本研究将湖南省红壤性水稻土作为研究对象，采用田间试验的方法，将五种不同用量（0，10，20，30，40t/hm2）的生物质炭一次性施入田间，并于2017年9月采集不同处理的表层土样（0-17cm），研究生物质炭添加对红壤性水稻土重金属Cd迁移规律以及土壤有效态Cd含量与对水稻不同器官Cd含量的影响，在此基础上，对作物体内重金属Cd含量与土壤理化性质进行相关性分析。结果表明生物质炭添加后，土壤中DTPA提取态Cd含量均呈逐渐降低趋势。与CK相比，A10、A20、A30和A40处理土壤中的DTPA提取态Cd含量分别降低了43.2%、49.7%、54.1%和63.1%，差异显著（p<0.05）。与CK相比，水稻茎内Cd含量分别减少了32.1-54.4%。各处理水稻根内Cd含量比CK处理减少了9.0%-39.6%。且茎杆对根的Cd转运系数降低。相关分析表明，水稻茎和根内的Cd含量与土壤有效态Cd含量呈现极显著正相关，而与土壤有机质、pH、土壤电导率、阳离子交换量和土壤硝态氮以及土壤有效磷含量呈负相关。回归分析表明，土壤阳离子交换量是影响水稻茎内Cd含量的关键因子；而对于水稻根而言，土壤有效磷是影响其内Cd含量的关键因子。因此，适量生物质炭的添加在对土壤重金属污染现状及土壤理化性状起到积极改善作用的同时，其研究结果也能够在研究区农业可持续发展的方向上提供重要价值的科学依据。
目录
摘要 2
关键词 2
Abstract 2
Key words 3
引言 3
1 材料与方法 4
1.1 供试材料 4
1.2 供试土壤 4
1.3 供试植物 4
1.4 田间试验设计 4
1.5 土壤样品的采集及测定方法 5
1.5.1 样品采集 5
1.5.2 测定指标与方法 5
1.6转运系数的计算方法 5
1.7 数据处理 5
2 结果与分析 5
2.1 生物质炭添加量对土壤理化性质的影响 5
2.2 生物质炭添加对水稻扬花期不同组织内Cd含量的影响 6
2.3 生物质炭添加对水稻植株体内Cd转运的影响 7
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2.4 生物质炭添加对土壤有效态Cd含量的影响 7
2.5 作物体重金属Cd含量与土壤理化性质之间的相关性分析 8
3 讨论 9
3.1 生物质炭添加对土壤理化性质的影响 9
3.2 生物质炭对土壤重金属有效性及植物吸收的影响 9
4 结论 10
致谢 10
参考文献 10
生物质炭添加对红壤性水稻土理化性质及水稻体内Cd吸收的影响
引言
引言
近年来，在我国经济与科技快速发展的大力推动下，工业化与城市化进程呈现日益加快的趋势，随之引发的一系列土壤污染问题，特别是土壤重金属污染更得到了广泛的社会关注，这也正是目前我国环境问题的难点之一。
目前，我国土壤重金属污染根据其主要来源可划分为自然及人类活动两个部分。自然来源为由多种原因引发的森林火灾与大气沉降等活动产生的重金属灰尘和土壤自身来源；人类活动来源包括农业、工业生产过程中形成的污染与采用多样交通工具进行运输所产生的污染等方面。例如，化肥和农药等农业生产药剂造成的污染，冶金制造和炼油等工业生产工艺所排放的废气废水给土壤造成的重金属污染，交通运输过程中粉尘及尾气排放对其所途径土壤区域范围造成的污染等[1]。
据国土资源部—环境保护部于全国土壤污染状况调查公报发表的最新统计数据显示，目前全国范围内总计土壤污染的超标率已达16.1%，其中遭受重金属污染的耕地相较总耕地面积至20%左右，总计面积约为0.11亿km2。且农产品的农药残留超标率在部分地区接近20%，若不采取应对措施，未来将引起不堪设想的后果[2]。
土壤中过高的重金属含量会对农产品的生长与质量直接产生消极影响，导致产量降低。其原因在于，重金属含量过高的土壤无法维持农作物正常的生理系统发展及发育过程，从而致使农作物产量和品质出现大幅度的下降。例如：过量的Cd存在于土壤中会对农作物的光合强度产生影响，降低其叶绿素含量，进而造成作物失绿，生物酶活性降低[3]。
最新数据表明，我国农业粮食产量正以一千万吨每年的速度持续锐减，由此累计遭受重金属污染的粮食产量已达上千万吨，造成的直接经济损失逾两百亿余元[4]。
土壤重金属污染不仅对我国的经济发展产生了极大的制约作用，对我国的生态环境造成了巨大威胁，更对人类的身体健康存在难以衡量的潜在危害。
重金属在土壤中表现出不同程度的毒性，污染元素包括Cd、Ni、Hg、Cr、Pb、Cu等。土壤重金属通过直接接触或食物链传递等方式被植物、动物吸收富集，危害动物及人体的健康，极易提高骨痛病、水俣病以及各类癌症的发生率。其中，Cd元素作为机体生长发育过程中的一种非必需元素，属于已知于体内蓄积将会产生较大毒性的毒物，经由食物链富集的方式对人体造成慢性中毒。Cd在人体内的半衰期自10年至35年不等，且由于其具有在环境中积累较为稳定与不便于清除的特点，即使极少的量进入人体便会通过生物放大和生物积累两种作用，引起器官衰竭，尤其是肾和肝脏，对人体造成一系列难以逆转的损伤[5]。在被污染的以酸性为主的，并且缺乏生物必需元素Zn、Fe、Ca、Mg等的土壤，由其生产的粮食往往Cd毒性被放大，加速了Cd在人体内的吸收与积累[6]。特别是大米作为人类的主食，其产量据统计占据粮食作物总产量高达38%，导致重金属通过大米进入人体的风险进一步加大[7]。
综合上述土壤环境重金属污染的现状与其引发的一连串危害，及时对已遭受重金属污染的土壤进行修复晋升为目前全球关注的首要问题之一。
在一篇以亚马逊河流域生态和农业为研究重点的论文中，生物质炭一词被最先提及[8]。文中将生物质炭定义为：置于缺氧抑或无氧条件下，蕴含大量碳元素的生物质经由高温热解或不完全燃烧之后生成的，一种具有复杂孔隙构造的高含碳量固体物质[9]。
生物质炭作为一种具备可再生性质的绿色材料，在很多研究领域都有极其重要的利用价值。首先，它能够通过农林废弃物资源化利用的制备，在避免资源浪费的基础上，同时减轻对环境的污染；其次，生物质炭能够发挥土壤改良剂的作用，在土壤结构的改善、土壤肥力的提高与修复被污染土壤等方面不可或缺。
研究发现[10]生物质炭内部复杂的多孔隙结构加之大量含氧官能团存在于其表面，使得其能够针对有毒物质发挥较强的吸附作用。以吸附或共沉淀为作用机理，将有毒物质固定于生物质炭的内部，可显著降低植物体内积聚的重金属污染物[11]。将生物质炭应用于遭受重金属污染的土壤之中进行吸附和钝化等领域研究已成为全球热点[12]。Fellet等[13]修复尾矿污染研究发现，Cd、Zn、Pb三种元素的生物利用度在生物质炭添加过程中均呈现降低的趋势，其中Cd的降低量最为突出。周建斌等[14]对棉秆炭修复Cd污染土壤研究表明，棉秆炭以吸附或共沉淀为作用机理实现降低生物有效利用土壤内Cd元素的效果。

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