花生壳基生物炭对生菜镉吸收和土壤pH的影响

张文 符传良 吉清妹 曾建华 张冬明 吴宇佳 刘国彪

摘 要：该文主要研究了花生壳生物炭对生菜镉吸收和土壤pH的影响，结果表明：花生壳基生物炭随着用量的增加，可使生菜产量增加9.7%～46.2%；生菜对Cd的吸收降低8.4%～38.4%；土壤有效态 Cd的含量降低7.0%～23.7%；土壤 pH值提高0.09～0.67个单位；花生壳基生物炭随着炭化温度由300℃提高到700℃，对降低生菜吸收Cd和提高土壤pH效果更显著，降低生菜地上部Cd含量21.8%～32.7%；降低生菜根系 Cd含量17.0%～30.9%；提升土壤pH值0.49～0.94个单位。

关键词：生菜；生物炭；镉吸收；土壤pH

中图分类号 S63 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）06-78-04

Effects of Peanut Husk Biochar on Absorption of Cd in Lettuce and Soil pH

Zhang Wen et al.

（Institute of Agricultural Environment and Soil，Hainan Academy of Agricultural Sciences/ Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation（Hainan），Ministry of Agriculture，Haikou 571100，China）

Abstract：Effects of peanut husk biochar on absorption of Cd in lettuce and soil pH were studied. The results showed that lettuce production increased by 9.7%～46.2% with the increase of the amount of peanut husk biochar，the absorption of Cd in lettuce reduced by 8.4%～38.4%， the content of available Cd in soil reduced by 7.0%～23.7%，soil pH increased by 0.09～0.67 units. The effects of reducing the absorption of Cd and improving the pH in the soil is more significant with the carbonization temperature from 300℃ to 700℃，the absorption of Cd in the upper of lettuce reduced by 21.8%～32.7% and in root of lettuce reduced by 17.0%～30.9%，and soil pH increased by 0.49～0.94.

Key words：Lettuce；Peanut husk bioachar；Cd uptake；Soil pH

生物质炭（biochar）是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经高温裂解、去除混合可燃气体和焦油后得到的一类高度芳香化难熔性固态物质，常见的生物质炭包括木炭、竹炭、秸秆炭等。生物质炭的元素组成主要包括碳、氢、氧、硫、氮等，其次为灰分元素[1]。生物质炭的含碳量与生物质最终炭化温度有关，随着最终炭化温度的升高，其含碳量增加，氢和氧的含量降低，灰分含量亦有所增加[2]。生物质炭具有多孔性、高比表面积，施入土壤后对土壤容重、孔性、CEC、微粒大小分布、吸附解吸特征都有一定影响。

施用生物质炭不仅能改善土壤理化性质、提高土壤肥力，还能吸附重金属（如福、砷、铅等），减少植物对污染物的吸收，在一定程度上达到环境修复的效果。Uchimiya等[3]对比研究了生物炭与活性炭对Cu、Ni和Cd的吸附能力，结果表明生物炭对Cu的吸附作用最大。土壤性质不同，生物炭对无机污染物的固定方式也不同，如Uchimiya等[4]通过对低Cu背景值的沙质壤土的研究，发现生物炭对Cu的吸附主要是其高CEC所致，而在高Cu背景值的碱性粘质土中，生物炭的矿质部分促进了Cu的沉淀反应。吴成等[5]研究表明，生物质炭对Hg2+、As3+、Pb2+和Cd2+能够进行强烈吸附，而且对Pb2+最大吸附量远大于对其它几种重金属，吸附平衡在5h内可达到；余梅芳等[6]研究了稻壳活性炭吸附水中重金属，左海强、张蕊等[7-8]报道了稻壳灰对重金属铜吸附，楚颖超等[9]利用椰纤维生物炭对Cd（Ⅱ）、As（Ⅲ）、Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）进行了吸附性研究，王艳红等[10]开展了稻壳基生物炭对生菜Cd吸收的研究，均表明生物炭对重金属具有吸附作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料 盆栽土壤取自海口市美兰玄武岩砖红壤，土壤自然风干后，过5mm筛，取150kg土壤装入大塑料箱中，添加0.750gCdSO4，与土壤充分混匀后加入去离子水使土壤保持田间持水量的60%～70%，进行土壤老化。待稳定180d后，土壤基本理化性质为：pH5.22，有机质18.3g/kg，碱解氮76mg/kg，有效磷20.1mg/kg，速效钾112.26mg/kg，全镉2.28mg/kg，酸交换态Cd0.404mg/kg。花生壳自然风2d后于70℃左右烘12h，用粉碎机将花生壳粉碎，过50目筛装密封袋备用。将备用花生壳置于不锈钢桶中，盖上盖子，放入马弗炉内，300℃、500℃和700℃炭化4h（升温速率20℃/min，升至300℃、500℃或700℃保温4h），冷却至室温后磨碎过2mm筛，置于密封袋中密封保存，得到花生壳基生物炭。

1.2 试验设计 试验1：试验于2015年3月10日至4月30日在海南省农业科学院永发基地网室进行。试验用土为玄武岩砖红壤，配制4个300℃花生壳基生物炭用量水平：5g/kg、10g/kg、20g/kg、30g/kg，分别记为C1、C2、C3、C4，并以不施花生壳基生物炭（C0）作为对照，共5个处理，3次重复。花生壳基生物炭与土壤充分混匀后装盆，每盆装土5.0kg。肥料用量为250mg（N）/kg、60mg（P2O5）/kg、150mg（K2O）/kg，分别以尿素、磷酸氢二铵和氯化钾施入。氮肥、磷肥和钾肥均作为追肥，全生育期追肥4次，分别按设计施用量的25%、15%、30%和30%溶于水后淋施。生菜生长期间，根据生菜生长和天气需要及时浇水。待出苗齐后，每盆定苗3株，50d后收获地上部和根系鲜样测定其Cd含量；同时采集盆栽土壤检测。试验2：试验于2015年3月10日至4月30日在海南省农业科学院永发基地网室进行。试验用土为玄武岩砖红壤，分别配制300℃、500℃和700℃花生壳基生物炭，用量水平20g/kg，分别记为T300、T500、T700，并以不施花生壳基生物炭（ck）作为对照，共4个处理，3次重复。花生壳基生物炭与土壤充分混匀后装盆，每盆装土5.0kg。肥料用量为N250mg/kg、P2O560mg/kg、K2O150mg/kg，分别以尿素、磷酸氢二铵和氯化钾（均为农用化肥）施入。氮肥、磷肥和钾肥均作为追肥，全生育期追肥4次，分别按设计施用量的25%、15%、30%和30%溶于水后淋施。生菜生长期间，根据生菜生长和天气需要及时浇水。待出苗齐后，每盆定苗3株，50d后收获地上部和根系，称取鲜样测定Cd含量；同时采集盆栽土壤检测。

1.3 分析与测定方法 土样全镉采用HNO3-HClO4-HF消化，原子吸收分光光度法测定；植物样品全镉采用HNO3-HClO4消化、原子吸收分光光度法测定[11-12]。土壤酸性态Cd含量用NH4OAc浸提，火焰原子吸收分光光度法测定[13-14]。土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤速效磷采用钼锑抗比色法；土壤速效钾采用火焰光度法测定；土壤有机质采用稀释热法测定；土壤pH采用2.5∶1的水土比悬液电位法测定。

1.4 数据处理 采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.0 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同花生壳基生物炭用量对生菜地上部和根系鲜重的影响 不同花生壳基生物炭用量处理中，生菜地上部鲜重明显高于不施用花生基生物炭对照，并随着花生壳基生物炭用量的增加呈递增趋势，增幅为9.7%～46.2%；其中花生壳基生物炭用量5g/kg和10g/kg统计差别不大（图1）。相应地，生菜根系鲜重亦随着花生壳基生物炭用量的增加显著增加，增幅17.1%～81.6%；其中花生壳基生物炭用量10g/kg和20g/kg统计差别不大（图2）。

2.2 不同花生壳基生物炭用量对生菜地上部和根系Cd含量的影响 生菜地上部Cd含量均随着增施花生壳基生物炭显著降低，降幅达8.4%～38.4%，但5g/kg和10g/kg用量的花生壳基生物炭统计差别不大（图3）；施用花生壳基生物炭对生菜根系Cd含量也有显著下降，降低幅度达17.0%～30.9%，但花生壳基生物炭用量50g/kg和10g/kg统计差别不大（图4），表明花生壳基生物炭对生菜从土壤中Cd吸收有较理想的减缓效果。

2.3 不同花生基生物炭用量对土壤pH值的影响 不同用量花生基生物炭相对于对照处理，均可以提高土壤pH，土壤pH由4.68提升到5.35，提高了0.09～0.67个单位，除了花生壳基生物炭用量5g/kg处理没有达到统计显著水平外，其他用量处理均达到显著性差异（图5）。pH值是影响土壤Cd有效性的一个主要因子，在酸性土壤中，土壤pH值的提高能促使土壤Cd向无效态转变，从而降低其生物有效性。

2.4 不同花生基生物炭用量对土壤有酸性态Cd含量的影响 不同花生基生物炭用量对花生基生物炭均可降低土壤有效态Cd的含量，随着用量的增加土壤酸性态Cd含量逐步降低，降低幅度为7.0%～23.7%，其中花生壳基生物炭用量50g/kg和10g/kg统计差别不大（图6）。

2.5 不同炭化温度的花生壳基生物炭对生菜地上部和根系鲜重Cd含量的影响 随着花生壳基生物炭炭化温度的提高，对减缓生菜地上部吸收Cd效果明显，Cd含量降幅达21.8%～32.7%，且各个处理间差异显著（图7）；同时显著降低了生菜根系Cd含量，降低幅度达17.0%～30.9%，除300℃、500℃炭化花生壳基生物炭处理统计差别不大外，其他处理间差异显著（图8），表明提高炭化温度的花生壳基生物炭对生菜从土壤中Cd吸收有更好的减缓效果。

2.6 不同炭化温度的花生壳基生物炭对土壤pH值的影响 不同温度炭化花生基生物炭相对于对照处理，均可以提高土壤pH值，炭化温度有300℃提高到700℃，土壤pH值由4.61提升到5.55，分别提高0.49～0.94个单位，处理间T300和T500间差异不显著，其他处理间达到显著性差异（图9）。

3 结论

（1）花生壳基生物炭对生菜生长具有促进作用，其不同用量处理的生菜地上部和根系鲜重明显高于不施用花生基生物炭对照，并随着用量的增加呈递增趋势，地上部增幅为9.7%～46.2%，根系增幅达17.1%～81.6%。

（2）花生壳基生物炭可降低生菜对Cd的吸收，生菜地上部Cd含量均随着花生壳基的增施，生物炭显著降低，降幅达8.4%～38.4%；生菜根系Cd含量亦随着花生壳基生物炭用量的增施显著降低，幅度达17.0%～30.9%。

（3）不花生壳基生物炭可以显著提高土壤pH值，土壤pH值由4.68提升到5.35，提高了0.09～0.67个单位。

（4）花生基生物炭可以降低土壤有效态Cd的含量，降低幅度为7.0%～23.7%。

（5）随着花生壳基生物炭炭化温度的提高，生菜地上部Cd含量均显著降低，降幅达21.8%～32.7%，生菜根系Cd含量降低幅度达17.0%～30.9%，表明提高炭化温度的花生壳基生物炭对生菜从土壤中Cd吸收有更好的减缓效果。

（6）提高花生基生物炭炭化温度炭化，可以显著提高土壤pH值，炭化温度由300℃提高到700℃，土壤pH值由4.61提升到5.55，分别提高0.49～0.94个单位。

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（责编：张宏民）