生物炭对稻田土壤重金属生物有效性的影响与作用机制

发布时间：2017-07-29 07:38

  本文关键词：生物炭对稻田土壤重金属生物有效性的影响与作用机制

  更多相关文章： 重金属 生物炭 水稻 土柱淋溶 生物有效性

【摘要】：工矿业的迅速发展使土壤重金属污染日益加剧,土壤重金属污染已经成为制约可持续发展的关键问题。生物炭具有高比表面积、孔隙率和离子交换能力等特性,可以固定土壤重金属,具有降低重金属生态毒性的潜力。本研究通过室内模拟实验明确生物炭对污染土壤中重金属的环境行为与环境效应的影响,对保护土壤环境、改善土壤质量、减少有毒元素向食物链转移具有积极意义和长远应用前景。本研究以水稻秸秆和水葫芦残体为原材料制备生物炭(分别简称BCR和BCW),施入Cd/Pb/As复合污染土壤中进行共育,系统分析该过程中土壤重金属的化学形态变化,并利用模拟酸雨进行土柱淋溶实验,考察生物炭对三类重金属迁移性和生物有效性的影响。根据该部分结果,分别将BCR和稻草基负载铁生物炭(BCFe)施入含Cd/As污染的稻田土壤,进行水稻盆栽实验,系统解析了BCR和BCFe对水稻积累Cd/As的影响效果与机理。主要结论如下：1.生物炭可以改善酸性稻田土壤性质,增加土壤pH和CEC值,且随施用量增加而增加。2.稻草基生物炭和水葫芦生物炭施入土壤中培育30d后,不同程度地降低了土壤中CaCl2提取态Cd/Pb含量和KH2PO4提取态As含量,其中,2%BCW对CaCl2-Cd和Pb的降低幅度最大,均高达73.3%。同时,两类生物炭的施入使稻土中Cd、Pb、As的SPLP浸出量分别降低60%,31.9%和9.6%。3.根据前期实验结论,采用2%比例BCW处理土壤和对照土壤进行土柱酸雨淋溶实验,实验结果表明,生物炭的施入可以有效降低长期酸雨淋溶条件下的土壤Cd浸出量,同时对土壤中As的酸性溶出浓度影响较小,但生物炭的加入会显著增加淋溶前期淋滤液中的Pb浓度,说明生物炭的施用会对土壤中Pb的溶出带来重要风险。4.通过对淋溶前后样品中重金属形态的分级提取,发现2%BCW降低了土壤中易溶态Cd,而增加了碳酸盐结合态、Fe/Mn氧化物态和有机质结合态,说明BCW对土壤中Cd具有钝化效果,可以降低Cd的生物有效性,而对Pb和As的溶出具有一定风险,2%BCW会使土壤中可溶态和表面吸附态As含量增加,也会增加土壤中碳酸盐结合态Pb含量。5.通过水稻盆栽实验,研究了生物炭和负载铁生物炭对Cd/As复合污染条件下水稻根际区环境的影响及不同器官中重金属积累的差异性。结果表明BCR在在水稻生长前期可以增加根际区pH值；在水稻整个生长期,BCR可使孔隙水中总Cd含量降低8.4-66.2%,而BCFe可使孔隙水中总As含量降低11.3-50.9%。6.BCR可使水稻根、谷壳和糙米中Cd浓度分别降低48.9-68.4%、36.0-69.7%、26.1-48.7%；而BCFe处理可以使水稻根、茎、谷壳和糙米对As的积累浓度分别降低25.8-28.7%、13.1-28.8%、21.1-22.9%、3.5-8.8%。根据以上结果,生物炭对降低土壤中重金属生物有效性具有重要潜力,生物炭类型及其添加比例,对重金属活性影响不同,其中BCW和BCR对土壤中Cd的固定效果较好,而BCFe对土壤中As具有显著钝化作用。
【关键词】：重金属 生物炭 水稻 土柱淋溶 生物有效性
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-25
• 1.1 土壤重金属污染概述13-17
• 1.1.1 重金属污染现状13-14
• 1.1.2 土壤重金属污染的来源14-15
• 1.1.3 土壤重金属污染的危害15-17
• 1.2 土壤中重金属生物有效性的评价方法17-19
• 1.2.1 土壤重金属赋存形态及分级方法17-18
• 1.2.2 重金属有效性的评价方法18-19
• 1.3 生物炭在重金属修复领域中的应用19-22
• 1.3.1 生物炭的概念和性质19-21
• 1.3.2 生物炭在土壤重金属污染中的修复21-22
• 1.4 本研究的意义及内容22-25
• 1.4.1 研究意义22-23
• 1.4.2 研究内容23
• 1.4.3 研究思路与论文结构23-24
• 1.4.4 技术路线24-25
• 2 生物炭对土壤Cd、Pb、As淋溶迁移性与生物有效性的不同影响25-44
• 2.1 引言25-26
• 2.2 材料与方法26-32
• 2.2.1 供试材料26
• 2.2.2 供试土壤26-27
• 2.2.3 主要仪器设备27
• 2.2.4 土壤和生物炭样品的性质表征27
• 2.2.5 生物炭的制备及基本性质分析27-28
• 2.2.6 实验设计28-30
• 2.2.7 检测指标及分析方法30-32
• 2.3 结果与讨论32-42
• 2.3.1 供试土壤和生物炭的元素组成与晶体形态32-34
• 2.3.2 生物炭对土壤pH值的影响34
• 2.3.3 生物炭对土壤CEC的影响34-35
• 2.3.4 生物炭对土壤重金属总量的影响35
• 2.3.5 生物炭对重金属有效态的影响35-36
• 2.3.6 生物炭对土壤重金属毒性浸出的影响36-37
• 2.3.7 生物炭对重金属径向迁移性的影响37-40
• 2.3.8 不同处理淋溶前后的重金属赋存形态40-42
• 2.4 本章小结42-44
• 3 生物炭和负载铁生物炭对土壤-水稻系统Cd、As生物有效性的减控作用44-61
• 3.1 引言44
• 3.2 材料与方法44-47
• 3.2.1 供试土壤44-45
• 3.2.2 供试材料45-46
• 3.2.3 盆栽实验设计46
• 3.2.4 检测指标与分析方法46-47
• 3.3 结果与讨论47-60
• 3.3.1 生物炭对水稻根际区pH值的影响47-48
• 3.3.2 生物炭对水稻根际区氧化还原电位(Eh)的影响48-49
• 3.3.3 生物炭对孔隙水中重金属含量的影响49-52
• 3.3.4 生物炭对水稻不同器官及根际土中Fe积累的影响52-54
• 3.3.5 水稻根、茎、稻壳、糙米及收获后根际土中重金属元素的积累54-58
• 3.3.6 生物炭对水稻根际土中重金属积累及其形态分级的影响58-60
• 3.4 本章小结60-61
• 4 结论与展望61-63
• 4.1 结论61
• 4.2 展望61-63
• 参考文献63-76
• 致谢76-77
• 附录A：攻读硕士学位期间发表论文77-78
• 附录B：攻读硕士期间参加的科研项目78-79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李力;刘娅;陆宇超;梁中耀;张鹏;孙红文;;生物炭的环境效应及其应用的研究进展[J];环境化学;2011年08期

2 杨放;李心清;王兵;程建中;;生物炭在农业增产和污染治理中的应用[J];地球与环境;2012年01期

3 张千丰;王光华;;生物炭理化性质及对土壤改良效果的研究进展[J];土壤与作物;2012年04期

4 陆海楠;胡学玉;刘红伟;;不同裂解条件对生物炭稳定性的影响[J];环境科学与技术;2013年08期

5 张晗芝;黄云;刘钢;许燕萍;刘金山;卑其诚;蔺兴武;朱建国;谢祖彬;;生物炭对玉米苗期生长、养分吸收及土壤化学性状的影响[J];生态环境学报;2010年11期

6 李飞跃;梁媛;汪建飞;赵玲;;生物炭固碳减排作用的研究进展[J];核农学报;2013年05期

7 孟军;陈温福;;中国生物炭研究及其产业发展趋势[J];沈阳农业大学学报(社会科学版);2013年01期

8 郭文娟;梁学峰;林大松;徐应明;王林;孙约兵;秦旭;;土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究[J];环境科学;2013年09期

9 关连珠;周景景;张昀;张广才;张金海;禅忠祥;;不同来源生物炭对砷在土壤中吸附与解吸的影响[J];应用生态学报;2013年10期

10 王晓佩;薛英文;程晓如;刘芸;;生物炭吸附去除重金属研究综述[J];中国农村水利水电;2013年12期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 沈国清;;生物炭影响土壤生态系统功能的生物学机制[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

2 杨丹;刘限;刘鸣达;张玉龙;;生物炭对农业可持续发展和环境改良作用的研究进展[A];发展低碳农业 应对气候变化——低碳农业研讨会论文集[C];2010年

3 黄苹;潘波;焦杏春;;滇池底泥制备的生物炭对菲的吸附-解吸[A];持久性有机污染物论坛2011暨第六届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2011年

4 戴中民;刘杏梅;吴建军;汪海珍;徐建明;;用于改良酸性土壤的生物炭基本性质的表征[A];面向未来的土壤科学（上册）——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年

5 闫智培;李十中;;生物质热解生产生物炭研究进展[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年

6 陆海楠;胡学玉;陈威;;生物炭添加对土壤CO_2排放的影响[A];农业环境与生态安全——第五届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2013年

7 孟静静;刘静宇;黄少鹏;;低碳经济下的生物炭研究[A];低碳陕西学术研讨会论文集[C];2010年

8 王震宇;郑浩;李锋民;;湿地植物芦竹生物炭的制备及特性表征研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年

9 陈再明;陈宝梁;;不同裂解温度制备的松木屑生物炭对萘的吸附动力学行为[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

10 李程;李小平;;生物炭对滩涂盐碱土中黑麦草生长的影响初步研究[A];2014中国环境科学学会学术年会（第十二章）[C];2014年

中国重要报纸全文数据库 前8条

1 本报记者 刘霞;生物炭能否给地球降降温？[N];科技日报;2009年

2 记者 王靖tD;把生物炭还给农田[N];沈阳日报;2012年

3 白云水;唐山农民发明秸秆提取生物炭新技术[N];江苏科技报;2009年

4 本报记者 张晔;生物炭能让土壤更肥沃吗？[N];科技日报;2013年

5 记者 耿建扩　通讯员 常云亮 王小胜;农民王有权将秸秆变成“香饽饽”提取生物炭和焦油新技术获国家专利[N];光明日报;2009年

6 记者 班玮;二氧化碳变害为宝的新妙招[N];新华每日电讯;2010年

7 罗冰;生物炭渐火 农林废弃物就地一“焖”变成宝[N];粮油市场报;2011年

8 本报记者 郝晓明;为子孙留一片沃土蓝天[N];科技日报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 鄂洋;生物炭表面有机小分子及其活性研究[D];沈阳农业大学;2015年

2 张杰;秸秆、木质素及生物炭对土壤有机碳氮和微生物多样性的影响[D];中国农业科学院;2015年

3 孙大荃;生物炭碳源驱动土壤微生物区系代谢作用研究[D];沈阳农业大学;2015年

4 吴洁;不同秸秆还田方式与秸秆生物炭施用对农田温室气体排放和土壤固碳的影响[D];南京农业大学;2014年

5 谢淘;生物炭的特性分析及其在黄水资源化中的应用[D];清华大学;2015年

6 刘宁;生物炭的理化性质及其在农业中应用的基础研究[D];沈阳农业大学;2014年

7 NGUYEN THI HUONG;生物质炭对西北地区土壤质量及作物产量的影响[D];西北农林科技大学;2016年

8 江琳琳;生物炭对土壤微生物多样性和群落结构的影响[D];沈阳农业大学;2016年

9 程效义;生物炭还田对棕壤氮素利用及玉米生长的影响[D];沈阳农业大学;2016年

10 宗海英;花生壳生物炭对中国北方酸化土壤硝化过程的作用机制研究[D];中国海洋大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李靖;不同源生物炭的理化性质及其对双酚A和磺胺甲VA唑的吸附[D];昆明理工大学;2013年

2 李昌见;生物炭对砂壤土理化性质及番茄生长性状的影响及其关键应用技术研究[D];内蒙古农业大学;2015年

3 梁桓;影响生物炭基氮肥氮素释放因素的研究[D];内蒙古农业大学;2015年

4 武玉;生物炭对土壤中磷的形态转化以及有效性的影响[D];中国科学院烟台海岸带研究所;2015年

5 李阳;生物炭输入对纳帕海青稞生长与土壤微生物生态学特征的影响[D];昆明理工大学;2015年

6 邱志腾;生物炭对红壤的降酸效果与毛豆生长的影响[D];浙江大学;2015年

7 吴晶;生物炭精控制备方法的研究[D];沈阳农业大学;2015年

8 盖霞普;生物炭对土壤氮素固持转化影响的模拟研究[D];中国农业科学院;2015年

9 王丽丽;不同生物炭对铅锌矿尾矿重金属污染土壤修复效果的研究[D];浙江大学;2015年

10 于志红;锰氧化物—生物炭复合材料对砷的生物有效性的影响[D];中国农业科学院;2015年

，

本文编号：588053