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生物炭和菌肥对土壤镉形态和棉花镉吸收的影响

钟明涛 李维弟 朱永琪 王金刚 田甜 王海江

钟明涛, 李维弟, 朱永琪, 王金刚, 田 甜, 王海江. 生物炭和菌肥对土壤镉形态和棉花镉吸收的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(5): 1172 − 1181 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102602
引用本文: 钟明涛, 李维弟, 朱永琪, 王金刚, 田 甜, 王海江. 生物炭和菌肥对土壤镉形态和棉花镉吸收的影响[J]. 土壤通报, 2022, 53(5): 1172 − 1181 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102602
ZHONG Ming-tao, LI Wei-di, ZHU Yong-qi, WANG Jin-gang, TIAN Tian, WANG Hai-jiang. Effects of Biochar and Microbial Fertilizer on Soil Cadmium Forms and Cotton Cadmium Uptake[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(5): 1172 − 1181 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102602
Citation: ZHONG Ming-tao, LI Wei-di, ZHU Yong-qi, WANG Jin-gang, TIAN Tian, WANG Hai-jiang. Effects of Biochar and Microbial Fertilizer on Soil Cadmium Forms and Cotton Cadmium Uptake[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2022, 53(5): 1172 − 1181 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102602

生物炭和菌肥对土壤镉形态和棉花镉吸收的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021102602
基金项目: 国家自然科学基金(42161042)和兵团科技项目(2018AA004,2020AB018)资助
详细信息
    作者简介:

    钟明涛(1998−),男,湖南省醴陵市人,硕士研究生,主要从事绿洲棉田重金属污染与修复:E-mail: 1531936588@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: wanghaijiang@shzu.edu.cn

  • 中图分类号: S156

Effects of Biochar and Microbial Fertilizer on Soil Cadmium Forms and Cotton Cadmium Uptake

  • 摘要:   目的  为了明确生物炭和菌肥修复石灰性土壤镉(Cd)污染的效果,探寻适宜石灰性土壤重金属Cd修复技术。  方法  采用盆栽的试验方法,研究施用3%的生物炭(B3)和1.5%的菌肥(M1.5)对不同外源Cd浓度(0、1、2、4 mg kg−1)石灰性土壤的pH值、Cd形态分布、酶活性以及棉花各器官Cd含量的影响。  结果  结果表明,生物炭和菌肥均能显著提高土壤的pH,但随着培养时间的延续添加改良剂处理的土壤的pH值呈现出下降的趋势:生物炭和菌肥的施用均能降低土壤可交换态Cd比例,提高土壤残渣态Cd比例,与对照相比,生物炭和菌肥处理下可交换态Cd的含量分别下降了18.42% ~ 48.46%和15.21% ~ 50.19%。生物炭和菌肥的添加显著提高土壤酶活性,其中蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶的最大增幅分别为89.1%、140.1%、39.7%和38.1%,菌肥处理总体优于生物炭处理。生物炭和菌肥的施用降低了植株各器官Cd含量,其中生物炭处理各器官中Cd含量最大降幅为34.0%,菌肥处理下最大降幅为39.5%。相关性和主成分结果表明,可交换态Cd与土壤酶活性呈显著负相关(P < 0.05),与植株根、茎和叶Cd含量呈现出显著的正相关(P < 0.05)。  结论  生物炭和菌肥作为土壤重金属钝化剂能够通过影响Cd的形态分布,从而缓解Cd对土壤酶活性的影响,降低棉花对Cd的吸收。总体来看,施加1.5%菌肥较3%生物炭在石灰性土壤Cd污染修复的效果更优。
  • 图  1  不同处理下Cd在土壤中的形态分布

    Figure  1.  Distribution of Cd in soil under different treatments

    图  2  改良剂和Cd对土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶活性的影响

    Figure  2.  Effects of amendments and Cd on activities of soil urease, invertase, alkaline phosphatase and catalase

    图  3  改良剂对棉花不同器官中Cd含量的影响

    Figure  3.  Effect of modifiers on Cd contents in different organs of cotton

    图  4  全培养期内各指标相关性分析

    Figure  4.  Correlation analysis of each index in the whole cultivation period

    图  5  不同采样时期主成分分析

    Figure  5.  Principal component analysis of different sampling periods

    表  1  供试材料的基本理化性质

    Table  1.   Basic physical and chemical properties of tested materials

    pH全氮
    Total N
    (g kg−1
    全磷
    Total P
    (g kg−1
    全钾
    Total K
    (g kg−1
    总碳
    Total C
    (g kg−1
    总镉
    Total Cd
    (μg kg-1
    羧基
    Carboxyl
    (mmol L−1
    内酯基
    Lactone
    (mmol g−1)
    酚羟基
    Phenolic hydroxyl
    (mmol g−1)
    供试土壤 7.76 0.46 0.82 10.35 14.73 250.00
    供试生物炭 9.50 0.89 2.54 8.62 246.83 2.00 0.20 0.25 0.21
    供试菌肥 7.80 90.00 62.40 75.40 379.10 0.10
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    表  2   不同处理下Cd污染水平以及改良剂的种类和施用量

    Table  2.   Cadmium pollution level, types and dosage of amendments under different treatments

    处理
    Treatment
    Cd浓度
    Cd concentration
    (mg kg−1
    生物炭
    Biochar
    (%)
    菌肥
    Microbial fertilizer
    (%)
    H0CK 0 0 0
    H0B3 0 3 0
    H0M1.5 0 0 1.5
    H1CK 1 0 0
    H1B3 1 3 0
    H1M1.5 1 0 1.5
    H2CK 2 0 0
    H2B3 2 3 0
    H2M1.5 2 0 1.5
    H4CK 4 0 0
    H4B3 4 3 0
    H4M1.5 4 0 1.5
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    表  3  改良剂施用对土壤pH的影响

    Table  3.   Effects of amendment application on soil pH

    处理
    Treatment
    培养时间(d)
    Cultivation time
    30 d60 d90 d120 d
    H0CK 7.60 ± 0.18 d 7.63 ± 0.06 d 7.61 ± 0.08 b 7.62 ± 0.04 d
    H0B3 8.44 ± 0.02 bc 8.45 ± 0.08 a 7.99 ± 0.06 a 7.89 ± 0.04 bc
    H0M1.5 8.42 ± 0.02 c 8.37 ± 0.05 a 7.94 ± 0.02 a 7.86 ± 0.04 c
    H1CK 7.63 ± 0.09 d 7.60 ± 0.10 d 7.63 ± 0.08 b 7.66 ± 0.10 d
    H1B3 8.58 ± 0.07 a 8.18 ± 0.14 b 8.01 ± 0.04 a 7.88 ± 0.08 bc
    H1M1.5 8.57 ± 0.01 ab 7.92 ± 0.12 c 7.95 ± 0.01 a 7.85 ± 0.11 c
    H2CK 7.65 ± 0.02 d 7.62 ± 0.08 d 7.64 ± 0.08 b 7.67 ± 0.04 d
    H2B3 8.45 ± 0.11 bc 8.02 ± 0.10 bc 7.99 ± 0.11 a 7.99 ± 0.03 ab
    H2M1.5 8.47 ± 0.01 abc 7.95 ± 0.12 c 7.98 ± 0.04 a 7.95 ± 0.02 abc
    H4CK 7.66 ± 0.03 d 7.65 ± 0.06 d 7.64 ± 0.11 b 7.69 ± 0.03 d
    H4B3 8.51 ± 0.03 abc 8.17 ± 0.14 b 7.99 ± 0.05 a 8.04 ± 0.08 a
    H4M1.5 8.40 ± 0.02 c 8.08 ± 0.13 bc 8.03 ± 0.08 a 7.99 ± 0.06 ab
      注:不同的小写字母表示不同处理间的差异显著(P < 0.05); **表示在0.01水平上差异极显著;*表示在0.05水平上差异显著;ns表示差异不显著,下同。
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-19
  • 录用日期:  2022-04-20
  • 修回日期:  2022-04-09
  • 刊出日期:  2022-09-30

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