氯基、硫酸基、磷酸基和硅酸盐基钾肥及稻壳生物炭对碱性土壤条件下玉米中镉的归趋、络合、淋溶和吸收的影响

《Biodegradation》：Influence of chloride, sulphate, phosphate, and silicate-based potassium fertilizers and rice husk biochar on cadmium fate, complexation, leaching and uptake in maize under alkaline soil conditions

　　

摘要

在碱性土壤中，镉（Cd）的行为主要受溶液络合、阴离子介导的转化以及固相相互作用三者之间的相互影响所控制。本实验采用了一系列综合分析手段，以监测镉的存在形态、迁移性、转化过程、淋溶特性及其在玉米植株中的归趋。研究同步监测了土壤溶液化学性质、生物有效性及淋滤液介导的镉释放动力学，并结合玉米的生长情况、产量、镉积累模式及相关健康风险进行了评估。本研究中，我们考察了五种钾肥来源（均为200 mg kg^?1 K，分别为K-0对照、KCl、K₂SO₄、K₂HPO₄、K₂SiO₃）条件下，在有无1%稻壳生物炭（RHB）的处理中，镉在玉米栽培体系中的归趋变化。氯离子（Cl^?）促进了高溶解度镉络合物的形成，从而加剧了镉的迁移和淋溶；相比之下，硫酸根离子（SO₄^2?）使镉的活性迁移组分相比无钾对照组有所减少。与钾相关的磷酸氢根（HPO₄^2?）和硅酸根（SiO₃^2?）阴离子则显著降低了土壤中镉的生物有效组分和淋溶损失，同时减少了镉在玉米根、茎叶和籽粒中的积累，并伴随着更高的玉米产量、改善的生理指标、生化表现和作物健康状况。采用不同钾源肥料处理后玉米各项指标的改善表明，钾营养在逆转镉毒性方面具有协同作用，该作用由HPO₄^2?和SiO₃^?阴离子共同驱动。添加稻壳生物炭（RHB）后，显著降低了Cl^?介导的镉迁移性，并进一步增强了HPO₄^2?和SiO₃^2?介导的土壤中镉的固定化效果，同时改善了植物生长和产量，证明了其作为补充性土壤改良剂的优越性。

图形摘要

在碱性土壤中，镉（Cd）的行为主要受溶液络合、阴离子介导的转化以及固相相互作用三者之间的相互影响所控制。本实验采用了一系列综合分析手段，以监测镉的存在形态、迁移性、转化过程、淋溶特性及其在玉米植株中的归趋。研究同步监测了土壤溶液化学性质、生物有效性及淋滤液介导的镉释放动力学，并结合玉米的生长情况、产量、镉积累模式及相关健康风险进行了评估。本研究中，我们考察了五种钾肥来源（均为200 mg kg^?1 K，分别为K-0对照、KCl、K₂SO₄、K₂HPO₄、K₂SiO₃）条件下，在有无1%稻壳生物炭（RHB）的处理中，镉在玉米栽培体系中的归趋变化。氯离子（Cl^?）促进了高溶解度镉络合物的形成，从而加剧了镉的迁移和淋溶；相比之下，硫酸根离子（SO₄^2?）使镉的活性迁移组分相比无钾对照组有所减少。与钾相关的磷酸氢根（HPO₄^2?）和硅酸根（SiO₃^2?）阴离子则显著降低了土壤中镉的生物有效组分和淋溶损失，同时减少了镉在玉米根、茎叶和籽粒中的积累，并伴随着更高的玉米产量、改善的生理指标、生化表现和作物健康状况。采用不同钾源肥料处理后玉米各项指标的改善表明，钾营养在逆转镉毒性方面具有协同作用，该作用由HPO₄^2?和SiO₃^?阴离子共同驱动。添加稻壳生物炭（RHB）后，显著降低了Cl^?介导的镉迁移性，并进一步增强了HPO₄^2?和SiO₃^2?介导的土壤中镉的固定化效果，同时改善了植物生长和产量，证明了其作为补充性土壤改良剂的优越性。

图形摘要