互花米草生物炭对镉污染土壤的修复作用及机制
互花米草生物炭对镉污染土壤的修复作用及机制
【摘要】： 土壤镉污染已成为困扰食品安全及人类健康的世界性难题。本研究以上海市崇明东滩外来入侵种互花米草为原材料,制备并筛选对镉吸附性能优良的互花米草生物炭,并探究其对镉修复的作用机制。同时,利用小青菜进行盆栽实验,科学评价互花米草生物炭对镉污染土壤修复的实际效果。该研究不仅可以实现互花米草的资源化利用,也可为土壤镉污染修复技术提供科学依据与关键指导。主要研究结论如下:成功制备了不同热解温度下的互花米草生物炭,并确定其对镉吸附效果最佳时的热解温度为450℃。在该热解温度下,生物炭对镉吸附15 min时可达吸附平衡,最大吸附量为20.576 mg·g~(-1),表明该互花米草生物炭具有良好的镉吸附效应。互花米草生物炭对镉的吸附满足二级动力学方程式,以化学吸附为主。吸附镉后的生物炭表面有粒状突起,且羟基、羧基等含氧官能团发生较大变动。部分镉在生物炭表面发生表层吸附,极有可能形成镉的复合体。利用生物炭、高岭土、镉进行15d孵化模拟实验,人工模拟镉污染土壤环境。结果表明,生物炭和高岭土均有助于镉的固定。同时,R_(50,生物炭)从48%分别上升至53%~56%,可见生物炭长期抗氧化性提高。通过多种仪器表征手段,分析了孵化前后生物炭、镉和高岭土之间的物理形貌与化学结构变化情况,揭示了生物炭对镉污染土壤的修复机理。结果表明,互花米草生物炭对镉修复机制极有可能为互花米草生物炭表面形成的物理屏障、沉淀、内部络合以及离子交换四类机制共同作用的结果。利用小青菜进行盆栽实验,探究了生物炭对镉污染土壤的实际应用效果。结果表明,镉胁迫会降低几种重要土壤酶的含量,从而影响土壤养分转换和生化反应,并且破坏植物光合作用电子传递链,最终对土壤质量及植物生长发育造成明显伤害。互花米草生物炭能有效缓解镉胁迫作用,减少植物对镉的吸收,从而恢复土壤的正常功能;同时,互花米草生物炭可参与养分转化,提高土壤品质,促进植物生长。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
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