不同生物炭对红壤铜有效性的影响

发布时间：2017-09-23 21:03

  本文关键词：不同生物炭对红壤铜有效性的影响

  更多相关文章： 商陆源生物炭 红壤 铜生物有效性 有效态铜

【摘要】：工业固废、垃圾农用、含铜污水灌溉、大气污染沉降、以及含铜农药的长期施用等一系列自然或人为活动加剧了土壤中重金属铜的累积。在我国,农田土壤中全铜含量超标现象严重,直接导致作物产量下降,并通过富集作用累积到食物链中,危害人类的健康。因此,找到一种实用的铜污染土壤调控技术已成为该领域的研究热点。生物炭是生物质在缺氧或是无氧条件下,经高温热解而生成的一种具有丰富的比表面积的固体物质。生物炭由于其特有的理化性质,在调控水和土壤中重金属有效性方面具有较好的效果。目前,生物炭大多为作物秸秆炭,竹炭、稻壳炭等,但将商陆制备成生物炭用于重金属污染土壤修复的研究还鲜有见报。因此,本文以玉米秸秆和商陆根、叶烧制的生物炭为吸附材料,探讨了玉米秸秆炭、商陆根生物炭、商陆叶生物炭对铜(Ⅱ)的吸附机制。在此基础上,通过老化试验和盆栽试验,研究玉米炭和商陆炭对土壤中铜有效性以及油菜的生理特性的影响。结论如下：(1) 与玉米秸秆源生物炭相比,商陆根、叶源生物炭对铜(Ⅱ)有较大的吸附容量与玉米炭相比,商陆根、叶生物炭对铜(Ⅱ)的吸附性能更好。动力学试验发现,三种生物炭均在90 min左右达到最大吸附量,并且吸附过程符合准二级动力学方程(R20.99),商陆根对铜(Ⅱ)的最大吸附量为103.43 mg·g-1,商陆叶最大吸附量为87.47mg·g-1,分别较玉米炭(22.02 mg·g-1)高了4-5倍。pH在3-6期间,玉米炭和商陆根、叶生物炭对铜(Ⅱ)的吸附量随着pH的升高而逐渐增大。通过电镜扫描后显示,玉米炭和商陆根、叶生物炭能够明显吸附溶液中的铜(Ⅱ)。XPS电子能谱扫描后发现,与玉米炭相比,商陆炭中含有少量的Mn元素,并与O原子结合形成锰氧化物。(2) 添加商陆炭明显降低老化土壤铜有效性不同老化时间下,添加玉米炭和商陆根生物炭均可以明显降低红壤中铜有效性。其中,在400 ppm铜污染土壤中,4%商陆炭处理老化25天后,土壤有效态铜含量较对照下降了170.89 mg·kg-1,较4%的玉米炭处理也多下降了11.5%；老化45天后,4%商陆炭处理的土壤有效态铜含量较对照多下降了137.15 mg·kg-1,较玉米炭多下降了12.5%。两种生物炭均能够提高土壤pH,且随着炭添加量的增加效果更加明显。其中,在400 ppm铜污染土壤中添加4%的商陆炭老化处理45天后,土壤pH值提高了1.27个单位,添加玉米炭的老化土壤pH提高了0.86个单位。1%和2%的商陆炭处理污染红壤的pH值在老化45天后分别提高了0.77和1.38个单位,分别是玉米炭的1.5倍和1.59倍。(3) 玉米炭和商陆炭能够明显增加油菜的生物量,改善油菜的光合作用并降低油菜对铜的累积在高浓度铜污染的土壤中添加两种生物炭,能够明显增加油菜的生物量、叶绿素含量,油菜的光合作用并降低油菜体内过氧化氢酶的活性和油菜铜的累积量,并能够改善土壤pH,降低土壤铜有效性。其中4%的商陆炭处理对增加油菜的光合作用和叶绿素的效果最好,分别为4%玉米炭的2.33倍和1.49倍,油菜的生物量为玉米炭的12.67倍；向高铜污染土壤添加4%的玉米炭和商陆炭,油菜地上部铜累积量较对照分别降低19.9%和66.8%；土壤pH较对照增加了0.27和1.52个单位；土壤有效态铜含量分别较对照下降了41.9%、53.8%。在低铜污染土壤中,添加两种生物炭均能够显著增加油菜的生物量,并且随着生物炭用量的增加而增大,在4%炭添加量时玉米炭和商陆炭处理油菜的生物量分别较对照增加了21.2倍和67.9倍。2%的商陆炭处理对油菜叶绿素含量和光合作用最好,分别为玉米炭的1.5倍和3.3倍。向低铜污染土壤中添加4%的商陆炭能够显著降低油菜地上部铜的含量并提高土壤pH值,而玉米炭效果不显著。两种生物炭均能够降低土壤铜有效性,其中4%的玉米炭和商陆炭处理土壤有效态铜的含量分别较对照降低21.9%和45.2%。综合以上试验结果来看在低铜污染下2%商陆炭处理效果最好,高铜污染下4%的商陆炭处理效果更好。
【关键词】：商陆源生物炭 红壤 铜生物有效性 有效态铜
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 第一章 引言15-21
• 1.1 重金属Cu污染现状15
• 1.2 土壤Cu的污染现状及其防治15-17
• 1.2.1 土壤Cu的污染现状15-16
• 1.2.2 土壤Cu污染修复方法16-17
• 1.3 生物炭17-18
• 1.3.1 生物炭的性质17
• 1.3.2 生物炭的利用现状17-18
• 1.4 研究内容18-20
• 1.5 技术路线20-21
• 第二章 玉米炭与商陆炭的制备及其吸附性能研究21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 材料方法21-22
• 2.2.1 玉米炭与商陆炭的制备21
• 2.2.2 炭材料的表征21-22
• 2.2.3 铜的测定条件及方法22
• 2.2.4 吸附动力学试验22
• 2.2.5 吸附等温试验22
• 2.2.6 pH影响试验22
• 2.3 数据处理及分析22-23
• 2.3.1 铜吸附量的计算22
• 2.3.2 吸附动力学方程22-23
• 2.3.3 Langmuir和Freundlich拟合方程23
• 2.3.4 数据分析方法23
• 2.4 结果分析23-29
• 2.4.1 两种生物炭的理化性质23-24
• 2.4.2 玉米炭与商陆炭吸附动力学试验24-25
• 2.4.3 玉米炭与商陆炭等温吸附试验25-26
• 2.4.4 温度对两种生物炭的吸附特性的影响26-27
• 2.4.5 pH对两种生物炭吸附特性的影响27-28
• 2.4.6 两种生物炭的X射线光电子能谱分析28-29
• 2.5 讨论29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 不同老化时间玉米炭与商陆炭对红壤铜有效性的影响31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 试验材料和方法31-32
• 3.2.1 供试土壤31
• 3.2.2 供试生物炭31
• 3.2.3 老化土壤培养31-32
• 3.3 项目测定及方法32
• 3.3.1 有效态Cu含量测定32
• 3.3.2 土壤pH的测定32
• 3.4 结果与分析32-35
• 3.4.1 不同老化时间对土壤铜有效性的影响32-33
• 3.4.2 不同炭处理对土壤有效态铜含量的影响33-34
• 3.4.3 不同老化时间对土壤pH值的影响34-35
• 3.4.4 不同炭处理对土壤pH值的影响35
• 3.5 讨论35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 两种生物炭对红壤铜有效性的影响37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 试验材料和方法37-38
• 4.2.1 供试土壤与污染土壤的制备37
• 4.2.2 供试蔬菜37
• 4.2.3 供试生物炭37-38
• 4.2.4 盆栽试验设计38
• 4.2.5 土壤与生物炭理化性质测定38
• 4.3 项目测定及其方法38-39
• 4.3.1 油菜生物量的测定38
• 4.3.2 油菜叶绿素含量的测定38
• 4.3.3 过氧化氢酶(CAT)活性测定38-39
• 4.3.4 油菜光合作用的的测定39
• 4.3.5 油菜根、叶消解39
• 4.3.6 土壤pH测定39
• 4.3.7 土壤有效态铜的提取39
• 4.3.8 数据分析39
• 4.4 结果分析39-46
• 4.4.1 不同炭处理对油菜生物量的影响39-40
• 4.4.2 不同炭处理对油菜叶绿素的影响40-42
• 4.4.3 不同炭处理对油菜酶活的影响42-43
• 4.4.4 不同炭处理对油菜光合特性的影响43-44
• 4.4.5 不同炭处理对油菜地上部铜累积量的影响44
• 4.4.6 不同炭处理对土壤pH值的影响44-45
• 4.4.7 不同炭处理对土壤中有效态铜的含量的影响45-46
• 4.5 讨论46-49
• 4.5.1 两种生物炭对油菜生物量的影响46
• 4.5.2 两种生物炭对油菜叶绿素含量的影响46-47
• 4.5.3 两种生物炭对油菜酶活的影响47
• 4.5.4 两种生物炭对油菜光合作用的影响47-48
• 4.5.5 两种生物炭对土壤pH值的影响48-49
• 4.5.6 两种生物炭对土壤铜有效性以及植物体内铜累积量的影响49
• 4.6 本章小结49-51
• 第五章 结论与讨论51-53
• 5.1 综合讨论51-52
• 5.2 本文创新点52
• 5.3 存在问题及展望52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60

【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：907426