摘要：以落叶为原料分别在400、500、600℃下制备落叶生物炭，并将所制备的落叶生物炭用于改良镉污染土壤。本实验镉污染土壤质量分数为5 mg/kg，以小白菜为研究对象，采用盆栽实验，研究了不同温度下制备的生物炭添加量对土壤中Cd含量、小白菜生物量、酶活性（POD、CAT、SOD）和丙二醛（MDA）的影响。结果表明：落叶生物炭适宜添加量为1%~3%，高温热解温度为400℃,通过添加落叶生物炭，可以钝化土壤中的镉离子，有效缓解镉胁迫下对小白菜生长和酶活的抑制作用。

　　关键词：落叶生物炭；镉胁迫；小白菜；生物量；酶活；丙二醛

　　0引言

　　我国城市每年落叶产量估算600万t，尤其我国北方秋冬落叶量比较集中。落叶作为一种有机垃圾，如果处理不当，就可能会造成堵塞下水道、火灾隐患、影响交通、导致病虫害等问题。传统的落叶处置方式有填埋和焚烧，不仅造成资源浪费，而且会对生态环境造成不利影响。目前，落叶作为一种生物质资源，其资源化利用率不足30%。随着“无废城市”的推进，将其进行科学合理的资源化利用是必要的[1]。目前，落叶的资源化利用途径主要有堆肥[2]、景观生态砖[3]、植物煤[4]等，由于落叶富含有机物，越来越多的相关研究人员以落叶为原料制备多孔吸附材料，并拓展其应用领域[5-6]。众所周知，Cd是我国土壤中污染最严重的金属元素，Cd转运系数较高，土壤中Cd污染会迁移至植物，影响植物正常的生理代谢，从而导致植株矮小、农作物或农产品Cd含量超标[7]。生物炭作为一种新型高效的改良土壤添加剂，对土壤中的重金属有一定吸附能力，能降低土壤重金属活性，缓解重金属对农作物的损害作用，在镉污染土壤钝化修复中得到广泛关注[8-9]。本研究将落叶制备成生物炭，以小白菜为研究对象，探讨添加落叶生物炭对蔬菜生长特性的影响，不仅可以促进落叶的资源化利用，减少碳排放，还可以为Cd污染土壤原位钝化修复提供理论指导。

　　1材料和方法

       1.1实验材料

　　供试土壤：采自山西省太原工业学院西区校园，土壤自然风干，过20目（0.85 mm）筛除去杂质和大颗粒物。配制1 g/L硝酸镉溶液，将一定量的硝酸镉溶液稀释后，均匀混入准备好的基础土壤中，充分搅拌土壤，制备5 mg/kg的镉污染土壤，土壤pH=6.6。保持土壤湿度，室温放置约60 d备用。

　　供试植物：小白菜种子购自安徽九七种苗科技有限公司。

　　供试材料：落叶收集自太原工业学院东区，为五色地锦、银杏叶和槭树叶的混合组成。将收集到的落叶分别在400、500、600℃下缺氧热解4 h冷却至室温，研磨过60目（0.25 mm）筛，制备成生物炭，分别记为LBC400、LBC500和LBC600。

　　1.2盆栽实验

　　盆栽使用Φ110 mm×100 mm规格的花盆，每个花盆添加0.6 kg土壤，然后按表1添加生物炭，进行实验，重复3次，每盆土壤栽种4棵颗粒饱满、大小均匀的小白菜种子，间隔种植，室温栽培，靠窗放置，每天每盆浇水20 mL以保持土壤水分。经过75 d培育后收割小白菜，分别测定小白菜的鲜重、干重和生理生化指标。

       1.3分析方法

　　土壤中镉的测定参照GB/T 23739—2009，采用岛津AA-6880原子吸收光谱仪测定。

　　土壤中pH测定参照HJ 962—2018，采用雷磁PHSJ-4A型pH计测定。

　　超氧化物歧化酶(SOD）测定采用邻苯三酚自氧化法、过氧化物酶（POD）测定采用愈创木酚法，过氧化氢酶（CAT）和丙二醛(MDA）含量测定参照《植物生理学实验教材》。

　　2结果与讨论

　　2.1生物炭对镉胁迫下小白菜生物量的影响

　　施加生物炭后小白菜的生物量如图1所示。结果表明在施加生物炭后小白菜的生物量显著升高。添加1%生物炭时的生物量要比添加3%、5%的生物炭的大。这表明过量添加生物炭可能导致植物生长状况受限。而在500℃时生物最大，这表明温度对于生物量有影响。

　　2.2生物炭对镉胁迫下小白菜POD活性的影响

　　生物炭能使小白菜POD活性升高，并呈现先促进后抑制的剂量效应。酶活性变化趋势如图2所示，添加量为1%时小白菜POD活性最高，生物炭通过吸附重金属离子，减少其对过氧化物酶的抑制作用，显著提升酶活性。过量添加生物炭可能会改变土壤pH或电导率，导致微生物代谢失衡，过氧化物酶活性逐渐下降。

　　2.3生物炭对镉胁迫下小白菜CAT活性的影响

　　添加生物炭对小白菜的CAT活性有促进作用，如图3所示，当添加量为5%时，CAT的活性最高，较好缓解了镉胁迫对CAT的抑制作用，并且添加量与CAT活性成正比关系。由此表明施加生物炭可通过钝化镉，改善土壤微环境，间接提高小白菜CAT的活性。

　　2.4生物炭对镉胁迫下小白菜MDA含量的影响

　　添加生物炭对丙二醛（MDA，膜脂过氧化产物）的影响主要表现为降低植物体内MDA含量，如图4所示。生物炭能够改善土壤酶活性，促进植物抗氧化能力，间接减少MDA生成。在添加3%生物炭时，土壤速效养分含量增加，植物生长代谢改善，MDA含量随镉胁迫减轻而下降。而过量添加反而会导致土壤酶活性受限，MDA含量升高。

　　2.5生物炭对镉胁迫下小白菜SOD活性的影响

　　添加生物炭在一定程度上提高了小白菜SOD的活性。如图5所示，随着添加量的升高小白菜的SOD逐渐降低，而不同温度的生物炭对小白菜SOD的活性影响不大。这显示不同添加量对小白菜SOD的活性影响不同，在较低添加量（1%）时SOD活性提高，较高添加量（5%）时降低。由此可知在镉胁迫条件下，适量添加生物炭可以提高SOD活性，帮助植物应对胁迫，过量可能无效或反效果。

　　2.6生物炭对土壤中镉含量的影响

　　施加不同含量的生物炭使土壤中镉含量降低，这说明生物炭对镉有钝化作用，可以通过其多孔结构吸附重金属镉并降低其迁移性。如图6所示，在添加5%生物炭的土壤中镉的含量比添加3%、1%时的镉含量低，表明随着生物炭量的增多，土壤钝化效果越好。而在400℃生物炭下测定的镉含量比500℃,600℃生物炭下测定的镉含量低，这表明在400℃高温热解的生物炭的钝化效果最好。

　　3结论

　　本研究采用落叶生物炭对镉污染的土壤进行修复，以及探究在镉胁迫下小白菜的生长情况。结果表明落叶生物炭对小白菜的生长及其各种酶的活性有一定的促进作用。落叶生物炭能够利用其疏松多孔的结构吸附重金属镉，降低其毒性和迁移性。对于钝化土壤中的镉来说落叶生物炭的量越多，对重金属镉的钝化作用越好。最佳热解温度为400℃。对于小白菜来说落叶生物炭的添加量为1%~3%时小白菜的生长情况及其各种酶和活性较好。

　参考文献

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　　[2]胡永恒.园林废弃物堆肥在设施蔬菜土壤改良中的应用研究[D].南京：南京林业大学，2022.

　　[3]寇一鸣，周苡纯，陆沁凝，等.基于落叶资源化利用的景观生态砖开发研究[J].安徽农业科学，2020，48（20）：225-228.

　　[4]Robert Wagner,Maik Stoof,Konstantin Terytze.Laubverwertung mit-tels Herstellung von Pflanzekohle[J].Müll und Abfall,2019(6):292-297.

　　[5]冯海霞，张小磊，张桐，等.金属改性生物炭的制备及其吸附除磷性能与机理研究[J].环境工程，2023，41（12）：131-141.

　　[6]李若钰.柳树叶基多孔炭材料的制备及去除水中染料性能研究[D].吉林：吉林大学，2023.

　　[7]李*娟，贺文星，张来星，等.γ-聚谷氨酸改性生物炭对镉污染土壤的修复作用[J].河南农业科学，2024，53（8）：70-78.

　　[8]王强.磷改性生物炭对镉污染土壤的修复及微生物响应机理[D].咸阳：西北农林科技大学，2022.

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