【摘要】：重金屬污染已成為人類健康和環(huán)境安全的嚴(yán)重威脅之一。生物炭作為以生物質(zhì)為原料制備的有機(jī)材料,已廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤的改良和修復(fù)。隨著植物修復(fù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,鎘超積累植物龍葵(Solanum nigrum L.)得到了越來越多的關(guān)注。為了研究鎘污染土壤中,生物炭改良劑對(duì)龍葵積累鎘的能力和生長(zhǎng)的影響及其機(jī)制,在四種鎘濃度(0、25、50和100 mg/kg)污染土壤中,添加3種生物炭劑量(0、1%和5%),開展了60天龍葵盆栽試驗(yàn),研究了生物炭添加對(duì)土壤主要理化特性、龍葵生長(zhǎng)、龍葵富集能力、可獲得性重金屬、不同重金屬組分、土壤酶活性及土壤微生物群落的影響。本研究的結(jié)果將對(duì)Cd污染土壤的生物炭與植物修復(fù)提供重要的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐依據(jù)。論文的主要結(jié)果如下:(1)生物炭使用和龍葵生長(zhǎng)對(duì)礦物氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)含量沒有顯著改變。在相同的重金屬濃度背景下,5%生物炭的顯著提高了土壤導(dǎo)電率(EC),生物炭的應(yīng)用使土壤有機(jī)碳在50 mg/kg鎘濃度的污染土壤中顯著提高。施加生物炭后,通過ETPA提取獲得的有效態(tài)鎘的含量顯著降低。生物炭的應(yīng)用使酸易提取態(tài)鎘和碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘的含量降低,而有機(jī)物結(jié)合態(tài)的鎘的含量增加。(2)生物炭的應(yīng)用促進(jìn)了龍葵的生長(zhǎng)。與對(duì)照組相比,1%的生物炭劑量顯著增加了高鎘濃度(50和100 mg/kg)下的龍葵葉片干重。生物炭的施加并沒有對(duì)龍葵的富集系數(shù)(BCF)造成顯著影響。雖然在生物炭存在的情況下,50和100 mg/kg的Cd濃度的土壤中龍葵的富集系數(shù)升高,但增加并不顯著。與富集系數(shù)不同,生物炭的應(yīng)用降低了龍葵的轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)。特別是在土壤鎘濃度為100 mg/kg時(shí),轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)隨生物炭施加劑量的增加而降低。在50 mg/kg的鎘濃度的土壤中生物炭的添加提高了龍葵地上部中鎘含量。(3)對(duì)于不同的酶,生物炭施加對(duì)其活性的影響不同。在鎘濃度為50 mg/kg污染土壤中,與1%生物炭添加劑量相比,5%生物炭的劑量顯著增加了41.18%的脲酶的活性。在所有鎘污染土壤中,1%的生物炭劑量均能抑制酸性磷酸酶的活性。龍葵根的干重與酸性磷酸酶的活性、BCF呈顯著負(fù)相關(guān),表明在高鎘濃度(50和100 mg/kg)的土壤中,高比例的生物炭應(yīng)用雖然增加了磷酸酶的活性,土壤中可獲得性鎘雖然被生物炭固定,但龍葵受到鎘的影響,其生長(zhǎng)還是受到抑制。在重金屬鎘污染土壤中放線菌、革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的比例隨著生物炭的應(yīng)用而增加。酸桿菌門(Acidobacteria)隨著生物炭的加入而減少。酸桿菌門與土壤酸堿度呈負(fù)相關(guān)。生物炭的添加并未降低超富集植物龍葵的富集能力,并改善了土壤的部分理化特征。本研究為生物炭在超富集植物龍葵修復(fù)鎘污染土壤中的應(yīng)用提供了新的認(rèn)識(shí)。
【圖文】：

在高鎘濃度（50 和 100 mg/kg）的土壤中，高劑量的生物炭刺激土壤中的酸性磷酸酶的活性（圖4.1C）。皮爾森相關(guān)系數(shù)表明，酸性磷酸酶的活性與龍葵根系干重（r=-0.845，，p=0.001）或 BCF（r=-0.896，p=0.001）之間呈顯著的負(fù)相關(guān)性，這表明盡管生物炭的添加降低了重金屬鎘對(duì)龍葵的毒害作用，但龍葵根際土壤中酸性磷酸酶活性仍被鎘的毒性抑制。在未添加生物炭的土壤中，脲酶的活性低于添加生物炭的土壤中脲酶的活性，特別是在添加 5%的生物炭的土壤中（圖 4.1B）。在本研究鎘污染的土壤中，生物炭添加后土壤酶的活性無規(guī)律性的變化。然而，酶活性的變化與土壤中的生物炭劑量和鎘濃度有關(guān)。在 50 和 100 mg/kg 的鎘濃度的土壤中，與未添加生物炭的土壤相比，5%的生物炭添加量刺激了酸性磷酸酶的活性。因此，生物炭改良劑對(duì)土壤

41圖 4.2 生物炭對(duì)不同鎘濃度的污染土壤中微生物量氮（MBN）和微生物量碳（MBC）的影響。A和 B 分別代表不同處理中的微生物量碳和微生物量氮 。不同的字母表示在相同 Cd 濃度的污染土壤中不同生物炭處理之間的差異顯著，P <0.05。4.3 生物炭對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)及豐度的影響在鎘污染土壤中，生物炭的應(yīng)用沒有對(duì)真菌產(chǎn)生積極的影響（圖 4.3）。只有在沒有鎘污染的土壤中，真菌隨著生物炭的施加比例的增加而升高。真菌所占的比例分別由 33.8%上升到 38.0 和 47.6%。對(duì)于放線菌而言，隨著鎘濃度的增加，其所占的比例變化更為規(guī)律。相比于未添加生物炭的土壤，生物炭的施加提高了放線菌所占的比例。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S156;X53

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本文編號(hào)：2654530