生物炭及其复合调理剂对菜地土壤Cd的钝化效果研究

发布时间：2017-06-15 13:00

  本文关键词：生物炭及其复合调理剂对菜地土壤Cd的钝化效果研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物炭是一种修复土壤污染的新型材料,对污染土壤重金属镉(Cd)有很好的固定效果。同时,生物炭与其他调理剂一并施用时,能与调理剂实现功能上的互补,更有效地修复土壤Cd污染。本文以农用废弃物花生壳所制备的生物炭作为土壤调理剂,同时将生物炭与泥炭、石灰按照一定的比例混合配制成生物炭复合调理剂,采用室内吸附试验、土壤培养试验、盆栽试验和大田试验,分析了花生壳生物炭的性状,研究了生物炭及其复合调理剂对Cd的吸附特性,对土壤Cd的钝化效应以及对蔬菜吸收积累Cd的影响,同时研究了生物炭复合调理剂对土壤酶活性、蔬菜抗逆性等指标的影响。主要研究结果如下:(1)该花生壳生物炭表面具有大量孔状结构,其排列均匀,孔径主要以大孔为主,具有较大的比表面积和孔容,为吸附Cd~(2+)提供了空间;生物炭还含有大量N、P、K等营养元素以及含-OH、-C=O等活性官能团,为吸附Cd~(2+)提供了潜在的吸附点位。生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学过程符合Elovich模型,生物炭复合调理剂则符合二级动力学模型;生物炭及其复合调理剂对Cd~(2+)的吸附特征均可以用Langmuir吸附方程进行表征。(2)生物炭及其复合调理剂均能有效提高土壤pH值,降低重金属Cd的有效性,在土壤培养试验中,两者对DTPA-Cd的最高降幅分别为31.2%和29.1%;而在盆栽条件下,两者对DTPA-Cd的最大降幅则分别为31.8%和37.1%;大田试验结果表明30 t/公顷的生物炭对Cd生物有效性降低效果最好。(3)生物炭及其复合调理剂均能有效的减少叶菜对Cd的吸收。3茬生物炭盆栽试验表明,6%或8%生物炭的降低效果最佳,与不施生物炭的对照处理相比,3茬试验空心菜地上部Cd含量分别下降43.4%、51.1%和49.3%;6%生物炭复合调理剂降低小白菜的Cd含量,其植株Cd含量可下降85.7%(降至0.10 mg·kg-1,符合食品安全标准),其对叶菜Cd吸收的阻控效应优于生物炭。但高用量的生物炭或生物炭复配调理剂都不利于叶菜的生长,出现生物量下降的现象。在两茬大田试验中,生物炭对叶菜地上部Cd吸收的影响有所不同,第1茬在30 t/公顷时达到最佳效果,第2茬则在90 t/公顷达到最佳;两茬叶菜根部Cd含量均与生物炭的用量呈负相关关系。(4)生物炭复合调理剂减少Cd对小白菜的胁迫,与对照相比,MDA、SOD、POD、CAT等抗逆性指标分别下降了20.4%、41.6%、29.7%、18.5%,达到显著差异水平。生物炭复合调理剂对Cd污染土壤中的微生物碳(MBC)、微生物氮(MBN)、土壤脲酶、磷酸酶等指标影响不同,其中微生物氮含量提高16.4%~283.9%,脲酶含量提高40%~470%,二者与生物炭复合调理剂的用量表现为正相关关系,而微生物碳含量下降36.6%~76.7%和土壤酸性磷酸酶含量下降38.2%~81.8%,二者与生物炭复合调理剂的用量呈负相关关系。
【关键词】：花生壳生物炭 生物炭复合调理剂 钝化效应 蔬菜 生理指标
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 前言11-20
• 1.1 土壤重金属污染概况11-15
• 1.1.1 土壤重金属污染现状11
• 1.1.2 土壤重金属污染的危害11-12
• 1.1.3 土壤重金属污染来源12
• 1.1.4 土壤重金属污染的修复方法12-15
• 1.2 土壤调理剂修复土壤重金属污染的研究进展15
• 1.3 以农林废弃物为原料的生物炭技术15-18
• 1.3.1 农林废弃物利用现状15-16
• 1.3.2 农业废弃物处置方式16
• 1.3.3 生物炭的特点16-17
• 1.3.4 生物炭对土壤的重金属污染的钝化效果与研究进展17-18
• 1.4 研究目的和意义18-19
• 1.5 技术路线19-20
• 2 材料与方法20-30
• 2.1 供试材料20-21
• 2.1.1 供试调理剂20
• 2.1.2 供试土壤20-21
• 2.1.3 供试植物21
• 2.2 试验设计21-24
• 2.2.1 生物炭性状表征21
• 2.2.2 生物炭及其复合调理剂对Cd的吸附特性研究21-22
• 2.2.3 生物炭对菜地土壤Cd的钝化效果研究22-23
• 2.2.4 生物炭复合调理剂对菜地土壤Cd的钝化效果研究23-24
• 2.3 测定方法24-30
• 2.3.1 生物炭的性状表征24
• 2.3.2 植株指标的检测24-27
• 2.3.3 土壤指标的检测27-30
• 2.4 数据处理30
• 3 结果与分析30-57
• 3.1 生物炭的性状研究30-32
• 3.1.1 比表面积、孔径分布分析和表面结构30-31
• 3.1.2 基础指标的测定与傅立叶红外扫描31-32
• 3.2 生物炭及其复合调理剂对Cd~(2+)的吸附特性研究32-36
• 3.2.1 生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学模型32-33
• 3.2.2 生物炭对Cd~(2+)的等温吸附模型33-34
• 3.2.3 生物炭复合调理剂对Cd~(2+)的吸附动力学模型34-35
• 3.2.4 生物炭复合调理剂对Cd~(2+)的等温吸附模型35-36
• 3.3 生物炭对土壤Cd污染的钝化效果36-45
• 3.3.1 生物炭在土培试验中对土壤Cd的钝化效果36-39
• 3.3.2 生物炭在盆栽试验中对土壤Cd的钝化效果39-42
• 3.3.3 生物炭在大田试验中对土壤Cd的钝化效果42-45
• 3.4 生物炭复合调理剂对土壤Cd的钝化效果45-57
• 3.4.1 生物炭复合调理剂在土培试验中对土壤Cd的钝化效果45-48
• 3.4.2 生物炭复合调理剂在盆栽试验中对土壤Cd的钝化效果48-57
• 4 讨论57-66
• 4.1 生物炭及其复合调理剂对Cd~(2+)的吸附特性研究57-58
• 4.1.1 吸附动力学57-58
• 4.1.2 吸附等温线58
• 4.2 生物炭对Cd污染菜地土壤的修复效应58-61
• 4.2.1 生物炭对土壤DTPA-Cd的影响58-59
• 4.2.2 生物炭对土壤pH值的影响59-60
• 4.2.3 生物炭对植株Cd吸收以及生物量的影响60-61
• 4.3 生物炭复合调理剂对Cd污染菜地的修复效应61-66
• 4.3.1 生物炭复合调理剂对土壤Cd的钝化效果61
• 4.3.2 生物炭复合调理剂对植株抗氧化物酶活性的影响61-62
• 4.3.3 生物炭复合调理剂对土壤脲酶和酸性磷酸酶的影响62-63
• 4.3.4 生物炭复合调理剂对土壤微生物碳氮的影响63-64
• 4.3.5 生物炭复合调理剂对土壤速效养分的影响64-65
• 4.3.6 生物炭复合调理剂对植株养分的影响65
• 4.3.7 生物炭复合调理剂对土壤有效钙镁硅含量的影响65-66
• 5 结论与研究展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 研究展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-79
• 附录79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：452438