实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对镉污染土壤修复效果评价

本研究基于小麦、玉米、高粱籽粒及烟草烟叶镉(Cd)消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对比了实验室与田间条件下骨炭粉与海藻肥对Cd污染农田土壤的修复效果。研究结果表明:骨炭粉与海藻肥使玉米、小麦、高粱和烟草对Cd的吸收、转运均有显著(P<0.05)降低作用;在田间条件下,骨炭粉与海藻肥对不同作物籽粒或烟叶的Cd消减率为16.2%~39.8%,可增加作物产量12.3%~38.6%。钝化剂对不同作物增产效果有一定差异,对小麦籽粒增产作用最为有效。研究发现添加钝化剂改变了Cd在土壤团聚体中的分布,使得Cd在大粒径团聚体中负载量增加,并且与对照相比,显著提高土壤pH(提高0.43~0.77),降低土壤Cd的有效性,有利于控制Cd在土壤-植物系统中的迁移。总体而言,不同钝化剂的Cd污染土壤修复边际效率为3.99%~14.74%,同海藻肥相比,骨炭粉的修复边际效率较高。不同钝化剂在盆栽实验的修复效果优于田间实验的效果,可能是因为相比于田间实验,盆栽实验条件下根系的作用范围有限,钝化剂的作用效果较高。

骨炭粉对Cd污染农田的修复效果与稳定性评价

为了探明骨炭粉对Cd污染土壤的修复效果及稳定性,以潮土与红壤Cd污染农田土壤为对象,基于土壤Cd有效态、作物降Cd率(DR,%)及降Cd失活率(IR,%)等指标,研究田间条件下施用3种浓度(0.25%、0.50%及1.0%)骨炭粉对Cd污染土壤的修复效果及120,360d后修复效果的稳定性.结果表明:骨炭粉处理均能有效促进潮土与红壤中作物生长,增加作物产量.施用骨炭粉能不同程度提高土壤中pH值、阳离子交换量(CEC)、全磷及有效磷含量;其中,0.5%和1.0%骨炭粉处理均显著(P<0.05)提高土壤pH值、土壤全磷及有效磷含量.与对照相比,不同骨炭粉处理120d后潮土和红壤中有效态Cd含量分别降低32.1%~48.4%、32.8%~56.2%,360d后土壤中有效态Cd仍然显著低于对照,降幅为26.9%~37.8%、25.8%~39.5%.对修复后三季作物Cd吸收测定结果表明,与对照相比,不同浓度(0.25%~1.0%)骨炭粉处理的第一季作物降Cd率(DR-Cd)分别达36.0%~60.4%、33.9%~58.2%,作物降Cd率随骨炭粉施用量增加而增加.基于降Cd失活率(IR-Cd)对骨炭粉修复效果的稳定性测定结果表明,潮土与红壤施用骨炭粉360d后,第三季作物降Cd失活率IR-Cd为21.2%~34.7%和6.2%~21.6%,表明在酸性红壤中修复效果的稳定性大于潮土.综上骨炭粉对Cd污染土壤的修复效果及其稳定性结果表明,骨炭粉在Cd污染农田土壤修复中具有较大应用价值.

组配钝化剂对设施土壤污染镉的钝化效果及植株富集镉的影响

为明确组配钝化剂对设施土壤污染镉的钝化效果,采用生物模拟方法,以外源添加镉的设施土壤为研究对象,探究骨炭粉、生物炭、纳米腐殖质组配钝化剂对设施土壤污染镉的钝化效果和对小白菜富集镉的影响。主要研究结果如下:(1)当骨炭粉、生物炭和纳米腐殖质总添加量为2%、5%,配施比例为1∶5∶2时,钝化效果最为显著。土壤有效态Cd含量显著降低,降幅为12.72%~15.73%,更易使Cd形态从弱酸提取态转化为可还原态、可氧化态和残渣态,土壤pH值显著升高0.22~0.34个单位,土壤有效磷含量显著增长15.28%~23.73%,土壤过氧化氢酶、脲酶活性显著升高,增幅分别为23.21%~52.98%、57.75%~67.75%。添加量为5%时,小白菜地上部Cd含量显著降低14.67%;总添加量为2%时,小白菜根部Cd含量显著降低14.47%。(2)其他处理也表现出了一定的钝化效果。总添加量为5%,配施比例为1∶2∶2时,土壤的有效态Cd含量显著降低了10.93%。总添加量为2%、5%,配施比例为1∶5∶5时,土壤有效态Cd含量显著降低,降幅为7.49%~7.56%。(3)通过相关性分析得出,土壤的pH值升高会降低土壤的有效态Cd含量,提高土壤有效磷含量、过氧化氢酶及脲酶活性;土壤有效态Cd含量升高会使小白菜地上部Cd含量升高,同时使土壤有效磷含量及过氧化氢酶活性降低,有效态Cd含量降低会使小白菜地上部Cd含量降低。综上所述,组配钝化剂在不同添加量及配施比例下,总体上可以有效提高土壤pH值、有效磷含量以及过氧化氢酶、脲酶活性;降低土壤的有效态Cd含量和小白菜Cd含量。此外,进一步从节约经济成本的角度进行综合分析,推荐骨炭粉、生物炭、纳米腐殖质总添加量为2%,配施比例为1∶5∶2,对Cd污染设施土壤的钝化效果最好。

钝化剂对镉污染土壤修复效果及青菜生理效应影响

采用盆栽试验方法,研究海泡石、骨炭粉及二者配合施用对镉污染农田土壤的钝化修复效果以及青菜镉积累和生理生化性质的变化.结果表明,两种钝化剂单施及配施均可以显著提高土壤pH,促进土壤Cd由酸溶态向残渣态转化,降低CaCl2-Cd和TCLP-Cd的含量.与对照相比,海泡石和骨炭粉1∶1配施处理,酸溶态Cd含量降低41.03%,残渣态Cd含量升高1.22倍;且CaCl2-Cd和TCLP-Cd含量分别降低59.65%和58.73%.海泡石和骨炭粉施用不同程度的提高土壤养分含量,增加土壤酶活性和微生物数量.与单施海泡石相比,单施骨炭粉及海泡石与骨炭粉1∶1配施处理土壤有机碳、速效氮和速效磷含量均显著提高(P<0.05);且单施骨炭粉更能有效地促进土壤脲酶和蔗糖酶活性,增幅分别为91.50%和46.52%,但过氧化氢酶活性及细菌、真菌和放线菌数量无明显差异.添加海泡石和骨炭粉显著降低青菜对Cd的积累,缓解Cd胁迫对青菜的毒害作用,有效促进青菜生长.尤其是海泡石和骨炭粉1∶1配施处理,青菜可食部位Cd含量降低53.19%,叶片SOD、POD和CAT活性分别增加65.30%、40.61%和43.35%.