生物质炭对Cd-DEHP复合污染土壤中污染物生物有效性和作物生长的影响

发布时间：2020-06-09 12:27

【摘要】：近几十年来,随着工农业的迅速发展,我国的土壤污染问题越来越严重,且污染物类型日趋复杂化和多元化。其中重金属与有机物的复合污染问题尤为突出,严重威胁土壤可持续发展,长此以往会造成严重的环境后果。重金属移动性强,易被植物吸收并富集,影响作物品质与产量,并可通过食物链进入人体,危及人类健康。邻苯二甲酸酯(PAEs)是世界范围内最常用的塑化剂,广泛存在于农用塑料薄膜中,随着种植年限增加,其中的PAEs会逐渐释放到土壤环境中,与土壤中已存在的重金属形成重金属-PAEs复合污染。生物质炭是利用农林废弃物在缺氧或无氧环境下高温热解形成的富含碳素和高度芳香化的固态物质,因其具有较大的比表面积和较丰富的官能团,可有效吸附土壤中的重金属和有机物从而修复污染土壤,因此成为了目前热门的新型土壤污染物吸附剂。基于此,本研究通过盆栽试验,以上海青为指示性植物,在重金属Cd和邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)复合污染的高低有机质土壤(有机质含量分别为3.08%和0.75%)中,添加不同不同施用比例(0、0.5%、1%、2%、4%)的生物质炭(猪炭和法国梧桐炭),旨在探究不同生物质炭及施用比例对土壤肥力、污染物生物有效性、土壤酶活性、植物生长以及养分吸收的影响,为进一步研究生物质炭修复重金属-PAEs复合污染土壤提供理论依据。主要结论如下:1.施加猪炭和法国梧桐炭可提高土壤pH、电导率、阳离子交换量和有机碳含量,且在低有机质土壤处理中效果更为明显。与对照相比,施用猪炭和法国梧桐炭可显著(P0.05)降低土壤中有效态Cd的含量,并增加土壤中DEHP的残留量,猪炭施用对降低污染物生物有效性的效果较法国梧桐炭好。与此同时,生物质炭的施用可降低小青菜地上部分的Cd和DEHP含量,其中在添加2%猪炭的低有机质土壤处理中含量最低,较对照降低92.7%(Cd)和52.0%(DEHP)。与对照相比,猪炭和法国梧桐炭的施用可提高土壤中脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶的活性,但抑制酸性磷酸酶的活性。此外,施加猪炭和法国梧桐炭可显著降低小青菜地上部分的丙二醛、脯氨酸以及可溶性糖的含量,在提高小青菜品质方面猪炭施用的效果要优于法国梧桐炭。2.施加4%猪炭会抑制小青菜的正常发芽生长,除4%猪炭处理外,施加猪炭和法国梧桐炭可显著(P0.05)提高小青菜的干物质量和株高,且随施加比例升高效果更明显。猪炭施用可增加土壤中速效钾和速效磷的含量,法国梧桐炭的施加对速效磷含量无显著性影响;在低有机质土壤处理中,添加两种生物质炭可降低土壤的碱解氮含量,对高有机质土壤均无显著性影响。生物质炭的施用可提高小青菜对钾、磷、氮、钙、镁和钠的吸收,降低对锰的吸收,尤其是在猪炭处理下效果更为明显。综上所述,施加生物质炭可增强土壤对Cd和DEHP的吸附能力,降低污染物的生物有效性,并能提高土壤养分含量,促进植物对营养元素的吸收,有助于改善土壤质量和提高作物产量。其中猪炭在对Cd和DEHP的吸附固定及改善植物养分吸收方面要优于法国梧桐炭;土壤有机碳是影响生物质炭对污染物吸附固定的另一个重要因素,在相同条件下,生物质炭施用在低有机质土壤中效果更为显著。
【图文】：

梧桐,和法,法国梧桐,图谱

质与炭化温度、炭化时间以及生物质材料有关。法国梧桐枝条以木质素以及纤维素为主，矿物质含量较少；而猪含有蛋白质、脂肪类以及无机盐等物质。因此法国梧桐炭的碳含量较高，，而动物源猪炭含有更多的矿物质元素，以及更多的盐类物质，这与 EDS 和 XRD 图谱结果一致（图 3.1A 和 B），这也是猪炭灰分含量以及 EC 值高于法国梧桐炭的原因。且较多的 Ca、K、Mg、Na 等碱性元素也使猪炭相较于法国梧桐炭具有更高的 pH、CEC 以及表面碱度（表 3.2）。

阳离子交换量,土壤pH,有机碳,电导率

并随着施加比例的升高效果更明显，与法国梧桐炭处理相比，猪炭处理增幅更为明显（图3.2C）。在 4%的猪炭处理中土壤 CEC 值最高，分别比低/高有机质土对照处理高 23.6%和 15.6%。同时，两种生物质炭的施用可显著（P<0.05）增加土壤的有机碳含量，且随着施加量的增加而增加，施加法国梧桐炭的效果比猪炭更显著，且生物质炭施用对低有机质土壤效果更为明显（图 3.2D）。生物质炭大多呈碱性，施入土壤后可以通过释放碱盐，或通过表面特定的带负电荷的官能团与土壤溶液中的 H+结合，提高土壤 pH[2,48,66]。猪炭对土壤 pH 值影响较大的原因可能是猪炭较法国梧桐炭具有较高的 pH、灰分和表面碱度。生物质炭的 EC 和 CEC 加入土壤后对土壤的 EC 和 CEC 具有直接贡献作用，猪炭较法国梧桐炭具有较高的 EC 和 CEC（表 3.2），这可能是猪炭的效果优于法国梧桐炭的原因之一。研究发现，较高的灰分含量和表面碱度可以提高土壤的 EC 和 CEC[28,67]。因此
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53

【参考文献】