万冬梅，杨山宁，黄 灵，黎加爽

（闽江学院 地理科学系，福建 福州 350108）

土壤是生态系统的基本构成要素，是关系人类生存与发展的物质基础。随着经济的快速发展，特别是矿产开采、冶炼、加工等工业活动以及不合理的灌溉、施肥等农业活动的进行，大量重金属污染物进入农业环境中，导致农业环境恶化以及农产品的污染，且重金属可在人类体内富集，对人体健康造成极大危害[1]。因此，迫切需要采取有效措施对重金属污染土壤进行修复，以减少其对环境的污染和人类健康的毒害效应。

生物炭是生物质通过热裂解(＜700℃)，在完全或部分缺氧条件下制成的一种高碳固体残渣[2]，研究表明，生物炭能够提高土壤pH 值，降低土壤中酸可提取态重金属含量[3]，从而降低其生物有效性[4]，由于生物炭具有多孔结构，可吸附重金属离子，降低其迁移率[5]，同时，生物炭可改善土壤环境，提高土壤肥力。因此，生物炭作为重金属污染土壤的改良剂具有较高的可行性，其相关研究已得到越来越多的关注。

本研究采用500℃条件下，限氧热解制备的玉米秸秆生物炭，作为镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)复合污染土壤的改良剂，通过室内盆栽实验，研究不同质量比生物炭配施对小白菜生长和生物量的影响，以期为生物炭对重金属污染土壤的修复研究提供借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 材料

本研究供试小白菜种子购买自福州春福种业有限公司，供试土壤采自福建省福州市闽侯县上街镇农田表层0～20cm 土壤，土壤在自然条件下风干，过5mm 筛，剔去植物残体，供盆栽用。供试试剂乙酸镉(C4H6CdO4·2H2O)、乙酸铅(C4H6O4Pb.H2O)、乙酸锌(C4H6O4Zn·2H2O)(分析纯)购自西陇化工股份有限公司。供试生物炭选用500℃限氧热解3h 制备的稻壳炭，捣碎过2mm 筛备用。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

根据龙岩市某钢铁冶炼场厂附近污染土壤Cd、Pb、Zn 情况[6]和我国土壤环境质量标准(GB15618-1995)[7]，供试土壤中分别添加5mg/kgCd、1000mg/kgPb、600mg/kgZn，以乙酸镉(C4H6CdO4·2H2O)、乙酸铅(C4H6O4Pb.3H2O)、乙酸锌(C4H6O4Zn·2H2O)形式加入，试验前一次性均匀混入供试土壤中，然后分装各盆，静置平衡15d，期间浇水保持土壤湿润。设计4个生物炭试验处理：0%(w/w)、1%(w/w)、3%(w/w)、5%(w/w)，分别标记为：BC0、BC1、BC3、BC5，生物炭施加按照集中添加，而后分装各盆的方式进行。同时设置不施加重金属及生物炭的对照组(CK)，每个处理设置5 次重复。

2019 年3 月30 日，在口径23cm 塑料花盆中添加1.5kg 已施入重金属药品及生物炭的土壤，每盆施入4g 复合肥(N：15%；P2O5：5%；K2O：25%)作为底肥，复合肥融水与土壤均匀混合。每盆散播10 粒左右小白菜种子，移入温室大棚，待幼苗长致两叶一心，每盆保留3 株长势均等幼苗，剔除多余幼苗。盆栽每次浇水200mL，浇水频率视蒸发情况而定，保证每盆浇水量一致。

1.2.2 植株分析

2019 年4 月29 日完成试验，采收小白菜地上部，测量植株鲜重，洗净擦干，80℃杀酶2h，而后于65℃烘箱烘干72h，测量植株干重。

2 结果与分析

2.1 生物炭对小白菜生长速度的影响

2019 年3 月30 日播种，4 月1 日，BC0、BC1、BC3、BC5 均已发芽，各处理无明显差异，而对照组CK 未见发芽迹象。4 月4 日，BC0、BC1、BC3、BC5 小白菜长势无明显差异，对照组CK 见发芽迹象。4 月10 日，重金属胁迫作用下，小白菜幼苗出现新叶黄化，BC0 相对于BC1、BC3、BC5 更为突出。4 月20日，各处理小白菜长势差异明显，总体表现为：CK＞BC5＞BC3＞BC1＞BC0。

2.2 生物炭对小白菜生物量的影响

2.2.1 生物炭对小白菜鲜重的影响

由表1 可知，由于本项研究施加重金属Cd、Pb、Zn 浓度已达到我国土壤环境质量标准(GB15618-1995)[7]的三倍左右，导致小白菜生长受到明显抑制，对照组(CK) 小白菜鲜重达到重金属胁迫处理组(BC0、BC1、BC3、BC5) 小白菜鲜重的2～4 倍左右，差异最明显的BC1，对照组(CK)小白菜鲜重是BC1 的4.16 倍。同时，不同质量比生物炭添加量对Cd、Pb、Zn 污染土壤上小白菜鲜重有明显影响，BC3、BC5 小白菜鲜重分别为BC0 的1.67、1.77 倍，而BC1 在所有处理中小白菜鲜重最低，并没有表现出明显修复效果，表明在土壤重金属Cd、Pb、Zn 污染程度较高时，添加3%(w/w)、5%(w/w)生物炭有利于小白菜生长，而少量生物炭配施并不能明显改善小白菜生长状况，或有可能降低小白菜生物量。

2.2.2 生物炭对小白菜干重的影响

各组处理小白菜干重表现出与鲜重相似的特征，重金属胁迫处理组小白菜干重大小关系为BC5＞BC3＞BC0＞BC1。重金属胁迫处理组小白菜干重均低于对照组(CK)，但差异未达到小白菜鲜重明显程度，对照组(CK)小白菜干重是BC1 的2.95 倍远低于鲜重的4.16 倍，表明重金属胁迫对小白菜吸收土壤水分有重要影响。

2.2.3 生物炭对小白菜含水率的影响

各组处理小白菜含水率大小关系为CK＞BC3＞BC5＞BC0＞BC1，表明重金属Cd、Pb、Zn 污染土壤上小白菜含水率受到明显影响。同时，BC3 小白菜含水率大于BC5，表明5%(w/w)相对于3%(w/w)生物炭配施虽然更有利于改善小白菜生长状况，但对小白菜吸收土壤水分却表现出不利影响。

3 讨论

目前我国土壤存在不同程度的重金属污染[8]，其具有普遍性、难迁移、高毒性、不可逆性以及生物相容性等特点[9]，是当今面临的主要环境问题之一，对人类的健康产生诸多不利影响，因此需要有经济、可靠的方法进行土壤改良。土壤重金属胁迫对一般非耐性植物的生长具有明显抑制作用[10]，生物炭具有大量的孔道、较大的比表面积、多样化的活性基团以及高度的生化抗分解性，而作为吸附土壤重金属、改善土壤环境、促进作物生长、降低生物威胁的改良剂[11]。

在以往的研究中，经常选择3%(w/w)的比例添加生物炭进行污染土壤的修复研究[12]，有研究认为，以3%(w/w)的比例添加生物炭，与1%(w/w)的施用量相比，具有更大的提高土壤碳氮比和植物生产力的潜力[13]。本项研究中，在Cd、Pb、Zn 污染土壤中配施3%(w/w)、5%(w/w) 生物炭对小白菜生长有明显改善效果，而1%(w/w)生物炭配施量并不能有效促进小白菜生长，与前人研究结果一致。3%(w/w)生物炭配适量与5%(w/w)配适量相比，无论是小白菜干重或鲜重，5%(w/w)生物炭配适量都表现出更好的修复效果，可以推断，随着土壤重金属污染程度的加剧，需要更大的生物炭配适量，才能获得较好的修复效果。1%(w/w) 生物炭配施量相对于无添加生物炭土壤，小白菜干重、鲜重都有所降低，可以推断在重金属严重污染土壤中，较低质量比的生物炭配施不能提高小白菜生物量，或有可能对小白菜生长产生不利影响。

相对于对照组(CK)小白菜生物量，重金属胁迫处理组小白菜干重降低量要明显低于鲜重降低量，表明重金属对小白菜吸收土壤水分有明显抑制作用。各处理组小白菜含水率也指示这一特征，重金属胁迫处理组小白菜含水率要明显低于对照组(CK)。虽然BC5 相对于BC3 更能促进小白菜生长，使得BC5 小白菜生物量大于BC3，但BC5 小白菜含水率却低于BC3，这可能由于大量生物炭的配施有助于土壤吸收热量而提高土壤温度，导致蒸发加强，在浇水量保持一致的条件下，BC5 土壤含水量相对于BC3 有所降低，致使BC5 小白菜含水率降低。

4 结论

通过盆栽实验，研究玉米秸秆生物炭对Cd、Pb、Zn 复合污染土壤上小白菜生长状况及生物量的影响。结果表明：（1）在Cd、Pb、Zn 重度污染土壤上种植小白菜，随着生物炭配施量的增加，小白菜生物量出明显增加；（2）在土壤重金属Cd、Pb、Zn 污染程度较为严重时，少量生物炭施加量并不能明显改善小白菜生长状况，或有可能降低小白菜生物量；（3）虽然在Cd、Pb、Zn 重度污染土壤中配施多量生物炭有利于改善小白菜生长，但由于生物炭有助于提高土壤温度，可能导致蒸发加强，继而影响土壤含水率。