壤污染現(xiàn)狀不容樂(lè)觀,農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂,重金屬污染是主要原因之一[1]。重金屬容易隨食物鏈進(jìn)入人體內(nèi),嚴(yán)重危害人體生命安全[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年約有1 000萬(wàn)t的農(nóng)產(chǎn)品存在重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。廣東省蔬菜鎘、砷超標(biāo)率分別為21.2%和17.8%[4]。由于重金屬在自然界不能降解,難以消除,其在土壤中積累富集到一定程度后,就會(huì)對(duì)土壤及附著植被造成毒害,從而導(dǎo)致土壤質(zhì)量惡化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量降低[5],并且會(huì)沿著食物鏈呈現(xiàn)逐級(jí)放大現(xiàn)象,進(jìn)一步危害人類(lèi)生命安全和身體健康[6]。因此,農(nóng)地土壤重金屬污染安全利用及修復(fù)與農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題備受關(guān)注。當(dāng)前利用化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)是治理土壤重金屬超標(biāo)的主要策略之一,通過(guò)在重金屬污染的土壤中添加土壤鈍化劑,使得有效性較高的可交換態(tài)重金屬轉(zhuǎn)變成生物有效性較低的有機(jī)結(jié)合態(tài),從而降低土壤重金屬的生物有效性,且該技術(shù)具有周期短、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)低廉的優(yōu)點(diǎn)[7]。
土壤鈍化劑原位鈍化修復(fù)由于其見(jiàn)效快、成本低、對(duì)土壤的破壞力度較小,是目前國(guó)內(nèi)主流的原位修復(fù)技術(shù)[8]。向土壤中施入鈍化劑,通過(guò)沉淀、吸附和絡(luò)合等作用降低土壤重金屬的生物有效性和遷移性,減少植物對(duì)重金屬的吸收積累[9-11]。常見(jiàn)的土壤鈍化劑包括石灰、磷礦粉、沸石、石灰石、生物炭等[12],而不同的土壤鈍化劑對(duì)重金屬修復(fù)效果和土壤結(jié)構(gòu)的影響也不同[13]。如Tang等[14]研究發(fā)現(xiàn)可以利用土壤改良劑提高植物對(duì)鈣、鎂、錳的利用率,降低可食用部分的鎘,提高蔬菜品質(zhì)。張迪等[15]以蘿卜和小白菜為試驗(yàn)對(duì)象,用海泡石和生物炭處理污染土壤,與對(duì)照相比蘿卜可食部位鎘含量下降2.64%~82.61%,鉛含量下降45.37%~94.44%,小白菜可食部位鎘和鉛含量分別下降6.92%~69.23%和37.57%~81.50%。Hamid等[16]利用海泡石、有機(jī)肥和石灰的復(fù)合材料處理水稻土壤,提高了土壤pH,水稻根、芽、籽粒中的鎘分別降低了31%、36%和72%。李祥等[17]研究發(fā)現(xiàn)9種土壤改良劑均能降低水稻各器官鎘含量及水稻根和米中鎘的吸收系數(shù)。Luo等[18]研究發(fā)現(xiàn)一種改性生物炭對(duì)重金屬具有良好的固定化作用,能將酸提物和可還原性組分轉(zhuǎn)化為殘留組分,并且施用生物炭后,土壤的全氮、有機(jī)質(zhì)和速效鉀均有所增加。此外,在植物生長(zhǎng)重要生育期,加強(qiáng)水分管理,保證田間有水層,通過(guò)降低土壤氧化還原電位(Eh),提高土壤pH,降低重金屬的活性[19]。徐穎菲等[20]利用水分管理配合生物炭、坡縷石、石灰、沸石等鈍化材料有效降低了水稻籽粒中鎘含量55.53%~56.53%;劉藝蕓等[21]用水分管理配合海泡石鈍化修復(fù)鎘,降低油菜中的鎘含量,但水肥耦合對(duì)鈍化效應(yīng)影響較小。
面對(duì)污染土壤的復(fù)雜性,需要將單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行合理集成,形成污染耕地過(guò)程控制技術(shù)體系[12],而水分管理和鈍化技術(shù)的集成研究也集中以水稻為研究對(duì)象,對(duì)同樣可以淹水種植的水生蔬菜的修復(fù)集成技術(shù)鮮有報(bào)道。該研究基于空心菜的淹水和旱地2種不同種植模式,選擇傳統(tǒng)土壤鈍化劑(石灰)、黏土礦物鈍化劑(海泡石)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部登記的經(jīng)加工后可量產(chǎn)礦物源土壤調(diào)理劑(改性鉬硅酸鹽)和有機(jī)源土壤鈍化劑(生物炭)各一種,通過(guò)大田試驗(yàn)探究集成技術(shù)對(duì)土壤有效態(tài)重金屬鎘的積累及其在空心菜中累積的效應(yīng),篩選出不同種植模式下針對(duì)受重金屬鎘污染的中輕度土壤的治理修復(fù)措施,從而形成一套成熟的蔬菜農(nóng)田重金屬鎘的安全利用技術(shù)體系。
1材料與方法
1.1供試材料試驗(yàn)田位于廣東省廣州市白云區(qū)南崗村某地蔬菜田,當(dāng)?shù)貙倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫21.8℃,是珠三角地區(qū)典型的城郊蔬菜農(nóng)田。該地全年均適合種植空心菜。試驗(yàn)地0~20cm土壤的理化性質(zhì)為pH6.62、堿解氮128.10mg/kg、有效磷91.97mg/kg、速效鉀181.99mg/kg、有機(jī)質(zhì)29.25g/kg、全氮1.72g/kg、土壤總鎘0.44mg/kg,超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB15618—2018)土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值,屬于中輕度重金屬鎘污染土壤。
供試空心菜品種為當(dāng)?shù)仄贩N,當(dāng)?shù)爻R?guī)的種植模式是旱地種植,該試驗(yàn)移栽種植時(shí)間為2019年9月5日。
供試鈍化材料包括石灰、海泡石、改性鉬硅酸鹽、生物炭4種。其中,海泡石pH為8.9,CaO為17.84%,MgO為21.36%,SiO為44.72%。改性鉬硅酸鹽是以白云石、石灰石為原料通過(guò)高溫煅燒制得,其基本性質(zhì)為pH12.4、CaO≥20%、MgO≥12%、SiO≥12%。生物炭是選用農(nóng)林秸稈作為原料,經(jīng)硫酸亞鐵改性過(guò)后將具有還原性的零價(jià)鐵元素與生物炭表面基團(tuán)進(jìn)行螯合,從而制備出負(fù)載零價(jià)鐵的鐵基生物炭土壤鈍化劑,其基本性質(zhì)為pH10.2、固定碳≥50%、Fe含量≥2%、比表面積≥80m2/g。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)計(jì)旱地種植(D)和淹水種植(F)2種種植模式,每種種植模式共0.08hm2,分為24個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積為30m2,小區(qū)共設(shè)5個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,并將不同處理的小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)處理設(shè)置如表1所示。鈍化劑于空心菜移栽前5~7d內(nèi)撒施,并人工翻耕充分與土壤混勻??招牟说姆N植按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣進(jìn)行。
1.3樣品測(cè)定方法
1.3.1農(nóng)產(chǎn)品及土壤取樣方法。在空心菜成熟期,采用五點(diǎn)取樣法,每個(gè)小區(qū)處理采集2m2的蔬菜(地上部分),稱(chēng)重按照面積估算空心菜單產(chǎn)。同時(shí)采用五點(diǎn)取樣法在各試驗(yàn)小區(qū)采集耕作層(0~20cm)的土壤樣品,自然風(fēng)干后,除去生物殘?bào)w和砂石,然后全部過(guò)2mm的塑料土壤篩,取等量混合成一個(gè)土樣,然后用四分法取500g左右磨細(xì)過(guò)1mm,再在其中取部分磨細(xì)過(guò)0.149mm塑料土壤篩,備用。
1.3.2土壤理化性質(zhì)的測(cè)定。土壤pH參照NY/T1121.2—2006《土壤檢測(cè)第二部分:土壤pH的測(cè)定》,采用電位法測(cè)定(土液質(zhì)量比為1∶2.5);土壤全氮含量采用NY/T53—1987《土壤全氮測(cè)定法(半微量開(kāi)氏法)》測(cè)定;堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有效磷含量采用碳酸氫鈉提取-鉬酸銨光度計(jì)法測(cè)定;速效鉀含量采用乙酸銨浸取-火焰分光光度法測(cè)定;有機(jī)質(zhì)含量參照NY/T1121.6—2006《土壤檢測(cè)第六部分:土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定》,采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定。土壤有效態(tài)鎘含量參照GB/T17141—1997《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收分光光度法》,采用二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定。土壤全鎘含量參考HJ832—2017《土壤和沉積物金屬元素總量的消解微波消解法》,采用HNO3-HCl-HF微波消解-原子吸收法測(cè)定。
1.3.3植物樣品的測(cè)定。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采集空心菜地上可食用部分,用去離子水洗凈,經(jīng)105℃殺青30min,65℃烘干至恒重,粉碎過(guò)土壤篩。植株全鎘參考HJ832—2017《土壤和沉積物金屬元素總量的消解微波消解法》,采用HNO3-HCl-HF微波消解-原子吸收法測(cè)定。
1.3.4空心菜測(cè)產(chǎn)方法。每個(gè)小區(qū)處理采集2m2的空心菜(地上部分),稱(chēng)重按照面積估算蔬菜產(chǎn)量。
1.4數(shù)據(jù)分析與處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2013軟件整理,采用IBMSPSS20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。
2結(jié)果與分析
2.1不同鈍化劑處理對(duì)空心菜中鎘含量的影響從2種種植模式下不同鈍化劑處理對(duì)空心菜中鎘含量的影響(圖1)可以看出,空白對(duì)照組的空心菜中鎘含量分別為0.15mg/kg(旱地)和0.11mg/kg(淹水),所有施用土壤鈍化劑的處理均降低了空心菜中鎘含量,降幅為4.54%~27.72%。旱地種植(D)模式下,各鈍化處理空心菜中鎘含量為0.11~0.13mg/kg,降幅在13.42%~26.67%,降低效果排序?yàn)楹E菔⊿E)>石灰(L)>生物炭(B)>改性鉬硅酸鹽(SC);淹水種植(F)模式下,各鈍化處理空心菜中鎘含量為0.08~0.11mg/kg,降幅在4.54%~27.27%,降低效果排序?yàn)楦男糟f硅酸鹽(SC)>石灰(L)>生物炭(B)>海泡石(SE)。
同一鈍化劑條件下,淹水種植可有效降低空心菜中鎘含量3.91%~33.34%,其中以改性鉬硅酸鹽效果最好,降幅33.34%。綜合來(lái)說(shuō),淹水種植+改性鉬硅酸鹽處理(F-SC)效果最好,空心菜中鎘含量為0.08mg/kg,相比淹水常規(guī)對(duì)照(F-CK)下降了27.27%,達(dá)到顯著水平(Plt;0.05)。
2.2不同鈍化劑處理對(duì)土壤pH的影響從2種種植模式下不同鈍化劑處理對(duì)土壤pH的影響(圖2)可以看出,對(duì)照組土壤pH分別為7.08(旱地)和7.10(淹水)。施加鈍化劑處理后,各處理土壤pH均有所提升。旱地種植(D)模式下,處理后pH為7.30~7.60,pH提升率排序?yàn)樯锾浚˙)>石灰(L)>改性鉬硅酸鹽(SC)>海泡石(SE);其中,添加石灰、生物炭能顯著提升土壤pH(P<0.05),pH分別提高了0.35和0.52。淹水種植(F)模式下,處理后pH為7.30~7.50,pH提升率排序?yàn)樯锾浚˙)>改性鉬硅酸鹽(SC)>石灰(L)>海泡石(SE);施用生物炭能顯著提升土壤pH(P<0.05),pH提高了0.40。
2.3不同鈍化劑處理對(duì)土壤鎘含量的影響從2種種植模式下不同鈍化劑處理對(duì)土壤總鎘含量的影響(圖3)可以看出,對(duì)照組土壤總鎘含量分別為0.36mg/kg(旱地)和0.39mg/kg(淹水),所有施用土壤鈍化劑的處理土壤總鎘含量為0.26~0.40mg/kg,變化未達(dá)到顯著性水平(Plt;0.05)。因此4種土壤鈍化劑的施入沒(méi)有引入外源鎘污染。
從2種種植模式下不同鈍化劑處理對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響(圖4)可以看出,對(duì)照組土壤有效態(tài)鎘含量分別為0.20mg/kg(旱地)和0.17mg/kg(淹水),所有施用土壤鈍化劑的處理均降低了土壤有效態(tài)鎘含量。旱地種植(D)模式下,處理后土壤有效態(tài)鎘含量為0.13~0.16mg/kg;其中石灰處理(D-L)下土壤有效態(tài)鎘含量相比對(duì)照下降了35.00%,效果最好,達(dá)到了顯著水平(Plt;0.05)。淹水種植(F)模式下,處理后土壤有效態(tài)鎘含量為0.12~0.16mg/kg;其中生物炭處理(F-B)降低土壤有效鎘含量29.41%,效果達(dá)到顯著水平(Plt;0.05)。
對(duì)比發(fā)現(xiàn),石灰、海泡石、改性鉬硅酸鹽、生物炭均能有效鈍化土壤中的鎘,降低土壤中有效態(tài)鎘含量5.88%~35.00%;同時(shí)在旱地種植模式下,土壤活性鎘占總鎘含量的55.40%,植物富集系數(shù)為40.55%;淹水種植模式下,土壤活性鎘占總鎘含量的43.59%,植物富集系數(shù)為28.72%。
2.4不同鈍化劑處理對(duì)空心菜產(chǎn)量的影響從2種種植模式下不同鈍化劑處理對(duì)空心菜產(chǎn)量的影響(圖5)可以看出,淹水種植空心菜產(chǎn)量高于旱地種植,但各鈍化處理對(duì)空心菜產(chǎn)量的影響均未達(dá)到顯著水平(Plt;0.05)。旱地種植(D)模式下,施用石灰(L)、海泡石(SE)、生物炭(B)均有減產(chǎn)作用,降幅分別為15.68%、4.66%、13.14%,石灰的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)最高,施用改性鉬硅酸鹽(SC)可增產(chǎn)3.81%。在淹水種植(F)模式下,施用海泡石(SE)和生物炭(B)有減產(chǎn)作用,降幅均為4.15%;施用改性鉬硅酸鹽(SC)和石灰(L)有增產(chǎn)效果,增幅分別為6.23%和4.84%。
2.5不同鈍化劑處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響從土壤鈍化劑對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響(圖6)可以看出,旱地種植(D)模式下,施加石灰(L)后土壤的各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均有所下降;施用海泡石(SE)后,土壤的各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均有所提升;施用改性鉬硅酸鹽(SC),使土壤有效磷和速效鉀含量有所提升,但有機(jī)質(zhì)含量和堿解氮含量有所下降;施用生物炭(B),使土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量有所提升,但堿解氮含量略有下降。淹水種植(F)模式下,施加石灰(L)后,土壤堿解氮含量有所提升,但有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量有所降低;施用海泡石(SE)后,土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量有所提升,但有效磷、速效鉀含量均有所降低;施用改性鉬硅酸鹽(SC)后,土壤速效鉀含量有所提升,但有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷含量均有所下降;施用生物炭(B)后,土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量有所降低,但堿解氮、有效磷含量有所提升。
3討論
3.1種植模式對(duì)土壤鎘有效性及植物富集的影響該研究采用淹水和旱作2種不同模式種植空心菜,對(duì)比施用石灰、海泡石、改性鉬硅酸鹽、生物炭4種土壤鈍化劑下土壤pH、養(yǎng)分含量、重金屬鎘的有效性和空心菜產(chǎn)量、重金屬鎘富集量等指標(biāo)的變化,結(jié)果表明,旱地和淹水模式下,土壤中總鎘含量分別為0.36和0.39mg/kg,有效態(tài)含量分別為0.20和0.17mg/kg,空心菜中鎘含量分別為0.15和0.11mg/kg。旱地種植模式下空心菜重金屬鎘的富集系數(shù)(40.55%)高于淹水種植模式(28.72%),這主要是因?yàn)檠退N植模式能夠一定程度上降低土壤氧化還原電位,明顯影響土壤pH,降低重金屬鎘活性,減少植物對(duì)鎘的吸收,因此在鎘污染農(nóng)田對(duì)于空心菜等可水田種植的蔬菜建議淹水種植。
3.2 不同類(lèi)型鈍化劑對(duì)土壤pH的影響及重金屬鎘鈍化效果 土壤pH對(duì)農(nóng)作物正常生長(zhǎng)、土壤微生物活性有重要影響[22],同時(shí)也是土壤重金屬最重要的影響因素之一[23]。該研究中施用不同類(lèi)型鈍化劑均能明顯提高土壤pH。該試驗(yàn)選用的改性鉬硅酸鹽、海泡石、石灰和生物炭均為堿性物質(zhì)[24],施入土壤后能產(chǎn)生大量OH-,從而有效提高土壤pH。由于土壤pH對(duì)土壤重金屬的形態(tài)分布、遷移和轉(zhuǎn)化影響很重要[25-26],土壤pH升高后,土壤中的OH-與有效態(tài)重金屬鎘形成氫氧化物沉淀,進(jìn)一步降低了土壤重金屬鎘的有效性。
海泡石和改性鉬硅酸鹽均為硅質(zhì)礦物材料,該類(lèi)材料具有較大的比表面積且提供了大量的可交換性Ca2+和Mg2+,可以與土壤中的Cd2+發(fā)生交換吸附從而使得鎘離子被固定在材料表面,并通過(guò)離子交換釋放出的Ca2+和Mg2+會(huì)與Cd2+競(jìng)爭(zhēng)作物根系的吸收通道,從而減少作物對(duì)鎘的吸收。同時(shí),不同類(lèi)型鈍化劑對(duì)產(chǎn)量影響試驗(yàn)結(jié)果表明,旱地種植與淹水種植中施用改性鉬硅酸鹽表現(xiàn)出增產(chǎn)效果,證實(shí)了改性鉬硅酸鹽不僅能夠有效降低土壤中鎘活性,抑制農(nóng)作物對(duì)鎘吸收,并具有一定增產(chǎn)效果。
生物炭表面光滑,碳層結(jié)構(gòu)致密,有很多空隙,可以吸附土壤中的鎘離子[27]。生物炭可通過(guò)提高土壤pH,吸附作用固定土壤中的鎘,從而降低植物對(duì)鎘的吸收。
3.3不同類(lèi)型土壤鈍化劑對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響傳統(tǒng)土壤鈍化劑(石灰)在空心菜種植中對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)負(fù)面影響較大,尤其在旱地種植模式下,施加石灰后土壤的各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)均有所下降,可能是由于pH為中性的土壤中,石灰的施入破壞了土壤的物理結(jié)構(gòu),導(dǎo)致土壤板結(jié),阻礙了養(yǎng)分循環(huán)和有機(jī)質(zhì)的保存。黏土礦物鈍化劑(海泡石)的施入可促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成,有利于作物生長(zhǎng)和土壤的養(yǎng)分利用,但淹水環(huán)境會(huì)導(dǎo)致土壤活性磷鉀的流失進(jìn)入水相中,致使土壤中有效磷和速效鉀的下降。改性鉬硅酸鹽的施入,在調(diào)高土壤pH、降低鎘活性的同時(shí),也影響了土壤有機(jī)質(zhì)的累積和鈍化了土壤中氮素,改性鉬硅酸鹽促使了土壤中磷和鉀的釋放,但在淹水環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致土壤磷鉀的流失,有面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。施用生物炭,有利于土壤有機(jī)質(zhì)的保存和土壤磷鉀的釋放,但固定了土壤中的氮,有利于氮的緩釋?zhuān)瑯友退h(huán)境會(huì)導(dǎo)致鉀元素的流失。
4結(jié)論
該研究采用淹水和旱作2種不同模式種植空心菜,對(duì)比施用石灰、海泡石、改性鉬硅酸鹽、生物炭4種土壤鈍化劑下土壤pH、養(yǎng)分含量、重金屬鎘的有效性和空心菜產(chǎn)量、重金屬鎘富集量等指標(biāo)的變化,篩選出適合蔬菜農(nóng)田重金屬鎘的安全利用技術(shù)體系。具體結(jié)論如下:
(1)旱地種植模式下,各鈍化處理空心菜中鎘含量為0.11~0.13mg/kg,降幅在13.42%~26.67%,降低效果排序?yàn)楹E菔臼遥旧锾浚靖男糟f硅酸鹽。淹水種植模式下,各鈍化處理空心菜中鎘含量為0.08~0.11mg/kg,降幅在4.54%~27.27%,降低效果排序?yàn)楦男糟f硅酸鹽>石灰>生物炭>海泡石。
(2)施加鈍化劑處理后,各處理土壤pH均有所提升。旱地種植模式下,pH提升率排序?yàn)樯锾浚臼遥靖男糟f硅酸鹽>海泡石;淹水種植模式下,pH提升率排序?yàn)樯锾浚靖男糟f硅酸鹽>石灰>海泡石。
(3)石灰、海泡石、改性鉬硅酸鹽、生物炭這4種鈍化劑均能有效鈍化土壤中的鎘,降低土壤中有效態(tài)鎘含量5.88%~35.00%,降低空心菜中鎘含量4.54%~27.72%。同一鈍化劑條件下,淹水種植可有效降低空心菜中鎘含量3.91%~33.34%,其中以改性鉬硅酸鹽效果最好,降幅33.34%。
(4)淹水種植空心菜產(chǎn)量高于旱地種植,且改性鉬硅酸鹽在水旱2種種植模式下都有增產(chǎn)效果,海泡石、生物炭均會(huì)造成減產(chǎn)。因此,“淹水種植+改性鉬硅酸鹽”是一種適合蔬菜農(nóng)田重金屬鎘的安全利用技術(shù)體系。
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