本文關鍵詞：不同生物炭對紅壤銅有效性的影響

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【摘要】：工業(yè)固廢、垃圾農用、含銅污水灌溉、大氣污染沉降、以及含銅農藥的長期施用等一系列自然或人為活動加劇了土壤中重金屬銅的累積。在我國,農田土壤中全銅含量超標現(xiàn)象嚴重,直接導致作物產量下降,并通過富集作用累積到食物鏈中,危害人類的健康。因此,找到一種實用的銅污染土壤調控技術已成為該領域的研究熱點。生物炭是生物質在缺氧或是無氧條件下,經高溫熱解而生成的一種具有豐富的比表面積的固體物質。生物炭由于其特有的理化性質,在調控水和土壤中重金屬有效性方面具有較好的效果。目前,生物炭大多為作物秸稈炭,竹炭、稻殼炭等,但將商陸制備成生物炭用于重金屬污染土壤修復的研究還鮮有見報。因此,本文以玉米秸稈和商陸根、葉燒制的生物炭為吸附材料,探討了玉米秸稈炭、商陸根生物炭、商陸葉生物炭對銅(Ⅱ)的吸附機制。在此基礎上,通過老化試驗和盆栽試驗,研究玉米炭和商陸炭對土壤中銅有效性以及油菜的生理特性的影響。結論如下：(1) 與玉米秸稈源生物炭相比,商陸根、葉源生物炭對銅(Ⅱ)有較大的吸附容量與玉米炭相比,商陸根、葉生物炭對銅(Ⅱ)的吸附性能更好。動力學試驗發(fā)現(xiàn),三種生物炭均在90 min左右達到最大吸附量,并且吸附過程符合準二級動力學方程(R20.99),商陸根對銅(Ⅱ)的最大吸附量為103.43 mg·g-1,商陸葉最大吸附量為87.47mg·g-1,分別較玉米炭(22.02 mg·g-1)高了4-5倍。pH在3-6期間,玉米炭和商陸根、葉生物炭對銅(Ⅱ)的吸附量隨著pH的升高而逐漸增大。通過電鏡掃描后顯示,玉米炭和商陸根、葉生物炭能夠明顯吸附溶液中的銅(Ⅱ)。XPS電子能譜掃描后發(fā)現(xiàn),與玉米炭相比,商陸炭中含有少量的Mn元素,并與O原子結合形成錳氧化物。(2) 添加商陸炭明顯降低老化土壤銅有效性不同老化時間下,添加玉米炭和商陸根生物炭均可以明顯降低紅壤中銅有效性。其中,在400 ppm銅污染土壤中,4%商陸炭處理老化25天后,土壤有效態(tài)銅含量較對照下降了170.89 mg·kg-1,較4%的玉米炭處理也多下降了11.5%；老化45天后,4%商陸炭處理的土壤有效態(tài)銅含量較對照多下降了137.15 mg·kg-1,較玉米炭多下降了12.5%。兩種生物炭均能夠提高土壤pH,且隨著炭添加量的增加效果更加明顯。其中,在400 ppm銅污染土壤中添加4%的商陸炭老化處理45天后,土壤pH值提高了1.27個單位,添加玉米炭的老化土壤pH提高了0.86個單位。1%和2%的商陸炭處理污染紅壤的pH值在老化45天后分別提高了0.77和1.38個單位,分別是玉米炭的1.5倍和1.59倍。(3) 玉米炭和商陸炭能夠明顯增加油菜的生物量,改善油菜的光合作用并降低油菜對銅的累積在高濃度銅污染的土壤中添加兩種生物炭,能夠明顯增加油菜的生物量、葉綠素含量,油菜的光合作用并降低油菜體內過氧化氫酶的活性和油菜銅的累積量,并能夠改善土壤pH,降低土壤銅有效性。其中4%的商陸炭處理對增加油菜的光合作用和葉綠素的效果最好,分別為4%玉米炭的2.33倍和1.49倍,油菜的生物量為玉米炭的12.67倍；向高銅污染土壤添加4%的玉米炭和商陸炭,油菜地上部銅累積量較對照分別降低19.9%和66.8%；土壤pH較對照增加了0.27和1.52個單位；土壤有效態(tài)銅含量分別較對照下降了41.9%、53.8%。在低銅污染土壤中,添加兩種生物炭均能夠顯著增加油菜的生物量,并且隨著生物炭用量的增加而增大,在4%炭添加量時玉米炭和商陸炭處理油菜的生物量分別較對照增加了21.2倍和67.9倍。2%的商陸炭處理對油菜葉綠素含量和光合作用最好,分別為玉米炭的1.5倍和3.3倍。向低銅污染土壤中添加4%的商陸炭能夠顯著降低油菜地上部銅的含量并提高土壤pH值,而玉米炭效果不顯著。兩種生物炭均能夠降低土壤銅有效性,其中4%的玉米炭和商陸炭處理土壤有效態(tài)銅的含量分別較對照降低21.9%和45.2%。綜合以上試驗結果來看在低銅污染下2%商陸炭處理效果最好,高銅污染下4%的商陸炭處理效果更好。
【關鍵詞】：商陸源生物炭 紅壤 銅生物有效性 有效態(tài)銅
【學位授予單位】：沈陽農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X53
【目錄】：

• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 第一章 引言15-21
• 1.1 重金屬Cu污染現(xiàn)狀15
• 1.2 土壤Cu的污染現(xiàn)狀及其防治15-17
• 1.2.1 土壤Cu的污染現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 土壤Cu污染修復方法16-17
• 1.3 生物炭17-18
• 1.3.1 生物炭的性質17
• 1.3.2 生物炭的利用現(xiàn)狀17-18
• 1.4 研究內容18-20
• 1.5 技術路線20-21
• 第二章 玉米炭與商陸炭的制備及其吸附性能研究21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 材料方法21-22
• 2.2.1 玉米炭與商陸炭的制備21
• 2.2.2 炭材料的表征21-22
• 2.2.3 銅的測定條件及方法22
• 2.2.4 吸附動力學試驗22
• 2.2.5 吸附等溫試驗22
• 2.2.6 pH影響試驗22
• 2.3 數(shù)據(jù)處理及分析22-23
• 2.3.1 銅吸附量的計算22
• 2.3.2 吸附動力學方程22-23
• 2.3.3 Langmuir和Freundlich擬合方程23
• 2.3.4 數(shù)據(jù)分析方法23
• 2.4 結果分析23-29
• 2.4.1 兩種生物炭的理化性質23-24
• 2.4.2 玉米炭與商陸炭吸附動力學試驗24-25
• 2.4.3 玉米炭與商陸炭等溫吸附試驗25-26
• 2.4.4 溫度對兩種生物炭的吸附特性的影響26-27
• 2.4.5 pH對兩種生物炭吸附特性的影響27-28
• 2.4.6 兩種生物炭的X射線光電子能譜分析28-29
• 2.5 討論29-30
• 2.6 本章小結30-31
• 第三章 不同老化時間玉米炭與商陸炭對紅壤銅有效性的影響31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 試驗材料和方法31-32
• 3.2.1 供試土壤31
• 3.2.2 供試生物炭31
• 3.2.3 老化土壤培養(yǎng)31-32
• 3.3 項目測定及方法32
• 3.3.1 有效態(tài)Cu含量測定32
• 3.3.2 土壤pH的測定32
• 3.4 結果與分析32-35
• 3.4.1 不同老化時間對土壤銅有效性的影響32-33
• 3.4.2 不同炭處理對土壤有效態(tài)銅含量的影響33-34
• 3.4.3 不同老化時間對土壤pH值的影響34-35
• 3.4.4 不同炭處理對土壤pH值的影響35
• 3.5 討論35-36
• 3.6 本章小結36-37
• 第四章 兩種生物炭對紅壤銅有效性的影響37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 試驗材料和方法37-38
• 4.2.1 供試土壤與污染土壤的制備37
• 4.2.2 供試蔬菜37
• 4.2.3 供試生物炭37-38
• 4.2.4 盆栽試驗設計38
• 4.2.5 土壤與生物炭理化性質測定38
• 4.3 項目測定及其方法38-39
• 4.3.1 油菜生物量的測定38
• 4.3.2 油菜葉綠素含量的測定38
• 4.3.3 過氧化氫酶(CAT)活性測定38-39
• 4.3.4 油菜光合作用的的測定39
• 4.3.5 油菜根、葉消解39
• 4.3.6 土壤pH測定39
• 4.3.7 土壤有效態(tài)銅的提取39
• 4.3.8 數(shù)據(jù)分析39
• 4.4 結果分析39-46
• 4.4.1 不同炭處理對油菜生物量的影響39-40
• 4.4.2 不同炭處理對油菜葉綠素的影響40-42
• 4.4.3 不同炭處理對油菜酶活的影響42-43
• 4.4.4 不同炭處理對油菜光合特性的影響43-44
• 4.4.5 不同炭處理對油菜地上部銅累積量的影響44
• 4.4.6 不同炭處理對土壤pH值的影響44-45
• 4.4.7 不同炭處理對土壤中有效態(tài)銅的含量的影響45-46
• 4.5 討論46-49
• 4.5.1 兩種生物炭對油菜生物量的影響46
• 4.5.2 兩種生物炭對油菜葉綠素含量的影響46-47
• 4.5.3 兩種生物炭對油菜酶活的影響47
• 4.5.4 兩種生物炭對油菜光合作用的影響47-48
• 4.5.5 兩種生物炭對土壤pH值的影響48-49
• 4.5.6 兩種生物炭對土壤銅有效性以及植物體內銅累積量的影響49
• 4.6 本章小結49-51
• 第五章 結論與討論51-53
• 5.1 綜合討論51-52
• 5.2 本文創(chuàng)新點52
• 5.3 存在問題及展望52-53
• 參考文獻53-58
• 致謝58-60
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文60

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