留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

生物炭与叶面硒肥联合施用对生菜吸收镉及土壤镉形态的影响

罗盼军 马倩倩 武均 许旺旺 马文军 蔡立群

罗盼军, 马倩倩, 武 均, 许旺旺, 马文军, 蔡立群. 生物炭与叶面硒肥联合施用对生菜吸收镉及土壤镉形态的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 956 − 964 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101601
引用本文: 罗盼军, 马倩倩, 武 均, 许旺旺, 马文军, 蔡立群. 生物炭与叶面硒肥联合施用对生菜吸收镉及土壤镉形态的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(4): 956 − 964 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101601
LUO Pan-jun, MA Qian-qian, WU Jun, XU Wang-wang, MA Wen-jun, CAI Li-qun. Effects of Combined Application of Biochar and Foliar Selenium Spray on Cd Uptake by Lettuce and Cd Forms in Soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 956 − 964 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101601
Citation: LUO Pan-jun, MA Qian-qian, WU Jun, XU Wang-wang, MA Wen-jun, CAI Li-qun. Effects of Combined Application of Biochar and Foliar Selenium Spray on Cd Uptake by Lettuce and Cd Forms in Soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(4): 956 − 964 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101601

生物炭与叶面硒肥联合施用对生菜吸收镉及土壤镉形态的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021101601
详细信息
    作者简介:

    罗盼军(1995−),女,甘肃会宁人,在读硕士研究生。从事土壤重金属污染修复研究。E-mail: luopanj2021@163.com

    通讯作者:

    E-mail: cailq@gsau.edu.cn

  • 中图分类号: X173;S636.2

Effects of Combined Application of Biochar and Foliar Selenium Spray on Cd Uptake by Lettuce and Cd Forms in Soil

  • 摘要:   目的  为探明生菜吸收富集镉的能力对生物炭与叶面硒肥的响应程度,抑制有毒有害元素镉的吸收。  方法  通过盆栽试验,以生菜为研究对象,在镉污染土壤中添加生物炭,并在生菜叶片上喷硒处理,探索了生物炭与叶面喷硒的联合施用对镉污染土壤理化指标(pH和有机碳)和土壤不同形态镉含量以及对生菜镉吸收累积的影响。  结果  ① 土壤中添加生物炭与叶面硒肥都可以有效降低生菜可食部镉含量,其中喷施低浓度硒的效果更好。当生物炭添加量为30 g kg−1,叶面喷硒浓度为1 mg L−1时,生菜地上部镉含量由0.314 mg kg−1降至0.049 mg kg−1,低于国家食品安全标准(GB 2762—2017)中规定的叶菜类镉限量值0.20 mg kg−1。② 镉胁迫下,添加生物炭与叶面硒肥的交互作用对生菜镉含量和镉富集与转运能力均产生了显著性的影响,相对于生菜根部镉含量,添加生物炭的效应高于叶面硒肥的效应,而对于地上部镉含量,叶面硒肥的效应高于添加生物炭的效应。③ 生物炭添加可通过改善土壤pH和有机碳含量降低酸可提取态、可还原态、可氧化态镉的比例,增加残渣态镉的比例,从而有效地降低生菜对土壤中镉的吸收累积,减少生菜中镉含量。  结论  综合来看,生物炭与叶面硒肥联合施用可以降低生菜镉含量,其效果明显高于两者单独施用的效果,为无公害蔬菜的种植提供理论指导。
  • 图  1  不同处理土壤pH值

    大、小写字母分别表示不同处理间差异极显著(P ≤ 0.01)、显著(P ≤ 0.05)。下同。

    Figure  1.  Soil pH values under different treatments

    图  2  不同处理土壤有机碳含量

    Figure  2.  Soil organic carbon contents under different treatments

    图  3  不同处理土壤不同形态Cd的比例

    Figure  3.  Percentages of different forms of Cd in different treatments

    图  4  不同处理生菜生物量

    Figure  4.  Lettuce biomass under different treatments

    图  5  不同处理下生菜地上部Cd含量的变化情况

    Figure  5.  Changes of Cd content in shoot of lettuce under different treatments

    图  6  不同处理生菜根部Cd含量

    Figure  6.  Changes of Cd content in root of lettuce under different treatments

    表  1  供试土壤的基本性质

    Table  1.   Basic properties of the tested soil

    pH土壤有机碳(g kg−1)
    Soil organic
    carbon
    全氮(g kg−1)
    Total nitrogen
    速效磷(mg kg−1)
    Available
    Phosphorus
    速效钾(mg kg−1)
    Available
    Potassium
    碱解氮(mg kg−1)
    Alkali-hydrolyzed
    nitrogen
    电导率(ms cm−1)
    Electrical
    conductance
    Cd含量(mg kg−1)
    Cd content
    8.307.880.8623.19110.9456.233.77痕量
    下载: 导出CSV

    表  2  供试生物炭的基本性质

    Table  2.   Basic properties of the tested biochar

    裂解温度
    Cracking temperature
    (℃)
    pH元素含量(%)
    Element content
    灰分含量
    Ash content
    (%)
    比表面积
    Specific surface area
    (m2 g−1)
    Cd含量
    Cd content
    (mg kg−1)
    CNPKCaMg
    5009.2153.281.040.260.510.800.4735.6411.3痕量
    下载: 导出CSV

    表  3  试验处理

    Table  3.   Experimental treatment

    试验处理编号
    Treatment No.
    处理名称
    Treatment
    生物炭用量(g kg−1
    Amount of biochar
    喷硒浓度(mg L−1
    Concentration of spraying selenium
    1 CK 0 0
    2 S1 0 1
    3 S2 0 3
    4 B 30 0
    5 BS1 30 1
    6 BS2 30 3
    下载: 导出CSV

    表  4  生物炭与叶面硒肥对土壤pH、有机碳和不同形态Cd的效应

    Table  4.   Effects of biochar and foliar spraying selenium on soil pH, organic carbon and Cd forms

    因子
    Factor
    pH土壤有机碳
    Soil organic carbon
    酸可提取态 Cd
    Extractable Cd
    可还原态Cd
    Reducible Cd
    可氧化态Cd
    Oxidizable Cd
    残渣态Cd
    Residua Cd
    B 183.60*** 37729.90*** 38335.35*** 70.94*** 613.90*** 25300.08***
    Se 0.10 n.s. 2.76 n.s. 0.33 n.s. 0.04 n.s. 0.84 n.s. 0.01 n.s.
    B × Se 0.24 n.s. 0.73 n.s. 0.26 n.s. 0.21 n.s. 0.00 n.s. 0.01 n.s.
      注: 表中B为生物炭,Se为叶面喷硒;*,**,***分别表示P ≤ 0.05,P ≤ 0.01和P ≤ 0.001,n.s.表示P > 0.05;表中数值为F值检验值,下同。
    下载: 导出CSV

    表  5  不同处理Cd生物富集系数与转运系数的变化情况

    Table  5.   Changes of bio-enrichment and translocation coefficients under different treatments

    处理
    Treatment
    生物富集系数
    Bio-enrichment coefficient
    转运系数
    Translocation coefficient
    叶/土
    Leaf/soil
    根/土
    Root/soil
    CK 0.27 ± 0.012 Bb 0.65 ± 0.006 Aa 0.41 ± 0.018 Bb
    S1 0.20 ± 0.005 Cc 0.64 ± 0.020 Aa 0.31 ± 0.008 Cc
    S2 0.27 ± 0.014 Bb 0.59 ± 0.004 Bb 0.45 ± 0.021 Bb
    B 0.21 ± 0.023 Cc 0.48 ± 0.015 Cc 0.45 ± 0.035 Bb
    BS1 0.05 ± 0.009 Dd 0.23 ± 0.015 Ee 0.22 ± 0.027 Dd
    BS2 0.31 ± 0.006 Aa 0.33 ± 0.005 Dd 0.93 ± 0.022 Aa
    下载: 导出CSV

    表  6  添加生物炭与叶面喷硒对生菜Cd富集与转运能力的效应

    Table  6.   Effects of biochar and foliar selenium fertilizer on Cd accumulation and translocation in lettuce

    因子
    Factor
    生物量
    Biomass
    地上部Cd
    Cd in shoot
    (mg kg−1
    根部Cd
    Cd in root
    (mg kg−1
    生物富集系数
    Bio-enrichment coefficient
    转运系数
    Translocation coefficient
    叶/土根/土
    B 1905.27*** 274.11*** 7003.27*** 81.22**** 2330.88**** 159.66***
    Se 540.04*** 293.96*** 346.44*** 248.86*** 193.97*** 509.66***
    B × Se 487.02*** 95.47*** 244.50*** 79.92*** 143.09*** 248.67***
    下载: 导出CSV

    表  7  土壤pH、SOC与土壤Cd和生菜各器官中Cd含量的相关性分析

    Table  7.   Correlation analysis of soil pH and SOC with Cd contents in soil and lettuce

    指标
    Item
    pHSOC酸可提取态Cd
    Extractable Cd
    (mg kg−1
    可还原态Cd
    Reducible Cd
    (mg kg−1)
    可氧化态Cd
    Oxidizable Cd
    (mg kg−1)
    残渣态Cd
    Residual Cd
    (mg kg−1)
    地上部Cd
    Cd in shoot
    (mg kg−1)
    地下部cd
    Cd in root
    (mg kg−1)
    pH 1.000
    SOC 0.969** 1.000
    酸可提取态 −0.968** −1.000** 1.000
    可还原态 −0.875** −0.919** 0.922** 1.000
    可氧化态 −0.967** −0.990** 0.989** 0.897** 1.000
    残渣态 0.963** 0.999** −0.999** −0.921** −0.989** 1.000
    地上部Cd含量 −0.504* −0.508* 0.512* 0.470* 0.517* −0.505* 1.000
    地下部Cd含量 −0.909** −0.928** 0.925** 0.842** 0.930** −0.923** 0.618** 1.000
      注:表中***,分别表示 P ≤ 0.05(显著相关),P ≤ 0.01(极显著相关);数据为5次重复数据。
    下载: 导出CSV
  • [1] Liu W H, Zhao J Z, Ouyang Z Y, et al. Impacts of sewage irrigation on heavy metal distribution and contamination in Beijing, China[J]. Environment International, 2005, 31(6): 805 − 812. doi: 10.1016/j.envint.2005.05.042
    [2] 中华人民共和国环境保护部, 中华人民共和国国土资源部. 全国土壤污染状况调查公报[J]. 中国环保产业, 2014, (5): 10 − 11.
    [3] 胡文友, 黄 标, 马宏卫, 等. 南方典型设施蔬菜生产系统镉和汞累计的健康风险[J]. 土壤学报, 2014, 51(5): 1045 − 1055.
    [4] 王晓霞, 杨 涛, 肖璐睿, 等. 稻草秸秆生物炭对重金属Cd2 + 的吸附性能研究[J]. 环境科学学报, 2021, 41(7): 2691 − 2699.
    [5] Oladele S, Adeyemo A, Awodun M, et al. Effects of biochar and nitrogen fertilizer on soil physi-cochemical properties, nitrogen use efficiency and upland rice (Oryza sativa) yield grown on an Alfisol in Southwestern Nigeria[J]. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 2019, 8(3): 295 − 308. doi: 10.1007/s40093-019-0251-0
    [6] Zhang M, Shan S D, Chen Y G, et al. Biochar reduces cadmium accumulation in rice grains in a tungsten mining area-field experiment: effects of biochar type and dosage, rice variety, and pollution level[J]. Environmental Geochemistry and Health, 2019, 41(1): 43 − 52. doi: 10.1007/s10653-018-0120-1
    [7] 朱庆祥. 生物炭对Pb、Cd污染土壤的修复试验研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2011.
    [8] 黄连喜, 魏 岚, 刘晓文, 等. 生物炭对土壤-植物体系中铅镉迁移累积的影响[J]. 农业环境科学学报, 2020, 39(10): 2205 − 2216. doi: 10.11654/jaes.2020-0740
    [9] 甘文君, 何 跃, 张孝飞, 等. 秸秆生物炭修复电镀厂污染土壤的效果和作用机理初探[J]. 生态与农村环境学报, 2012, 28(3): 305 − 309. doi: 10.3969/j.issn.1673-4831.2012.03.015
    [10] 梁佳怡, 王泳森, 段 敏, 等. 生物质炭对土壤有效态镉及植物镉吸收影响的整合分析[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2021, 39(06): 1 − 12.
    [11] 张梅华, 姜朵朵, 于 松, 等. 叶面肥对农作物阻镉效应机制研究进展[J]. 大麦与谷类科学, 2017, 34(3): 1 − 5.
    [12] 鞠明岫. 不同叶面肥及声波处理对温室草莓生长和果实品质的影响研究[D]. 内蒙古农业大学, 2019.
    [13] 向焱赟, 伍 湘, 张小毅等. 叶面阻控剂对水稻吸收和转运镉的影响研究进展[J]. 作物研究, 2020, 34(3): 290 − 296.
    [14] 张明中. 番茄施硒的生理和品质效应及分子调控研究[D]. 重庆: 西南大学, 2014.
    [15] 张志元, 张 翼, 郭清泉, 等. 含硒植物营养剂对桃和梨吸收铅、镉、汞的拮抗作用[J]. 作物研究, 2011, 25(4): 368 − 369. doi: 10.3969/j.issn.1001-5280.2011.04.17
    [16] Lin L, Zhou W H, Dai H W, et al. Selenium reduces cadmium uptake and mitigates cadmium toxicity in rice[J]. Journal of Hazardous Materials, 2012, 235: 343 − 351.
    [17] 秦丽娟, 张伯尧, 王万雄. 兰州市叶菜类蔬菜中重金属含量及健康风险分析[J]. 甘肃科学学报, 2013, 25(2): 35 − 39. doi: 10.3969/j.issn.1004-0366.2013.02.011
    [18] 刘瑞伟, 皇传华, 刘海军, 等. 有机肥料对土壤重金属净化及叶菜生长的影响[J]. 农业与技术, 2004, 24(6): 80 − 82. doi: 10.3969/j.issn.1671-962X.2004.06.028
    [19] 中国植物志编委员会. 中国植物志[M]. 北京: 科学出版社, 1997.
    [20] 赵 勇, 李红娟, 孙治强. 土壤、蔬菜Cd污染相关性分析与土壤污染阈限值研究[J]. 农业工程学报, 2006, 22(7): 1449 − 153.
    [21] 陈莉薇, 陈海英, 武 君, 等. 利用Tessier五步法和改进BCR法分析铜尾矿中Cu、Pb、Zn赋存形态的对比研究[J]. 安全与环境学报, 2020, 20(02): 735 − 740.
    [22] 张 婷. 生物炭和秸秆配合施用对土壤有机碳氮转化的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016.
    [23] Cui H B, Ma K Q, Fan Y C, et al. Stability and heavy metal distribution of soil aggregates affected by application of apatite, lime, and charcoal[J]. Springer Berlin Heidelberg, 2016, 23(11): 10808 − 10817.
    [24] 刘晶晶, 杨 兴, 陆扣萍, 等. 生物炭对土壤重金属形态转化及其有效性的影响[J]. 环境科学学报, 2015, 35(11): 3679 − 3687.
    [25] Hu Y J, Chen G Y, Ma W C, et al. Distribution and contamination hazards of heavy metals in solid residues from the pyrolysis and gasification of wasterwater sewage sludge[J]. Journal of Residuals Science & Technology, 2016, 13(4): 259 − 268.
    [26] Park J H, Choppala G K, Bolan N S, et al. Biochar reduces the bioavailability and phytotoxicity of heavy metals[J]. Plant and Soil, 2011, 348(1/2): 439 − 451.
    [27] Jiang J, Xu R K, Jiang T Y, et al. Immobilization of Cu(Ⅱ), Pb(Ⅱ)and Cd(Ⅱ)by the addition of rice straw derived biochar to a simulated polluted Ultisol[J]. Journal of Hazardous Materials, 2012, 229/230: 145 − 150. doi: 10.1016/j.jhazmat.2012.05.086
    [28] 刘旭东, 张润花, 李志国, 等. 生物炭对设施栽培土壤重金属Cd形态变化的影响[J]. 中国农学通报2016, 32(15): 125-129.
    [29] 杨 萌, 邢 海, 闻秀娟, 等. 生物炭对土壤重金属污染修复作用的研究进展[J]. 贵州农业科学, 2020, 48(4): 153 − 160. doi: 10.3969/j.issn.1001-3601.2020.04.032
    [30] 叶希青. 生物炭去除重金属离子及竞争吸附作用研究[D]. 北京: 中国地质大学, 2020.
    [31] Cao X D, Ma L N, Gao B, et al. Dairy-manure derived biochar effectively sorbs lead and atrazine[J]. Environmental Science & Technology, 2009, 43(9): 3285 − 3291.
    [32] Gomez-Eyles J L, Sizmur T, Collins C D, et al. Effects of biochar and the earthworm Eisenia fetida on the bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons and potentially toxic elements[J]. Environmental Pollution, 2011, 159(2): 616 − 622. doi: 10.1016/j.envpol.2010.09.037
    [33] 岳国辉. 土壤pH和有机质含量对重金属可利用性的影响[J]. 中国金属通报, 2021, (5): 196 − 197. doi: 10.3969/j.issn.1672-1667.2021.05.097
    [34] 郭大维. 改良剂与叶面硒肥联合阻控对土壤镉钝化及小白菜吸收镉的影响[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2020.
    [35] 周 健, 郝 苗, 刘永红, 等. 不同价态硒缓解小油菜镉胁迫的生理机制[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(2): 444 − 450. doi: 10.11674/zwyf.16283
    [36] 余 垚, 罗丽韵, 刘 哲, 等. 青菜中镉的吸收和累积对硒的响应规律[J]. 环境科学, 2020, 41(2): 962 − 969.
    [37] 徐境懋, 顾明华, 韦燕燕, 等. 纳米硒和亚硒酸盐对镉污染土壤中水稻镉积累的影响[J]. 南方农业学报, 2021, 52(10): 2727 − 2734. doi: 10.3969/j.issn.2095-1191.2021.10.012
    [38] 郝 苗. 小油菜中硒镉相互作用及富硒土壤施硫的影响[D]. 武汉: 华中农业大学, 2016.
    [39] 杨福林, 高 菲, 程文旭. 土壤-植物系统中硒与镉交互作用研究进展[J]. 安徽农学通报, 2021, 27(8): 136 − 138. doi: 10.3969/j.issn.1007-7731.2021.08.052
    [40] Wang X H, Li X, Liu G Q, et al. Mixed heavy metal removal from wastewater by using discarded mushroom-stick biochar: adsorption properties and mechanisms[J]. Environmental Science:Processes & Impacts, 2019, 21(3): 584 − 592.
  • 加载中
图(6) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  135
  • HTML全文浏览量:  33
  • PDF下载量:  22
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-16
  • 录用日期:  2022-03-23
  • 修回日期:  2022-02-07
  • 刊出日期:  2022-06-17

目录

    /

    返回文章
    返回