生物质炭对镉在红壤-水稻系统中迁移转化的影响机制

本研究立足于红壤镉污染治理的热点及难点问题，结合生物质炭高比表面积和强吸附特性，可降低土壤中重金属的生物有效性和植物中重金属积累量等优点，拟探索生物质炭（水稻秸秆炭）对镉在红壤-水稻系统中迁移转化的影响机制。批量平衡法研究生物质炭对红壤吸附-解吸镉行为的影响，根际袋培养试验研究生物质炭对镉在土壤-水稻系统中时空迁移转化的影响，运用δ13C研究生物质炭在红壤中的形态变化，能谱扫描电镜、红外光谱和X-射线衍射等现代分析技术并结合传统的化学连续提取法研究红壤中镉的形态转化，揭示生物质炭在红壤中其形态变化与镉形态转化的耦合机制。本项目研究结果，将为农业废弃生物质资源化利用提供新的思路，为发展实用、高效、安全、环境友好的镉污染土壤原位固定修复技术提供理论依据，对推动土壤污染治理的深入发展具有重要的理论意义和实践意义；为发展稻米镉积累调控技术提供依据与新思路亦具重要意义。

本研究立足于红壤镉污染治理的热点及难点问题，结合生物质炭高比表面积和强吸附特性、可降低土壤中重金属的生物有效性和植物中重金属积累量等优点，探索生物质炭对镉在红壤-水稻系统中迁移转化的影响机制。主要研究结果如下：生物质炭对水中Cd2+离子的吸附能力随pH的增加而增大，pH为12.0时吸附量达到最大；随吸附剂剂量的增加，Cd2+离子的去除率增加，其平衡吸附量减少；随着介质溶液离子强度的增大，Cd2+离子的平衡吸附量减少，去除率也随之降低。生物质炭对Cd2+离子的吸附存在着物理吸附和化学吸附，生物质炭表面存在的羧基（R-COOH）和醇羟基或酚羟基（R-OH）基团可与镉形成络合基团R-O-M、R-COO-M。添加生物质炭提高了水稻土对Cd的吸附量，且吸附增加量随着生物质炭添加量的增加、吸附温度升高以及反应体系pH的增大而增大；降低了Cd的解吸量，且解吸量随着生物质炭添加量的增加、吸附温度升高以及反应体系pH的增大而减小。施用生物质炭对土壤pH值、DOC含量均影响显著；能显著降低土壤有效态Cd含量，降低稻米产量和其中Cd含量；促进土壤可交换态Cd向碳酸盐结合态Cd、有机结合态Cd和残渣态Cd转化。在无污染和低镉浓度污染土壤上施用不同量生物炭均能降低根际土和非根际土水溶态和有效态Cd含量，在高浓度镉污染土壤中施用高量生物炭能降低根际土和非根际土水溶态和有效态Cd含量。添加不同浓度外源镉土壤施用生物质炭均显著提高水稻根镉含量；在水稻生长前期提高水稻茎叶镉含量、后期降低茎叶含量；降低糙米镉含量。生物质炭施用提高土壤pH值，降低土壤CaCl2提取态和水溶态Cd含量和降低Cd从根向茎叶、从茎叶和稻壳向糙米中转移是降低糙米中Cd含量的主要原因。研究已发表论文5篇（EI 2篇，CSCD3篇）。