【摘要】：鎘是一種對(duì)人體毒性極強(qiáng)的重金屬元素。根據(jù)我國(guó)官方數(shù)據(jù)顯示,鎘在無機(jī)污染物中占較高比例,治理鎘污染對(duì)農(nóng)田生產(chǎn)及糧食安全具有重要意義。生物炭具有碳素含量高、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大和離子交換量高等物理化學(xué)性質(zhì),已被廣泛用于重金屬的吸附及土壤改良、作物增產(chǎn)等方面。隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,迫切需要為食用菌菌渣的資源化利用提供新的途徑。故本文以在食用菌總產(chǎn)量中占較大比例的香菇、平菇的廢棄物—平菇、香菇菌渣作為原材料,在不同溫度下制備菌渣生物炭,采用批量吸附試驗(yàn)分析菌渣生物炭對(duì)鎘的吸附性能,同時(shí)采用盆栽試驗(yàn)探究不同生物炭施用量對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、土壤鎘形態(tài)、小白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及鎘積累量的影響,分析了各處理間指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系,并采用灰色關(guān)聯(lián)法綜合分析了不同菌渣生物炭施用量對(duì)土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生的影響,以期為利用菌渣生物炭修復(fù)鎘污染土壤提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:(1)隨著熱解溫度增加,菌渣生物炭產(chǎn)率、CEC不斷降低,而菌渣生物炭灰分含量、pH值、比表面積、表面官能團(tuán)數(shù)量不斷增加。菌渣生物炭對(duì)Cd~(2+)的吸附結(jié)果可以用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)及Langmuir模型更好地?cái)M合,表明菌渣生物炭對(duì)Cd~(2+)的吸附主要為化學(xué)吸附及單分子層吸附。同時(shí)平菇、香菇菌渣生物炭對(duì)Cd~(2+)的理論最大吸附量分別達(dá)71.49 mg/g、46.87mg/g。(2)菌渣生物炭添加到土壤中能夠有效提高土壤水分含量、pH值、有機(jī)質(zhì)含量及速效養(yǎng)分含量,降低土壤CEC值。與對(duì)照相比,平菇菌渣生物炭(PC)、香菇菌渣生物炭(SC)2%施用量時(shí)。土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加61.2%、80.6%,同時(shí)土壤速效磷含量分別增加104.88%、59.02%,速效鉀含量分別增加486.8%、503.09%;當(dāng)兩種菌渣生物炭添加量為0.5%時(shí),土壤堿解氮的含量最高。(3)添加菌渣生物炭能夠顯著提高土壤過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶活性,在PC添加量為1%時(shí),土壤過氧化氫酶最高,與對(duì)照相比提高了22.37%,而SC添加量為2%時(shí),土壤過氧化氫酶最高,與對(duì)照相比提高了18.39%;但脲酶含量提高效果較過氧化氫酶、蔗糖酶差;蔗糖酶效果最好,2%平菇菌渣生物炭及2%香菇菌渣生物炭分別提高土壤蔗糖酶含量33.28%、29.81%。(4)菌渣生物炭的添加可顯著降低可被植物吸收利用的可交換態(tài)鎘的含量,增加殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量,降低土壤中鎘的遷移能力。相關(guān)性分析表明土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量與土壤可交換態(tài)鎘含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為-0.709、-0.706。同時(shí)兩種菌渣生物炭添加至土壤中能有效降低小白菜體內(nèi)鎘含量,在施用量為2%時(shí),能夠顯著降低鎘含量57.5%(SC)、54.1%(PC),所得小白菜中重金屬鎘含量達(dá)到《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2762-2012)中的相關(guān)限值。且小白菜體內(nèi)鎘含量與土壤中可交換態(tài)鎘含量顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.759。(5)添加兩種菌渣生物炭,與對(duì)照相比,0.5%的PC、SC處理時(shí),小白菜單株產(chǎn)量提高37%(PC)、45%(SC)。葉綠素含量表現(xiàn)出類似的結(jié)果。小白菜的根長(zhǎng)、根重及葉面積均隨兩種菌渣生物炭的添加量增加而增加,在施用量為2%時(shí)表現(xiàn)最優(yōu)。與對(duì)照相比,1%的PC、SC處理時(shí),小白菜維生素C含量分別提高95%、84%,可溶性糖含量分別提高100%、183%。而硝態(tài)氮含量隨生物炭的施用量增加而增加,但均低于國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)(3000 mg/kg),且菌渣生物炭的添加降低了小白菜可溶性蛋白質(zhì)的含量。(6)運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法綜合評(píng)價(jià)不同菌渣生物炭施用量對(duì)土壤-植物系統(tǒng)的影響,得出與對(duì)照相比,施用菌渣生物炭能有效優(yōu)化土壤-植物系統(tǒng),同時(shí)在PC、SC施用量為2%時(shí)表現(xiàn)出最佳效果。綜上所述,兩種菌渣生物炭能夠有效去除水體中的鎘。在中輕度鎘污染土壤中施用適量菌渣生物炭,可有效改善土壤理化性質(zhì),提高土壤酶活性,促進(jìn)土壤可交換態(tài)鎘向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化,降低小白菜體內(nèi)鎘含量,同時(shí)改善了小白菜品質(zhì)。菌渣生物炭施用量為1%、2%時(shí),小白菜中鎘含量可達(dá)到《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2762-2012)中的相關(guān)限值。
【圖文】：

技術(shù)路線Fig.1Techniqueroute

也增強(qiáng)[71]。不同溫度下制備的菌渣生物炭 FTIR 圖如圖2所示，由圖2可知，菌渣生物炭含有多種含氧官能團(tuán)及其他類型官能團(tuán)。在波數(shù)為 3200~3700 cm-1出現(xiàn)酚羥基或醇羥基的伸縮振動(dòng)寬峰，在 1600 cm-1和 1440 cm-1出現(xiàn)酮類或者醌類 C=O 和芳香骨架的伸縮振動(dòng)[60]，但是在SC500及SC700中未在波數(shù)1600cm-1出現(xiàn)吸收峰。在PC300中，1223.98 cm 1出現(xiàn)芳烷基醚鍵和苯酚的C-O伸縮振動(dòng)峰，在885 cm-1出現(xiàn)芳香族C-H 伸縮振動(dòng)峰，在 781 cm-1出現(xiàn)環(huán)形吡啶伸縮振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X503.231;X53

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本文編號(hào)：2589539