菌渣生物炭对镉污染土壤性质及小白菜产量、品质的影响

摘要

镉是一种对人体毒性极强的重金属元素。根据我国官方数据显示，镉在无机污染物中占较高比例，治理镉污染对农田生产及粮食安全具有重要意义。生物炭具有碳素含量高、孔隙结构发达、比表面积大和离子交换量高等物理化学性质，已被广泛用于重金属的吸附及土壤改良、作物增产等方面。随着食用菌产业的快速发展，迫切需要为食用菌菌渣的资源化利用提供新的途径。故本文以在食用菌总产量中占较大比例的香菇、平菇的废弃物—平菇、香菇菌渣作为原材料，在不同温度下制备菌渣生物炭，采用批量吸附试验分析菌渣生物炭对镉的吸附性能，同时采用盆栽试验探究不同生物炭施用量对土壤理化性质、土壤酶活性、土壤镉形态、小白菜产量、品质及镉积累量的影响，分析了各处理间指标的相关关系，并采用灰色关联法综合分析了不同菌渣生物炭施用量对土壤-植物系统产生的影响，以期为利用菌渣生物炭修复镉污染土壤提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)随着热解温度增加，菌渣生物炭产率、CEC不断降低，而菌渣生物炭灰分含量、pH值、比表面积、表面官能团数量不断增加。菌渣生物炭对Cd2+的吸附结果可以用准二级动力学及Langmuir模型更好地拟合，表明菌渣生物炭对Cd2+的吸附主要为化学吸附及单分子层吸附。同时平菇、香菇菌渣生物炭对Cd2+的理论最大吸附量分别达71.49mg/g、46.87mg/g。
　　(2)菌渣生物炭添加到土壤中能够有效提高土壤水分含量、pH值、有机质含量及速效养分含量，降低土壤CEC值。与对照相比，平菇菌渣生物炭(PC)、香菇菌渣生物炭(SC)2％施用量时。土壤有机质含量分别增加61.2％、80.6％，同时土壤速效磷含量分别增加104.88％、59.02％，速效钾含量分别增加486.8％、503.09％;当两种菌渣生物炭添加量为0.5％时，土壤碱解氮的含量最高。
　　(3)添加菌渣生物炭能够显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性，在PC添加量为1％时，土壤过氧化氢酶最高，与对照相比提高了22.37％，而SC添加量为2％时，土壤过氧化氢酶最高，与对照相比提高了18.39％;但脲酶含量提高效果较过氧化氢酶、蔗糖酶差;蔗糖酶效果最好，2％平菇菌渣生物炭及2％香菇菌渣生物炭分别提高土壤蔗糖酶含量33.28％、29.81％。
　　(4)菌渣生物炭的添加可显著降低可被植物吸收利用的可交换态镉的含量，增加残渣态镉含量，降低土壤中镉的迁移能力。相关性分析表明土壤pH值、有机质含量与土壤可交换态镉含量呈负相关关系,相关系数分别为-0.709、-0.706。同时两种菌渣生物炭添加至土壤中能有效降低小白菜体内镉含量，在施用量为2％时，能够显著降低镉含量57.5％(SC)、54.1％(PC)，所得小白菜中重金属镉含量达到《食品安全国家标准》(GB2762-2012)中的相关限值。且小白菜体内镉含量与土壤中可交换态镉含量显著正相关，相关系数可达0.759。
　　(5)添加两种菌渣生物炭，与对照相比，0.5％的PC、SC处理时，小白菜单株产量提高37％(PC)、45％(SC)。叶绿素含量表现出类似的结果。小白菜的根长、根重及叶面积均随两种菌渣生物炭的添加量增加而增加，在施用量为2％时表现最优。与对照相比，1％的PC、SC处理时，小白菜维生素C含量分别提高95％、84％，可溶性糖含量分别提高100％、183％。而硝态氮含量随生物炭的施用量增加而增加，但均低于国家安全标准(3000mg/kg)，且菌渣生物炭的添加降低了小白菜可溶性蛋白质的含量。
　　(6)运用灰色关联法综合评价不同菌渣生物炭施用量对土壤-植物系统的影响，得出与对照相比，施用菌渣生物炭能有效优化土壤-植物系统，同时在PC、SC施用量为2％时表现出最佳效果。
　　综上所述，两种菌渣生物炭能够有效去除水体中的镉。在中轻度镉污染土壤中施用适量菌渣生物炭，可有效改善土壤理化性质，提高土壤酶活性，促进土壤可交换态镉向残渣态转化，降低小白菜体内镉含量，同时改善了小白菜品质。菌渣生物炭施用量为1％、2％时，小白菜中镉含量可达到《食品安全国家标准》(GB2762-2012)中的相关限值。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1立题依据

2国内外研究现状

2．1生物炭

2．2镉污染土壤修复现状

2．3食用菌菌渣利用现状

3研究内容

3．1生物炭制备与吸附性能研究

4技术路线

第二章菌渣生物炭的制备及吸附性能研究

1材料与方法

1．1试验材料与试验设计

1．2测定项目与方法

1．3数据处理

2结果与分析

2．1生物炭理化性质分析

2．2菌渣生物炭吸附性能研究

3讨论

4小结

第三章菌渣生物炭对镉污染土壤-植物系统的影响

1材料与方法

1．1试验材料

1．2试验方法

1．3测定项目与方法

2结果与分析

2．1菌渣生物炭对土壤性质的影响

2．2菌渣生物炭对植物的影响

2．3灰色关联法综合评价不同菌渣生物炭施用量对土壤-植物系统的影响

3讨论

4小结

第四章结论与展望

1主要研究结论

1．1菌渣生物炭制备及其吸附性能研究

1．2菌渣生物炭对镉污染土壤理化性质及酶活性的影响

1．3菌渣生物炭对土壤重金属赋存形态的影响

1．4菌渣生物炭对小白菜产量、品质及体内镉含量的影响

1．5灰色关联法综合评价不同菌渣生物炭施用量对土壤-植物系统的影响

2研究展望

参考文献

致谢

作者简历