黑土区生物炭对阿特拉津胁迫下玉米幼苗生理特征影响

摘要

阿特拉津(Atrazine)作为东北寒地黑土区广泛使用的选择封闭除草剂，在控制杂草的同时，由于其性质稳定可以长期存在于土壤深处不易被降解。残留的大量阿特拉津可以在土壤中发生迁移，进入河流对人类的健康造成直接威胁，也可以通过植物的吸收和利用，通过食物链对人体造成潜在的风险，阿特拉津的半衰期较长，所以有效的治理和缓解阿特拉津对环境所带来的风险已成为当下备受关注的重要现实问题。生物炭作为一种被广泛应用的孔隙丰富，芳香化程度高的功能材料，由于其价格低廉，性能良好，易于生产，近些年在修复和改良土壤、提高作物产量，降低农药在土壤和作物中的积累和迁移转化的能力有着突出的贡献。为进一步分析和了解生物炭对种子萌发，蔬菜作物的生长、生理的影响和缓解植物对农药的积累情况。本文用小麦秸秆为原始材料，分别250℃、550℃、850℃三种热解温度下制备出低温生物炭(BC250)、中温生物炭(BC550)、高温生物炭(BC850)。研究不同热解温度的生物炭对阿特拉津胁迫下，玉米种子萌发，幼苗生长、生理特征的影响。经过本实验研究发现:
　　生物炭在厌氧环境制备下，不同热解温度对生物炭的结构和性质有较大影响，低温生物炭官能团较为丰富，随着热解温度增加，生物炭灰分、pH、含碳量均明显增加，炭架结构更稳定。温度越高促进了生物炭的芳香化程度，脂肪族官能逐渐消失，极性减弱。同时高温大幅增加了生物炭的微孔数量和比表面积。
　　玉米种子的发芽率随阿特拉津浓度增加而降低，在中浓度(30～50mg/L)阿特拉津影响下，施加生物炭能较为明显的增加发芽率，尤其是中高温生物炭对种子萌发影响效果更明显。
　　施加四种剂量的不同温度生物炭在阿特拉津污染(50mg/kg)的土壤中采用盆栽实验，生物炭在施加量≤0.5％时，对玉米幼苗株高影响不明显。在施加量1％，BC250、BC550、BC8500处理组的株高与对照相比明显增加9.74％、17.37％、24.43％。生物炭施用量的逐渐增加促进了植物体内生物量的积累，在施加量0.5％～1％，三种生物炭显著增加干物质积累。施加少量中低温生物炭，可以促进根部的膨大，根部干物质累积。随着继续使用，施加量＞0.5％时，根冠比明显减小，三组生物炭处理对地上部分干物质的积累起到了更明显的促进作用，BC250、BC550、BC850处理根冠比与对照相比分别降低了62.98％、57.92％、58.96％，三者差异不显著。
　　生物炭施加量增加能显著提高体内叶绿素和类胡萝卜素含量，促进植物光合作用。阿特拉津对于叶片和根的膜脂过氧化，适当的添加生物炭，能抑制氧化自由基的生成，BC250、BC550、BC850处理组叶片中MDA含量分别降低了48.61％、49.2％、50.47％，而且在缓解对根部毒害的作用要比对叶片的作用更明显。BC250、BC550、BC850处理组在施加量0.1％～0.5％，与对照相比，叶片中脯氨酸含量分别增加了118％、197％、207％，对调节叶片渗透压有良好效果。在施加量0.5％，对可溶性糖含量分别增加了68.34％、190.75％、177.34％。
　　阿特拉津在根中的积累量要大于叶中积累，在施加量1％时，与对照组相比，BC250、BC550、BC850处理组与根中积累分别降低了58.01％、59.47％、60.23％，叶中积累分别降低了58.94％、65.7％和67.34％，提高了作物的安全品质，缓解了毒害作用。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 黑土与粮食作物玉米的生产

1．1．1 黑土概况及污染情况

1．1．2 玉米在黑土区生长情况

1．2 阿特拉津的污染概述

1．2．1 阿特拉津理化性质

1．2．2 阿特拉津使用情况

1．2．3 阿特拉津对人体及动物健康的危害

1．2．4 阿特拉津对植物胁迫的影响

1．2．5 植物对污染物胁迫下的响应机理

1．2．6 阿特拉津的污染修复方法

1．3 生物炭概述

1．3．2 生物炭的性质和环境效应

1．3．3 生物炭对土壤的影响

1．3．4 生物炭对作物产量的影响

1．3．5 生物炭对有机污染物的修复研究

1．4 研究背景与意义

1．5 研究主要内容和技术路线

1．5．1 研究主要内容

1．5．2 技术路线

2 材料与方法

2．1 供试材料与设备

2．1．1 主要实验试剂与设备

2．1．2 供试土壤和植物

2．1．3 实验制备材料

2．2 实验步骤

2．2．1 生物炭表征实验

2．2．2 萌发试验

2．2．3 生物炭对阿特拉津胁迫下玉米幼苗生长的影响

2．3 植物指标的测定方法

2．3．1 叶绿素含量的测定方法

2．3．2 MDA含量的测定方法

2．3．3 脯氨酸含量的测定方法

2．3．4 可溶性糖含量的测定方法

2．3．5 阿特拉津在植物体内的积累测定方法

2．4 数据处理

3 结果与分析

3．1 生物炭的结构性质

3．1．1 生物炭的pH及灰分含量

3．1．2 生物炭的元素组成

3．1．3 傅里叶红外光谱分析

3．1．4 比表面积及孔径分布分析

3．2 生物炭对发芽率的影响

3．3 生物炭对玉米苗期生长指标的影响

3．3．1 生物炭对玉米幼苗株高和根长的影响

3．3．2 生物炭对玉米幼苗生物量的影响

3．3．3 生物炭对玉米幼苗根冠比的影响

3．4 生物炭对玉米幼苗生理指标的影响

3．4．1 生物炭对玉米幼苗叶绿素含量的影响

3．4．2 生物炭对玉米幼苗类胡萝卜素含量的影响

3．4．3 生物炭对玉米幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

3．4．4 生物炭对玉米幼苗脯氨酸含量的影响

3．4．5 生物炭对玉米幼苗可溶性糖含量的影响

3．4．6 生物炭对玉米幼苗阿特拉津含量的影响

3．4．7 生物炭对玉米幼苗阿特拉津转运系数的影响

4 讨论

4．1 生物炭的结构和特性

4．2 生物炭对阿特拉津胁迫下玉米幼苗生长、生理特征的影响

4．3 生物炭对阿特拉津在玉米幼苗积累情况的影响

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文