石墨烯及氧化物对长白落叶松幼苗生长和暗棕壤性质的影响

发布时间：2020-06-20 08:53

【摘要】：石墨烯及氧化物由于其特殊的性质而被广泛使用,在提高人们生活水平同时对生态环境存在潜在的风险。目前关于石墨烯及氧化物对林业树种影响的研究还未见报道。本文系统研究了在不同时间和浓度石墨烯和氧化石墨烯胁迫下,长白落叶松幼苗(Larix olgensis A.Henry)生长及林下暗棕壤理化性质和酶活性的变化,从而为评价石墨烯及氧化物对中国东北森林暗棕壤的土壤生态环境效应提供理论依据。主要研究结果如下:1、石墨烯处理影响长白落叶松幼苗的多种生理生化特性和生长,且因其浓度、处理时间等而异。随着石墨浓度的增加,幼苗叶片相对电导率和丙二醛(MDA)含量、POD和SOD活性、可溶性蛋白和脯氨酸含量、叶绿素含量、超氧阴离子(O2-)和过氧化氢(H202)含量、幼苗的根长、表面积、体积和平均直径就发生显著变化。研究表明,石墨烯处理后,长白落叶松幼苗叶片的抗氧化系统被破坏。石墨烯对幼苗的短期毒性作用主要是由根系的氧化应激和根系的缓慢发育引起的,长期处理后,幼苗中的抗氧化系统受到严重破坏。2、石墨烯对暗棕壤土壤的氮、磷元素的循环有显著影响,低浓度石墨烯促进水解氮含量和脲酶活性,高浓度则抑制。高浓度石墨烯处理后,暗棕壤中过氧化氢酶活性显著增加,暗棕壤酸性磷酸酶活性降低,暗棕壤脱氢酶活性影响相对较小,表明暗棕壤中的土壤微生物处于胁迫状态并产生ROS。石墨烯通过影响暗棕壤土壤养分变化,进而影响了长白落叶松幼苗对营养物质吸收,导致其根部形态不同及叶片因缺少某种营养物质而出现失绿现象。3、氧化石墨烯处理影响落叶松幼苗的多种生理生化特性和生长,且因其浓度、处理时间等而异。随着氧化石墨浓度的增加,幼苗的生物量、POD和SOD活性、可溶性蛋白和脯氨酸含量、叶绿素含量、超氧阴离子和过氧化氢含量、相对电导率和MDA含量、幼苗根系长度和表面积均发生显著变化。可能是由于氧化石墨烯对长白落叶松幼苗有显著影响,导致幼苗体内产生的活性氧,并且产生了不同的氧化应激反应。综合来看,30d时有显著抑制作用,40d和50d时某些浓度具有显著促进作用。4、氧化石墨烯处理下有机质含量与水解氮含量的变化一致,与有效磷含量的变化相反。氧化石墨烯对暗棕壤土壤的氮循环有显著影响,高浓度氧化石墨烯在短时间内或低浓度氧化石墨烯在暗棕壤中富集一定时间后促进水解氮含量和脲酶活性。暗棕壤中过氧化氢酶活性与脱氢酶活性变化趋势一致。5、石墨烯与氧化石墨烯对长白落叶松幼苗和暗棕壤环境变化的作用效果,既有相似性也有相异性。对于长白落叶松幼苗,30d时变化趋势相似,40d和50d时相反。对暗棕壤性质变化的影响,30d时变化趋势相反,40d和50d时变化趋势相似。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S791.22
【图文】：

逑＾ｗ３＾ｗ邋Ａ－ｗ逡逑图１－１石墨烯基本结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂａｓｉｃ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ逡逑石墨烯根据不同的分类方法具有不同的类型。区分不同形式的石墨烯是了解其物理逡逑和化学性质以及研究其生物毒性的重要先决条件。根据石墨烯层的数量，其分为单层石逡逑墨烯，少层石墨烯和超细石墨烯。根据不同的合成方法，其分为氧化石墨烯（ＧＯ）和逡逑还原氧化石墨烯（ｒＧＯ）。根据形态效应，分为石墨烯片，石墨烯纳米带和量子点石墨逡逑烯（图１－２）邋ｔＭ］。通过不同方法制备的石墨烯优缺点是不同的。目前，有八种方法可以逡逑制备石墨烯：（１）机械剥离法。该方法产量很低，因此不适合大规模生产和应用［４１。逡逑（２）氧化石墨－还原法。这是目前最流行的制备方法。采用该方法制备的石墨烯是一种逡逑独立的单层石墨烯片，产率高，应用广泛，可以恢复石墨烯的电导率［１５］。（３）化学气逡逑相沉积法。该方法可以制备较大面积单层或多层石墨烯片，但不同程度会失去石墨烯原逡逑有的一些性质（如量子霍尔效应）［１６］。（４）外延生长法。该方法难以制备大面积和单逡逑片的石墨烯

氧化石墨,结构模型,含氧官能团

氧化石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ邋Ｏｘｉｄｅ，ＧＯ）是石墨烯的功能衍生物，大量研究发现，其含逡逑有ｓｐ２杂化碳原子和ｓｐ３杂化碳原子的网络结构和含氧官能团（羟基、羧基、环氧基等）逡逑（图１－３）逦含氧官能团赋予氧化石墨烯一些独特的化学性质，如：含氧官能团ｓｐ３吸逡逑水性（收集水）、含氧官能团ｓｐ２疏水性（运送水）、含氧官能团的强吸附能力和巨大逡逑的比表面积。这些特性通过影响其物理特性使氧化石墨烯在纯水中可以形成稳定的单分逡逑散悬浮液【２８】。除此之外，ｓｐ２杂化碳原子网络结构使氧化石墨烯在乙二醇、Ｎ，Ｎ－二甲逡逑基甲酰胺酰胺（ＤＭＦ）、Ｎ－甲基－２－吡咯烷酮（ＮＭＰ）等极性溶剂中具有长期稳定的分逡逑散能力。这些性质使氧化石墨烯表现出明显的水－油双亲性［２９］。原本惰性的碳层由于氧逡逑化石墨烯特殊的官能团而变得极其活跃，大量的表面活性位点促进各种反应的发生，提逡逑升氧化石墨烯在吸附、催化等化学反应中有效合成各类复合材料［３（）］。这些独特结构和优逡逑异性质使氧化石墨烯在许多领域得到广泛应用［３１＿３３］。然而，在广泛应用氧化石墨烯的独逡逑特结构与性质的同时，不可避免地进入大气、水和土壤环境中，可能会带来难以预料的逡逑生态效应。逡逑－３－逡逑

【参考文献】