[1]俞蓉,王金刚,李伟弟,等.Cd污染土壤中氮磷联合改性生物炭改善棉花光合作用和生长发育[J].江苏农业科学,2026,54(9):90-99.
　Yu Rong,et al.Nitrogen and phosphorus combined with modified biochar improves photosynthesis and growth of cotton in Cdcontaminated soil[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2026,54(9):90-99.
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Cd污染土壤中氮磷联合改性生物炭改善棉花光合作用和生长发育()

《江苏农业科学》[ISSN:1002-1302/CN:32-1214/S]

卷:
第54卷
期数:
2026年第9期
页码:
90-99
栏目:
耕作栽培与生理生化
出版日期:
2026-05-05

文章信息/Info

Title:
Nitrogen and phosphorus combined with modified biochar improves photosynthesis and growth of cotton in Cdcontaminated soil
作者:
俞蓉; 王金刚; 李伟弟; 王海江
石河子大学农学院，新疆石河子 832000
Author(s):
Yu Rong; et al
关键词:
生物炭; 氮磷联合改性生物炭; Cd污染; 棉花; 光合作用; 生长发育
Keywords:
-
分类号:
S156；X53
DOI:
-
文献标志码:
A
摘要:
通过改性制备高效功能性的生物炭在重金属污染土壤的修复研究中越来越受到关注。为探究氮磷联合改性生物炭和原始生物炭修复Cd污染土壤对作物生长发育的影响及差异性，通过盆栽试验，对棉花秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭进行氮磷联合改性，研究原始生物炭和改性生物炭对Cd运转富集、棉花光合作用、棉花干物质积累和产量的影响。结果表明，生物炭经联合改性后，极大丰富了孔隙度、比表面积及H、O和N元素含量，其中N含量提高了50%~120%。不同生物炭施入均显著降低了土壤中有效态Cd含量，抑制了Cd向棉花各器官的转运，与对照相比，原始生物炭和改性生物炭处理下土壤有效态Cd含量分别降低了44.68%、31.56%和127.24%、96.22%。进一步研究发现，不同生物炭施入能够间接改善Cd胁迫下棉花的光合性能，改性生物炭相较于原始生物炭显著提高了棉花叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，降低了胞间二氧化碳浓度；同时改性生物炭处理下叶绿素和类胡萝卜素含量均高于原始生物炭处理。此外，不同生物炭施入还能够提高棉花各器官干物质积累量和产量，其中改性生物炭效果优于原始生物炭。由此可见，本研究通过对棉花和秸秆生物炭进行联合改性，有效降低了Cd污染土壤的有效态Cd含量，抑制了棉花各器官Cd的积累，从而改善棉花光合作用，提升产量。
Abstract:
-

参考文献/References:

［1］陈文轩，李茜，王珍，等. 中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价［J］. 环境科学，2020，41(6)：2822-2833.
［2］Bashir S，Hussain Q，Shaaban M，et al. Efficiency and surface characterization of different plant derived biochar for cadmium (Cd) mobility，bioaccessibility and bioavailability to Chinese cabbage in highly contaminated soil［J］. Chemosphere，2018，211：632-639.
［3］Friák V，Pipíka M，Lesny＇ J，et al. Utilization of biochar sorbents for Cd2+，Zn2+，and Cu2+ ions separation from aqueous solutions：comparative study［J］. Environmental Monitoring and Assessment，2014，187(1)：4093.
［4］王鑫宇，孟海波，沈玉君，等. 改性生物炭特性表征及对冶炼厂周边农田土壤铜镉形态的影响［J］. 环境科学，2021，42(9)：4441-4451.
［5］Zheng K Y，Zeng Z J，Tian Q W，et al. Epidemiological evidence for the effect of environmental heavy metal exposure on the immune system in children［J］. Science of The Total Environment，2023，868：161691.
［6］Tan S M，Narayanan M，Thu Huong D T，et al. A perspective on the interaction between biochar and soil microbes：a way to regain soil eminence［J］. Environmental Research，2022，214：113832.
［7］梁佳怡. 生物炭和酸模叶蓼修复锰污染土壤的效果及机制［D］. 桂林：广西师范大学，2023.
［8］李翔，杨驰浩，刘晔，等. 钝化剂对农田土壤Cd有效性及不同水稻品种吸收Cd的研究［J］. 环境工程，2021，39(9)：211-216.
［9］Ai Y M，Wang Y，Song L P，et al. Effects of biochar on the physiology and heavy metal enrichment of Vetiveria zizanioides in contaminated soil in mining areas［J］. Journal of Hazardous Materials，2023，448：130965.
［10］Mohamed B A，Ellis N，Kim C S，et al. Engineered biochars from catalytic microwave pyrolysis for reducing heavy metals phytotoxicity and increasing plant growth［J］. Chemosphere，2021，271：129808.
［11］姜凌，岳小琼，安靖玥，等. 改性生物炭对Cd污染农田土壤的钝化修复机制及其对土壤细菌群落的影响［J］. 环境科学，2024，45(9)：5557-5569.
［12］唐惠娟，江红樱，李霞，等. HNO3改性荔枝木生物炭对大豆累积Cu、Ca、As、Cd的影响［J］. 生态毒理学报，2022，17(3)：501-512.
［13］徐皓普，汤波. 碱改性生物炭处理含Cd2+废水效果对比研究［J］. 环境科学与管理，2022，47(6)：82-85.
［14］张凤智，王敦球，曹星沣，等. 高锰酸钾改性椰壳生物炭对水中Cd(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的去除性能及机制［J］. 环境科学，2023，44(6)：3278-3287.
［15］姜凌，安靖玥，岳小琼，等. 壳聚糖改性生物炭的制备及其对水溶液中Cd2+的吸附机制［J］. 环境科学，2024，45(2)：873-884.
［16］王德正，谭文韬，曾鹏，等. 铁锰改性生物炭对水稻镉吸收和土壤微生物群落的影响［J］. 中国环境科学，2024，44(4)：2297-2308.
［17］时佳琦，赵瑞芬，滑小赞，等. 菌渣基生物炭、磷矿粉、壳聚糖复配比筛选及复合材料对Cd2+的吸附特征［J］. 山西农业科学，2023，51(5)：539-548.
［18］简敏菲，高凯芳，余厚平，等. 不同温度生物炭酸化前后的表面特性及镉溶液吸附能力比较［J］. 生态环境学报，2015，24(8)：1375-1380.
［19］罗海艳，李丹阳，刘寿涛，等. 铁锰改性椰壳炭对土壤镉形态及水稻吸收积累镉的影响［J］. 环境科学研究，2019，32(5)：857-865.
［20］Moradi N，Karimi A. Fe-modified common reed biochar reduced cadmium (Cd) mobility and enhanced microbial activity in a contaminated calcareous soil［J］. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2021，21(1)：329-340.
［21］魏张东. 生物炭复合肥料的制备及其对农田土壤镉污染修复效应［D］. 开封：河南大学，2019：3-7.
［22］Lian F，Cui G N，Liu Z Q，et al. One-step synthesis of a novel N-doped microporous biochar derived from crop straws with high dye adsorption capacity［J］. Journal of Environmental Management，2016，176：61-68.
［23］王志慧，杨新平，茆军，等. 外源菌剂对棉花秸秆堆肥过程中微生物群落及腐熟效果的影响［J］. 生态与农村环境学报，2024，40(10)：1376-1384.
［24］郭慧静，沈从举，代亚猛，等. 新疆棉花秸秆利用现状及发展对策［J］. 农业工程，2023，13(4)：48-53.
［25］An X F，Wu Z S，Shi W，et al. Biochar for simultaneously enhancing the slow-release performance of fertilizers and minimizing the pollution of pesticides［J］. Journal of Hazardous Materials，2021，407：124865.
［26］Zhong M T，Li W D，Jiang M H，et al. Improving the ability of straw biochar to remediate Cd con-taminated soil：KOH enhanced the modification of K3PO4 and urea on biochar［J］. Ecotoxicology and Environmental Safety，2023，262：115317.
［27］Zhang H，Ke S J，Xia M W，et al. Effects of phosphorous precursors and speciation on reducing bioavailability of heavy metal in paddy soil by engineered biochars［J］. Environmental Pollution，2021，285：117459.
［28］Kasera N，Kolar P，Hall S G. Nitrogen-doped biochars as adsorbents for mitigation of heavy metals and organics from water：a review［J］. Biochar，2022，4(1)：17.
［29］Xie Y D，Su L H，He Z Q，et al. Selenium inhibits cadmium absorption and improves yield and quality of cherry tomato (Lycopersicon esculentum) under cadmium stress［J］. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2021，21(2)：1125-1133.
［30］欧阳燕莎，刘爱玉，李瑞莲. 镉对作物的影响及作物对镉毒害响应研究进展［J］. 作物研究，2016，30(1)：105-110.
［31］梁雪莲，陈伟，王天顺，等. 不同外源物质对镉污染下钻叶紫菀生长、生理和镉积累的影响［J］. 农业环境科学学报，2025，44(4)：909-918.
［32］Parmar P，Kumari N，Sharma V. Structural and functional alterations in photosynthetic apparatus of plants under cadmium stress［J］. Botanical Studies，2013，54(1)：45.
［33］郝正刚，赵会君，魏玉清，等. 甜高粱对镉胁迫的生理生化响应及镉富集研究［J］. 中国农业科技导报，2021，23(1)：30-42.
［34］Lysenko E A，Klaus A A，Kartashov A V，et al. Distribution of Cd and other cations between the stroma and thylakoids：a quantitative approach to the search for Cd targets in chloroplasts［J］. Photosynthesis Research，2019，139(1)：337-358.
［35］黄晓霞，匡经舸，李琬婷，等. 铅镉胁迫对小叶榕叶片细胞超微结构的影响［J］. 西南林业大学学报，2017，37(6)：41-47.
［36］姜瑛，魏畅，焦秋娟，等. 外源硅对镉胁迫下玉米生理参数及根系构型分级的影响［J］. 草业学报，2022，31(9)：139-154.
［37］Yang D Q，Liu S X，Xia S P，et al. Effects of cadmium stress on the growth of rice seedlings［J］. Agricultural Science & Technology，2019，20(3)：11-16
［38］Hussain A，Ali S，Rizwan M，et al. Responses of wheat (Triticum aestivum) plants grown in a Cd contaminated soil to the application of iron oxide nanoparticles［J］. Ecotoxicology and Environmental Safety，2019，173：156-164.
［39］熊敏先，吴迪，许向宁，等. 土壤重金属镉对高等植物的毒性效应研究进展［J］. 生态毒理学报，2021，16(6)：133-149.
［40］He X，Hong Z N，Jiang J，et al. Enhancement of Cd(Ⅱ) adsorption by rice straw biochar through oxidant and acid modifications［J］. Environmental Science and Pollution Research，2021，28(31)：42787-42797.
［41］李毅，冯浩，梁嘉平，等. 土壤属性和作物生长对生物炭施用的响应和反馈研究进展［J］. 水土保持学报，2022，36(5)：9-16.
［42］任心豪，陈乔，李锦，等. 小麦秸秆生物质炭对碱性土壤中油菜生长和镉吸收的影响［J］. 农业资源与环境学报，2021，38(1)：119-126.
［43］张晓敏，杨威，屈忠义，等. 生物炭添加对亏缺灌溉玉米光合荧光生理参数的补偿效应［J］. 农业工程学报，2024，40(24)：89-97.
［44］王艳芳，李乾云，悦飞雪，等. 生物炭对豫西旱作玉米花后穗位叶光合生理特性及产量的影响［J］. 西北农林科技大学学报(自然科学版)，2021，49(11)：125-133.
［45］王启. 镉污染对小青菜生理生化特性的影响及生物炭阻控研究［D］. 延安：延安大学，2022：21-22.
［46］El-Tohory S，Zeng W Z，Huang J S，et al. Effect of intercropping and biochar application on cadmium removal capacity by Corchorus olitorius and Zea mays［J］. Environmental Technology & Innovation，2023，29：103033.
［47］Ok Y S，Chang S X，Gao B，et al. SMART biochar technology：a shifting paradigm towards advanced materials and healthcare research［J］. Environmental Technology & Innovation，2015，4：206-209.
［48］顾博文，杨劲峰，鲁晓玲，等. 连续施用生物炭对花生不同生育时期叶绿素荧光特性的影响［J］. 中国农业科学，2021，54(21)：4552-4561.
［49］张东明. 叶面阻控剂与化学钝化剂对镉污染土壤安全利用效果研究［D］. 杨凌：西北农林科技大学，2023.
［50］曹阳. 不同措施对Cd污染农田安全利用效果的研究［D］. 杨凌：西北农林科技大学，2023.
［51］刘高洁，周丹丹，李丽娜，等. 柠檬酸对生物炭钝化污染土壤中重金属稳定性的影响［J］. 环境化学，2020，39(2)：343-351.
［52］古琴. 稻—菜轮作模式下复配钝化剂对作物镉吸收分配的影响［D］. 雅安：四川农业大学，2022.
［53］Huff M D，Marshall S，Saeed H A，et al. Surface oxygenation of biochar through ozonization for dramatically enhancing cation exchange capacity［J］. Bioresources and Bioprocessing，2018，5(1)：18.
［54］Luo Y，Durenkamp M，de Nobili M，et al. Microbial biomass growth，following incorporation of biochars produced at 350 ℃ or 700 ℃，in a silty-clay loam soil of high and low pH［J］. Soil Biology and Biochemistry，2013，57：513-523.
［55］陈炬廷，毛云，杨佳豪，等. KOH改性烟秆生物炭对铅、镉复合污染土壤中烤烟铅、镉吸收的影响［J］. 南方农业学报，2024，55(2)：460-467.
［56］Leng L J，Xu S Y，Liu R F，et al. Nitrogen containing functional groups of biochar：an overview［J］. Bioresource Technology，2020，298：122286.

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[1]王丽学,李振鹏,刘四平,等.玉米在不同覆盖方式处理下的土壤水温差异[J].江苏农业科学,2016,44(03):82.
　Wang Lixue,et al.Differences of soil moisture and temperature under different mulching treatments of maize[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2016,44(9):82.
[2]王桂君,许振文,田晓露,等.生物炭对盐碱化土壤理化性质及小麦幼苗生长的影响[J].江苏农业科学,2013,41(12):390.
　Wang Guijun,et al.Effects of biochar on physiochemical properties of soil and growth of wheat seedlings in saline-alkali soil[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(9):390.
[3]张学艳,曹莹,孟军,等.生物炭对镉胁迫下水稻生长及光合产量的影响[J].江苏农业科学,2016,44(05):97.
　Zhang Xueyan,et al.Effect of biochar on growth and photosynthesis yield of rice under stress of cadmium[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2016,44(9):97.
[4]邱月,张辉.包膜氮肥、保水剂和生物炭在控制农田土壤氮素损失方面的应用综述[J].江苏农业科学,2015,43(10):417.
　Qiu Yue,et al.Application of coated fertilizer， water retention agent and biochar in controlling nitrogen loss in agricultural soil：a review[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(9):417.
[5]杨晓庆,侯仔尧,常梦婷,等.改良剂对Cd污染土壤的修复作用[J].江苏农业科学,2015,43(07):423.
　Yang Xiaoqing,et al.Effect of modifying agent on restoration of Cd contaminated soil[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(9):423.
[6]杨晓庆,侯仔尧,常梦婷,等.生物炭对镉污染土壤的修复研究[J].江苏农业科学,2015,43(06):335.
　Yang Xiaoqing,et al.Study on remediation of Cd contaminated soil by biochar[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(9):335.
[7]张闻,赵延君,王加宁,等.生物炭固定化石油降解菌剂的制备[J].江苏农业科学,2015,43(06):341.
　Zhang Wen,et al.Preparation of biochar-immobilized microbial agent with high petroleum-degrading ability[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(9):341.
[8]郑悦,郑桂萍,赵洋,等.生物炭对粳稻垦鉴稻5号穗部性状及产量的影响[J].江苏农业科学,2015,43(06):59.
　Zheng Yue.Effects of biochar on panicle traits and yield of japonica rice cultivar “Kenjiandao No.5”[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(9):59.
[9]彭辉辉,刘强,荣湘民,等.生物炭、有机肥与化肥配施对春玉米光合特性的影响[J].江苏农业科学,2016,44(07):132.
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[10]杨士红,刘晓静,罗童元,等.生物炭施用对节水灌溉稻田温室气体排放影响研究进展[J].江苏农业科学,2016,44(10):5.
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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2025-02-26
基金项目：新疆生产建设兵团农业关键核心技术攻关项目(编号：2023AA601)。
作者简介：俞蓉(1996—)，女，甘肃武威人，硕士，研究方向为农业资源与环境、土壤学。E-mail：770994946@qq.com。
通信作者：王海江，博士，教授，博士生导师，研究方向为绿洲水土资源利用。E-mail：wanghaijiang@shzu.edu.cn。
更新日期/Last Update: 2026-05-05