不同粒径纳米零价铁的黑土生态效应及其对大豆幼苗生长的影响

发布时间：2020-04-25 01:04

【摘要】：近年来,纳米零价铁作为一种新型功能材料被应用于环境污染治理领域。此外,黑土作为一种极其珍贵的自然资源,在保证我国粮食安全方面发挥重大的作用。然而,由于纳米零价铁对黑土具有何种生态效应仍不得而知,致使无法确定纳米零价铁能否应用于黑土污染防治。因此,本研究拟选取两种不同粒径的纳米零价铁,着重考察不同投加水平的上述两种纳米零价铁对黑土典型理化性质、关键酶活、微生物生物量以及黑土典型作物(大豆)生长及生理特性的影响作用规律,以期为纳米零价铁在黑土污染防治领域的安全利用提供必要的参考依据。主要研究结果概括如下:(1)研究不同投加水平的两种粒径的纳米零价铁(nZVI-A,250 nm和nZVI-B,100 nm)对土壤酸碱度与养分含量的影响。结果表明,上述两种粒径的纳米零价铁在投加水平为100~500 mg/kg的条件下在21天的试验周期内对供试黑土有机质、全氮、全磷、速效氮的含量没有明显影响。随着纳米零价铁施加浓度的增大(100~500 mg/kg)以及培养时间的增加,nZVI-B对黑土pH、速效磷含量的抑制效果逐渐增强,其抑制效果强于nZVI-A处理组。在培养的第21天,投加量为500 mg/kg的nZVI-B处理组的土壤pH和速效磷分别为(5.44 mg/kg、13.61mg/kg),较空白处理组(0 mg/kg)相比分别低4.4%、45.85%,达到显著差异水平。相同投加水平的nZVI-A对黑土pH值并未表现出明显的影响,同时nZVI-A对黑土中速效磷含量具有一定的促进作用。在21天时,nZVI-A投加量为300 mg/kg和500 mg/kg的处理组黑土速效磷含量较相应对照处理分别提高了5.95%、11.71%。(2)考察不同投加水平的两种粒径纳米零价铁对黑土微生物生物量碳、氮、磷含量的影响。两种纳米零价铁对黑土微生物量碳、氮、磷含量的影响表现出较为明显的“时间-效应”与“剂量-效应”关系。试验结束时(21天),nZVI-A投加量为500 mg/kg处理组的土壤微生物生物量碳、氮、磷含量与对照处理相分别降低了32.08%、20.19%和11.67%,而相同投加水平的nZVI-B处理组经过21天培养后,其土壤微生物生物量碳、氮、磷含量较对照处理相分别降低了66.81%、21.30%、32.07%。上述结果说明nZVI-B对黑土微生物量碳、氮、磷含量的影响较nZVI-A更为明显。(3)不同投加水平的两种粒径纳米零价铁投加条件下黑土典型土壤酶活性(脲酶、蔗糖酶、脱氢酶)的响应规律结果表明:nZVI-B的对黑土蔗糖酶、脱氢酶均有抑制作用,投加量在300 mg/kg和500 mg/kg的nZVI-B处理的土壤至培养的第21d对蔗糖酶活性抑制率分别为13.69%、10.89%。与相同取样点空白对照相比显著降低。nZVI-B处理黑土(1-21d),在投加量300 mg/kg黑土脱氢酶活在第21d受到显著抑制,酶活抑制率为20.83%,投加量升高至500 mg/kg第14d开始出现显著抑制作用,酶活抑制率为9.86%、30.66%,存在“时间-效应”。而nZVI-A只对脱氢酶活具有较强的抑制作用,抑制作用出现在培养的第21d,酶活抑制率为2.39%,与同期空白处理相比显著降低(p0.05)。1-21d内nZVI-A,nZVI-B对黑土脲酶活性均没有显著影响。(4)两种粒径不同投加量的纳米零价铁进入黑土环境中后也会对大豆生长及生理指标产生一定的影响。经过21d的培养,500 mg/kg的nZVI-B对大豆根重的抑制率与空白处理相比高37.25%,达到显著差异水平(p0.05),而上述投加水平的nZVI-B对大豆株高、株重、根长的影响不显著。而nZVI-A投加量在100~500 mg/kg范围内,促进大豆植株长高,与空白相比分别增高了:0.22 cm、1.90 cm、1.20 cm。此外,投加量为500 mg/kg的nZVI-B处理组中大豆叶片叶绿素b含量较空白处理相比降低了26.86%,相同投加水平nZVI-A在对大豆叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均无显著影响。SOD、脯氨酸含量升高,意味着活性氧自由基浓度升高,说明高浓度(300~500 mg/kg)的nZVI诱导大豆产生了氧化胁迫反应。
【图文】：

技术路线图

黑土,土壤样品,显著差

图 3-1 不同投加水平的 nZVI-A 对黑土 pH 的影响ig. 3-1 Effects of different levels of nZVI-A on the pH of black s天数不同添加量间差异显著性（p<0.05），小写字母表示相同添加量不同示，在本研究的整个阶段（1-21d），各取样时间点不同 nZVI壤样品的 pH 值在 5.48～5.78 范围内变化。统计分析结果表明加量处理土壤样品的 pH 值与相应的空白处理相比均无显著差，上述各 nZVI-A 投加处理的土壤样品 pH 值在 1-21d 的培养-效应”关系。上述结果说明 0-500 mg/kg 投加水平的 nZVI-A 在的 pH 值产生影响。平的 nZVI-B 对黑土 pH 值的影响如图 3-2 所示。在整个培养g/kg 的 nZVI-B 对黑土 pH 值的影响不明显，同时各投加水平也不大（未表现出“剂量-效应”关系）。随着 nZVI-B 在黑土中 pH 值逐渐产生影响，其中在培养的第 21d 时，，500 mg/kg 的为 5.44，显著低于空白处理（5.63），说明上述投加水平的了较为明显的影响。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.1;X503.231

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