生物质炭和钢渣对江西丰城典型富硒区土壤硒有效性的调控效果与机理研究_况琴.pdf

2019 年 11 月 November 2019 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 38，No． 6 705 －714 收稿日期 2019 －01 －19; 修回日期 2019 －04 －08; 接受日期 2019 －07 －16 基金项目 国家重点研发计划项目 2017YFD0800900 作者简介 况琴， 硕士， 环境科学与工程专业。E － mail 645262207 qq． com。 通信作者 吴代赦， 博士， 教授， 主要从事环境地球化学研究。E － mail dswu ncu． edu． cn。 况琴，吴山，黄庭， 等． 生物质炭和钢渣对江西丰城典型富硒区土壤硒有效性的调控效果与机理研究［J］ ． 岩矿测试， 2019， 38 6 705 －714． KUANG Qin， WU Shan， HUANG Ting， et al． Effect and Mechanism of Biomass Carbon and Steel Slag as Ameliorants on Soil Selenium Availability in a Typical Se － rich Area of Fengcheng City，Jiangxi Province［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2019， 38 6 705 －714． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201901190014】 生物质炭和钢渣对江西丰城典型富硒区土壤硒有效性的 调控效果与机理研究 况琴1，吴山1，黄庭1，吴代赦1*，向京2 1． 南昌大学资源环境与化工学院，鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室，江西 南昌 330031; 2． 武汉中地格林环保科技有限公司，湖北 武汉 430074 摘要 江西丰城富硒土壤中总硒含量较高， 但能被植物直接吸收利用的有效态硒含量偏低。土壤中硒的生 物有效性是影响作物富硒的关键因素， 寻找安全有效的改良剂对提高富硒土壤中硒的有效性至关重要。 本文以生物质炭和钢渣为改良剂， 共设置了 8 个不同处理， 通过室内土培试验和盆栽实验， 原子荧光光谱法 测定有效态硒的含量， 探究了两种改良剂在不同处理水平下对丰城富硒土壤中有效硒的调控效果。土培试 验结果表明， 施加不同量的生物质炭和钢渣均能提高研究区土壤 pH， 提升幅度为 0． 1 ～3． 79 个单位。元素 形态分析结果表明， 改良剂主要通过影响有机结合态硒来调控土壤有效态硒， 施加生物质炭的土壤中有机质 含量显著增加， 且有机质对硒表现为固定作用， 导致有效态硒含量降幅为 8． 4 ～15． 1， 使土壤有效硒含 量总体偏低; 而钢渣对土壤 pH 的显著影响有利于活化土壤中的硒元素， 土壤有效态硒含量可提高 1． 4 ～2． 0 倍。盆栽实验结果表明， 土壤经钢渣处理后小白菜硒含量提高 30 以上， 而经生物质炭处理后小白菜硒含 量降幅在 7． 14 ～42． 8之间。本研究认为， 生物质炭不适用于调控研究区土壤中硒的有效性， 钢渣可作 为研究区土壤硒有效性的调控材料， 既实现了固废再利用， 也提高了土壤中硒的有效度。 关键词 富硒土壤; 有效硒; 原子荧光光谱法; 土壤改良剂; 生物质炭; 钢渣 要点 1 揭示了土壤理化性质 pH、 有机质和阳离子交换量 对土壤有效硒的影响。 2 对比了生物质炭和钢渣两种改良剂对富硒红壤中硒有效性的调控效果。 3 钢渣可提高研究区土壤中硒的有效性， 生物质炭不适合作为该地区土壤硒有效性的调控材料。 中图分类号 O657． 31; S151． 93文献标识码 A 硒是人体必需的微量元素之一， 影响着人体各项 生理系统 ［ 1 ］， 硒的丰缺与人体健康程度密切相关。硒 含量过高将引起人出现脱发等不良反应 ［ 2 ］， 而缺硒则 易引发克山病、 大骨节病等 10 余种疾病 ［ 3 ］。研究发 现我国三分之一的地区为严重缺硒区， 导致当地居民 食物中硒的摄入量偏低 ［ 4 ］。农产品是居民食物的主 要来源， 通过摄入富硒作物是解决人体缺硒最有效的 途径之一 ［ 5 ］。添加外源硒是目前常用的人工富硒方 式， 郭文慧等 ［ 6 ］对紫甘薯的研究表明， 施硒能增加作 物产量， 同时能提高作物中硒的含量。适当喷施亚硒 酸钠可提高稻谷产量及其硒含量 ［ 7 ］。但不同作物对 硒的富集能力具有差异性， 且不同类型土壤对外源硒 的储存、 释放能力也不同， 因而通过添加外源硒来生 产富硒农产品有一定弊端。 507 ChaoXing 土壤中硒的生物有效性是影响作物富硒的关键 因素之一， 富硒土壤中能被作物吸收利用的有效硒不 到总硒的 5。曹容浩 ［ 3 ］发现土壤有效硒主要受总 硒、 pH、 有机质等因素影响， 且土壤酸碱度是影响硒 生物有效性的主要因素。我国南方地区土壤多以红 壤为主， 土壤中的硒大多以亚硒酸盐的形态存在， 极 易被铁铝氧化物吸附， 导致土壤中生物有效态硒含量 偏低 ［ 8 ］， 严重影响了富硒土壤资源的开发利用。基于 此， 有不少学者通过施加改良剂来提高土壤中硒的有 效性， 如施加秸秆生物质炭、 钙镁磷肥等 ［ 9 ］， 谢邦廷 等 ［ 8 ］在土壤中添加生石灰和燃煤炉渣后， 提高了 pH 和有效硒含量。但长时间添加生石灰易引起土壤板 结， 不利于作物生长， 燃煤炉渣中可能含有放射性元 素 ［ 10 ］， 会对人体健康带来威胁; 磷肥等肥料施入土壤 后易引起水体富营养化， 也会在一定程度上提高土壤 中镉元素的含量 ［ 11 ］。因此， 寻找安全有效的改良剂 对提高富硒土壤中硒的有效性至关重要。 生物质炭是一种运用广泛的新兴土壤改良剂， 含大量碳酸盐等碱性物质， 能明显改善土壤酸碱 度 ［12 ］。钢渣中含有 CaO、 MgO、 SiO 2等多种氧化物同 时存在少量植物生长必须的微量元素， 钢渣对农田 土壤具有良好的改良效果， 是一种潜在的多金属复 合污染土壤改良剂。施加钢渣可有效提高土壤 pH 值和有效硅含量， 并增加农作物产量 ［13 ］。如邓腾灏 博等 ［14 ］研究表明土壤中施加钢渣后 pH 可从3． 5 提 升到 7． 0， 显著提高了酸性土壤的碱性， 同时降低了 土壤有效态重金属的含量及稻米中重金属的浓度。 丰城市境内存在大面积富硒土壤， 平均硒含量 为 0． 49mg/kg［15 ］，属 富 硒 地 带 0． 400 ～ 3． 00 mg/kg ［16 ］。但该地区土壤主要以红壤为主， 铁、 铝 氧化物含量较高， 土质透气透水性能差、 土质黏重， 极大限制了土壤中硒的有效性。目前， 诸旭东等 ［17 ］ 通过添加钙镁磷肥、 叶面喷硒等调控措施提高了该 地区大米中的硒含量， 但添加外源硒成本较高， 不易 大面积使用。本文以江西丰城富硒区土壤为研究对 象， 通过施加生物质炭、 钢渣调控土壤理化性质， 研 究不同改良剂对土壤中硒生物有效性的影响， 并探 究不同类型生物质炭对土壤有效硒的调控是否具有 相同效果， 以期为富硒农产品的开发利用提供参考 依据。 1实验部分 1． 1研究区域与样品采集 董家镇位于丰城市西北边陲， 处丰城、 高安两市 交界处， 气候类型为亚热带湿润气候， 雨量充沛、 四 季分明， 气候温和， 该地区生态环境保护良好， 素有 “绿水青山” 的美称。全镇有 49 平方多公里的富硒 土壤资源， 是 “中国生态硒谷” 核心区。 在前期调查的基础上， 2018 年 7 月， 于董家镇 泉南村富硒园地内， 按梅花布点法采集园地表层土 壤 0 ～ 20cm 各 1kg 左右， 混合均匀后用四分法取 2 ～3kg土壤为供试样品带回实验室。剔除植物根 系、 石块等杂物， 置于阴凉处， 自然风干过程中用木 棒将土壤敲碎后， 过 10、 20、 60 目筛、 混匀、 备用。供 试土壤 pH 4． 24， 总硒量为 0． 72mg/kg， 有机质含量 为 3． 28， 阳离子交换量 CEC 为 4． 2cmol/kg。 1． 2供试改良剂 1． 2． 1生物质炭 从市场购买约 3kg 生物质炭粉末 江苏华丰农 业生物工程有限公司 ， 去除大块杂质， 过 60 目筛 备用， pH 10． 5。生物质炭的施加量会影响其对土 壤理化性质的改良效果， 当施加量为 10g/kg 时， 其 对土壤理化性质的影响不太明显， 基于此， 本次试验 设置 3 个不同梯度， 即 2g/kg、 10g/kg、 30g/kg 记为 处理 1 ～3 。试验时每个塑料烧杯中加入 100g 过 10 目筛的供试土壤， 并分别添加 0． 2g、 1． 0g、 3． 0g 生物质炭于烧杯后， 用玻璃棒搅拌均匀。 1． 2． 2钢渣 钢渣采自南昌市钢铁厂， 采回的钢渣经研磨后 过 60 目筛， 混匀， 备用， 测得 pH 为 9． 2， 总硒含量为 0． 42mg/kg。同时测定了钢渣中部分重金属含量 Cr 131． 2mg/kg 、As 22． 7mg/kg 、Cd 0． 18 mg/kg 、 Hg 1． 20 mg/kg 和 Pb 33． 2mg/kg 几种重 金属含量值均在肥料中砷、 镉、 铅、 铬、 汞生态指 标 GB/T 233492009 的 限 定 值 内 Cr 500 mg/kg、 As 50mg/kg、 Cd 10mg/kg、 Hg 5mg/kg 和 Pb 200mg/kg ， 因此， 本实验所选钢渣可适用于土 壤中。土壤改良时钢渣用量一般低于 10g/kg［14 ］。 实验设置 3 个不同梯度的钢渣添加量， 即 1、 5、 15 g/kg 记为处理 6 ～ 8 。实验时每个塑料烧杯中加 入 100 g 过 10 目筛的供试土壤， 同时分别加入 0． 1、 0． 5、 1． 5g 钢渣至烧杯后， 用玻璃棒充分搅拌均匀。 本实验以 0． 1g 钢渣 2g 生物质炭记为处理 4， 设一组空白对照， 记为处理 BK/5， 每个处理重复 3 次。 1． 3土培试验 称取 100g 供试土壤于塑料烧杯中， 添加改良剂 并搅拌均匀后， 用量筒量取约 34mL 纯水缓慢加入 607 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 烧杯中， 边加边搅拌， 使供试土壤被均匀润湿， 盖上 塑料薄膜保湿。实验过程中观察土壤湿度， 若发现 土壤有变干的趋势及时加入适量纯水， 每隔三天用 称量法补充蒸发损失的水分， 保证土壤润湿度， 同时 每隔 7d 搅拌一次土壤， 并及时去除长出的杂草。土 培实验持续时间为 60d， 于 15、 45 和 60d 各取样一 次。取出的土壤置于干燥通风处自然风干后研磨过 20 目和 60 目， 装袋备用。 1． 4盆栽实验 试验于 2018 年 9 月 15 号在南昌大学环境楼楼 顶进行。共设置 7 个处理和一个空白， 试验用盆为 聚乙烯材质 直径18cm， 高19． 5cm ， 每盆装土1kg。 将小白菜种子在 35℃催芽处理， 小白菜种子发芽后 的第二天将其移至土壤中种植， 每盆定植 5 株， 定期 浇纯水， 直至成熟。为防止试验过程中蔬菜营养匮 乏， 实验开始时每盆施加定量的有机肥作为底肥， 每 天定期浇水， 保持土壤湿度， 蔬菜生长中期追加底 肥， 蔬菜整个生长成熟期为 45d， 成熟后采摘蔬菜可 食用部分， 同时将收获小白菜后的土壤风干磨碎过 筛待测其中的有效态硒。 表 1土壤中各形态硒含量 Table 1Content of different Se species in soil 处理 编号 水溶态硒 “g/kg可交换态硒 “g/kg 铁锰氧化物结合态硒 “g/kg有机结合态硒 “g/kg 残渣态硒 “g/kg 15d45d60d15d45d60d15d45d60d15d45d60d15d45d60d 110．529．788． 6110． 7610． 079． 3364．8865．5266．01302．64 305．16 309．78331．20329．47 326．47 210．469．648． 4610． 989． 699． 0164．6265．7265．72303．62 307．20 310．98330．32327．75 326．03 39．708．808． 029． 409． 168． 6264．3065．2666．98305．84 311．98 314．64330．76324．80 321．94 410．428．437． 1110． 497． 748． 1665．2764．8964．26311．06 319．85 315．84322．76319．10 324．64 510．0510．0910． 5410． 219． 549． 1264．0265．1766．73312．58 308．76 306．22323．15326．43 327． 69 610．7211．5212． 019． 8110． 5810． 0368．9667．8267．02308．50 304．22 302．32322．01325．86 325．67 712．0615．4617． 7810． 6311． 3912． 5575．4074．7274．16309．20 305．74 301．76322．70322．67 326．75 815．1619．0423． 6412． 8215． 4017． 3475．4874．5674．68307．00 302．30 295．08327．53328．68 329．26 1． 5土壤各项指标测试方法 土壤 pH 的测定参照标准 NY/T 13772007 土壤的测定 称取过20 目筛的土壤样品10． 0g 于 离心管中， 按土液比 1 ∶ 2． 5 浸提， 剧烈振荡 5min 后 静置 1 ～3h， 测定土壤上清液 pH， 测定精度为 0． 01。 土壤有机质的测定参照标准 HJ 6152011 土壤 有机碳的测定 重铬酸钾氧化 － 分光光度 法 称取一定试样于 100mL 具塞消解管中， 分别加 入 0． 1g 硫酸汞和 5． 0mL 重铬酸钾溶液， 再加入 7． 5mL硫酸， 摇匀后置于 135℃恒温加热器中开塞加 热半小时， 冷却定容。 阳离子交换量 CEC 的测定由江西索立德环保 服务有限公司完成， 分析方法参照 LY/T 1243 1999森林土壤 阳离子交换量的测定 。 有效态硒的提取和测定 称取过 20 目筛土壤 3． 000g， 用 0． 7mol/L 磷酸二氢钾溶液浸提土壤有效 态硒 ［18 ］， 提取的上清液经消化处理后用 AFS －8230 双通道原子荧光光度计测定硒含量［18 －19 ］。 1． 6分析质量控制 样品分析时， 插入土壤标准物质 GBW07408 进行质控分析。经检查， 样品重复率为 100， 合格 率为 100， 分析精密度、 报出率、 检出限及相关参 数 均 达 到 了多 目 标 区 域 地 球 化 学 调 查 规 范 1 ∶ 250000 DZ/T 02582014 的要求。分析结 果满足本次研究所需。 2两种改良剂对硒有效性的影响及作用 机理 2． 1不同处理对土壤硒有效性的影响 土壤中硒的生物有效性与其不同的赋存形态有 关。由硒在土壤中不同形态的分布结果 表 1 可 知， 土壤中的硒主要以有机结合态和残渣态形式存 在， 水溶态和可交换态硒含量较少。添加改良剂后 供试土壤中硒的形态分布比例有所不同， 其中以水 溶态和有机结合态硒的变化最显著。土壤中施加生 物质炭后， 水溶态硒的含量随时间推移逐渐减少， 有 机结合态硒含量则有所上升; 添加钢渣后， 水溶态和 可交换态硒含量有所增加， 有机结合态硒含量呈下 降的趋势。铁锰氧化物结合态和残渣态在此次实验 中基本没什么变化。由本实验结果可发现， 当土壤 环境变化时， 有机结合态硒易转化为其他形态硒。 土壤中有效硒含量的高低可以反映植物对硒的 吸收富集水平， 是决定植物中硒含量的主要因素。 本实验中， 不同处理下土壤有效硒含量呈现不同的 变化趋势 图 1 。土壤中施加生物质炭后， 有效硒 707 第 6 期况琴， 等 生物质炭和钢渣对江西丰城典型富硒区土壤硒有效性的调控效果与机理研究第 38 卷 ChaoXing 含量随培养时间的推移呈逐渐下降的趋势， 且当生 物质炭添加量增大时， 有效硒含量的下降幅度也越 大。土培实验结束后， 处理 1 ～4 中土壤有效硒含量 降幅 分 别 为 8． 4、 10． 8、 15． 1 和 23． 6 图 1a 。而谢珊妮等 ［9 ］用秸秆生物质炭改良强酸 性高硒茶园土壤有效硒时发现， 土壤中施加秸秆生 物质炭， 60d 后土壤有效硒提升的幅度大于土培至 30d 土壤有效硒含量提高的幅度， 与本文得出的结 论不一致。这可能与秸秆生物质炭的原料、 制备条 件、 添加量及土壤本身的性质有关。制备生物质炭 的原料和条件不同时， 其孔隙结构、 比表面积、 pH 等 理化性质也将表现出显著的差异［20 ］。赵世翔等 ［21 ］ 研究发现制备生物质炭的温度从 300℃ 升高至 600℃时， 其比表面积可由 2． 35m2/g 增大到 107． 76m2/g， 当制备温度由 500℃ 增至 600℃ 时， 生物质 炭的比表面积增幅可达到 942． 17。生物质炭表 面碱性官能团的含量随制备温度的升高而增大［22 ］。 本试验所用生物质炭 pH 为 10． 5， 制备温度为 550℃， 而谢珊妮等 ［9 ］ 所用秸秆生物质炭 pH 为 7． 87。本研究土培实验结束后， 空白组与添加3g/kg 生物质炭实验组中土壤富里酸含量分别为 4． 43 g/kg和 7． 08g/kg， 胡敏酸含量分别为 6． 21g/kg 和 11．32g/kg。富里酸能提高土壤中硒的有效性， 而胡 敏酸则会降低土壤有效硒含量［23 ］。因此， 本实验使 用的生物质炭对硒主要表现为固定吸附性。 土壤中添加钢渣后， 有效硒含量有不同程度的 提升， 且有效硒含量随土培时间的推移有逐渐上升 的趋势。土培实验结束时， 处理 7 和 8 中有效硒含 量分 别 为 27． 41μg/kg、 38． 98μg/kg，与 对 照 组 19． 36μg/kg 相比 图 1b ， 有效硒含量是对照组 的 1． 4 倍和 2． 0 倍。 实验发现， 处理 4 中有效硒含量降得最多。由 土壤中各形态含量结果表明， 添加钢渣后可在一定 程度上提高土壤中水溶态硒的含量， 但因生物质炭 具有较强的吸附固定作用， 导致处理 4 土壤中的有 效硒含量下降较快。 2． 2不同处理影响土壤中硒有效性的机理 2． 2． 1改良剂对土壤 pH 的影响 本实验的供试土壤为酸性土， 经生物质炭调控 处理后， pH 值均有所上升， 且随生物质炭添加量的 增加而增大 图 2a 。土培实验进行至 60d 时， 添加 生物质炭使土壤 pH 提升了 0． 1 ～ 0． 61 个单位不 等。生物质炭是目前运用最广的一种土壤改良剂， 其表面含有大量羟基、 酚羟基等含氧官能团， 这些官 图 1两种改良剂对土壤有效硒的调控效果 Fig． 1Effect of two amendents on the available selenium in soil 能团与 H 发生络合反应， 达到中和土壤酸度的目 的 ［24 ］， 另一方面生物质炭中丰富的钾、 钠盐基离子 通过吸持作用降低了土壤中交换性 H 、 Al3 的 水平 ［25 ］。 添加钢渣后， 土壤 pH 也呈上升趋势 图 2b ， pH 上升程度与钢渣的添加量成正比。土培实验结 束时， 与对照组相比， 土壤 pH 提升幅度为 0． 38 ～ 3． 79个单位。相比于生物质炭， 钢渣对土壤 pH 的 改良效果更显著。钢渣中 Ca、 Mg、 Si 等多种氧化物 经水解后释放出的 OH － 中和了土壤中的 H ， 同时 含硅物质会抑制 Al3 的活性［26 ］。由图 2b 中可以看 出， 当钢渣施用量超过 0． 5 时， 将大幅度改善 土壤 pH。 pH 是影响土壤理化性质最重要的参数之一。 pH 通过改变土壤表面电荷进而影响土壤对硒的吸 附能力 ［9 ］， pH 升高时， 土壤表面的 OH－ 也有所增 加， 释放出的 OH － 会竞争土壤表面的吸附位点， 降 低铁铝氧化物对硒的吸附能力［27 ］， 从而提高有效硒 含量。实验结果表明， 两种改良剂均能提高土壤 pH。由添加生物质炭和钢渣后土壤 pH 随时间的动 态变化 图 2 可以看出， 土壤 pH 随土培时间呈下 降的趋势。培养结束时， 以空白对照组为例， pH 由 807 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 初始 4． 24 降为 4． 07， 下降了 0． 17 个单位。这主要 是因为表层耕地土壤中有一定量的铵态氮残留， 土 培过程中因铵态氮逐渐发生硝化反应释放出的质子 导致 pH 下降 ［28 ］。图 3 结果显示， 土培实验结束后 空白组与添加改良剂的土壤中铵态氮含量低于硝态 氮， 土培过程中土壤的硝化反应导致了 pH 下降。 图 2两种改良剂对土壤 pH 的影响 Fig． 2Effect of two amendents addition on soil pH 图 3土培结束时土壤铵态氮和硝态氮含量 Fig． 3Content of soil NH 4 － N and NO － 3 in soil at the end of incubation 2． 2． 2改良剂对土壤有机质和 CEC 的影响 土壤有效硒受土壤总硒、 pH 和 Eh、 化学矿物组 成、 有机质、 阳离子交换量、 土壤黏粒、 土壤中离子竞 争等因素的影响。本研究中， 改良剂施入土壤后有 机质含量变化 表 2 显示， 添加少量生物质炭对土 壤有机质的影响并不明显， 当添加量较大时， 土壤有 机质含量有所上升， 且有机质含量随生物质炭施加 量的增加明显增大。而钢渣对土壤有机质的影响并 不显著。在改善土壤有机质方面， 生物质炭中含有 较高的碳， 其自身缓慢的分解有利于土壤腐植质的 形成 ［29 ］， 从而可显著提高土壤有机质含量。因钢渣 自身存在的特性， 钢渣施加进土壤后， 对土壤有机质 基本无显著影响。 有机质对土壤中硒的吸附作用由有机质的组分 和量所决定， 并对硒的影响表现出双重性 一方面与 有机质结合的硒经矿化作用可转变为亚硒酸等可溶 性硒释放到土壤中［30 ］， 提升土壤中可溶性硒的含 量， 另一方面有机质具有较强的固定性， 会降低土壤 有效硒含量 ［2 ］。研究表明有机质对硒的影响主要 表现为固定作用 ［31 ］。 土壤 CEC 是土壤主要理化性质之一， 不同土壤 中 CEC 含量也不同， 其主要受 pH、 土壤质地和有机 质含量的影响［3 ］。本实验中添加少量生物质炭、 钢 渣对土壤 CEC 的影响都较小， 但随两种改良剂添加 量的增大， 土壤 CEC 也随之增大， 且钢渣的影响效 果明显高于生物质炭 表 2 。王文艳等 ［32 ］发现 pH 对 CEC 的贡献最为显著， 且土壤 pH 与 CEC 具有显 著的正相关关系。因此， 钢渣在提高土壤 pH 时， 也 将明显增加 CEC 的含量。CEC 含量越高时， 土壤表 面所含的负电荷量也越多， 对硒的吸附量则会降低， 有利于提高土壤有效硒的含量。 表 2不同处理对土壤性质的影响 Table 2Effects of different treatments on soil properties 处理方法 有机质含量 CEC mol/kg 15d45d60d15d45d60d 生物质炭 0．23．213．112．634．0 3．93．7 生物质炭 1．03．383．222．774．2 4．24．3 生物质炭 3．05．524．814．544．8 4．54．3 生物质炭2 钢渣0．1 3．303．122．664．44．24．3 空白对照组 BK3．282．802．664．2 4．14．0 钢渣 0．13．233．002．80 4．04．23．9 钢渣 0．53．092．822．79 6．76．86．2 钢渣 1．52．902．862．79 9．89．08．8 为明确土壤理化性质与有效硒之间的关系， 本 文对两者进行了相关性分析。结果表明， 有效硒含 量与 pH、 CEC 呈显著正相关， 相关系数分别为0． 787 907 第 6 期况琴， 等 生物质炭和钢渣对江西丰城典型富硒区土壤硒有效性的调控效果与机理研究第 38 卷 ChaoXing 和 0． 780 p ＜0． 01 ， 与有机质呈负相关， 相关系数 为 0． 382 p ＜0． 05 。 3两种改良剂提高土壤有效硒的效果评价 不同处理下， 土壤有效硒含量在土培试验过程 中表现出一定的差异性 图 4 。土培结束后， 8 个 处理中， 除处理 7、 8 外， 其他处理对土壤有效硒的影 响较为相近， 均呈下降的趋势。添加生物质炭可在 一定程度上提高土壤 pH， 但本实验所用生物质炭的 孔隙度和比表面积较大， 且生物质炭施入土壤后会 提高土壤中富里酸的含量。因此， 随生物质炭添加 量的增加， 土壤中有效硒含量降得也越快。钢渣能 有效改善土壤酸碱度， 有助于硒元素的活化， 并提高 土壤中硒的有效性。实验结果显示， 当钢渣添加量 为 0． 5 和 1． 5 时， 土壤 pH 值分别为 5． 82 和 7． 88， 而大部分植物生长的最适 pH 在 5． 0 ～7． 0 之 间。本实验的两种调控材料， 生物质炭主要表现为 固定性， 不适合用来改善研究区土壤中硒的有效性， 钢渣作为调控材料， 能显著提高研究区土壤有效硒 含量， 但应根据植物生长条件来确定钢渣的添加量。 本文建议钢渣使用量不应超过 1． 5。 图 4不同处理对土壤有效硒的改良效果 Fig． 4Effect of different treatments on the available selenium in soil 4盆栽小白菜富硒试验 蔬菜是人类生存所必需的食物， 不同蔬菜品种 对硒的吸收性能也不同。十字花科植物对硒有较强 的富集能力， 而小白菜是常见的十字花科蔬菜， 是人 体补硒的理想硒源， 且其生长周期短、 适于四季栽 种， 有利于大规模生产。本文盆栽实验以小白菜为 试验蔬菜， 研究两种改良剂不同添加量对小白菜富 硒的影响效果。 土壤有效态硒的含量是影响植物中硒含量的主 要因素， 且土壤中化学有效态硒含量的增加可直接 影响硒的生物有效性［9 ］。盆栽试验结果 图 5 显 示， 与对照组相比， 处理 7 和 8 中小白菜硒含量增幅 分别为30． 0和58． 8， 处理1、 处理2 和处理6 中 虽均未提高小白菜硒含量， 但种植出的小白菜基本 仍属 于 富 硒 蔬 菜 富 硒 蔬 菜 的 硒 含 量 ≥ 0． 01 mg/kg ， 而处理 3 和处理 4 中的小白菜硒含量都低 于 0． 01mg/kg。本实验中， 碱性改良剂钢渣通过提 高土壤硒的有效性， 进而提高了小白菜中硒的含量， 可使当地的硒资源得到充分利用， 为进一步开发富 硒蔬菜提供了依据。 图 5不同处理下小白菜可食用部分硒含量 Fig． 5Se content in edible parts of Chinese cabbage under different treatments 5结论 利用改良剂调控富硒土壤中硒生物有效性的土 培模拟实验结果表明， 施加生物质炭和钢渣均能提 高酸性土壤 pH 和 CEC 含量， 并能在一定程度上提 升硒的有效性， 但施加生物质炭后土壤中有机质含 量显著增加， 且有机质对硒表现为固定作用， 导致土 壤有效硒含量总体偏低， 而钢渣对 pH 和 CEC 的影 响效果更明显， 并能显著活化硒的有效性。因此， 钢 渣较生物质炭更适合作为该地区土壤硒有效性的调 控材料。根据蔬菜生长的 pH 环境， 本研究建议钢 渣的使用量不要超过 1． 5。 土壤自身具有吸附 － 解吸作用， 并含有多种还 原性微生物， 能将土壤中有效硒含量维持在一定的 水平。土壤中添加钢渣后可将有效硒含量提升至一 017 第 6 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 定程度， 同时促进作物对硒的吸收利用， 有利于富硒 农产品的生产。但改良剂对土壤有效硒活化的机理 及其变化规律十分复杂， 今后还需进一步研究。 6参考文献 ［ 1］李杰， 刘久臣， 汤奇峰， 等． 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