基于Si-P生物炭的复合肥料对重金属固定及小麦生长的影响：在钙质冲积水田土壤中的田间试验

《BMC Plant Biology》：Effect of Si-P biochar-based compound fertilizer on immobilization of heavy metals and wheat growth: a field study in calcareous fluvo-aquic soil

　　

摘要

背景与目的

钙质冲积土壤中的重金属污染对农业安全与人类健康构成严重威胁。虽然改性生物炭在修复方面展现出潜力，但针对此类条件下其作用机制及生态影响的实地研究仍较为缺乏。

本研究旨在合成一种新型硅磷生物炭基复合肥料，并评估其在重金属污染的钙质冲积农田土壤中固定重金属、影响土壤微生物群落以及促进小麦生长的效果。

方法

以玉米秸秆生物质、硅藻土、三重过磷酸盐和尿素为原料，在不同的热解温度（300℃、450℃、600℃）及混合比例（5:1:1:x（B5PN_x）和10:1:1:x（B10PN_x））下合成了一种硅磷生物炭基复合肥料。在受重金属污染的钙质冲积土壤上开展了11种处理方式的田间试验，旨在分析不同类型的复合肥料及其施用量（450、900和1800千克/公顷）对土壤性质、镉、锌和铅的可用性、小麦籽粒中的重金属积累量、小麦产量以及土壤微生物群落结构的影响。同时运用结构方程模型分析镉固定的作用路径。

结果

施用该复合肥料显著提高了土壤阳离子交换容量和有机质含量。由于该肥料具有更大的表面积、更高的孔隙体积以及更多的功能基团（如N–H、PO?³?、Si–O-Si），因此也大幅降低了土壤中镉、锌和铅的生物可利用性。尤其是B5PN_x配方，不仅显著降低了小麦籽粒中的镉、锌和铅浓度，还促进了小麦生长。这一效果与土壤中有益微生物如变形菌门、宝石单胞菌门和放线菌门的增加有关。结构方程模型分析进一步证实，B5PN能够有效固定土壤中的可利用镉，从而减少籽粒中镉的积累并提高产量。

结论

这种硅磷生物炭基复合肥料，尤其是B5PN_x配方，是一种高效、低成本且环保的改良剂，可用于修复重金属污染的钙质冲积土壤。它通过固定重金属、改善土壤健康状况以及丰富有益微生物群落，为降低钙质土壤-小麦系统中的重金属生物可利用性及金属迁移提供了有效的解决方案。