锰基改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤团聚体结构以及Cd含量特征的影响

通过田间试验,探究锰基改性稻壳生物炭对弱碱性Cd污染土壤有机碳含量、团聚体结构以及团聚体各粒级的Cd质量负载和有效态含量的影响.结果表明,施加改性生物炭,土壤有机碳含量表现为随着改性生物炭施加量的增加而呈现出逐渐升高的趋势,较对照增加了3.2%～32.0%.改性生物炭对土壤团聚体的分布结构和稳定性具有改良作用,增加了大团聚体(5～8 mm和2～5 mm粒级)所占的质量分数,微团聚体(≤0.25 mm)则受到抑制,土壤团聚体平均质量直径(GWD)、几何平均直径(MWD)和土壤团粒结构体(R_(0.25))较对照分别增加了15.1%～20.3%、 8.1%～22.4%和0.43%～7.6%.Cd含量主要富集在团聚体小颗粒中,其在土壤团聚体各粒级的质量负载随粒径的减小而逐渐增大.Cd分布因子在0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒级中表现出明显富集状况,而在5～8 mm和2～5 mm粒径中表现出明显亏损状态.与对照相比,添加改性生物炭降低了全土和土壤团聚体各粒级中DTPA-Cd含量,其中在5～8、 2～5、 0.5～1.0和0.25～0.5 mm粒径中分别降低了7.6%～15.1%、 15.6%～24.3%、 3.6%～13.8%和11.6%～13.7%(P0.05).总体而言,改性生物炭不仅对污染土壤团聚体的结构具有良好的优化作用,而且能够降低不同粒径土壤中Cd有效态含量,达到阻控修复Cd污染的目的.     

生物质炭对Cd污染土壤团聚体酶活性的影响

为探究生物质炭对Cd污染土壤团聚体酶活性的影响,采用盆栽试验,向模拟Cd污染土壤中添加生物质炭并测定水稻根际土壤团聚体碳循环酶与氧化还原酶活性.结果表明:Cd污染土壤团聚体酶活性对添加量为2.5%的生物质炭响应明显,氧化还原酶活性指数值介于0.522~0.792之间.在2.5mg/kg的外源Cd条件下,2.5%的生物质炭比未添加生物质炭处理显著提高蛋白酶与过氧化氢酶活性至121%与653%.在Cd污染土壤中添加生物质炭,碳循环酶与氧化还原酶及综合酶活性均在0.5~1mm中等粒径土壤团聚体中产生富集效应,其酶活性随土壤团聚体粒径的增大呈先升后降最终趋于稳定的趋势.研究显示,在2.5mg/kg的外源Cd条件下,添加2.5%的生物质炭对水稻根际土壤团聚体酶活性影响显著,土壤酶活性受酶种类、生物质炭量与团聚体粒径的综合影响;在Cd污染土壤中添加生物质炭后,土壤酶活性随团聚体粒径的增大呈“∧”形变动规律.     

改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤钝化修复效应和土壤环境质量的影响

通过大田示范试验,研究了钙基改性生物炭对弱碱性Cd污染土壤的钝化修复效应及对土壤理化性质、团聚体结构、土壤酶活性和玉米体内Cd累积特征的影响.结果表明,向弱碱性土壤中添加改性生物炭提高了土壤pH值、有效态阳离子交换量和有机质含量.与对照相比,添加钙基改性生物炭后土壤有效态Cd（DTPA-Cd）含量的降幅达到12.0%~30.2%,且Cd赋存形态由活性较高的可交换态和可还原态向更稳定的残渣态转变.改性生物炭的施加明显降低了Cd在植物体内富集的风险,玉米根、茎、叶和籽粒中Cd含量明显受到抑制,3种玉米品种籽粒中Cd含量较对照分别下降了52.65%~72.56%（郑单958）、37.54%~50.80%（蠡玉16）和23.60%~51.20%（三北218）.添加改性生物炭在一定程度上改善了土壤环境质量,土壤过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性随着改性生物炭施加量的增加呈逐渐升高的趋势.改性生物炭处理下,5~8 mm和2~5 mm粒级团聚体所占比例增加,而≤ 0.25 mm粒级团聚体占比有所下降,团聚体平均几何直径（GMD）和平均质量直径（MWD）分别增加了10.35%~29.34%和13.20%~27.03%,显示土壤团聚体稳定性增加.玉米籽粒中（郑单958）Cd含量与土壤有效态Cd含量呈显著负相关关系（p<0.01）.研究表明,钙基改性生物炭在钝化修复弱碱性Cd污染土壤和改善土壤环境质量方面具有一定的研究前景和可行性.     

生物质炭对镉污染土壤微生物多样性的影响

通过向模拟镉污染土壤中添加生物质炭,研究其对土壤中微生物活性及功能的影响,以期揭示生物质炭钝化镉污染土壤的作用机制.采用Biolog-Eco微平板法,围绕各粒级土壤团聚体中微生物在碳代谢功能方面对不同量生物质炭的响应机制开展室内试验.实验结果表明:Cd污染条件下,生物质炭的施用提高了土壤中微生物群落碳源代谢活性及功能多样性,2.5%生物质炭处理下的提高效果尤为突出;土壤微生物的碳源代谢活性及功能多样性在不同粒级团聚体中呈"V"型分布,5-1mm、0.25mm团聚体中最高.0.25mm微团聚体中微生物碳代谢功能多样性重金属Cd胁迫效应与生物质炭保护效应均最显著;土壤微生物McIntosh指数上升了32.68%-135.52%,群落物种均一度发生巨大的变化;Cd污染土壤中微生物对其他类碳源化合物有偏嗜性,进一步分析显示,生物质炭处理组与单施Cd对照组微生物碳源利用上起分异作用的是羧酸类和糖类2类碳源化合物.     

Zn、Cd单一及复合污染对黑麦草根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响

采用根袋土培试验,研究了锌、镉单一及复合污染对重金属富集植物黑麦草生长、锌镉积累、根分泌物及根际Zn、Cd形态的影响.结果表明,锌镉共存下(8 mmol/kg Zn+2 mmol/kg Cd),黑麦草对锌、镉的吸收为协同效应;仅镉污染时(2 mmol/kg Cd),镉对植株吸收锌为抑制效应.黑麦草吸收的锌、镉主要集中在地上部,以锌、镉复合污染时植株地上部对锌、镉的富集量最大,分别达到3 108.72、73.97 mg/kg,具有作为土壤重金属锌、镉污染植物修复材料的潜力.根际的松结合态锌、镉（交换态、碳酸盐结合态和铁锰结合态）含量大于其非根际的松结合态锌、镉含量.Cd污染和Zn、Cd复合污染的根际和非根际土壤镉形态均以交换态>碳酸盐结合态>铁锰结合态>残渣态>有机结合态.Zn污染及Zn、Cd复合污染根际和非根际土壤各锌形态以铁锰结合态>碳酸盐结合态>残渣态>有机结合态>交换态,而Cd污染的根际和非根际的锌形态则以残渣态>铁锰结合态>有机结合态>碳酸盐结合态>交换态.Zn、Cd污染促进了黑麦草根系氨基酸的分泌,降低了根际土壤的pH值,以Zn、Cd复合污染根际土壤氨基酸总量最大,分别为对照、Zn和Cd污染的1.95、1.54和1.40倍,根际土壤的pH值最低(5.18).根际氨基酸含量在重金属胁迫下明显增加,可能与黑麦草适应重金属胁迫有关.根际pH值高于非根际是根际Zn、Cd有效性大于非根际的重要原因.     

施用生物炭对土壤Cd形态转化及烤烟吸收Cd的影响

采用盆栽试验模拟Cd污染土壤,研究施用烟秆炭(0、10、20 g·kg~(-1))对土壤pH、有机质含量、土壤Cd形态分布及烤烟Cd含量和Cd累积量的影响.结果表明:随着生育期的延长,土壤pH和有机质含量均呈现升高的趋势.在同一Cd污染水平下,土壤pH和有机质含量均随生物炭施用量的增加而升高.随生物炭施用量的增加,土壤有效态Cd和可交换态Cd含量显著降低,土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd含量升高.移栽后30 d,处理G2T2和G2T1的土壤有效态Cd含量的降幅分别达到45.59%和24.56%.外源添加Cd的土壤中,土壤pH和有机质含量均与土壤有效态Cd和可交换态Cd含量呈显著负相关关系(p0.01),与土壤碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量呈显著正相关关系(p0.01).在Cd污染土壤上,施用生物炭能明显降低烟株各部位Cd含量,烟株各部位干物质积累量随生物炭施用量的增加显著升高,烟株各部位Cd累积量和总Cd累积量随生物炭施用量的增加呈降低的趋势.由此说明,在Cd污染的土壤上施用生物炭能够使土壤中可被植物吸收利用的有效态Cd转化为潜在的无效态Cd,从而达到修复土壤并减轻作物受Cd毒害的目的.     

几种有机物料对设施菜田土壤Cd、Pb生物有效性的影响

利用风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料,采集陕西关中地区设施菜田土壤,通过2014~2015年两季盆栽模拟试验,研究了3种有机物料在设施菜田土壤重金属Cd、Pb单一和复合污染条件下对Cd、Pb生物有效态等赋存形态的影响,探究风化煤、草炭和生物炭对设施菜田重金属Cd、Pb污染土壤修复的可行性.结果表明,风化煤显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量,达11.9%(P0.05),并使Pb有效态含量显著降低达83.5%以上(P0.05);对Cd、Pb的交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和分别降低了26.4%~34.4%和12.0%~34.5%.草炭显著降低了复合污染土壤中Cd有效态含量18.9%(P0.05),分别显著降低了Pb单一和Cd、Pb复合污染土壤中Pb有效态含量2.7%和7.2%(P0.05),对Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态三者之和分别降低了15.8%和14.6%.生物炭提高了土壤p H 0.03~0.08个单位,分别降低了Cd有效态、Pb有效态含量4.7%~15.0%和1.0%~6.8%,Pb交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态之和降低了11.9%~66.6%.风化煤、草炭和生物炭使番茄地上部对Cd的累积量显著降低15.0%~38.0%(P0.05),使复合污染条件下番茄地上部对Pb的累积量显著降低17.9%~30.0%(P0.05).番茄Cd含量与土壤中Cd交换态含量呈现极显著正相关关系(P0.01).番茄Pb含量与Pb交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态三者含量之和呈现极显著正相关关系(P0.01).综合来看,风化煤、草炭和生物炭这3种有机物料可以通过改变设施菜田土壤p H值和对重金属的吸附、络合等固定作用,降低土壤中Cd、Pb高活性态比例,进而减少植物对Cd、Pb的累积.     

不同种植模式对土壤团聚体及有机碳组分的影响

结合在有机农场近10年的定位研究,通过同步采样分析,比较了有机种植和常规种植两种不同模式下土壤团聚体组成、分配及团聚体内有机碳组分的差异.结果表明,常规种植模式下随着团聚体粒级的减小,团聚体4个粒级(1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm和0.25 mm)的含量均值分别为23.75%、15.15%、19.98%和38.09%,而有机种植模式下各粒级团聚体(1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm和0.25 mm)的含量分别为9.73%、18.41%、24.46%和43.90%,0.25 mm微团聚体含量显著高于常规种植.有机种植模式提高了土壤有机碳和全氮含量,平均值分别为17.95 g·kg-1和1.51 g·kg-1.有机种植模式下相同粒级间,团聚体中重组有机碳平均含量显著高于常规种植,且重组有机碳在0.25 mm这部分稳定性有机碳主要储存场所的微团聚体中富集.有机种植模式下易氧化态碳在1 mm大团聚体中的含量显著高于常规种植,其它粒级间没有显著差异,易氧化态碳在1 mm大团聚体中富集.有机种植模式增加了土壤有机碳及其组分含量,缓解了耕作对团聚体的破坏,并增强了有机碳的稳定性.有机种植有利于土壤固碳,这为进一步加快我国有机农业的发展提供了理论依据.     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

生物质炭与铁钙材料对镉砷复合污染农田土壤的修复

选取了铁钙材料（FC）和山核桃蒲生物质炭（BC）制备得到复合材料（BF）,用于修复农田土壤中镉砷复合污染,以降低水稻糙米中的镉和砷含量.通过水稻盆栽试验,在植物生长期内,采集了土壤孔隙水、根际土壤、非根际土壤、水稻植株和水稻根表铁膜,探究了铁钙材料、生物质炭及其复合材料对土壤中镉和砷生物有效性和植株中镉和砷含量的影响及机制.结果表明,生物质炭材料能显著（P <0.05）提高非根际土壤（0.55～0.66个单位）和根际土壤（0.28～0.36个单位）pH,且提升土壤DOC含量;铁钙材料能显著（P <0.05）降低非根际土壤（0.14～0.27个单位）和根际土壤（0.38～0.41个单位）pH,同时降低土壤DOC含量.铁钙材料和复合材料能够同时降低土壤孔隙水、根际土壤和非根际土壤有效态Cd和As含量,而生物质炭能降低Cd含量,却提高了As含量,其中复合材料1%添加处理的效果最佳,土壤有效态Cd和As分别降低了41.8%～48.2%和6.1%～10.1%.生物质炭、铁钙材料和复合材料均能提高植株生物量（根、茎、叶和籽粒的干重）,水稻籽粒干重较CK增加了48.5%～184.0%,根...     

硒对菜地土壤镉微区分布及其吸附解吸特性的影响

以南方酸性黄棕壤为研究对象,采用根箱进行小白菜种植,研究了不同剂量的外源硒(0、0.25、1.00 mg·kg-1,以Se计)处理下,小白菜根际与非根际土壤Cd的含量变化;同时,通过Langmuir和Freundlich吸附模型进一步分析了经Se(0、0.25、1.00 mg·kg-1)预处理并经历过小白菜生长的根际与非根际土壤对Cd的吸附与解吸特性.结果表明,在Cd含量较低(0.50 mg·kg-1)的土壤中,低剂量的Se处理(0.25 mg·kg-1)根际土壤与非根际土壤的Cd含量均高于Se剂量为0、1.00 mg·kg-1的两个处理;在Cd含量较高(5.00 mg·kg-1)的土壤中,不同剂量的Se处理未能对土壤中Cd含量造成显著差异.通过吸附解吸试验及Langmuir和Freundlich两种吸附模型的模拟,发现根际土壤对Cd的吸附容量和吸附能力均小于非根际土壤,且根际土壤Cd的非专性吸附比率大于非根际土壤,表明小白菜的生长能够改变根际土壤对重金属Cd的吸附解吸特性,增加土壤中Cd的环境风险;然而,在本实验剂量范围内,外源Se预处理并未显著改变小白菜土壤Cd的吸附解吸特性,尚不足以证明Se通过影响小白菜根系分泌物等微域环境进而改变土壤重金属Cd的吸附解吸等环境化学行为.     

镉污染土壤施硒对植物生长及根际镉化学行为的影响

采用根箱培养的方式,研究了在不同镉污染水平(0.5 mg·kg-1、5 mg·kg-1土壤)的酸性黄棕壤中施用外源硒对小白菜生长、光合特性及根际土壤中镉的化学行为影响.结果表明:镉污染土壤中施硒可显著增加小白菜的生物量,增强小白菜叶片的光合速率和蒸腾速率;镉污染严重时,施硒还可提高小白菜的气孔导度;施用适量硒(0.25 mg·kg-1)可显著降低小白菜地上部镉含量,其中镉污染浓度较低(0.5 mg·kg-1)时,该效果达显著水平.在镉污染程度低(0.5 mg·kg-1)的土壤施用适量硒(0.25 mg·kg-1),可显著降低土壤交换态镉含量,其中,根际和非根际土壤交换态Cd含量分别降低了22.20%和43.79%.外源Se有效地降低了土壤Cd的生物有效性,这种作用在Se的施用浓度较低时表现更加明显;当Cd污染浓度较高时,土壤Cd形态分布相对稳定,外源Se对根际和非根际土壤Cd形态分布的影响不显著.研究结果为深入揭示Se对菜地Cd污染的调控机理提供理论参考.     

天津污灌区菜地土壤团聚体中有机碳和重金属含量特征

以天津某污灌菜地土壤为研究对象,分析干筛法所得不同粒径土壤团聚体颗粒中有机碳及重金属含量特征.结果表明,土壤团聚体粗大颗粒(2 mm)含量最大,约为70%.0.25～0.5 mm粒级团聚体中Cu、Zn、Cd和Pb含量最高,Cr含量在5～8 mm粒径团聚体中最高,As在不同颗粒中含量差异较小,不同重金属元素含量随土层深度增加而减小.污灌土壤中重金属富集因子表现为Cd Pb Zn Cu Cr As,在0.25～0.5 mm粒级团聚体颗粒中Cu、Zn、Cd和Pb分布因子最高,而5～8 mm粒径团聚体中重金属负载因子最大.土壤有机碳含量整体上随团聚体粒径增加表现为先增加后降低,不同粒径团聚体中Cu、Cd、Pb和As含量与有机碳含量呈显著正相关(p0.05).     

大型铜尾矿库区节节草(Hippochaete ramosissimum)根际土壤重金属形态分布与影响因素研究

通过野外调查和实验分析,对安徽省铜陵市铜官山铜尾矿库、狮子山铜尾矿库及狮子山铜尾矿库周边农田3处生长的节节草根际与非根际土壤中重金属(Cu、Cd、Pb、Zn)的形态、含量和分布进行了研究.结果表明,节节草根际与非根际土壤重金属的主要形态分布基本一致,均表现为矿物态含量占据了重金属全量的大部分,而交换态含量偏低.与非根际土壤相比较,根际土壤中交换态、有机态重金属所占比例显著增加,其中Cu的有机结合态所占比例增加了53 25%、Cd、Pb的有机结合态所占比例增加超过17%,Zn则增加了5.67%;与此同时,碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态含量有所下降.统计分析表明,Cu、Cd、Pb、Zn在根际土壤中的形态分布与土壤pH值、有机质含量、植物生长等因素密切相关.     

堆肥对重金属污染土壤Cu、Cd形态变化的影响

通过盆栽茼蒿试验研究了不同堆肥用量对重金属Cu、Cd污染土壤根际土和非根际土中Cu、Cd形态变化的影响.结果表明,随着堆肥用量的增加,非根际土和根际土交换态(含水溶态)Cu含量显著增加,最大值是对照的6.0倍;;有机结合态Cu含量在非根际土中显著升高,而在根际土中则先显著升高后降低,两者最大值是对照处理的1.1倍;;非根际土中无机结合态Cu含量先降低后升高;;非根际土和根际土残渣态Cu含量都先显著增加后基本不变.随着堆肥用量增加,非根际土中交换态(含水溶态)Cd含量显著降低,有机结合态和残渣态Cd含量显著升高,无机结合态Cd含量变化不明显;;根际土中,交换态(含水溶态)Cd含量先降低后升高,有机结合态Cd含量显著上升,无机结合态和残渣态Cd先上升后下降.因此,供试堆肥可作为修复剂减弱Cd的危害,但长期施用会造成Cu的累积,应慎重考虑.     

黄泥土不同粒径微团聚体对Cd2+的吸附与解吸研究

对采自太湖地区黄泥土进行了低能量超声波分离,采用平衡吸附法研究了不同粒径微团聚体颗粒对重金属Cd²⁺的吸附和解吸特点.结果表明,不同粒径微团聚体对Cd²⁺的吸附特性均符合Freundlich方程,模拟方程得到的K值介于152～503之间,以粘粒级和粗砂级为最大.微团聚体对Cd²⁺的吸附容量与其中游离氧化铁含量、CEC呈显著正相关.不同微团聚体Cd的解吸特点不同,粘粒级的解吸率仅为8.4%,远远低于其它粒径的微团聚体,这些结果有助于了解田间条件下土壤重金属化学行为和微观尺度的化学过程.     

重金属Ni、Cr复合污染下李氏禾的根际环境特征

为了将李氏禾应用于Ni、Cr复合污染土壤修复领域,通过根箱实验,研究了Ni、Cr复合污染下李氏禾根际环境特征的变化。结果表明:在不同浓度的Ni、Cr处理下,李氏禾根际土壤的pH值均显著低于(P<0.01)非根际土壤与基质土壤,根际土壤的脲酶、酸性磷酸酶、酸性转化酶活性均显著高于(P<0.05)非根际土壤与基质土壤。随着Ni、Cr处理浓度升高,李氏禾的pH值、土壤酶活性均呈不同程度的下降,李氏禾的株高、生物量及富集系数也受到抑制。在相关性分析中,李氏禾的株高和生物量与土壤pH值、土壤酶活性呈显著正相关(P<0.01),土壤pH值与土壤酶活性同样呈显著正相关(P<0.01)。高通量测序结果表明:李氏禾根际土壤相对丰度最高的3种菌群为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes);相对丰度最高的3种菌属依次为Alicyclobacillus属、Bordetella属和Mucilaginibacter属;Hydrotalea属对李氏禾的生长及富集能力可能具有促进作用。李氏禾可耐受较高水平的Ni、Cr污染,其根际可能存在金属抗性细菌,是一种潜在的可用于Ni、Cr复合污染土壤修复的植物。