生物炭对龙葵生长和富集Cd能力的影响研究

发布时间：2020-05-08 10:22

【摘要】：重金属污染已成为人类健康和环境安全的严重威胁之一。生物炭作为以生物质为原料制备的有机材料,已广泛应用于重金属污染土壤的改良和修复。随着植物修复技术的广泛应用,镉超积累植物龙葵(Solanum nigrum L.)得到了越来越多的关注。为了研究镉污染土壤中,生物炭改良剂对龙葵积累镉的能力和生长的影响及其机制,在四种镉浓度(0、25、50和100 mg/kg)污染土壤中,添加3种生物炭剂量(0、1%和5%),开展了60天龙葵盆栽试验,研究了生物炭添加对土壤主要理化特性、龙葵生长、龙葵富集能力、可获得性重金属、不同重金属组分、土壤酶活性及土壤微生物群落的影响。本研究的结果将对Cd污染土壤的生物炭与植物修复提供重要的基础理论与实践依据。论文的主要结果如下:(1)生物炭使用和龙葵生长对矿物氮(铵态氮和硝态氮)含量没有显著改变。在相同的重金属浓度背景下,5%生物炭的显著提高了土壤导电率(EC),生物炭的应用使土壤有机碳在50 mg/kg镉浓度的污染土壤中显著提高。施加生物炭后,通过ETPA提取获得的有效态镉的含量显著降低。生物炭的应用使酸易提取态镉和碳酸盐结合态镉的含量降低,而有机物结合态的镉的含量增加。(2)生物炭的应用促进了龙葵的生长。与对照组相比,1%的生物炭剂量显著增加了高镉浓度(50和100 mg/kg)下的龙葵叶片干重。生物炭的施加并没有对龙葵的富集系数(BCF)造成显著影响。虽然在生物炭存在的情况下,50和100 mg/kg的Cd浓度的土壤中龙葵的富集系数升高,但增加并不显著。与富集系数不同,生物炭的应用降低了龙葵的转移系数(TF)。特别是在土壤镉浓度为100 mg/kg时,转移系数(TF)随生物炭施加剂量的增加而降低。在50 mg/kg的镉浓度的土壤中生物炭的添加提高了龙葵地上部中镉含量。(3)对于不同的酶,生物炭施加对其活性的影响不同。在镉浓度为50 mg/kg污染土壤中,与1%生物炭添加剂量相比,5%生物炭的剂量显著增加了41.18%的脲酶的活性。在所有镉污染土壤中,1%的生物炭剂量均能抑制酸性磷酸酶的活性。龙葵根的干重与酸性磷酸酶的活性、BCF呈显著负相关,表明在高镉浓度(50和100 mg/kg)的土壤中,高比例的生物炭应用虽然增加了磷酸酶的活性,土壤中可获得性镉虽然被生物炭固定,但龙葵受到镉的影响,其生长还是受到抑制。在重金属镉污染土壤中放线菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的比例随着生物炭的应用而增加。酸杆菌门(Acidobacteria)随着生物炭的加入而减少。酸杆菌门与土壤酸碱度呈负相关。生物炭的添加并未降低超富集植物龙葵的富集能力,并改善了土壤的部分理化特征。本研究为生物炭在超富集植物龙葵修复镉污染土壤中的应用提供了新的认识。
【图文】：

生物炭,镉污染土,酶活性,龙葵

在高镉浓度（50 和 100 mg/kg）的土壤中，高剂量的生物炭刺激土壤中的酸性磷酸酶的活性（图4.1C）。皮尔森相关系数表明，酸性磷酸酶的活性与龙葵根系干重（r=-0.845，，p=0.001）或 BCF（r=-0.896，p=0.001）之间呈显著的负相关性，这表明尽管生物炭的添加降低了重金属镉对龙葵的毒害作用，但龙葵根际土壤中酸性磷酸酶活性仍被镉的毒性抑制。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，特别是在添加 5%的生物炭的土壤中（图 4.1B）。在本研究镉污染的土壤中，生物炭添加后土壤酶的活性无规律性的变化。然而，酶活性的变化与土壤中的生物炭剂量和镉浓度有关。在 50 和 100 mg/kg 的镉浓度的土壤中，与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，生物炭改良剂对土壤

生物炭,微生物量氮,微生物量碳,污染土壤

41图 4.2 生物炭对不同镉浓度的污染土壤中微生物量氮（MBN）和微生物量碳（MBC）的影响。A和 B 分别代表不同处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 浓度的污染土壤中不同生物炭处理之间的差异显著，P <0.05。4.3 生物炭对微生物群落结构及丰度的影响在镉污染土壤中，生物炭的应用没有对真菌产生积极的影响（图 4.3）。只有在没有镉污染的土壤中，真菌随着生物炭的施加比例的增加而升高。真菌所占的比例分别由 33.8%上升到 38.0 和 47.6%。对于放线菌而言，随着镉浓度的增加，其所占的比例变化更为规律。相比于未添加生物炭的土壤，生物炭的施加提高了放线菌所占的比例。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S156;X53

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