蔬菜重金屬累積特征及生物炭施用影響效應(yīng)研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，含重金屬的污染物不斷進(jìn)入環(huán)境。由于重金屬在環(huán)境中具有難降解、毒性強(qiáng)、易通過(guò)食物鏈累積等特點(diǎn)，重金屬對(duì)人類健康和社會(huì)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。我國(guó)菜地土壤重金屬含量普遍高于糧田，而且蔬菜具有較強(qiáng)的重金屬累積能力，因此，菜地土壤重金屬污染（如Pb、Cd、Cu、Zn等）尤其值得關(guān)注。面臨重金屬污染土壤面積逐年擴(kuò)大和有效耕地面積日益縮小的雙重挑戰(zhàn)，尋求有效途徑降低蔬菜重金屬含量，保障蔬菜質(zhì)量安全，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有

2、迫切而重要的意義。已有研究發(fā)現(xiàn)生物炭富含P、K等營(yíng)養(yǎng)元素，呈堿性，高度芳香化，具有高比表面積和多孔性，其特殊性質(zhì)使其具有較好的農(nóng)用價(jià)值和環(huán)境污染修復(fù)潛力。目前，關(guān)于生物炭的研究多集中在二氧化碳固定和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用方面，而生物炭施用對(duì)土壤重金屬生物有效性的影響、蔬菜重金屬累積特征及生物炭施用對(duì)其影響研究相對(duì)較少。
　　為探討生物炭在重金屬污染土壤中的環(huán)境效應(yīng)及其對(duì)蔬菜重金屬累積與品質(zhì)的影響，本研究選擇廣泛食用的兩類蔬菜——葉菜類蔬菜和

3、根莖類蔬菜，以稻殼生物質(zhì)炭（Rush husk biochar，簡(jiǎn)稱RHB）為研究對(duì)象，采用盆栽試驗(yàn)，從四個(gè)方面進(jìn)行了研究：（1）在Cd單一污染和Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染條件下，不同蔬菜重金屬累積特征以及同一蔬菜不同部位重金屬累積特征，以及Cd單一污染對(duì)蔬菜生長(zhǎng)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)吸收特性的影響；（2）在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染條件下，生物炭施用對(duì)土壤重金屬有效性的影響；（3）在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染條件下，生物炭施用對(duì)不同蔬

4、菜可食部分重金屬含量的影響；（4）在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染條件下，生物炭施用對(duì)不同蔬菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響。其主要結(jié)論如下：
　?。?）在單一Cd污染條件下，Cd主要分布在蔬菜可食部分即生菜的莖和胡蘿卜的根中，且Cd抑制了生菜莖的伸長(zhǎng)和胡蘿卜根的伸長(zhǎng)。對(duì)于胡蘿卜生物量而言，Cd對(duì)胡蘿卜的生長(zhǎng)具有低促高抑作用，胡蘿卜地上、地下部分生物量在低濃度Cd處理?xiàng)l件下（3 ug·g-1）達(dá)到最高值，在高濃度Cd處理?xiàng)l件下（9 ug·g

5、-1）顯著降低；對(duì)于生菜生物量而言，高濃度Cd可以抑制生菜的生長(zhǎng)，生菜地上部分、地下部分生物量在土壤Cd濃度為9 ug·g-1時(shí)降到最低值。在單一Cd污染條件下，葉菜類和根莖類蔬菜體內(nèi)Cd與大多數(shù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素呈正相關(guān)關(guān)系。在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染條件下，蔬菜不同部位累積重金屬的能力差異很大。生菜地下部分重金屬Cd、Pb、Cu、Zn含量遠(yuǎn)高于地上部分；蘿卜地上部分Cd、Zn含量略高于地下部分，其地下部分Pb含量遠(yuǎn)高于地上部分，然而

6、其體內(nèi)Cu含量分布沒(méi)有明顯規(guī)律。在相同重金屬污染土壤中，葉菜類蔬菜對(duì)重金屬Cd、Pb、Cu的吸收累積能力好于根莖類蔬菜。對(duì)于不同重金屬而言，生菜對(duì)重金屬的累積能力表現(xiàn)為：Cd＞Cu＞Zn＞Pb，蘿卜對(duì)重金屬的累積能力表現(xiàn)為Cd＞Zn＞Cu＞Pb。
　?。?）在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染土壤中，施用不同劑量生物炭（1％RHB、2%RHB、5%RHB）可以降低土壤pH，增加土壤溶解性有機(jī)碳DOC含量。施用生物炭可降低生菜土壤EC，

7、而對(duì)蘿卜土壤EC影響不大。在復(fù)合污染土壤中，施用生物炭可以增加土壤有效態(tài)Cd、Zn含量，對(duì)土壤有效態(tài)Cu含量沒(méi)有顯著影響，對(duì)土壤有效態(tài)Pb含量的影響則與其施用劑量有關(guān)，即施用低劑量生物炭（1%RHB）可以增加土壤有效態(tài)Pb含量，施用中等劑量生物炭（2%RHB）對(duì)土壤有效態(tài)Pb含量沒(méi)有明顯影響，施用高劑量生物炭（5%RHB）可以降低土壤有效態(tài)Pb含量。生菜土壤和蘿卜土壤有效態(tài)Cd、Zn含量均與土壤pH呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。
　　

8、（3）在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染土壤中，施用不同劑量生物炭（1%RHB、2%RHB、5%RHB）可以顯著增加生菜可食部分Cd、Zn、Pb含量，然而對(duì)其可食部分Cu含量沒(méi)有顯著影響；施用生物炭對(duì)蘿卜可食部分Cd含量無(wú)顯著影響，然而施用高劑量生物炭（5%RHB）可顯著增加蘿卜可食部分Zn含量，施用中等劑量生物炭（2%RHB）可顯著降低蘿卜可食部分Pb、Cu、Zn含量。生菜和蘿卜可食部分Cd、Zn含量分別與土壤有效態(tài)Cd、Zn含量顯著正

9、相關(guān)。
　　（4）在Pb、Cd、Cu、Zn復(fù)合污染土壤中，生物炭的施用可以促進(jìn)不同蔬菜的生長(zhǎng)并提高其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。隨生物炭施用量的增加，生菜和蘿卜地上、地下部分生物量增加。對(duì)于蔬菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)而言，施用不同劑量生物炭（1%RHB、2%RHB、5%RHB）可顯著增加蘿卜硝酸鹽和維生素C含量，顯著降低還原糖含量。另外，施用低劑量（1%RHB）和中等劑量生物炭（2%RHB）可以顯著增加蘿卜氨基酸含量，然而施用高劑量生物炭（5%RHB）對(duì)蘿卜氨基

10、酸含量沒(méi)有顯著影響。對(duì)于生菜而言，施用生物炭對(duì)生菜還原糖含量沒(méi)有顯著影響，然而施用低劑量（1%RHB）和高劑量生物炭（5%RHB）可以顯著增加生菜氨基酸含量，且施用高劑量生物炭（5%RHB）可顯著增加生菜硝酸鹽和維生素C含量。另外，施用生物炭有利于蔬菜對(duì)大部分礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與利用。施用生物炭可以促進(jìn)蘿卜地上部分、整株對(duì)Fe的吸收以及各部位對(duì)P、K、Mn、Ni的吸收，抑制蘿卜地下部分對(duì)Fe、Mg的吸收；施用生物炭可以促進(jìn)生菜各部位對(duì)P