改性酒糟生物炭对紫色土壤镉形态及水稻吸收镉的影响

作     者：肖乃川 王子芳 杨文娜 谢永红 代文才 高明 XIAO Nai-chuan;WANG Zi-fang;YANG Wen-na;XIE Yong-hong;DAI Wen-cai;GAO Ming

作者机构：西南大学资源环境学院重庆400715 重庆农业科学院果树研究所重庆401329 

出 版 物：《环境科学》 (Environmental Science)

年 卷 期：2024年第45卷第5期

页      面：3027-3036页

核心收录：

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

基　　金：重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(cstc2019jscxtjsbX0001) 国家自然科学基金项目(42177019) 

主　　题：镉(Cd)污染 紫色土 改性酒糟生物炭 土壤-水稻系统 镉积累 

摘      要：生物炭及改性生物炭已被广泛应用于重金属污染农田土壤修复领域.为探寻经济有效的镉(Cd)污染酸性紫色土壤修复改良材料,将酒糟制成酒糟生物炭(DGBC),并用纳米二氧化钛(Nano-TiO_(2))对其改性,制得两种改性酒糟生物炭TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC,采用水稻盆栽试验研究不同生物炭和不同施用量(1%、3%、5%)处理对土壤理化性质、养分含量、Cd赋存形态与生物有效性、水稻生长与Cd富集的影响.结果表明:①施用DGBC显著提高了酸性紫色土pH、CEC和养分含量,且TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC效果更好.②DGBC和改性DGBC使土壤Cd形态由可溶态向难溶态转变,残渣态Cd相较对照增加了1.22%~18.46%.土壤Cd生物有效性显著降低,DGBC、TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC分别使有效态Cd降低11.81%~23.67%、7.64%~43.85%和19.75%~55.82%.③施用DGBC和改性DGBC提高了水稻产量,DGBC、TiO_(2)/DGBC和Fe-TiO_(2)/DGBC在3%添加量时水稻产量最高,分别为30.60、37.85和39.10 g·pot^(−1),是对照的1.13、1.40和1.44倍.水稻各部位Cd含量显著降低,施用3种生物炭时水稻籽粒ω(Cd)分别为0.24~0.30、0.16~0.26和0.14~0.24 mg·kg^(−1),TiO_(2)/DGBC在5%、Fe-TiO_(2)/DGBC在3%和5%添加量时,水稻籽粒ω(Cd)低于0.2 mg·kg^(−1),符合国家食品中污染物限量标准(GB 2762-2022).总体来看,Nano-TiO_(2)改性DGBC通过自身的吸附作用和影响土壤Cd形态分布有效降低了土壤Cd生物有效性,从而降低了水稻对Cd的吸收,同时促进了水稻生长,提高水稻产量.是一种具有潜在应用前景的Cd污染土壤修复改良材料.研究结果可以为Cd污染酸性紫色土农田修复和农业安全生产提供科学依据.