小麦秸秆炭对旱地土壤镉的治理效果的研究(2)
根据土壤性质不同镉的存在形态也不同。[5]有研究表明植物对不同形态的镉富集量不同，进而对环境产生不同的效应。[6]目前已经较成熟的土壤重金属修复有物理化学技术的化学固化、土壤淋洗和电动修复；常见的化学修复方法有化学改良剂修复、表面活性剂修复和有机质改良；而较为温和的植物修复技术包括植物稳定、挥发和提取。[7]而这些修复方法在对农田的修复有许多缺点和难处，农田土壤污染修复不仅要求有较好的治理效果，同时也不能影响正常的农业生产，以达到不影响农作物的正常生产的目的。因此修复成本低、操作简单且适合大面积污染治理的原位修复技术更显优势、广受欢迎。
近年来，生物质炭因其对农田重金属污染修复良好的作用效果而受到广泛关注。生物质炭表面有特殊孔隙结构，能够以物理的方法吸附土壤中的污染物。且生物炭表面含有含氧官能团以及其他特征官能团。[8]重金属镉在土壤中以不同形式存在，包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物及硫化物结合态以及残渣态。[9]有研究表明在土壤中添加生物质炭能够改变土壤理化性质，进而影响重金属在土壤中的存在形态。[10]生物质炭也能改变土壤中微生物的生存环境，使微生物的群落结构和数量发生改变。[11]此外，生物质炭还能够提高土壤有机质含量，增加土壤中有机质的稳定性。[12]而有研究表明，土壤中的有机质能够参与土壤离子交换反应，并与重金属发生螯合反应，进而稳定土壤中的重金属，降低土壤中重金属活性。[13]同时，生物炭还可一定程度上减少温室气体的排放。[14-15]总而言之，生物质炭能够用从多方面对土壤修复产生积极效应。
有研究称，生物质炭的修复效果不仅与生物质炭的种类，也与生物质炭的用量有关。本研究通过在污染旱地土壤中添加不同量的生物质炭，探究生物质炭用量对污染农田中镉的修复效果，以期为将来修复镉污染土壤的用量提供参考，实现经济效益与修复效果的双赢。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验田内设置三个施炭处理：不施加生物质炭对照（C0）、施加生物质炭20 t ha-1（C20）、施加生物质炭40 t ha-1（C40），每个处理三次重复，所有处理的地块随机排列 每个地块面积30m2，生物质炭于小麦播种前一周施入土壤，翻耕均匀。
管理措施按照当地农作习惯进行。其中，肥料均于播种前施入50 kg/亩的复合肥（N-P2O5-K2O，20-20-5）作为基肥，整个生育期不再追肥，分别于越冬前和返青前灌溉。
待小麦成熟后，采取整株小麦样品，即包括小麦根与秸秆以及对应的各小区的土壤样品，供相关指标测定。
1．2 供试土壤及试验材料
试验地点位于河南省济源市石牛，污染源主要来自冶炼厂的污染排放，供试土壤类型均为潮褐土。所用生物质炭为小麦秸秆生物质炭，购于河南三利能源公司，该生物质炭是在450℃高温裂解而成，产率约为35%，产品过2mm筛后供大田试验施用。生物质炭及试验地土壤的基本性质见表1。
表1 生物质炭和供试土壤的基本性质
pH SOC(g/kg) TN(g kg-1) TP(g kg-1) Cd(mg/kg) Pb(mg/kg)
生物质炭 10.35 467 5.90 14.40 0.03 ━
土壤 8.01 9.4 0.95 1.78 118
1.3 样品采集与测定
1.3.1 植株样品的处理与测定