生物质炭对磷镉富集土壤中两种元素生物有效性及作物镉积累的影响

以磷镉富集土壤(总Cd 0.94mg·kg^-1、全磷0.86g·kg^-1)和低镉积累基因型红菜薹金秋红三号为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置了绝对对照CK0(仅施NK无机肥)、相对对照CKp(施NPK无机肥)、生物质炭BC(BC+NK无机肥)和BC-CKp(BC+NPK)这4个处理,考察了土壤磷素和重金属Cd的生物有效性、植株可食部位生物量及其Cd累积特征和土壤基本性状等指标.结果表明,至作物收获时,添加生物质炭的BC和BC-CKp处理与未添加生物质炭的CK0和CKp处理相比,土壤有效Cd含量分别降低了8.23%和5.68%;同时土壤有效磷含量提高了11.60~16.26mg·kg^-1.施加外源磷肥的CKp和BC-CKp处理土壤有效Cd含量与未施加磷肥的CK0和BC处理相比分别降低了31.43%和33.29%.除CK0处理外,其它3个处理(CKp、BC及BC-CKp)的红菜薹作物可食部位Cd含量均未超出我国食品安全国家标准(GB 2762-2017)中Cd的限定值0.1mg·kg^-1.结果表明,将生物质炭输入到磷素富集的中、轻度Cd污染土壤中,能够同时实现土壤中重金属Cd钝化和磷素活化的双重功能;且在不额外使用磷素化肥的条件下,种植弱吸收低积累Cd的蔬菜作物基因型,既可以保证可食部位生物量增加,也可以使其可食部位重金属Cd含量满足食品安全国家标准.

调理剂对磷镉富集土壤中两种元素交互作用的影响

以磷镉富集的农业土壤(总Cd:0.94 mg·kg^(-1)和全P:0.86 g·kg^(-1))为研究对象,按照湖北地区中稻生育期及至下茬作物播种期的时长进行室内培养试验,探究生物质炭(BC)、钙镁磷肥(CMP)和粉煤灰(FA)影响下土壤磷与镉的生物有效性、二者形态变化及其耦合作用效应.结果表明:(1)培养至140d时,添加调理剂处理土壤有效磷含量与未添加调理剂的对照土壤相比均显著增加,有效磷水平可达22.47~37.81 mg·kg^(-1),在不额外施用磷肥条件下可满足水稻最适生长需求,且添加BC处理的效果最佳.(2)供试土壤中的磷主要为无机正磷酸盐,且不同形态无机磷含量在调理剂作用下均有所提高,并随着时间土壤中固定态的O-P和Ca_(10)-P逐渐向活性较高的Ca_(2)-P、Ca_(8)-P、Al-P和Fe-P形态转变.(3)添加调理剂处理土壤有效态Cd含量在对照处理基础上显著降低8.74%~17.48%,这与3种调理剂对土壤p H的提高作用相关联.与此同时,添加调理剂的处理与对照相比,可交换态Cd显著降低,碳酸盐结合态Cd和残渣态Cd均有所提高,这与土壤有机质在BC的促进效应下,其表面富含的活性基团能够与Cd^(2+)吸附螯合有关.结果初步证明,3种调理剂均能实现供试磷镉富集土壤中磷活化和镉钝化的双重功能,并以生物质炭和钙镁磷肥效果为佳,其效果可覆盖整个水稻生长时段并可延续至其下茬作物播种期.

生物质炭对富磷镉土壤中磷镉形态转化的影响

为探究生物质炭作用下磷镉富集土壤中磷和镉的形态转化及其影响因素,以水稻秸秆生物质炭为供试材料,磷镉富集土壤(有效磷17.25 mg/kg,总镉3.38 mg/kg)为研究对象,进行室内培养试验,结果表明:(1)BC处理促进了土壤中磷的活化和镉的钝化,有效磷含量提高25.45%~77.50%(p<0.01),有效镉含量降低13.95%~32.79%(p<0.01),酸洗处理减弱了生物质炭的上述作用。(2)与CK处理相比,BC处理土壤的交换性钙、镁分别增加了13.07%~23.62%、4.82%~11.63%(p<0.05),无定形铁、铝分别减少了5.90%~29.83%、13.98%~24.38%(p<0.05)。SBC处理的交换性钙镁以及无定形铁铝的变化与BC处理相似,但变化幅度降低。以上数据说明生物质炭输入磷镉富集土壤中可以达到磷活化和镉钝化的双重效果,这两个过程的实现与土壤中交换性钙镁和无定形铁铝含量的变化密切相关。