椰纤维生物炭对砖红壤水稻土Pb形态及水稻产量和品质的影响

为研究椰纤维生物炭(CFB)对铅(Pb)污染水稻土中Pb形态和生物有效性的影响,以及对水稻(Oryza sativa L.)生长和品质的调控效果,以热带(海南)具有代表性的花岗岩和玄武岩母质发育的砖红壤水稻土为供试土壤,在6种Pb污染土壤(Pb质量分数为0、50、250、500、2 500、5 000 mg·kg~(-1))中添加质量分数为3%的CFB,并进行水稻盆栽试验,分析土壤EDTA有效态Pb含量和Pb形态,及糙米Pb含量、水稻产量和农艺性状的变化。结果表明:随Pb污染量的增加,两种水稻土中各化学形态和有效态Pb含量显著增加(P0.05);CFB的施用降低了土壤交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量,增加了有机结合态和残渣态含量;降低了供试土壤有效态Pb含量,且玄武岩母质水稻土较花岗岩母质水稻土效果更显著。Pb质量分数(250、500 mg·kg~(-1))未超过国家农业用地风险管制值(GB15618—2018;≤500 mg·kg~(-1))时,花岗岩水稻土、玄武岩水稻土中糙米Pb含量依次超过食品安全国家标准(0.2mg·kg~(-1));Pb胁迫未对水稻生长和农艺性状造成明显影响;而质量分数为5 000 mg·kg~(-1)时,Pb胁迫抑制水稻生长、降低农艺性状,此时花岗岩和玄武岩中糙米Pb含量分别超过国家食品安全标准14、10倍。CFB能够缓解Pb对水稻产量和品质的影响;Pb质量分数为500mg·kg~(-1)时,CFB的施用使玄武岩水稻土中糙米Pb含量降低38.4%,符合食品安全国家标准。因此,椰纤维生物炭能够促使土壤中Pb向水稻难吸收的有机结合态和残渣态转化,降低有效态Pb含量,减轻Pb对水稻生长的毒害及在糙米中的累积。     

椰纤维生物炭及其硝酸改性对稻田土壤中Pb钝化的影响

通过土壤培养实验,并结合扫描电镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、同步辐射X射线荧光(μ-XRF)和傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)等光谱学技术,探明椰纤维生物炭(CFB)和硝酸改性椰纤维生物炭(NCFB)对稻田土壤钝化外源铅(Pb)的效果及其内在机制.与CFB相比,NCFB蜂窝状孔内壁更粗糙,且硝酸改性后CFB表面含C—O结构的醇酚醚类官能团量明显降低,含■结构的羧基类的官能团量明显增加.相较于培养150 d后的对照(不添加生物炭)稻田土壤,添加CFB和NCFB的稻田土壤中EDTA提取态Pb含量分别降低了39.7%和105.4%.添加NCFB的土壤中碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb含量显著降低且有机结合态和残渣态Pb含量则显著升高,SRXRF扫描结果可知外源Pb在富含Ca和Cu元素的CFB颗粒微区大量富集,在富含Fe、 Mn和Ti元素的土壤团聚体微区富集相对较少.另外,培养实验中,相较于无外源Pb时A-CFB和A-NCFB,有外源Pb时A-CFB_Pb和A-NCFB_Pb中的羧酸盐特征峰(1 384 cm^-1)...     

热带滨海区不同土地利用背景下土壤溶解性有机氮的组成与粒径分布特征

溶解态有机氮(DON)是土壤中活跃的氮库,其生态环境行为与它的化学组成和粒径分布密切相关。为评估热带滨海区不同土地利用方式对不同粒径中土壤溶解性有机氮组成特征的影响,从水稻田、橡胶园、菜园和果园采集土壤样品,通过一系列微滤和超滤(0.7,0.45,0.2,0.1μm,100,10,1 kDa)对土壤溶解性有机氮分级,并使用连续流动分析仪、三维荧光光谱和红外光谱研究了滤液中溶解态有机氮、无机氮的含量及荧光组分和有机官能团特征。结果表明,4种土地利用背景下土壤DON值的范围为5.25-10.88 mg·kg^-1,其大小顺序为水稻>菜园>果树>橡胶,且DON与溶解性总氮(DTN)的比值范围为26.08%-67.11%,其中橡胶土最高,水稻土最低;不同粒径下4种土地利用类型土壤DON主要集中在<100 kDa的粒径中,其值范围为4.85-9.48 mg·kg^-1,占全量的85.89%-92.41%。三维荧光光谱(3D-EEMs)及平行因子分析表明,4种土地利用背景下土壤DON含有两种类腐殖质组分及一种类蛋白质组分,且以类腐殖质组分为主,占比54.00%-77.67%;类蛋白组分对土地利用变化敏感,且随着粒径的减小,类蛋白组分占比增加,在<1 kDa组分中比例最高。红外光谱结果表明,4种土地利用背景下土壤DON主要在6个位置有相似的吸收峰,包含3410 cm^-1、1636 cm^-1、1402 cm^-1、1138-1035 cm^-1、673 cm^-1、602 cm^-1,不同土地利用背景下各吸收峰的透光度不同,强度最大的吸收来自游离的胺类N-H伸缩振动;水稻、菜园土壤DON芳香物质含量较高,结构较复杂。了解DON的组成与粒径分布对土地利用的响应,对进一步研究其生态环境行为具有重要意义。     

热带地区成土母质对水稻土不同粒级组分及其铅吸附形态的影响

为探明热带地区不同成土母质发育的水稻土其各粒级物理组分中理化性质、矿物组成差异以及其对铅形态的影响机制,选取两种不同成土母质(花岗岩与玄武岩)的水稻土,通过湿筛法将未添加铅和添加铅老化土壤分为5个物理组分(2—0.25、0.25—0.05、0.05—0.01、0.01—0.001 mm、0.001 mm),测定其理化性质,通过BCR连续提取法测定土壤老化后的铅化学形态,通过XRD与SEM-EDS分析各物理组分的矿物质组成与老化后铅的分子形态。结果表明,玄武岩水稻土中有机质、CEC与游离氧化铁含量分别较花岗岩水稻土高出21%、13.2%与114%,且玄武岩水稻土对重金属铅的吸附量与吸附形态的稳定性均强于花岗岩水稻土;随着粒径的减小,各物理组分中的有机质含量、CEC与游离氧化铁含量显著升高。两种不同成土母质土壤的矿物组成存在巨大差异;随着粒径的减小,各物理组分中的原生矿物减小,粘土矿物增多,硅含量减少,各金属元素增多。土壤加铅老化培养后,两种土壤中铅的主要化学形态均为弱酸提取态与可还原态,共占全量铅的83%(SG)与85%(SB);随着粒径减小,两种土壤各物理组分中铅各化学形态与吸附量均增加;可还原态铅占比逐渐增加,而弱酸提取态的比例却逐渐下降,在0.001mm组分中,可还原态铅成为最主要的化学形态,分别占55%(SB)与63%(SG)。XRD数据显示,磷酸铅与硅酸铅为两种土壤中铅的主要分子形态;随着粒径减小,硅酸铁铅、磷酸铁铅、硅酸铝铅与硅酸铅钙等晶体峰开始出现,在0.01—0.001mm与0.001mm组分中,原有的硅酸铅峰消失。对比两种不同的成土母质发育的水稻土,其成土母质的不同造成的组成性质差异,使玄武岩水稻土对铅的吸附能力强于花岗岩水稻土,且吸附形态更为稳定;粒径较小的土壤物理组分对铅的吸附能力较强,且吸附的形态相比大粒径土壤物理组分而言更为稳定。因此,不同母质发育的土壤因其各物理组分的组成性质差异导致对铅的吸附能力与形态存在显著不同,最终改变着重金属的生态环境行为。