低温生物炭和化肥配施对冬小麦生长和土壤铅镉生物有效性的影响

一 研究背景
       生物炭已被广泛证明具有固定重金属的能力，在农田土壤重金属修复中备受关注。农业生产中单施化肥会引起土壤肥力下降、营养失调、作物减产等，而生物炭作为辅料添加与化肥混施后，因其本身特性可以吸附、负载和缓释肥料养分，减少土壤养分流失，固定土壤重金属，二者配施既可满足作物生长对养分的需求又缓解农田土壤污染。近来很多研究也证实了生物炭与化肥配施增产效果显著以及具有较强的土壤重金属固定能力，并且已经成为国内外农业领域的研究热点，鉴于以往众多研究中选用的生物炭炭化温度多在 400 ～ 600 ℃之间，然而，在低温 300 ℃ 以下热解制备的生物炭研究较少，因此，本研究选用来源广泛的花生壳农业废弃物为原料，制备低温 250 ℃生物炭，与高温 450 ℃生物炭进行对比，采用小麦温室盆栽方式，探讨低温生物炭和化肥配施对碱性重金属污染农田中小麦苗期干质量及养分含量、土壤理化性质、土壤重金属有效性等的影响，旨在为低温生物炭培肥增产作用及土壤改良应用提供科学依据。
二 材料与方法
       供试土壤采集自河南省济源市微碱性Pb、Cd复合污染农田，于 2020 年 12 月 26 日取回，置于干净整洁的室内，自然风干。风干过程中多次翻动清理土中杂物后，过 20 目筛。供试土壤基本理化性质:有机碳含量 8.52 g /kg，碱解氮含量 86.45 mg /kg，速效磷含量32.36 mg /kg，速效钾含量186.19 mg /kg，有效态 Cd 含量 1.26 mg /kg，有效态 Pb 含量80.71 mg /kg，pH 值为 7.86。
供试生物炭于 2020 年 11 月 22 日至 12 月 6 日制备。选取花生壳为待制备的生物炭原材料，首先清洗表面杂物，用去离子水洗净，平铺于干净整洁的室内等待自然风干，经过简单破碎处理，过 20 目筛，标记为 PS 放入自封袋中待用，开始制备时将 PS放入瓷坩埚中，置于管式马弗炉中，通氮 10 min 后，分别设置 250、450 ℃，升温速率为 5 ℃ /min，氮气流速为 80 mL /min，保温时间为 2 h。待炉子完全冷却后取出材料过 100 目筛，装于棕色瓶中备用。其中，250 ℃生物炭的 pH 值为 6.95，有机碳、全氮、全磷、全钾含量分别为 572.26 g /kg、10.84 g /kg、24.22 mg /kg、9.47 mg /kg；450 ℃ 生物炭的 pH 值为9.33，有机碳、全氮、全磷、全钾含量分别为622.53 g /kg、11.06 g /kg、53.38 mg /kg、8.45 mg /kg。
植物培养试验于 2021 年 1 月 3 日在河南农业大学土壤污染控制与修复重点实验室进行。小麦品种为百农 207。试验设置: CK1 ( 不加生物炭、不施肥) 、CK2 ( 不加生物炭、基础施肥) 、T3 ( 基础施肥、1% 250 ℃ 花生壳生物炭) 、T4 ( 基础施肥、2% 250 ℃ 花生壳生物炭) 、T5( 基础施肥、1% 450 ℃ 花生壳生物炭) 、T6( 基础施肥、2% 450 ℃ 花生壳生物炭) 。每个处理设置 3 个重复，将原状污染土壤与生物炭均匀混合装盆 500 g。肥源: 尿素 (纯 N 0.2 g /kg) 、磷酸二氢钾( P₂O₅ 0.2 g /kg) 、氧化钾( K₂O 0.2 g /kg)，均购自国药集团化学试剂有限公司。保持土壤湿度为田间持水量的 60% ～ 70% ，温室培养条件: 25 ℃，光照周期 16 h /8 h (白天/黑夜) 。每盆播种 16 颗小麦种子，出苗后，进行定株，每盆保持 8 株小麦幼苗培养 30 d。

三 结果与分析

四 小结
      在小麦苗期，施肥和施肥的基础上添加低温、高温生物炭后均可以显著提高小麦苗期地上部的干质量、总干质量，但显著降低了小麦根部的干质量和根冠比。施肥的基础上添加低温、高温生物炭后可以提高小麦对氮元素的吸收，一定程度降低小麦幼苗对镉和铅的吸收，其中 T4、T5、T6处理对抑制根部吸收效果显著;另外，还增加土壤有机质、速效磷、速效钾、碱解氮含量，降低土壤有效态镉和铅含量。