2018, Vol. 24 
doi: 
2. 中国农业科学院河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站，河南新乡 453002;
3. 中国农业科学院农业水资源高效安全利用重点开放实验室，河南新乡 453002
2. Agriculture Water and Soil Environmental Field Science Research Station of Xinxiang City of Henan Province of CAAS, Xinxiang, Henan 453002, China;
3. Key Laboratory of High-efficient and Safe Utilization of Agriculture Water Resources of CAAS, Xinxiang, Henan 453002, China
生物质炭是有机物质在厌氧环境中经过热解形成的一种不完全燃烧产物，由于其高稳定性、含养分、呈碱性、带负电、高孔隙结构、高吸附容量和含氧官能团[1]，施入土壤后，不仅可以改善土壤的物理、化学性质[2]，增加土壤有机质含量，改变土壤微生态环境[3]，促进土壤中有害物的降解及失活[8–9]，同时还减少了土壤和蔬菜中的抗生素抗性基因[10]。生物质炭作为一种具有高度稳定性的富碳物质，能将生物质中的碳素锁定，从而避免经微生物分解等途径进入大气，进而起到了增汇减排、减少温室气体排放的积极作用[2]。生物质炭对环境污染物具有强烈的吸附作用，因此在环境领域有着广泛的应用前景。生物质炭可以用来去除废水和污染土壤中的农药、有机溶剂[5]和重金属离子[6]等。生物质炭对NH3、CO、SO2、H2S等也具有强大的吸附能力，还能对烟气中的气态Hg等有较强的吸附作用[7]。将生物炭与肥料复合制备成生物炭基肥料，能减缓肥料养分释放速度，提高农作物对肥料利用率，改善土壤生态，减少农业生产对环境的污染[4]。
果胶是一种重要的细胞壁多糖，促进细胞壁延长和植物生长，是植物根尖分泌粘液中的一种成分[11]。果胶对土壤养分和重金属的迁移转化有着重要影响。果胶能与Ca、Mg等阳离子相互作用缓解质子对拟南芥根系的毒害作用[13]。烟草细胞壁果胶提供了Al的累积位点，并与Al发生络合[14]。植物细胞壁的果胶含量可以与硼形成不溶的络合物，并决定了细胞壁对硼的需求量和移动[15]。果胶能增强可变电荷土壤 (砖红壤和红壤) 对铜和镉的吸附，特别是在低pH的条件下[11, 16]。果胶能与重金属Cu等发生静电吸附和络合作用等，从而影响其在土壤中的活性和移动性[11]。果胶可为固氮菌提供碳源和能源，其降解产物和发酵产物影响固氮酶的活性，从而影响氮的固定[12]。植物根系分泌的粘液存在于根际土壤中，粘液可与土壤相互作用，从而影响金属、养分等在土壤–植物系统的迁移转化，影响微生物的生长[18]。
我国是农业大国，集约化畜禽养殖业发展迅速，畜禽养殖位居世界第一，养殖场废水数量大，分布广，处理利用率低，而且含有高浓度的氮磷，己成为我国农村面源污染的主要来源之一[19]。用养殖废水进行灌溉，可以利用其中富含的氮磷养分，在一定程度上缓解农业水资源紧缺状况。但其中的重金属也会随着灌溉进入农田生态系统和食物链，影响人体健康。因此，本研究对利用生物炭和果胶调控灌溉养殖废水中的重金属进行了初步探讨，为养殖废水的农业安全利用提供理论参考。
1 材料与方法 1.1 供试材料试验土壤为新乡市郊区农田表层0—20 cm土壤，土壤类型为潮土，基本性质如下：pH 8.3，全氮、全磷、全钾、有机质分别为1.42、1.18、18.3、7.17 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾分别为104、25.1、235 mg/kg，交换性K、Na、Ca、Mg分别为0.499、0.391、35.9、4.80 cmol (+)/kg，Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、As、Hg分别为32.0、88.8、27.1、0.31、50.1、30.8、11.5、0.12 mg/kg，均未超过土壤环境质量二级标准 (GB15618-1995)。土样风干磨碎后过2 mm筛备用。小麦秸秆炭购买于河南省商丘市三利新能源有限公司，总碳、总氮、总磷、总钾质量分数分别为625.8、5.2、0.9、44.2 g/kg，比表面积8.8 m2/g，阳离子交换量为33.6 mmol/kg，Cu、Zn、Pb分别为26.5、42.5、9.2 mg/kg，其他重金属未检出。果胶购买自阿拉丁试剂公司，半乳糖醛酸 (干基计) 含量不低于74%。试验所用养殖废水取于新乡市新乡县某养猪场厌氧发酵后的沼液，基本性质如下：pH值为7.75，EC值为1.06 mS/cm，全氮、全磷、K+、Na+、SO42–含量分别为154.5、6.75、56.3、23.1、15.5 mg/L，全Ca、全Mg含量分别为0.713、0.210 mg/L，全Fe、全Mn、全Cu、全Zn含量分别为84.5、0.21、0.31、4.64 mg/L，全Pb、全Cd含量分别为3.30、1.73 μg/kg，其中仅Zn超过农田灌溉水质标准GB5084-2005规定的2 mg/L，其他的均不超标。试验所用蒸馏水pH 6～7.5，电阻率不低于10 MΩ·cm。玉米种子为浚单20。
1.2 根箱试验试验于2016年8—10月在中国农业科学院农田灌溉研究所日光温室进行。采用长14 cm、高17 cm、宽12 cm的PVC根箱[20]进行试验，沿长边把根箱用300目尼龙网分成五部分 (5 cm∶1 cm∶2 cm∶1 cm∶5 cm)，两头为非根际，其次为过渡区，最中间为根际。每个处理施用的肥料种类分别为尿素、过磷酸钙 (P2O5为16%) 和氯化钾，其中氮、磷和钾单元素施用量分别为200、100和200 mg/kg。
试验设计：设灌溉蒸馏水 (distilled water, DW) 和沼液 (fermented waste from piggery farm, FW)，在每个灌溉处理下的土壤中设对照 (不添加生物炭，也不添加果胶，CK)、添加生物质炭 (Bio)、添加果胶 (Pec)，共6个处理 (DCK、DBio、DPec、WCK、WBio、WPec)，每个根箱装土3 kg，生物质炭或果胶均按1%的比例与土壤混匀[21–25]，每个处理重复3次。所有处理先灌蒸馏水400 mL，第二天在根箱中部播种玉米，每个处理播6粒种子。种子发芽一周后，每个处理间苗至三株，然后开始进行蒸馏水和沼液灌溉。试验期间灌溉水量为100 mL/(pot·d)，总灌水量约为3 L(阴雨天气不需要灌水)。玉米生长60 d后收获，分为地上部分和根系，用蒸馏水清洗后，60℃烘至恒重，称重，分根、茎和叶，研磨过0.3 mm筛备用。取根际和非根际的土样，风干研磨过0.3 mm筛备用。
1.3 指标测定指标测定参照《土壤农业化学分析方法》[26]。按1∶2.5的固液比制备土壤悬液，用电位法测定pH，用电导法测定EC。土壤碱解氮用碱解扩散法测定。土壤有效磷用NaHCO3提取—钼锑抗比色法测定。土壤全氮用凯氏定氮法测定。土壤全磷用NaOH熔融—钼锑抗比色法测定。土壤全钾用NaOH熔融—火焰光度法 (上海傲谱，HP1401) 测定。土壤速效钾用NH4AC提取—火焰光度法测定，土壤有机质用重铬酸钾容量法测定。土壤交换态钾钠用NH4AC交换—火焰光度法测定。土壤交换态钙镁用NH4AC交换—原子吸收分光光度法 (HITACHI，Z-5000) 测定。土壤交换态钾钠钙镁之和即为土壤有效阳离子交换量 (ECEC)。土壤有效态金属用DTPA提取—原子吸收分光光度法测定。植株经H2SO4和H2O2消解后，分别用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定全氮、全磷和全钾含量。植株经微波 (MILESTONE，ETHOS One) 消解后用原子吸收法 (HITACHI，Z-5000) 测定Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni全量。在消煮以及测定过程中都以地球物理化学勘查研究所提供的生物成分分析标准物质GSB-7茶叶 (CRM Tea from IGGE, GBW10016) 和Cu、Zn、Pb、Cd、Ni标准品 (Fluka, Switzerland) 进行质量控制。
生物质炭和果胶的Zeta电位采用电泳仪 (Zetaplus 90, Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville, NY, USA) 进行测定，称取0.125 g过0.075 mm筛的生物质炭或果胶于1000 mL的锥形瓶中，加入500 mL 1 mmol/L NaCl溶液作为支持电解质，超声分散1 h后测定悬液pH值，再把悬液分成5份，用稀的HCl或者NaOH溶液将悬液体系的pH调节至4.0～8.0，然后在25℃下振荡2 h，根据需要再调节pH值，直至调至悬液体系的pH放置24 h后保持恒定时进行Zeta电位的测定[11]。根据悬液体系的pH值和Zeta电位值制作Zeta电位—pH曲线。
1.4 数据分析及处理方法采用SPSS 16.0 (SPSS Inc.，Chicago, IL, Version 16.0) 及Duncan多重检验法计算数据组间误差，若是服从F分布，求出F值；再依据F分布表来验证是否显著，显著水平为0.05。转运系数=叶中元素含量/根中元素含量。
2 结果与分析 2.1 果胶和小麦秸秆炭的带电特征以1 mmol/L NaCl作为支持电解质的0.25 g/L的生物质炭和果胶的悬液pH分别为9.17和4.31，前者呈碱性，后者呈酸性。两者Zeta电位测定结果如图1所示，pH越高，果胶和生物质炭带负电荷量越高；pH相同时，果胶带负电荷量高于小麦秸秆炭。果胶富含半乳糖醛酸和部分发生甲氧基化的半乳糖醛酸，其主要成分是部分甲酯化的α-(l, 4)-D-聚半乳糖醛酸。一般在温带地区的恒电荷土壤中，有机酸主要通过与重金属离子形成可溶性络合物抑制土壤对重金属的吸附[27]。因为这类土壤对有机酸的吸附能力很弱，加入体系中的有机酸的绝大部分留在溶液中，当它们与重金属离子形成络合物后，离子所带的正电荷减小，与土壤之间的吸附亲和力减弱。生物质炭表面有丰富的羧基和酚羟基等含氧官能团，既可增加土壤表面的负电荷量，增加土壤对重金属的静电吸附量；又可与重金属发生络合反应，增加土壤对重金属的专性吸附量[28]。本研究使用的碱性土壤pH为8.3，相比于南方的可变电荷土壤，带负电荷量已经较高，所以带负电的生物质炭和果胶的加入对土壤带负电量影响较小。
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| 图1 果胶和生物质炭的Zeta电位 Fig. 1 Zeta potential of biochar and pectin |
与蒸馏水灌溉相比，沼液灌溉抑制了玉米根系的生长 (图2)。沼液灌溉时，对照、生物炭和果胶处理的根系生物量分别比对应的蒸馏水灌溉降低了38%、23%和50%，其中果胶处理达到了显著水平 (P < 0.05)。生物炭处理对根系的生长无显著影响，果胶处理在蒸馏水和沼液灌溉时分别比对照增加了54%和25%，且在蒸馏水灌溉时达到了显著水平 ( P < 0.05)。
沼液灌溉时，果胶处理地上部生物量比对照增加了31%，生物炭处理的地上部与对照相比有所降低。沼液灌溉时，生物质炭处理根际土壤电导率增加，而果胶处理的降低 (表1)，这可能是果胶相比于生物质炭能促进植物生长的原因之一。
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| 图2 添加生物质炭和果胶对沼液灌溉下植株生物量的影响 Fig. 2 Effects of biochar and pectin on the plant biomass under the fermented waste water irrigation [注（Note）：柱上不同字母表示不同处理间差异显著 (P < 0.05) Different letters above the bars indicate significantly different among different treatments (P < 0.05).] |
与蒸馏水灌溉的土壤相比，果胶处理的根际土壤除外，沼液灌溉降低了根际和非根际土壤的pH (表2)，根际土壤pH降低了0.04～0.15个单位，非根际土壤降低了0.14～0.29个pH单位，这与沼液中铵态氮含量较高，在土壤中发生硝化反应降低了土壤pH有关。在碱性土壤中，土壤pH降低可以增加可交换态阳离子如Ca和Mg，以及植物可利用养分如磷、微量元素的溶解度[29]，同时也会增加土壤中有效态重金属的含量 (表3)，进而使植物吸收更多的重金属 (表4)。果胶处理根际土壤的pH反而升高，可能由于有机氮的矿化强度超过了铵态氮的硝化反应强度。生物质炭处理和果胶处理与对照根际和非根际土壤的pH均无显著差异。生物质炭和果胶的添加对土壤pH的影响均不显著，一方面是由于土壤具有较强的缓冲性能，另一方面，两种物质的添加量尚不足以引起土壤pH的显著变化。
| 表1 添加生物质炭和果胶对沼液灌溉下土壤电导率的影响 (μS/cm) Table 1 Effects of biochar and pectin on soil EC under the fermented waste water irrigation |
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如表5所示，与蒸馏水灌溉相比，沼液灌溉均增加了土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量。以根际土壤为例，CK、生物炭和果胶处理的根际土壤全氮分别比相对应的蒸馏水处理增加了4.8%、4.8%和4.6%，有效磷分别增加了29%、37%和5.0%，速效钾分别增加了14%、28%和1.1%，有机质分别增加了22%、1.6%和1.1%。相同灌溉下，生物炭和果胶处理间土壤全氮、ECEC无显著差异。果胶处理根际土壤的全磷、碱解氮、有效磷、有效Fe、有效Mn均显著高于生物炭处理，有效磷、有效Fe比生物炭处理显著提高了136%和70% (P < 0.05)。生物炭处理根际和非根际土壤的全钾和速效钾均高于果胶处理，速效钾含量分别高出62%和35% ( P < 0.05)。
| 表2 不同处理的土壤pH Table 2 Soil pH as affected by different treatments |
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相比于蒸馏水灌溉，沼液灌溉增加了植株根茎中N含量和Ca含量，植株Mg含量、植株Fe含量、根叶中P含量、茎中K含量和茎中Mn含量无显著差异 (表6)。植株钾素含量整体偏低，可能与本试验选用的玉米品种有关。沼液灌溉的对照植株根、茎中氮含量分别比蒸馏水灌溉处理增加了50%和4.8%，生物质炭处理分别增加了22%和48%，果胶处理分别增加了117%和96%。与对照相比，生物质炭处理植株N含量最高，果胶处理最低，可能由于果胶不含氮，微生物在利用果胶时需要氮，就与根系产生了竞争作用。除了氮，生物质炭处理的植株根茎P含量、茎钾含量、根茎叶Ca含量、根茎Mg含量高于加果胶处理。但是沼液灌溉时果胶处理叶片中N、P、Mg含量并未显著降低，生物质炭处理N、P、Mg的转运系数分别为1.09、1.50和1.08，果胶处理分别为1.23、2.43和1.07；蒸馏水灌溉时，生物质炭处理N、P、Mg的转运系数分别为1.09、1.34和1.01，果胶处理分别为1.90、2.03、1.17。根系铁的含量较高，是因为根表形成了铁膜。果胶处理根系的Fe、Mn含量高于生物质炭处理，但转运系数低于生物质炭处理。在蒸馏水灌溉和沼液灌溉时，果胶处理植株Fe的转运系数为0.02和0.09，Mn的转运系数为0.20和0.23；生物质炭处理植株Fe的转运系数为0.07和0.10，Mn的转运系数为0.34和0.30。
| 表3 沼液灌溉下添加生物质炭和果胶对土壤有效态重金属含量的影响 (mg/kg) Table 3 Effects of biochar and pectin on the contents of soil available heavy metals under the fermented waste water irrigation |
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与蒸馏水灌溉相比，沼液灌溉的根际土壤电导率无显著变化，但非根际土壤有所增加，且在生物质炭处理和果胶处理差异显著 (P < 0.05, 表1)。对照、生物质炭处理和果胶处理沼液灌溉的非根际土壤电导率分别比蒸馏水灌溉增加了21%、74%和50%。沼液的高电导率导致了被灌溉土壤含盐量的增加，这与Kiziloglu等[30]和García和Hernández[31]的研究结果一致。另一方面，种植植物的根际土壤电导率并没有被沼液的高电导显著影响。沼液灌溉时，生物质炭处理和果胶处理根际土壤的电导率与对照无显著差异，但生物质炭处理比果胶处理显著提高了53% (P < 0.05)；非根际土壤中生物质炭处理土壤的电导率依然最高，比果胶处理和对照显著提高了31%和35% ( P < 0.05)。许健 [32]研究表明，生物炭 (竹炭和木炭) 对土壤盐分表聚现象有显著的影响，当生物炭含量较大时 (不小于10%)，增强土壤蒸发能力，加剧表层土壤盐碱化的程度。但本实验添加了1%小麦秸秆炭，造成了土壤电导率的增加，可能由于供试土壤性质和生物质炭的种类不同。由于生物质炭的添加增加了土壤电导率，生物质炭增加植株养分 (表6) 和降低植株重金属 (表4) 的效果就被抵消了，所以生物质炭对植株生长无明显影响 (图2)。
| 表4 添加生物质炭和果胶对沼液灌溉下植株重金属含量的影响 (mg/kg) Table 4 Effects of biochar and pectin on the contents of plant heavy metals under the fermented waste water irrigation |
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与蒸馏水灌溉相比，沼液灌溉增加了根际和非根际土壤中有效Cu和Zn尤其是有效Zn的含量，对土壤有效Pb、Cd、Ni无显著影响 (表3)。由于沼液中Zn含量较高，沼液灌溉的土壤有效Zn含量也较高，沼液灌溉时对照、生物质炭处理和果胶处理根际土壤中有效Cu含量分别比蒸馏水灌溉时增加了24% (P < 0.05)、24% ( P < 0.05) 和8.5%，有效Zn含量分别增加了293% ( P < 0.05)、295% ( P < 0.05) 和281% ( P < 0.05)。在蒸馏水灌溉条件下，果胶处理的根际土壤有效Cu含量显著高于生物质炭处理和对照 ( P < 0.05)，生物质炭处理的根际土壤有效Cu含量低于对照，可能是由于在碱性土壤中果胶与Cu形成络合物增加了土壤中有效Cu的含量，而生物质炭吸附Cu对Cu起了固定作用；同样，沼液灌溉时，果胶处理根际土壤有效Cu含量最高，生物质炭处理最低。在蒸馏水和沼液灌溉的非根际土壤中，果胶处理土壤的有效Cu含量均显著高于生物质炭处理和对照 ( P < 0.05)，生物质炭处理的土壤有效Cu含量低于对照。果胶和生物质炭的加入对根际和非根际土壤有效Zn的含量无显著影响，可能由于Zn的吸附能力较弱。从土壤有效Pb含量的结果不难发现，果胶处理根际和非根际土壤有效Pb含量均高于相应的生物质炭处理和对照，说明果胶对土壤Pb起到了较好的络合作用。生物质炭和果胶对根际和非根际土壤有效Cd的含量无明显影响。在根际土壤中，生物质炭和果胶对土壤中有效Ni的影响与Cu相似，生物质炭显著降低了土壤有效Ni含量 ( P < 0.05)，果胶显著增加了土壤有效Ni含量 ( P < 0.05)。生物质炭和果胶对土壤中不同重金属的影响规律不同，主要受两种物质自身性质 (pH、带电量、官能团种类及含量)、重金属与两种物质的络合稳定常数和作用方式等因素影响。以络合能力为例，研究表明酸性土壤中有机质与Cu的络合能力大于Pb、Cd、Zn等重金属 [11]。
| 表5 添加生物质炭和果胶对沼液灌溉下土壤养分含量的影响 Table 5 Effects of biochar and pectin on soil nutrient contents under the fermented waste water irrigation |
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与土壤中有效态重金属含量高低基本一致，沼液灌溉的植株根茎叶中Cu、Zn、Pb含量均高于蒸馏水灌溉处理，而对植株Cd、Ni含量基本无影响 (表4)。植株Zn含量增加最明显，对照、生物质炭处理和果胶处理根中Zn含量在沼液灌溉时分别比蒸馏水灌溉时显著增加了102%、176%和67% (P < 0.05)，茎中Zn含量分别显著增加了244%、277%和498% ( P < 0.05)，叶中分别显著增加了68%、125%和293% ( P < 0.05)。与对照相比，不管是蒸馏水还是沼液灌溉时，生物质炭降低了根中Cu含量，果胶增加了根中Cu含量，根中Zn含量也有同样的趋势。对于Pb、Cd、Ni，在灌溉水源相同时，果胶处理根系重金属含量依然最高，但生物质炭处理和对照相比无显著变化。虽然，生物质炭和果胶造成了植株根系重金属含量不同，转移到植株茎中也各有差异，但是最终转移到叶片中的重金属基本无显著差异，也就是说，果胶促进了重金属在根系的累积，但又有效降低了其向地上部的转运。沼液灌溉时，生物质炭处理Zn、Pb、Cd、Ni的转运系数分别为0.94、0.62、2.72、0.23，果胶处理分别为0.86、0.57、1.94和0.14。在土壤中重金属含量差别较小的情况下，生物质炭和果胶对玉米吸收不同重金属的影响规律不同，主要受植株生长情况、根系对不同重金属的吸收转运能力影响。本研究所选用的玉米品种对植物必需金属元素Zn的吸收和转运能力最强。玉米对重金属有较强的忍耐力，在Pb、Cd、Ni这三种元素中，对Pb的吸收能力最强。
| 表6 添加生物质炭和果胶对沼液灌溉下植株养分含量的影响 Table 6 Effects of biochar and pectin on plant nutrient contents under the fermented waste water irrigation |
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目前关于沼液灌溉条件下养分和重金属在土壤-植物系统迁移转化的研究已有很多[33–40]，但关于添加生物质炭和果胶对该过程影响的研究较少。与蒸馏水灌溉相比，沼液灌溉对植株地上部的生长无显著影响。生物质炭对植株的生长无显著影响，而果胶促进了植株的生长。沼液灌溉向土壤中引入了重金属Cu和Zn，这与前人研究结果一致[41]。生物质炭不仅在南方酸性土壤的肥力增加、酸度改良、重金属修复、固碳等方面有优异的表现，也在北方碱性土壤的肥力增加、重金属等污染物修复中表现突出。而关于果胶对土壤中养分和重金属迁移转化的研究不多。有机酸影响土壤和矿物对重金属的吸附量，其影响的方向决定于土壤、矿物和有机酸的性质及反应条件[42]。Wang等[11, 16]研究表明果胶可以使砖红壤和红壤表面正电荷降低，负电荷增加，增加其对铜和镉的静电吸附，同时与铜形成表面络合物并被土壤吸附，从而降低了土壤中铜和镉的活性和移动性。可变电荷土壤和矿物中的情况与恒电荷土壤中的有所不同，一般在酸性条件下，有机酸增强了土壤和矿物对重金属离子的吸附能力，因为这时土壤和矿物对有机酸有很高的吸附容量，有机酸和重金属的协同吸附增加了土壤和矿物对重金属离子的吸附量。但在北方恒电荷土壤中，有机酸的存在反而降低了矿物和土壤对重金属离子的吸附量[43]，因为高pH下土壤和矿物对有机酸的吸附量减小，加入体系中的大部分有机酸留在溶液中，这部分有机酸通过与金属离子的络合降低了土壤对其的吸附量。果胶主要与重金属形成可溶性络合物[11–16]，且果胶具有一定的水溶性同时很难被恒电荷土壤吸附，因此，重金属在土壤中的活性和移动性因果胶的添加而变大。对于养分元素来说，果胶起到了汇的作用，提高了养分的利用率；对于重金属来说，果胶起到了屏障的作用。Zhang和van Kan[44]研究表明，果胶阻挡了植物病原菌入侵植物体，但又为病原菌提供了养分来源，和本研究结果有相似之处。有研究表明果胶的甲基化程度影响植物的耐铝毒能力[45]，还可以改善肠道功能，促进养分吸收[46]。所以，果胶对养分和重金属的影响值得深入研究。本研究只使用了1%的添加量，不同添加量的影响有待进一步研究。同时，果胶存在于大多数原细胞壁中，在陆地植物的非木质部分特别丰富，来源广泛，应用前景广阔。在实际应用中，应综合考虑土壤pH、电导率、土壤和植株的养分和重金属含量以及植株生物量等因素，在灌溉沼液时合理地添加生物质炭或果胶。该研究不仅为沼液的农业安全利用提供理论依据，同时为我国北方温带地区以及世界上其他类似地区拟定植物根际污染物阻控和生态环境保护措施提供科学依据，提高对养分和重金属离子与果胶、生物质炭之间的相互作用机理的认识，将丰富土壤表面化学和环境化学的理论。
4 结论在本试验条件下，沼液灌溉植株的生长状况与蒸馏水灌溉无显著差异，但沼液灌溉降低了土壤pH，增加了土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量，增加了土壤中有效Cu和Zn尤其是有效Zn的含量。生物质炭可以增加土壤和植株养分含量，降低土壤有效态重金属和植株重金属含量。相比于生物质炭，添加果胶降低了土壤电导率，增加了土壤有效养分含量，促进了养分在植物体内的转运，导致土壤有效态重金属的含量升高，促进了植株根系对重金属的累积，但降低了重金属从植株根系向地上部的转运，促进了植物的生长。
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