题目 关于以蚯蚓粪和生物炭作为生物调节器固定酸雨胁迫下镉污染土壤中的重金属并提高土壤肥力的研究外文翻译资料

 2022-12-24 16:17:35

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题目 关于以蚯蚓粪和生物炭作为生物调节器固定酸雨胁迫下镉污染土壤中的重金属并提高土壤肥力的研究

目录

1. 引言 3

2. 材料和方法 4

2.1土壤，蚯蚓粪和生物炭 4

2.2实验设计和酸雨实验 4

2.3 Cd物种形成分布分析 4

2.4 土壤酶活性分析 5

2.5 可用的P分析和碱水解氮分析 5

2.6种子萌发率测定 5

2.7数据分析 5

3. 结果与讨论 5

3.1Cd物种形成分布分析 5

3.2酶活性分析 6

3.3可用的P分析和碱水解氮分析 7

3.4种子萌发率分析 7

4. 结论 8

关于以蚯蚓粪和生物炭作为生物调节器固定酸雨胁迫下镉污染土壤中的重金属并提高土壤肥力的研究

王莹，徐永安，李丹，唐碧聪，满树磊，贾一凡，许恒

四川大学生命科学学院生物资源与生态环境重点实验室，成都 610064

摘要：本实验旨在研究蚯蚓粪（VC）和生物炭（BC）单独以及混合修复酸雨胁迫下镉污染土壤的不同影响。随着土壤调节器的应用，实验小组中分别以蚯蚓粪、生物炭、蚯蚓粪和生物炭混合进行调节，醋酸提取铬含量的百分比分别下降了5.2-6.8%、9.0-13.5%、7.9-12.1%。当雨水的pH值从7.0降低到4.0时，磷酸酶的活性在蚯蚓粪中、生物炭中、蚯蚓粪和生物炭的混合物中以及对照组中分别降低了2.0%、12.3%、3.2%、14.8%。这个实验证实了，随着土壤调节器的应用，重金属的威胁以及铬的生物活性得到了抑制，土壤的生物化学性能指标得到了提高。相反，用酸雨喷雾喷洒的情况下，铬的生物活性得到了提高，土壤微生物的生存能力和营养成分受到了抑制。这些结果表明酸性沉积物在土壤修复过程中起到抑制作用。同时，土壤调节器在提高土壤肥力以及缓解酸雨压力方面很有潜力。

关键词：生物炭、蚯蚓粪、酸雨、铬、生物化学指标

1.引言

在中国过去的二十年间，城市土壤、城市道路灰尘以及农田的重金属污染与快速发展的工业和城市化之间的矛盾越来越尖锐。铬元素，对生物有毒且不必要的一个元素，在土壤植物系统中容易转移并且会对植物生长和繁殖产生很强的抑制作用，并且对人类健康和生态系统功能产生不利影响。近些年，大量铬由于人为活动释放到水体和土壤当中。

为了解除重金属污染土壤的毒性，不同的修复方法已经被研究出来，包括重金属迁移法和重金属固定法。蚯蚓粪是一类来自于蚯蚓消化系统，稳定的类似于腐殖质的产品。与堆肥或者商业混合盆栽改良剂相比，在土壤肥力改造过程中，蚯蚓粪由于含氮量高、腐殖质有机化，对土壤提升土壤肥力的影响较好，同时影响微生物的生长和活性，这进而影响了营养矿化的过程。由于蚯蚓粪的高孔隙率，高阳离子交换能力，良好的曝气、排水、蓄水能力以及极高的微生物活动能力，它已经被认为是一种优秀的土壤改良剂和调节器。此外，蚯蚓粪中含有大量的腐殖酸，具有改变重金属分数分布的能力，并且具有羧酸，反应弱有机酸和重金属离子之间质子交换过程的分子结构。因此，蚯蚓粪可能被确定为环境友好型土壤修正方法。

近年来，生物炭，一种碳质材料燃烧提取物，作为一种土壤改良剂引起了众多关注。由于有机碳含量高，有机碳具有用来作为土壤改良剂来改善土壤物理化学和生物化学特性的潜力。通过傅里叶红外光谱仪、X射线衍射和扫描电子显微镜分析，生物炭对于重金属具有很强的吸附亲和力。此外，以前的报道声称生物炭有能力固定重金属以及改善土壤的性质，尤其是微生物群落和土壤酶。酸雨的pH值通常低至3.5-5.6，形成了严重的环境问题，引起了环保人士和公众越来越多的关注。与此同时，随着中国经济的迅速发展，能源需求增加、更大燃煤消耗和更大的污染物排放随之而来。由于硫和氮的大量排放和随后的沉积，中国南部和西南部出现了一系列酸雨。酸雨对生态系统的危害包括水污染、土壤酸化和生物死亡。土壤的性质发生了变化，导致土壤养分在酸雨中流失。雨水中SO42-的不断增加被认为导致了氢离子和其他阳离子的当量浸出。此外，酸雨中的H 可以通过碱基变化过程释放土壤颗粒中的Al3 和Mn2 等重金属离子，对重金属的可用性和环境毒性有较强的影响。最重要的是，酸雨能够改变土壤性质，降低土壤肥力，增加土壤中重金属的毒性。因此，在应用土壤调节剂时，必须考虑酸雨的威胁。

土壤调节剂对重金属污染土壤的修正作用不仅取决于重金属的固定化作用，而且还取决于土壤的肥力改善。土壤养分含量和土壤酶，如酸性磷酸酶和脲酶是土壤肥力的具体生化指标，是土壤养分矿化和循环的重要因子。土壤酶活性在一定程度上反映了土壤中有机质营养矿化潜力的能力。

大量的实验已经对蚯蚓粪和生物炭的修复效果进行了研究。然而，几乎没有任何关于蚯蚓粪和生物炭对受酸雨影响的Cd污染土壤的报道。因此，研究生物调节剂对酸雨胁迫下镉污染的土壤的修复效果是十分重要和必要的。在这个研究中，针对不同的修正方法和不同的酸雨，我们研究:(1)重金属组分分布和重金属钝化效应; (2)土壤肥力的生化指标，如土壤酸性磷酸酶、尿素酶活性; (3)土壤有效养分含量; (4)土壤提取液对修复后种子萌发的影响。

2.材料和方法

2.1土壤，蚯蚓粪和生物炭

本实验研究使用的高度cd污染土壤收集于四川大学实验站，成都，中国（30°38′3Prime;N, 104°5′19Prime;W），一个专门研究重金属污染的站点。所有的土壤样品都是风干的，并通过一个2毫米的筛子筛选出土壤中多余的物质。随后，筛出的土壤样品均质化，以确保Cd在土壤中均匀分布。

本实验采用的蚯蚓粪是从污泥处理厂得到的，蚯蚓用于管理成都生活污水处理厂(30°48′ 17Prime;N, 103°46′21Prime;W)的污泥。本研究中使用的BC来源于废麦秸产品。为了准备生物炭，麦秸粉碎和干燥温度控制在80°C。在加热过程中，压碎和干燥的原料在600°C温度下热解4h获得生物炭产品。土壤、BC和VC的主要特性见表1和表2。

2.2实验设计和酸雨实验

本研究共设置12种治疗方法，包括3种无修正的对照治疗，分别用VC、BC和VC的不同内容分别进行9种治疗。所有治疗均采用不同的酸度，每次治疗均有3次重复。实验设计如表3所示。

该实验是在塑料罐中进行的，分别包含1.0 kg的筛样土壤样品和VC, BC, VC组合BC在温室中保持恒温，防止地区阳光照射。根据成都过去3年的年降雨量855.7 mm和33%的地表径流损失，预计酸雨的喷洒量为3992 mL，用每两月两天的喷淋周期进行酸雨试验。为刺

图1 土壤样品的主要特性

激自然降水，每一次在准备好的土壤上喷洒118.8 mL酸雨。考虑到高温，每天早晚各有59.4毫升酸雨通过喷壶喷洒，减少水分蒸发，保持土壤水分保持能力稳定。在每个罐子的底部都放置了一个塑料盘子，用来收集渗滤液。实验中使用的酸雨来自自然降水(pH值为6.8),酸度由氢氧化钠调整,10倍稀释浓硫酸和硝酸的解决方案,确保酸雨的属性,用于本研究更接近自然情况。经过两个月的酸雨试验，收集了每盆土的土壤，进行进一步的研究。

图2 BC和VC的属性

2.3 Cd物种形成分布分析

用火焰原子吸收光谱法测定土壤中镉的浓度(FAAS: VARIAN, SpectrAA 220FS)，利用改良的欧共体参考(BCR)程序，分离出四种操作上定义的土壤样品，分别为:酸萃取、还原、氧化和残余馏分。采用四步连续提取法，对土壤样品中Cd的迁移率进行了评价。

2.4 土壤酶活性分析

测定了酸性磷酸酶和脲酶活性。酸性磷酸酶的活性被表示为一个小时内pNP微克每克土壤通过孵化每小时1.0克,0.2毫升的甲醇,4.0毫升的柠檬酸缓冲(pH值6.5)和1.0毫升0.025 4-nitrophenyl磷酸二钠盐六水合物(pNPP-Na2)37°C 。脲酶活性表达为NH4 - n微克每克土壤的孵化1.0克每24小时0.2毫升的甲醇,2毫升10%的尿素溶液和4.0毫升柠檬酸缓冲(pH值6.7)为24小时37°C。

2.5 可用的P分析和碱水解氮分析

采用Olsen方法检测碱性土壤中有效磷的含量，风干的土壤在25°C以180转/分的速度工作30分钟提取2.5克和50.0毫升的碳酸氢钠。提取工艺后，用分光光度法测定了有效磷880 nm。

土壤氮碱hydrolysable由碱解扩散法的扩散板包含2.0克的渗风干土样的2毫米和1.0 g Zn-FeSO4还原剂的外室,2.0毫升20 g / L的硼酸指示器在内室,扩散板是在40°C孵化24 h。孵育后，硼酸吸收的氨采用标准H2SO4溶液，浓度为0.005 M滴定。

图3 实验的设计

2.6种子萌发率测定

通过用培养皿培养法建立种子发芽率，以验证土壤调节剂对重金属固定化和生育力的影响。根据hansens - quartey等人的改良方法制备了土壤提取液，采用土壤提取液对生物修复过程后种子萌发进行了研究。为制备土壤提取液，将50.0 g的土壤样品加入到100.0 mL去离子水的烧瓶中。然后，将土壤和去离子水以150r /min的速度振动24小时。在振动过程后，从土壤和水混合物中收集土壤和水混合物，并通过人滤纸过滤。在每一个消毒的培养皿中，都有30种肥厚的大白菜种子(甘蓝菜籽)，用0.5%的高锰酸钾、3个滤纸和10毫升的土壤萃取液灭菌。为了保持滤纸的相对湿度，每天增加1毫升去离子水。经过3天的孵化25°C和70%的相对湿度,记录种子萌发率。

2.7数据分析

在目前的研究中，计算了三次重复的均值和标准差。统计分析p b 0.05(显著)与SPSS(21.0版)一起绘制。所有数据均采用Origin V8.5软件进行。

3.结果与讨论

3.1Cd物种形成分布分析

通过BCR提取法检测土壤中Cd的形态分布，结果如图1所示。结果表明，土壤中Cd的形态分布受到修复和酸雨的影响。在经VC、BC和VC与BC混合的组中，铬的醋酸提取含量的百分比分别下降了5.2-6.8%、9.0-13.5%和7.9% - 12.1%。在相同酸度条件下，对所有组中铬的醋酸提取的含量进行了比较，并对Cd进行了修正，并对Cd进行了最佳的固定化效果，其中铬的醋酸提取的含量小于其他组(BC 4.0处理除外)。当土壤中可提取Cd的百分比下降时，可还原Cd的百分比在VC、BC和VC与BC混合组中分别明显增加26.9-35.7%，37.3-39.3%，34.7-53.7%。然而，Cd的氧化分数百分比总体上呈下降趋势。另外，在土壤中未检测到Cd残留部分，这与Wu等的研究结果一致，其中Cd的残余部分未在经过BC或活性炭修饰的土壤中检测到。据报道，土壤性质和Cd结合能力与土壤中Cd的残留分数含量有关系，土壤中Cd含量低，甚至不含Cd残留部分的含量，可能是由于有机质含量低，土壤Cd结合能力弱。BC的表面有大量的吸附位点和有机官能团，如羧基和酚官能团，可以与土壤中的重金属相互作用。生物炭的核心结构是顽固的,生成的复合物,重金属离子之间的相互作用和BC将比其他复合物形成更稳定的土壤中重金属和其他有机物,导致较低的铬的醋酸提

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