生物炭及壳聚糖改性生物炭吸附根皮苷机理及其应用

发布时间：2020-11-10 07:21

　　 连作障碍是指连续在同一区域种植同种作物或者近缘作物而引起的作物生长发育异常的现象,主要表现为:植株生长缓慢、叶片小、根系发育不良、病虫害加重等。目前老果园连作问题日益加剧,酚酸类物质(主要是根皮苷)是造成苹果连作障碍的重要原因,为了缓解连作问题对果园带来的影响,降低土壤中的根皮苷含量,减轻其对果树根系的伤害,对果树生长具有重要意义。生物炭是一种低成本且环保的吸附剂,已被用来吸附许多有机以及无机污染物且效果显著,生物炭也可作为一种改良剂来改良土壤,因此,选择生物炭对根皮苷进行吸附并结合盆栽实验检测应用效果。主要研究内容及结果如下:1.制备了300℃、400℃和500℃不同热解温度的生物炭,分别记做BC300、BC400和BC500,进行表征(FT-IR、XRD、SEM),并分别以不同生物炭浓度对根皮苷溶液吸附不同时间。BC300具有更多官能团以及更稳定的结构,并且在生物炭以6g·L~(-1)的浓度吸附24 h时对根皮苷达到最佳的去除率,为70.50%。2.不同热解温度的生物炭与根皮苷应用于平邑甜茶幼苗盆栽实验,共设置8个处理:对照(CK)、根皮苷(T1)、BC300(T2)、BC400(T3)、BC500(T4)、BC300+根皮苷(T5)、BC400+根皮苷(T6)、BC500+根皮苷(T7)。其中根皮苷处理显著抑制幼苗的生长,其株高、鲜重和地径分别为对照的90.62%、71.20%和77.31%,其抗氧化酶活性、土壤酶活性以及土壤可培养微生物数量也显著降低。BC300可以最好的缓解根皮苷的影响,与根皮苷处理相比,BC300+根皮苷处理的生物量显著增加,SOD、POD和CAT活性分别提高了39.94%、171.00%和237.82%,MDA含量下降了36.71%。BC300+根皮苷处理显著减少了土壤中的根皮苷含量,提高了土壤酶活性、土壤中可培养微生物的数量以及镰刀菌基因拷贝数,其中真菌数量为根皮苷处理的50.48%。生物炭处理与对照相比均对幼苗的生长有促进作用,其中BC300处理效果最佳,且对根皮苷的缓解效果最好。综上,选择BC300进行改性,并进行吸附及盆栽实验。3.选择壳聚糖对BC300进行改性得到壳聚糖改性苹果枝生物炭CBC300,并对改性前后生物炭进行表征(FT-IR、XRD、SEM和BET),改性后生物炭增加了更多的官能团及吸附位点。将CBC300与BC300进行吸附实验,在最佳实验条件下,CBC300对根皮苷的去除率达到90.76%。在初始溶液pH为9.0时两种生物炭可达到最佳吸附量(BC300吸附量为10.62 mg·g~(-1),CBC300吸附量为13.80 mg·g~(-1))。Langmuir等温方程和伪二级动力学方程可以更好地描述两种生物炭对根皮苷的吸附过程。4.改性前后生物炭及根皮苷应用于平邑甜茶幼苗盆栽实验,共进行6个处理:对照(连作土壤CK)、根皮苷(G)、BC300(BC300)、CBC300(CBC300)、BC300+根皮苷(BC300G)、CBC300+根皮苷(CBC300G)。与BC300处理相比,CBC300的生物量、抗氧化酶活性、土壤酶活性以及土壤可培养微生物数量均有所提高。与BC300+根皮苷处理相比,CBC300+根皮苷处理的生物量、抗氧化酶活性、土壤酶活性均有所提高,其中脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶和过氧化氢酶分别提高了23.66%、10.78%、17.24%和3.68%。MDA含量以及镰刀菌基因拷贝数有所下降。表明CBC300可以有效缓解根皮苷对幼苗的胁迫,并且效果优于BC300。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S156;O647.3;O613.71
【部分图文】：

山东农业大学硕士学位论文71.2.4培育抗性砧木选择抗性砧木品种提高苹果果树的抗病性是防治果树病害的途径之一。不同砧木对连作障碍的耐受性是不同的，抗性强的砧木可以提高果树对逆境的适应能力，促进根部的生长，增强对养分和水分的吸收能力，降低连作障碍带来的危害。Mazzola等（2009）研究发现，再植果园中Geneva系列砧木上根霉腐菌的感染率显著低于M26、MM111和MMI66。通过对总生物量、根坏死、根腐线虫和根部真菌等条件为标准评价苹果种内或种间杂交对连作障碍的耐病作用，Isutsa等（2000）发现19个种内或种间杂交的40个栽植苹果的地区和17个无性系增加物中，3个无性繁殖的砧木（G.65、CG.6210和G.30），4个无性品系（M.baccata-1883.h、M.xanthocarpa-Xman、M.spectabilisBorkh.-PI589404和M.mandshuricaSchneid.-364.s）对苹果连作障碍具有较好的耐受性。以上研究表明，许多作物的确存在抗病的品种，利用化感育种来克服再植病的发生可能是未来解决连作障碍问题的最好途径。尹承苗等（2016）研究发现以平邑甜茶为砧木的土壤中真菌（镰刀菌）数量显著减少，说明平邑甜茶对连作障碍的改善效果最佳，适合作为耐受砧木来防控苹果连作障碍。选育抗性砧木可以最直接有效的连作障碍带来的不利影响，但需要长期大量的工作，周期长、见效慢成为其最大弊端。1.3根皮苷与苹果连作障碍图1根皮苷化学结构式Fig.1Chemicalstructureofphloridzin

生物炭及壳聚糖改性生物炭吸附根皮苷机理及其应用2.2.2 改性生物炭制备将壳聚糖（3 g）（图 2）溶于 500 mL 冰乙酸溶液（2% v/v）中，使用磁力搅拌器在 40 °C 下搅拌至充分溶解，将所制备生物炭粉末 3 g 加入到上述溶液中，在 60 °C 下充分搅拌 1.5 h 使生物炭与壳聚糖完全混合，用 1 mol·L-1 的 Na OH 将混合物的 pH 值调整到 9.0 并继续搅拌 0.5 h（Liu et al., 2017），将所得混合物在 80 °C 下烘干，将烘干混合物用粉碎机打碎为粉末并过 80 目筛，即得到改性生物炭，命名为 CBC300。

山东农业大学硕士学位论文25图3不同热解温度生物炭(a)BC500,(b)BC400和(c)BC300的FTIR图Fig.3FTIRspectraofbiocharsamples:(a)BC500,(b)BC400and(c)BC300生物炭的XRD如图4所示。如图可见，三种热解温度的生物炭图谱具有一定的相似之处，但随着热解温度的升高，生物炭的结构具有一定的差异。图中显示的2θ≈26°和44°附近的两个衍射峰分别为石墨[002]平面和结晶石墨结构[101]平面（Yangetal.,2018）。26°—30°之间的衍射峰是无机非金属晶体材料，如C、CaCO3和SiO2（Dengetal.,2017）。衍射峰的强度在300—400°C时增大，在500°C时减小，在右侧27.5°附近出现明显的衍射峰。在10°—18°的衍射峰是纤维素峰，随着热解温度的升高，纤维素峰逐渐减弱，碳原子支链发生断裂，因此BC300具有相对稳定的结构。图4不同热解温度生物炭的XRD图谱Fig.4XRDpatternofBC300,BC400andBC500不同热解温度生物炭的SEM图像如图5所示。在不同热解温度生物炭表面均可以观察到大量的碳颗粒，表明苹果枝条被碳化。如图5（a）（b）所示，BC300和BC400为层状多孔结构，而BC500不明显（图（c）），表明BC300和BC400具有相
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 闫淑侠;;果树再植严防重茬病[J];烟台果树;2015年04期

2 王艳芳;潘凤兵;张先富;王鹏;陈学森;沈向;毛志泉;;土壤中不同酚酸类物质对平邑甜茶幼苗光合及生理特性的影响[J];林业科学;2015年02期

3 于志红;黄一帆;廉菲;谢丽坤;刘爽;宋正国;;生物炭-锰氧化物复合材料吸附砷(Ⅲ)的性能研究[J];农业环境科学学报;2015年01期

4 孙步蕾;王艳芳;张先富;沈向;陈学森;毛志泉;;连作土壤中残根对平邑甜茶幼苗生物量及土壤酚酸类物质和微生物的影响[J];园艺学报;2015年01期

5 刘勇;鲍静;姜兴印;李配;毛志泉;;4种杀菌剂对连作苹果园土壤镰刀菌及土壤酶活性的影响[J];果树学报;2015年01期

6 尹承苗;张先富;胡艳丽;沈向;陈学森;吴树敬;毛志泉;;不同浓度有机物料发酵流体对连作苹果幼树叶片光合荧光参数和根系抗氧化酶活性的影响[J];中国农业科学;2014年09期

7 陶磊;褚贵新;刘涛;唐诚;李俊华;梁永超;;有机肥替代部分化肥对长期连作棉田产量、土壤微生物数量及酶活性的影响[J];生态学报;2014年21期

8 刘恩太;李园园;胡艳丽;孙传香;毛志泉;;棉隆对苹果连作土壤微生物及平邑甜茶幼苗生长的影响[J];生态学报;2014年04期

9 尹承苗;王功帅;李园园;车金水;沈向;陈学森;毛志泉;吴树敬;;一种分析土壤中酚酸类物质含量的新方法—以连作苹果园土壤为试材[J];中国农业科学;2013年21期

10 吴宏亮;康建宏;陈阜;许强;张海林;赵亚慧;;不同轮作模式对砂田土壤微生物区系及理化性状的影响[J];中国生态农业学报;2013年06期

相关博士学位论文 前2条

1 白茹;苹果连作障碍中自毒作用的研究[D];西北农林科技大学;2009年

2 张江红;酚类物质对苹果的化感作用及重茬障碍影响机理的研究[D];山东农业大学;2005年

相关硕士学位论文 前4条

1 张一璇;CTAB改性甘蔗渣生物炭吸附水中对羟基苯甲酸酯类的效能与机理[D];西北大学;2018年

2 李飞;农林废弃物生物炭的制备、改性及在Cd污染治理中的应用[D];东南大学;2018年

3 潘凤兵;短期轮作加施菌肥对连作苹果园土壤环境及平邑甜茶幼苗的影响[D];山东农业大学;2016年

4 高志华;草莓（Fragaria ananassa Duch.）连作障碍机理及抗连作障碍的研究[D];河北农业大学;2003年

本文编号：2877652