改性稻秸生物质炭对水田土壤及水稻植株Cd2+的钝化效应

doi:10.3969/j.issn.1006-8082.2023.04.013

摘要/Abstract

摘要：

采用亚克力管套作法，以稻秸生物质炭（BC）为原料，通过KMnO₄浸渍（BC-Mn）、NaOH碱化（BC-Na）、羟基磷灰石浸渍（BC-H）和FeC1₃浸渍（BC-Fe）4种改性手段制备相应的生物质炭，设置0、0.3和0.6 kg/m²的投加量，以揭示改性稻秸生物质炭对水田土壤及水稻植株Cd²⁺的钝化效应。结果表明：1）在未施加生物质炭的情况下，水田土壤有效态镉含量会随水稻生育期延长而不断累积，当各类生物质炭投加量为0.3和0.6 kg/m²时，与秧苗期相比，水稻成熟期土壤有效态镉含量均有所降低，投加量为0.3 kg/m²时，BC-Mn处理下的土壤有效态镉含量降幅最大，而在投加量为0.6 kg/m²时，改性稻秸生物质炭对土壤有效态镉含量的钝化效应均不如生物质炭原样；2）在投加各类生物质炭后，与秧苗期相比，在水稻成熟期，水田土壤全镉含量均有不同程度降低，其中，效果最显著的为BC-Na处理，土壤全镉含量会随BC-Na投加量的增加而降幅增大；与秧苗期相比，各类生物质炭的投加均有利于水稻成熟期土壤有机质含量的提高，其中，BC处理对于土壤有机质的提升作用显著高于改性处理的生物质炭；3）水稻植株各部位富集Cd²⁺的能力依次为茎>叶>籽粒。水田土壤中投加BC-Na与BC-Fe可有效降低水稻籽粒中Cd²⁺的含量，且二者的效果优于BC，尤其是BC-Fe处理。

关键词: 稻秸, 生物质炭, 改性, 镉, 钝化效应

Abstract:

The passivated effect of rice straw biochar (BC) and its modified biochars impregnated with KMnO₄, NaOH alkalization, hydroxyapatite impregnation and FeC1₃ impregnation modification methods on Cd²⁺ in paddy field soil and rice plant were studied by the method of acrylic casing, the dosage of 0, 0.3 and 0.6 kg/m². The results showed that: 1) Without applying biochar, the content of available Cd²⁺ in paddy field soil could continue to accumulate with the rice growth period. Compared with the seedling stage, the available Cd²⁺ content in the soil decreased at the rice mature stage. When the dosage of biochar was 0.3 kg/m², the available Cd²⁺ content in paddy field soil decreased the most under the BC-Mn treatment. At the dosage of biochar 0.6 kg/m², the passivated effect of modified rice straw biochars on the available Cd²⁺ content was not as good as that of the original biochar. 2) After adding biochar, compared with the seedling stage, the total Cd²⁺ content in paddy field soil at the mature stage of rice decreased to varying degrees. Among them, the most significant effect was BC-Na treatment, and the total Cd²⁺ content decreased with the increase of BC-Na dosage. Compared with the rice seedling stage, the addition of biochar was beneficial to the improvement of soil organic matter content at the mature stage of rice. Among them, the effect of original biochar on soil organic matter content was significantly higher than that of the modified biochars. 3) The ability of each organ of the rice plant to enrich Cd²⁺ was in the following order: stem>leaf>grain. The application of BC-Na and BC-Fe in paddy soil could effectively reduce the content of Cd²⁺ in the rice grain, and which was better than BC, especially the BC-Fe treatment.

Key words: rice straw, biochar, modified, cadmium, passivated effect

中图分类号:

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图/表 5

图1 不同改性稻秸生物质炭对水田土壤有效Cd含量的影响稻秸生物质炭的KMnO4浸渍改性、NaOH碱化改性、羟基磷灰石浸渍改性、FeC13浸渍改性及原样品分别用BC-Mn、BC-Na、BC-H、BC-Fe和BC表示。

表1 改性稻秸生物质炭对水田土壤有效镉含量影响的差异分析

图2 不同改性稻秸生物质炭对水田土壤全Cd含量的影响图柱上的不同大写字母表示相同水稻生育期、不同处理间的差异在0.05水平显著。

图3 不同改性稻秸生物质炭对水田土壤有机质含量的影响图柱上的不同大写字母表示相同水稻生育期、不同处理间的差异在0.05水平显著；图柱上不同小写字母表示同一处理、不同水稻生育期间的差异在0.05水平显著。下同。

图4 不同改性稻秸生物质炭对水稻各器官全Cd含量的影响

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改性稻秸生物质炭对水田土壤及水稻植株Cd²⁺的钝化效应

Passivated Effect of Modified Rice Straw Biochar on Cd²⁺ in Paddy Soil and Rice Plant

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