生物炭对黑土吸附阿特拉津及微生物多样性的影响

发布时间：2020-04-28 22:34

【摘要】：生物炭因其特殊的结构特征与良好的吸附性能而在土壤改良、环境污染修复等方面表现出卓越的价值。生物炭在控制土壤中污染物的迁移和积累方面起着重要作用。本论文采用小麦秸秆制备三种热解温度(350、550、700℃)的生物炭(即BC350、BC550、BC700),并分别以四种添加量(0.1%,0.5%,1.0%和2.0%)添加到两种有机质含量不同(ST:高有机质土壤;HT:低有机质土壤)的土壤中,探索土壤有机质对阿特拉津吸附的影响,分析比较添加生物炭的土壤与未添加生物炭的土壤的吸附差异以及三种生物炭对土壤吸附阿特拉津的影响。通过培养实验,研究阿特拉津在非灭菌土与灭菌土壤中的降解规律,以及添加在土壤中的生物炭对微生物降解阿特拉津的影响。试验结果表明:生物炭的添加增强了土壤对阿特拉津的降解能力,这是由于生物炭可以促进土壤中微生物的生长和代谢。我们的研究结果显示小麦来源的生物炭是一种有效的修复材料,能够激活土壤中功能微生物的活性,增强有机质的吸附特性,可用于阿特拉津污染黑土的修复。本论文还研究了生物炭对土壤理化性质及微生物多样性的影响,最后借助高通量测序技术从微观角度阐释生物炭对黑土微生物群落多样性的影响。本实验对三种热解温度生物炭进行表征:元素分析结果表明随着热解温度从350℃增加到700℃,生物炭样品中的碳含量从66.47%上升到81.01%,表明较高的温度会导致较高的石墨化程度。随着热解温度的升高,生物炭的芳香化程度增加,而亲水性和极性则随着热解温度的升高而降低。生物炭样品的表面积和孔体积呈现不规则变化,BC550的比表面积(195.46m~2·g~(-1))和总体积(0.42 cm~3·g~(-1))最大;BC350的比表面积和总体积最小,分别是19.76 m~2·g~(-1)和0.032 cm~3·g~(-1),这表明在较高温度下可由碳化产生多孔结构。通过热重分析小麦秸秆的失重率(64.94%)主要发生在温度上升期200-400℃。Boehm分析显示,在BC350的表面上可以观察到大量的酸性官能团,其官能团和含量分别为酚羟基(0.638 mmol·g-1),羧基(0.440mmol·g-1),内酯基(0.124 mmol·g-1)。XPS分析显示,随着热解温度的增加,O/C和O+N/C的比值随着O-C=O的减少而降低,表明三种不同热解温度下的生物炭的疏水性和极性都降低。阿特拉津在两种土壤中的吸附动力学均符合伪二级动力学模型,其ST土壤吸附性能略高于HT土壤。分析了在添加不同生物炭及添加的生物炭含量不同时,HT和ST两种土壤对阿特拉津的等温吸附行为,均符合Freundlich模型。添加了2%的BC350的ST土壤,在C_e值为13.55 mg?L~(-1)时,其Q_e是空白土壤(ST)的3.04倍。本文还研究了在添加了生物炭的条件下,阿特拉津在非灭菌和灭菌土壤体系中的降解转化规律。其结果表明,生物炭的添加大大增加了阿特拉津在土壤中的转化率。在未添加生物炭的情况下,阿特拉津的转化速度逐渐变慢,在15天时,HT土壤溶液中阿特拉津的转化率为49.8%,ST土壤为95.62%。与未灭菌土壤获得的结果相比,表明土壤有机质可以加速微生物转化。在土壤室内模拟试验中,发现随着取样时间的延长,土壤有机碳含量呈现逐渐升高的趋势,在43 d,ST+BC700体系的土壤有机碳为6.71%,HT+BC700体系的土壤有机碳为3.96%。表明添加ST土壤有机碳含量比HT土壤高。ST+BC700的土壤比对照ST土壤提高了1.23倍;HT+BC700的土壤比对照HT土壤提高了1.34倍。在试验第43 d时空白处理中微生物量氮的含量下降程度达到显著水平。添加生物炭的土壤微生物碳、氮含量均高于空白土壤。基于高通量测序技术研究土壤微生物群落多样性的结果表明:取自于培养43天的生物炭土壤Chaol、Ace和Shannon多样性指数均高于空白土壤。研究证实Chaol、Ace以及Shannon指数所表示的土壤微生物多样性与稀释度分析结果趋势一致。说明添加生物炭能提高土壤群落多样性。
【图文】：

图 1-1 技术路线Fig.1-1 The technical route1.7 课题来源论文支撑项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（316000413）。

DOM在不同土壤样品上的3D-EEM荧光光谱图
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X53;X172

【参考文献】

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本文编号：2643925