论文部分内容阅读
生物炭是一种重要的的土壤改良剂,常被用来改善土壤性质,提升土壤功能,或进行无机或有机污染土壤的修复。生物炭经过物理冻融,化学氧化或自然老化处理后成为老化生物炭,相比原始生物炭,老化生物炭的含氧官能团,各元素含量,空隙结构等性质均发生改变,从而影响土壤中的污染物,养分（氮）等的含量。但是生物炭长期应用于土壤中可能会改变其对土壤、植物重金属及氮的影响,因此,研究老化生物炭对土壤的重金属生物有效性及氮素的影响是极其必要的。本研究采用玉米秸秆衍生的原始生物炭（BC）和老化生物炭（OBC）,将老化生物炭按0,2%,5%的含量与土壤混匀,平衡2年。之后通过小麦盆栽实验,比较原始生物炭和老化生物炭对土壤中三种重金属Pb、Cr、Cd在根际土和非根际土的残留量、有效态含量的差异,及在小麦茎叶和根部累积量的差异,探讨了生物质炭对重金属污染土壤中有效氮（NH4+-N和NO3--N）的影响,以期为生物质炭在污染土壤修复中的长期应用提供理论依据。主要研究结果如下:原始炭和老化炭对重金属Pb、Cr、Cd具有强烈的吸附固持能力,与不添加炭的对照相比,两种生物炭能显著增加三种金属在土壤根际土和非根际土中的总残留量,但是原始炭对土壤中Cd的吸附能力较弱,只有高剂量老化炭（5OBC）处理组显著提高了土壤中Cd的总残留量。5OBC中根际土Pb、Cr、Cd的总残留量分别增加了11.94%,11.18%,11.22%,非根际土中三种金属分别增加了6.03%,6.42%,11.81%,因此三种重金属Pb、Cr、Cd更易被5OBC固定。土壤中Pb、Cr、Cd的残留量随生物炭施加量增加而增加。两种生物炭都能显著降低土壤（根际土、非根际土）中Pb、Cr的有效态含量。原始炭对根际土中Cd的有效态含量无显著性降低,高剂量原始炭（5BC）能显著降低非根际土中Cd的有效态含量,而两种剂量的老化炭均可显著降低土壤中Cd的有效态含量。5OBC对根际土Pb、Cr、Cd的有效态含量分别降低了13.89%,22.43%,15.75%,非根际土中分别降低了12.52%,18.89%,12.54%。除老化炭（2OBC、5OBC）处理下土壤（根际土、非根际土）Cr的有效态含量随施加量增加而降低,其余生物炭处理组土壤中Pb、Cr、Cd的有效态含量并未随生物炭施加量增加而降低。相比对照,添加生物炭能显著增加小麦苗期的生物量,且老化炭处理下的小麦苗期生物量更高。两种生物炭均显著降低了小麦体内Pb、Cr、Cd的累积量,且同等剂量下,老化炭更能降低小麦体内Pb、Cr、Cd的累积量,其中,5OBC处理效果最明显,小麦茎叶中Pb、Cr、Cd的累积量分别降低了56.59%,47.91%,80.60%,小麦根部Pb、Cr、Cd的累积量分别降低了61.83%,43.43%,77.03%,因此,5OBC处理组更能显著降低土壤重金属生物有效性。原始炭能够显著减少Pb和Cd的转运系数,老化炭能显著减少Cr和Cd的转运系数,有助于抑制重金属从根部向茎叶的转运。施加氮肥后,随着时间的延长,土壤中NH4+-N含量逐渐减少,而NO3--N含量逐渐增加,但相比对照组,施加生物炭都会显著降低土壤中NH4+-N和NO3--N含量,且在5OBC处理下更能显著降低土壤中NH4+-N和NO3--N含量。原始炭与土壤中老化两年的生物炭进行的盆栽实验中,两种生物炭都能够显著增加根际土、非根际土中重金属的残留量,减少根际土、非根际土中重金属的有效态含量,增加小麦苗期生物量,减少小麦茎叶及根部重金属的累积量,降低土壤中NH4+-N和NO3--N含量。其中,5OBC处理组在吸附固定土壤中重金属Pb、Cr、Cd,降低重金属生物有效性及降低土壤中NH4+-N含量的效果最好。