不同钝化剂组合对土壤—马铃薯系统镉迁移的影响.pdf

DOI：10.11689/sc.2022110801赵长春，徐超，王昉池，等.不同钝化剂组合对土壤马铃薯系统镉迁移的影响J.土壤与作物，2023，12（3）：326 335.ZHAO C C，XU C，WANG F C，et al.Effects of different amendments on cadmium migration in soil-potato systemJ.Soils and Crops，2023，12（3）：326 335.不同钝化剂组合对土壤马铃薯系统镉迁移的影响赵长春，徐超，王昉池，龙丽，刘克（贵州大学 农学院,贵州 贵阳 550025）摘要：通过田间随机区组试验研究钝化剂组合对土壤 Cd 的钝化效果及马铃薯对 Cd 的吸收累积影响，以期筛选钝化效果好的钝化剂材料，指导马铃薯安全生产。结果显示:（1）五种钝化剂组合处理下土壤 pH 值和有机质含量皆有所上升，对土壤 Cd 均有一定的钝化效果，其中赤泥+生物炭+海泡石（T4）的组合效果较为明显，该组合下土壤 pH 值提升 25.5%，有机质含量增加了 34.6%，土壤有效 Cd 含量降低了 46.8%；（2）五种钝化剂组合处理都能有效降低马铃薯根、茎、叶和块茎中 Cd 含量，且马铃薯各部位转运系数也有所降低，T4 处理下马铃薯根-块茎、根-茎、茎-叶的转运系数分别降低了 91.7%、33.8%和 33.3%；（3）马铃薯块茎氮磷钾及钙镁含量在不同组合处理下有所变化，其中氮、磷、钾含量降低，整体降幅为4.86%16.0%、10.9%32.6%和 2.08%10.0%；钙、镁含量均有所上升，其中 T4 处理较为明显，与 CK 相比分别增加了 150%和 40.9%。可见，五种组合下赤泥+生物炭+海泡石（T4）的组合钝化效果较好。关键词：钝化剂；Cd；马铃薯；富集转运；营养元素中图分类号：X53文献标识码：AEffects of different amendments on cadmium migration in soil-potato systemZHAO Changchun，XU Chao，WANG Fangchi，LONG Li，LIU Ke（College of Agriculture,Guizhou University,Guiyang 550025,China）Abstract：In order to screen passivator materials with good effect and guide the safe production of potato,the effects of passivatorcombination on soil Cd and Cd absorption and accumulation in potato were studied by field experiment with randomized block.Theresults showed that:(1)under the combination of five passivators,soil pH value and organic matter content all increased,with a certain passivation effect on soil Cd;the combination of red mud+biochar+sepiolite(T4)had an significant effect,the soil pHvalue and the organic matter content increased by 25.5%and 34.6%,while the available Cd content decreased by 46.8%.(2)Thecombination of five passivators effectively reduced Cd content in potato roots,stems,leaves and tubers,and the transportcoefficients of potato parts also decreased.As for T4 treatment,the transport coefficients of potato roots-tubers,roots-stems andstems-leaves significantly decreased by 91.7%,33.8%and 33.3%,respectively.(3)The contents of N,P,K,Ca and Mg in potatotubers changed with different combination treatments,and the contents of N,P and K decreased by 4.86%16.0%,10.9%32.6%and 2.08%10.0%,respectively.The contents of Ca and Mg with T4 treatment increased by 150%and 40.9%compared with CK,respectively.Therefore,the combination of red mud+biochar+sepiolite treatment has a better passivation effect.Key words：passivation agent；Cd；potato；enrichment and transport；nutrient elements 0引言镉（Cd）是植物生长、发育的非必需元素，不仅容易被植物吸收，还对机体有很强的毒性。有研究表明，当植物体 Cd 积累达到一定浓度时植物会出现出镉毒害现象1，植物生长发育将受到抑 收稿日期：2022 11 08；修回日期：2023 03 04.基金项目：国家自然科学基金：贵州省主要马铃薯产区土壤镉临界值的研究（21866008）.第一作者简介：赵长春（1997-），男，硕士研究生，主要从事土壤重金属研究.E-mail:.通信作者：刘克（1986-），男，副教授，主要从事土壤重金属研究.E-mail:.土壤与作物 2023 年 9 月 第 12 卷 第 3 期Soils and Crops,Sep.2023,12（3）：326 335制2；高浓度 Cd 不仅影响植物的正常生长，还会影响植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用，抑制植物酶活性、植物细胞的分裂及膜活性等生理活动3。Cd 通过影响植物体内硫氢基团和蛋白质的构成，从而干扰植物体内酶的活性4；进入植物细胞内的 Cd2+，会诱导细胞产生大量氧自由基，从而破坏细胞结构，打乱细胞正常代谢，导致植物生理功能受阻，严重影响植物生理代谢和生长5。贵州省由于地质高背景与土法炼锌的污染叠加，使得黔西北地区土壤 Cd 污染严重。在贵州种植马铃薯，除块茎外各部位 Cd 含量都较高，存在一定的生态安全风险6 9。邓禄军等10研究表明，镉胁迫下，马铃薯品质与质量等指标随着 Cd2+浓度的增强而明显降低。可见，研究镉毒害对于保障马铃薯安全生产有着重要意义11 12。目前，在众多的土壤修复技术中，化学钝化修复因操作工艺简便、成本低廉、修复速度快，且适合大面积污染治理而得到广泛研究。通常，钝化剂分为有机钝化剂和无机钝化剂13，较为常见的钝化剂有沸石、磷酸盐类、膨润土、生物炭和作物秸杆等。近年来，相关学者在利用钝化剂修复土壤重金属的研究上做出了许多成果。许璐等14研究发现，通过石灰海泡石的施加，能不同程度地提高土壤 pH 值、有机质和阳离子交换量，从而降低土壤中有效态 Cd 含量，使土壤中重金属由活性高的弱酸提取态向活性低的残渣态进行转化。石灰可以提高土壤 pH 值15，促进重金属形成沉淀16。海泡石具有较大的孔容和比表面积17，能够通过吸附作用18、离子交换19和共沉淀20等作用，对重金属污染的土壤具有良好的钝化效果21，并能降低作物对 Cd 的吸收。刘晓月等22研究发现，以彭润土+生物炭的钝化剂组合可使土壤 pH 持续升高，大田稻米镉含量连续两年均小于 0.2 mgkg1，对土壤镉钝化长期稳定性效果最佳。张剑等23利用石灰等无机钝化材料研究钝化剂阻控土壤酸化与稻米 Cd 积累的效果与化学机制，结果表明，石灰等无机钝化剂不仅显著降低了土壤有效态 Cd 的浓度，还降低了水稻对土壤中 Cd 的吸收和积累。周红燕24在赤泥对堆肥腐熟度及其产品对稻米 Cd 阻控效果研究中发现，赤泥的加入能够加速堆肥腐殖化进程，赤泥堆肥能显著提高土壤 pH 值，降低土壤中 DTPA-Cd 以及糙米中 Cd 的含量。张青等25对不同生育时期施加超细磷矿粉对水稻吸收和转运 Pb、Cd 的影响研究发现，超细磷矿粉可通过钝化土壤中交换态 Pb 和 Cd 含量，从而降低水稻对 Pb 和 Cd 的吸收转运，并提高稻谷产量。郭军康26等研究发现，腐殖酸能够显著提高土壤 pH 值，促进土壤 Cd 的钝化作用，不同比例的生物炭和腐殖酸复配能够显著降低油菜中 Cd 的积累。大量研究表明，钝化剂材料对重金属污染土壤有显著的修复效果，但对作物尤其是马铃薯植株内重金属的富集和转移方面研究的报道较少。本研究在前人研究基础上，利用赤泥、石灰、磷矿粉、生物炭、腐殖酸及海泡石等钝化剂材料，通过不同的组合处理，探究不同组合钝化剂配施对土壤 Cd 的钝化效果以及马铃薯对重金属Cd 累积的影响，以期为筛选有效修复重金属污染土壤的钝化材料及马铃薯安全生产提供理论参考。1材料与方法 1.1实验材料 1.1.1供试植物供试马铃薯品种为兴佳 2 号，由贵州省农业科学研究院提供。1.1.2供试钝化材料赤泥购于河南铂润铸造材料有限公司，主要成分为 SiO2、Al2O3、CaO；石灰购于浙江杭州惠灰实业，主要成分为碳酸钙；磷矿粉购于蓝湖化工试剂磷矿粉，主要成分为氟磷灰石 Ca10(PO4)6F2；生物炭购于辉丰生物科技，主要以玉米秸秆高温制备而成；腐殖酸购于中国农科院植保所中保绿农集团；海泡石的化学成分为硅（Si）和镁（Mg），其标准晶体化学式为 Mg8(H2O)4Si6O162(OH)48H2O，购于石家庄雨馨建筑材料有限公司。供试钝化材料重金属含量详见表 1。1.2试验设计与样品采集 1.2.1试验设计本试验在贵州省六盘水市水城区米箩镇米箩乡（105.01E，26.39N）开展，海拔为 1 420 m，供试土第 3 期赵长春等：不同钝化剂组合对土壤马铃薯系统镉迁移的影响327 壤为黄壤，pH 为 5.4，有机质含量为 17.4 gkg1，土壤 Cd 含量为 0.82 mgkg1。试验设有 6 个处理，每个处理有 3 个重复。供试马铃薯样品均匀种植在 6 个 9 m 11 m 的小区中（行距 20 30 cm，株距 18 26 cm），6 个小区对应 6 个不同的处理，分别为 CK：空白；T1：赤泥+石灰+磷矿粉（111）；T2：赤泥+石灰+生物炭（335）；T3：石灰+腐殖酸（11）；T4：海泡石+生物炭+赤泥（353）；T5：海泡石+生物炭+磷矿粉（353）。按调理剂总量为 5 000 kghm2计算每亩需调理剂 333.3 kg 确定钝化剂的施用量及比例27，各钝化材料的组合及比例用量如表 2 所示（表中钝化剂用量为每个处理即每个小区内的钝化剂用量）。马铃薯播种及田间管理按当地常规管理方法进行管理。表 2各钝化材料不同组合及施用量 Table 2Different combinations and dosages of passivation materialskg处理Treatment赤泥Red mud石灰Lime磷矿粉Ground phosphate rock生物炭Biochar腐殖酸Humic acid海泡石SepioliteC