第八届青年地学论坛

土壤镉（Cd）污染严重威胁我国水稻安全生产，亟需有效、易推广的修复技术缓解农田Cd污染风险。化学淋洗能高效降低土壤中Cd含量，但化学淋洗也易引起土壤理化性质改变，破坏土壤团聚体结构，导致养分元素的淋失。生物炭施加到淋洗后的土壤中，一方面能恢复部分土壤的团聚特性，进一步降低土壤中Cd的生物有效性，阻控Cd向水稻转移，另一方面也能起到土壤改良剂功能，修复因化学淋洗而被破坏的土壤理化性质和生物活性。因此，化学淋洗联合生物炭协同修复技术在缓解农田Cd污染风险方面具有广阔的应用前景。本研究以典型南方水稻土—长沙和大冶两地Cd污染土壤为研究对象，通过实验室小试，研究了FeCl₃淋洗联合生物炭修复Cd污染土壤的可行性和作用机制，再通过田间试验对协同修复应用效果进行验证和评估。
施用生物炭能有效降低FeCl₃淋洗后土壤中有效态Cd含量，长沙和大冶土壤有效态Cd含量分别降低74.4%和79.6%，且随生物炭用量增加而降低。生物炭对淋洗破坏的土壤团聚体具有恢复作用，从而降低Cd的迁移性和生物有效性。例如施用5%（ω/ω）生物炭后，大粒径团聚体（53~250 μm）比例从28.8%增加到36.5%，提升了62.1%，而2~53和＜2 μm等小粒径团聚体比例则分别下降了53.1%和83.9%。此外，生物炭还能通过离子交换、络合和沉淀等作用，以及生物炭表面有机质和铁氢氧化物固定Cd，促进可交换态Cd和碳酸盐结合态Cd向铁锰氧化态Cd和有机结合态Cd转化，进一步阻控Cd的释放。
田间尺度下应用FeCl₃淋洗联合生物炭修复后，可实现水稻籽粒Cd含量达标，产量增加。经FeCl₃淋洗（浓度0.03 M，固液比1.5:1，泡田1 d，翻耕搅拌1次，晒田后作业）后，土壤中总Cd和有效态Cd含量分别从1.23和0.41 mg kg^-1降低到0.85和0.24 mg kg^-1，分别降低了30.9%和41.6%。淋洗后施用2%（ω/ω）生物炭，土壤有效态Cd含量进一步降低至0.11 mg kg^-1，进一步降低率为60.4%。经FeCl₃淋洗和生物炭联合修复后，种植株两优189和株两优929水稻糙米中总Cd含量分别从0.44和0.32 mg kg^-1降低至0.12和0.04 mg kg^-1，满足国家标准（＜0.2mg kg^-1），水稻产量也分别增产11.8%和9.1%。Cd从水稻根系向籽粒的转运系数降低了28.3%~68.3%。施用生物炭显著提升土壤肥力，土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾分别增加12%~102%、59%~93%、1%~48%和19%~1347%。修复成本为0.87万元/亩。结合农艺能进一步提升修复效果，例如全生育期淹水管理对水稻Cd吸收、迁移及积累的抑制效果更强。

生物炭,镉,淋洗,农田土壤,联合修复