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生物炭与沸石复配对碱性土壤铅镉有效性的影响

丁爱芳 刘存丽 吴晓霞

丁爱芳, 刘存丽, 吴晓霞. 生物炭与沸石复配对碱性土壤铅镉有效性的影响[J]. 土壤通报, 2023, 54(2): 454 − 461 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021112904
引用本文: 丁爱芳, 刘存丽, 吴晓霞. 生物炭与沸石复配对碱性土壤铅镉有效性的影响[J]. 土壤通报, 2023, 54(2): 454 − 461 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021112904
DING Ai-fang, LIU Cun-li, WU Xiao-xia. Effects of Biochar and its Mixture of Zeolite on Availability of Lead and Cadmium in Alkaline Soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2023, 54(2): 454 − 461 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021112904
Citation: DING Ai-fang, LIU Cun-li, WU Xiao-xia. Effects of Biochar and its Mixture of Zeolite on Availability of Lead and Cadmium in Alkaline Soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2023, 54(2): 454 − 461 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021112904

生物炭与沸石复配对碱性土壤铅镉有效性的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2021112904
基金项目: 江苏省高校自然科学研究面上项目(19KJB610005)资助
详细信息
    作者简介:

    丁爱芳(1969−),女,教授,博士,主要从事土壤污染监测与治理研究。E-mail: dingaifang@nixzc.edu.cn

  • 中图分类号: X53

Effects of Biochar and its Mixture of Zeolite on Availability of Lead and Cadmium in Alkaline Soil

  • 摘要:   目的  以生物炭单施及其与沸石复配为钝化剂,研究其对铅镉复合污染碱性土壤理化性质及铅镉有效性的影响,以期用钝化技术为碱性土壤重金属污染原位修复提供理论和实践支持。  方法  以河南某金属冶炼厂附近铅(Pb)镉(Cd)污染的碱性菜地土壤(Pb 227.75 mg kg−1、Cd 3.38 mg kg−1)为研究对象,采用盆栽试验,研究生物炭单施及其与沸石复配(生物炭∶沸石 = 1∶1)不同施入量(0、1%、2.5%、5%)对土壤理化性质、土壤Pb、Cd有效态含量、青菜根和叶中Pb、Cd含量以及青菜富集转运Pb、Cd的影响。  结果  与对照相比,生物炭单施及其与沸石复配处理,使土壤pH提高了0.03 ~ 0.17个单位,与对照无显著差异,但显著提高了土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量(P < 0.05)。土壤有效态Pb、Cd含量随钝化剂施用量增加呈下降趋势,分别下降了10.69% ~ 32.75%和7.63% ~ 26.72%,相同施用量下复配处理效果优于单施处理。生物炭及其复配沸石促进了青菜生长,降低了青菜Pb的含量,根部和茎叶中Pb的含量比对照分别下降了2.79% ~ 64.90%和4.76% ~ 76.19%,5%施入量下降作用显著(P < 0.05),对青菜根部Cd含量也有降低作用,但没能降低茎叶中Cd的含量,Cd在青菜中有较高的富集和转运能力。相关分析表明,青菜Pb、Cd含量受pH变化影响较小,与土壤有机质含量显著相关(P < 0.05)。  结论  在铅镉复合污染碱性土壤中,生物炭及其与沸石复配都改变了土壤理化性质,与单施生物炭相比,复配处理降低土壤铅镉有效性作用较大,铅镉有效性受土壤pH变化影响较小,但受有机质含量影响较大,青菜对土壤中镉的富集和转运能力高于铅。
  • 图  1  生物炭电镜扫描图像(a)和红外光谱图(b)

    Figure  1.  The SEM image (a) and infrared spectrogram (b) of the biochar

    图  2  不同处理对青菜生物量和土壤有效态Pb、Cd含量的影响

    Figure  2.  Effects of different treatment on the biomass of green vegetable and contents of available Pb and Cd in soil

    图  3  不同处理对青菜Pb、Cd含量的影响

    Figure  3.  Effects of different treatments on contents of Pb and Cd in green vegetable

    表  1  不同处理对土壤理化性质的影响

    Table  1.   Effects of different treatments on physical and chemical properties of soil

    处理
    Treatment
    pH有机质
    Organic matter
    (g kg–1
    碱解氮
    Alkali hydrolyzable nitrogen
    (mg kg–1
    有效磷
    Available phosphorus
    (mg kg–1
    速效钾
    Available potassium
    (mg kg–1
    CK 7.53 ± 0.04 a 16.29 ± 0.22 d 58.20 ± 1.73 d 79.68 ± 5.50 b 88.82 ± 4.99 e
    B1 7.56 ± 0.02 a 18.83 ± 0.43 c 69.99 ± 6.61 c 98.84 ± 16.86 a 102.83 ± 0.52 d
    B2 7.64 ± 0.05 a 20.32 ± 0.22 b 70.72 ± 2.97 c 99.60 ± 2.46 a 112.29 ± 2.65 bc
    B3 7.67 ± 0.08 a 22.83 ± 0.34 a 72.03 ± 4.28 bc 100.54 ± 7.99 a 121.63 ± 0.99 a
    BZ1 7.57 ± 0.05 a 16.67 ± 0.29 d 74.47 ± 15.34 ab 107.53 ± 15.36 a 97.95 ± 2.32 d
    BZ2 7.58 ± 0.10 a 18.51 ± 0.31 c 85.35 ± 12.04 a 111.23 ± 3.19 a 110.07 ± 1.48 c
    BZ3 7.70 ± 0.05 a 20.82 ± 0.34 b 87.88 ± 7.37 a 117.24 ± 15.34 a 117.16 ± 6.36 ab
      注:同列不同字母表示差异达5%为显著水平。
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    表  2  不同处理对青菜富集转运Pb和Cd的影响

    Table  2.   Effects of different treatments on accumulation and translocation of Pb and Cd in green vegetable

    处理
    Treatment
    BAFPbTFPbBAFCdTFCd
    根/土
    Root/Soil
    叶/土
    Leaf/Soil
    叶/根
    Leaf/Root
    根/土
    Root/Soil
    叶/土
    Leaf/Soil
    叶/根
    Leaf/Root
    CK 0.016 a 0.0074 a 0.45 bc 0.17 a 0.13 bc 0.79 c
    B1 0.015 a 0.0062 a 0.40 cd 0.14 b 0.13 bc 0.91 b
    B2 0.0098 b 0.0056 a 0.58 ab 0.14 b 0.12 c 0.81 bc
    B3 0.0056 c 0.0018 c 0.31 d 0.14 b 0.15 a 1.06 a
    BZ1 0.013 ab 0.0070 a 0.53 ab 0.16 a 0.12 bc 0.80 c
    BZ2 0.0095 b 0.0050 ab 0.52 bc 0.13 bc 0.14 ab 1.07 a
    BZ3 0.0055 c 0.0032 b 0.59 a 0.12 c 0.14 ab 1.14 a
      注:同列中不同字母表示差异达5%为显著水平。
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    表  3  青菜Pb、Cd含量与其他因素的相关性分析

    Table  3.   The correlation between concentrations of Pb and Cd in leaf and other factors

    重金属含量
    Concentration of heavy metal
    土壤pH
    Soil pH
    有机质含量
    Organic matter
    土壤有效态Pb含量
    Available Cd in soil
    土壤有效态Cd含量
    Available Cd in soil
    根部Pb含量
    Pb in roots
    根部Cd含量
    Cd in roots
    茎叶Pb −0.184 −0.716** 0.502* 0.198 0.885**
    茎叶Cd −0.147 0.532* −0.419 −0.058 −0.277
      注:***分别表示P < 0.05和P < 0.01显著水平
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-15
  • 录用日期:  2022-06-15
  • 修回日期:  2022-06-13
  • 刊出日期:  2023-04-06

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