郭 茹，洪堅平

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷 030801）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤環(huán)境的污染和安全問題日益嚴(yán)峻[1]，尤其是土壤中的重金屬污染[2]?，F(xiàn)代農(nóng)田大部分引用工業(yè)和生活污水灌溉，由于長期缺乏有效治理手段，使區(qū)域內(nèi)耕作土壤受重金屬污染較為嚴(yán)重[3]，從而對糧食、蔬菜造成污染[4]，并且通過食物鏈進(jìn)入人體，危害到人體的健康[5]。生物炭是一種由動植物殘體在缺氧或無氧前提條件下通過高溫裂解形成的穩(wěn)定、高度芳香化的固體物質(zhì)，一般呈堿性。國內(nèi)外很多的研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加生物炭，不但能夠改善土壤的理化性質(zhì)，豐富土壤的微生物群落，提高作物的產(chǎn)量，還能很好地吸附固定土壤中的污染物，能有效控制其遷移作用，是一種很好的污染物吸附劑和土壤改良劑。

為了更好地探究不同種類生物炭對于鉻污染土壤中油菜品質(zhì)及重金屬的影響，為蔬菜種植提供相應(yīng)參考，本研究特采用玉米秸稈炭、稻殼炭、小麥秸稈炭3種生物炭，設(shè)置3種不同添加量，通過對照試驗，將油菜在溫室中進(jìn)行盆栽，對表征植物生長發(fā)育和品質(zhì)的指標(biāo)進(jìn)行測定。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤 采自小店清澗村污水灌溉的0～20 cm表層土，屬黃土母質(zhì)發(fā)育而成的石灰性褐土，質(zhì)地為輕壤土。采集后去除雜物，過0.5 cm篩， 自然晾干備用。土壤理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.1.2 供試作物品種和肥料

1.1.2.1 供試作物 五月慢油菜。

1.1.2.2 供試生物炭 玉米秸稈炭、稻殼炭、小麥秸稈炭，購于平遙晟弘科技有限公司。

1.1.2.3 供試基肥 腐植酸鈉（HA-Na）；尿素（H2NCONH2（CO（NH2）2）（含氮量46.67%）；過磷酸鈣（含磷量 14%～20%）；硫酸鉀（K2SO4）（含鉀量50%～55%）；雞糞（含氮磷鉀5.3%，有機(jī)質(zhì)45%）。

1.2 試驗設(shè)計

盆栽試驗于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院溫室進(jìn)行；化驗分析試驗于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院環(huán)境監(jiān)測實驗室完成。盆栽試驗采用雙因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計（表2），每盆稱土2.67 kg，生物炭添加量按每千克土計算，具體添加量如下：添加腐植酸鈉5 g/kg，尿素0.625 g/kg，過磷酸鈣1.875 g/kg，硫酸鉀0.44 g/kg，雞糞6.67 g/kg。

表2 試驗處理設(shè)計方案 g/kg

試驗共設(shè)3個處理，分別添加玉米秸稈炭、稻殼炭、小麥秸稈炭3種生物炭，每個處理設(shè)置3，6，9 g/kg共3個水平，每個水平3次重復(fù)，再加一個空白對照（CK），也做3次重復(fù)，共計30盆。

1.3 測定項目及方法

油菜收獲后稱質(zhì)量，記錄每個試驗小區(qū)油菜的生物量。采集新鮮油菜樣品，選擇部分處理代表性樣品進(jìn)行葉綠素、硝酸鹽、維生素C、還原糖等品質(zhì)分析，之后測定油菜地上部Cr含量。油菜中葉綠素采用10 mL丙酮和10 mL乙醇浸提，采用分光光度計比色法測定；油菜硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定；油菜中還原糖用3，5二硝基水楊酸比色法測定；油菜中維生素C含量采用熒光分光光度計比色法測定；油菜的生物量采用電子分析天平測定；油菜中的鉻采用ICP測定[6]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗采用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)，采用Sigmaplot 12.5制作圖表，并且采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan法進(jìn)行檢驗（顯著水平為 α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物炭配施腐植酸對油菜生物量的影響

由圖1可知，施加生物炭和腐植酸可促進(jìn)油菜的生長，生物炭和腐植酸處理下相較CK均提高了油菜生物量，與CK相比，在玉米秸稈炭處理中，3，6，9 g/kg的施用量均顯著增加了油菜的生物量，增幅分別為112%，102%，41%；稻殼炭處理中，3，6，9 g/kg的施用量均顯著增加了油菜生物量，增幅分別為78%，60%，50%；小麥秸稈炭3，6 g/kg處理下油菜生物量顯著提高，增幅分別為86%，47%，9 g/kg施用量增幅并不顯著，增幅為10%。同種生物炭隨著其施用量的增加，油菜生物量逐漸減少。3 g/kg處理下不同生物炭油菜生物量大小為玉米稻殼炭＞小麥秸稈炭＞稻殼炭；6 g/kg處理下不同生物炭油菜生物量大小為玉米稻殼炭＞稻殼炭＞小麥秸稈炭；9 g/kg處理下不同生物炭油菜生物量大小為稻殼炭＞玉米稻殼炭＞小麥稻殼炭。

2.2 不同生物炭配施腐植酸對油菜品質(zhì)的影響

2.2.1 不同生物炭配施腐植酸對油菜中葉綠素含量的影響 從圖2可以看出，添加生物炭的油菜中葉綠素的含量均比CK高，并且玉米秸稈炭3，9 g/kg和稻殼炭6，9 g/kg處理下油菜葉綠素含量顯著高于CK，分別較CK提高了13%，15%和15%，14%。在添加玉米秸稈炭的梯度處理中，9 g/kg葉綠素含量最高，3 g/kg居中，6 g/kg最少。在添加稻殼炭的梯度處理中，6 g/kg葉綠素含量最高，9 g/kg次之，3 g/kg最少。在添加小麥秸稈生物炭處理中，3 g/kg葉綠素含量最多，6 g/kg居中，9 g/kg最少。

2.2.2 不同生物炭配施腐植酸對油菜中Vc含量的影響 從圖3可以看出，對生物炭配施腐植酸下油菜中Vc含量的影響并沒有明顯規(guī)律，單施小麥秸稈炭處理下，隨著生物炭施用量的增加，油菜中Vc含量呈先增高后降低的變化趨勢，單施玉米秸稈炭也是如此；而單施稻殼炭中，隨著生物炭施用量的增加，油菜中Vc含量卻逐漸降低；施加6 g/kg小麥秸稈炭油菜中Vc含量相較CK顯著提高，提高了80%。

2.2.3 不同生物炭配施腐植酸對油菜中硝酸鹽含量的影響 由圖4可知，與CK相比，小麥秸稈炭6，9 g/kg處理下油菜中硝酸鹽含量顯著提高，增幅分別為43%，58%；玉米秸稈炭6，9 g/kg和稻殼生物炭9 g/kg處理的硝酸鹽含量均有提高，但差異不顯著；其他處理均不同程度地降低了油菜中硝酸鹽的含量，但差異都不顯著；在單施一種生物炭情況下，隨著生物炭施用量的增加，3種不同生物炭處理下油菜中硝酸鹽含量均有增高的變化趨勢，相同添加量下無明顯差異。

2.2.4 不同生物炭配施腐植酸對油菜中還原糖含量的影響 從圖5可以看出，3，6 g/kg不同生物炭和腐植酸處理下，油菜中還原糖含量并無變化；而當(dāng)生物炭施用量增加到9 g/kg，還原糖含量顯著增大，分別較CK增大了59.2%，62.1%，100%。還原糖是光合作用的最初產(chǎn)物，它暫時存儲于植物的葉片中[7]，隨著生物炭用量的增加，提高了油菜的光合作用，所以其還原糖含量顯著增加[8-9]。

2.3 不同生物炭配施腐植酸對油菜中鉻含量的影響

從圖6可以看出，生物炭和腐植酸處理下油菜地上部中的鉻含量均有不同幅度減少，且小麥秸稈炭6 g/kg施用量下對油菜中鉻含量的降低效果達(dá)到最優(yōu)，較CK降低了63%；并且小麥秸稈炭各施用量都比另外2種生物炭降低油菜中鉻含量要多；玉米秸稈炭和稻殼炭的施用雖降低了油菜中的鉻含量，但降低效果不顯著。

3 討論

3.1 不同生物炭配施腐植酸對油菜生物量的影響

生物炭可以改善土壤質(zhì)量[10]，提高土壤中的有機(jī)質(zhì)[11]，改善土壤中養(yǎng)分的循環(huán)[12]，提高有益菌種群數(shù)目[13]和減少有毒的離子對作物的毒害[7]，從而有益于作物生長[14]。本試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加3 g/kg生物炭時可顯著提高油菜的生物量，當(dāng)施用量增加到6，9 g/kg時，油菜的生物量并未增加反而降低，這與張娜等[15]的試驗結(jié)果相似，可能是因為生物炭的施用提高了土壤中有機(jī)質(zhì)，使土壤更肥沃，但是施用大量的生物炭對土壤肥力的提升可能超過了作物吸收極限[16-17]。

3.2 不同生物炭配施腐植酸對油菜品質(zhì)的影響

本研究表明，施加生物炭均能提升油菜中葉綠素含量，進(jìn)而提升油菜的品質(zhì)，這與張娜等[19-20]的研究結(jié)果相似。當(dāng)生物炭的用量為3，6 g/kg時，油菜中還原糖含量相較CK無明顯變化，但當(dāng)施用量增加到9 g/kg時，油菜中還原糖含量均顯著高于CK；施加6 g/kg小麥秸稈生物炭后油菜中所含的Vc含量最高。本試驗在3，6 g/kg施用量下，硝酸鹽的含量無明顯變化，但當(dāng)施加量增加到9 g/kg時，油菜中所含的硝酸鹽明顯提高；而且隨著生物炭施用量的增大，油菜中硝酸鹽含量有增大的趨勢，但是劉玉學(xué)等[21]研究發(fā)現(xiàn)，試驗在施加180 kg/hm2氮的情況下（約合80 mg/kg），而且稻稈炭和竹炭添加水平較低時也未對作物硝酸鹽含量產(chǎn)生顯著性影響，但當(dāng)施加量達(dá)到40 t/hm2時，小青菜中所含硝酸鹽顯著減少。這與本試驗的結(jié)果不符。有研究表明，作物中所含硝酸鹽高低通常與土壤的施氮量有關(guān)[22-24]。張萬杰等[18]通過盆栽試驗研究表明，在施氮量90 mg/kg水平下，施用5，10 g/kg生物炭均可顯著提高菠菜的硝酸鹽含量；而在不施氮肥和施氮量為120 mg/kg水平時，生物炭對菠菜中所含的硝酸鹽量高低并無明顯的影響。具體的原因需要綜合考慮生物炭類型及其施加量、作物種類、土壤類型等因素進(jìn)行進(jìn)一步分析論證[25]。

3.3 不同生物炭配施腐植酸對油菜中鉻含量的影響

研究發(fā)現(xiàn)，由于生物炭本身具有較大的比表面積[26]和很高的陽離子交換量[27]，能夠提高土壤的靜電吸附能力[28]，進(jìn)而作用于重金屬的遷移轉(zhuǎn)化[29]。本試驗結(jié)果表明，施加不同生物炭后，油菜中鉻含量相比CK均顯著降低，添加生物炭能夠顯著降低油菜中鉻的含量，提高油菜的食用安全性，與王寧等[31]的試驗結(jié)果相符。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，施加生物炭有利于油菜生物量提高，但是油菜的生物量并未隨著所施加生物炭的增多而增多，反而有所減少，添加玉米秸稈生物炭為3g/kg時，油菜的生物量最大，較CK高112%。從3種不同生物炭配施腐植酸對油菜的品質(zhì)影響可以看出，施加生物炭的油菜中所含葉綠素均高于CK，其中，稻殼炭為6 g/kg時，油菜中所含葉綠素最高，比CK增加15%。施加稻殼生物炭3 g/kg時，油菜中所含硝酸鹽最低，比CK減少28%。小麥秸稈炭為6 g/kg時，油菜中維生素C含量最高，比CK增加了80%；施加生物炭均減少了油菜中鉻含量，施加小麥秸稈炭為6 g/kg時，油菜中鉻含量最低，比CK降低了63%。生物炭的施用對污灌土壤中油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的研究可為污灌土壤栽培作物提供參考,可以結(jié)合油菜的用途及生產(chǎn)需求來控制施炭量，以提高油菜品質(zhì)。

［1］周建軍，周桔，馮仁國.我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理戰(zhàn)略[J].中國科學(xué)院院刊，2014，29（3）：315-320.

［2］趙銘.土壤重金屬污染現(xiàn)狀、原因、危害及修復(fù)研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2016（4）：181，184.

［3］蔣煜峰，袁建梅，盧子揚，等.腐殖酸對污灌土壤中Cu、Cd、Pb、Zn形態(tài)影響的研究[J].西北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（6）：48-52.

［4］NICHOLSON F A，SMITH S R，ALLOWAY B J，et al.An inventory of heavymetals inputs toagricultural soils in England and Wales[J].Science ofthe Total Environment，2003，311：205-219.

［5］劉維濤，周啟星.不同土壤改良劑及其組合對降低大白菜鎘和鉛含量的作用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2010（9）：1846-1853.

［6］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［7］李力，劉婭，陸宇超，等.生物炭的環(huán)境效應(yīng)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].環(huán)境化學(xué)，2011，30（8）：1411-1421.

［8］李靜靜.生物炭與氮肥配施對植煙土壤特性、烤煙生長及煙葉品質(zhì)的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

［9］GUO W，LIN Q H，ZHANG C F，et a1.Changes of glutamine synthetase and other amm-onia assimilating enzymes during the germination ofthe seed and the development ofthe cotyledon in cushaw[J].J Wuhan Bot Res，2002，20：236-240.

［10］ LEON E，DE LA HABA P，MALDONADO J M.Changes in the levels of enzymes involved in ammonia assimilation during the development of phaseolus vulgaris seedlings[J].Effects of Exogenous Ammonia Physiol Plant，1990，80：20-26.

［11］趙蘭坡.施用有機(jī)物料對土壤的培肥作用 [J].土壤通報，1996，27（2）：76-78.

［12］SOHI S P，KRULLE，LOPEZ-CAPELE，et al.Areviewofbiochar and its use and function in soil[J].Advances in Agronomy，2010，105：47-82.

［13］ KIMETU J M，LEHMANN J，NGOZE S O，et al.Reversibility of soil productivity decline with organic matter of offering quality along a degradation gradient [J].Ecosystems，2008，11 （5）：726-739.

［14］STEINER C，DAS KC，GARCIAM，et al.Charcoal and smoke extract stimulate the soil microbial counity in a highly weathered xan-thic Ferralsol[J].Pedobiologia，2008，51（5）：359-366.

［15］張娜，李佳，劉學(xué)歡，等.生物炭對夏玉米生長和產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014，33（8）：1569-1574.

［16］UCHIMIYA M，WARTELLE L H，KLASSON K T，et al.Influence ofpyrolysis temperature on biochar popertyand function as a heavy metal sorbent in soil[J].Journal of Agricultural and Food Chem istry，2011，59（6）：2501-2510.

［17］付春娜.生物炭對不同馬鈴薯品種生長及產(chǎn)量的影響 [D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

［18］張萬杰，李志芳，張慶忠，等.生物質(zhì)炭和氮肥配施對菠菜產(chǎn)量和硝酸鹽含量的影響 [J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30（10）：1946-1952.

［19］陳心想.生物炭對土壤性質(zhì)、作物產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.

［20］劉玉學(xué)，王耀鋒，呂豪豪，等.不同稻稈炭和竹炭施用水平對小青菜產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2013，19（6）：1438-1444.

［21］卜曉莉，薛建輝.生物炭對土壤生境及植物生長影響的研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2014，23（3）：535-540.

［22］都韶婷，金崇偉，章永松.蔬菜硝酸鹽積累現(xiàn)狀及其調(diào)控措施研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（17）：3580-3589.

［23］陳慶飛.基質(zhì)添加生物炭對鐵皮石斛生長及品質(zhì)的影響[D].杭州：浙江師范大學(xué)，2015.

［24］ GLASER B，LEHMANN J，ZECH W.Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal-a review[J].Biol Fert Soils，2002，35：219-230.

［25］袁帥，趙立欣，孟海波，等.生物炭主要類型、理化性質(zhì)及其研究展望[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2016，22（5）：1402-1417.

［26］武玉，徐剛，呂迎春，等.生物炭對土壤理化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2014，29（1）：68-79.

［27］李建宏，楚穎超，吳蔚東.椰纖維生物炭添加對海南花崗巖磚紅壤吸附Pb（Ⅱ）的影響 [J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（8）：4553-4558.

［28］UCHIMIYA M，LIMA I M，KLASSON K T，et al．Immobiliza-tion ofheavymetal ions（CuII，CdII，NiII,and PbII）bybroiler litter-derived biochars in water and soil[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2010，58（9）：5538-5544．

［29］王寧.生物炭對復(fù)合污染土壤植物修復(fù)效果的影響研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.