生物炭对土壤镉形态转化的影响及其微生物群落作用机制

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liang_yanzhi
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由于工业活动长期发展的影响,农用地土壤受到了十分严重的重金属污染,尤其是镉。近些年,生物炭因其具有高效固镉、环境友好,提高土壤肥力等优良特性,受到越来越多的关注。前期研究侧重于生物炭影响土壤重金属形态转化的化学机制,针对对不同镉污染程度农用地土壤,生物炭影响的微生物群落作用机制,则缺乏足够的重视。因此,本研究将稻秆生物炭(RSB)和稻壳生物炭(RHB)分别添加至低度(Soil-L)、中度(Soil-M)和重度(Soil-H)镉污染的三种农用地土壤中钝化培养,探究了镉形态、土壤性质和微生物群落结构的动态变化。主要研究结果如下:(1)700℃热解温度下制备的稻壳和稻秆生物炭的pH值、C、H、N等元素百分比含量差异并不明显,但RHB的比表面积(199.15 m~2/g)是RSB的比表面积(3.86m~2/g)51.6倍。相比对照(CK),RSB分别降低了Soil-L、Soil-M和Soil-H中酸提取态镉含量的21.3%、20.8%和11.4%,而RHB分别降低了24.8%、27.2%、13.6%。在这三种土壤中,5%(w/w)投加量的RSB和RHB均更适用于修复轻度和中度镉污染的农用地土壤。此外,在Soil-L和Soil-M中,生物炭主要是通过对微生物群落的调控进而间接地降低土壤中镉有效性;而在Soil-H中,生物炭主要通过自身的直接吸附作用降低镉有效性。(2)除了对铵态氮(AN)和蔗糖酶有一定的抑制作用,两种生物炭的施加使得三种土壤中p H值增加了0.4~2.78个单位,土壤有机质(SOM)的含量提高了0.40~1.89倍,阳离子交换量(CEC)提高了0.11~4.10倍,有效磷(AP)的含量增加了0.19~1.72倍,速效钾(AK)的含量提高了0.37~9.61倍,且过氧化氢酶的含量提高了0.06~2.85倍。它们对土壤有机质的促进效果相当,而对其余土壤指标的改善程度均表现为稻杆生物炭优于稻壳生物炭。这些土壤指标的改变可能影响土壤中镉形态转化。(3)RSB的施加抑制了三种土壤中细菌群落的丰富度和多样性,且降低了Soil-L和Soil-M土壤中微生物群落之间的联系。在Soil-L中,p H、SOM和CEC是影响细菌群落结构的关键因子;在Soil-M和Soil-H中,SOM、CEC、p H及BF-Cd是影响细菌群落组成的主导因素;酶活性在影响土壤真菌群落结构中发挥着重要作用。RHB的施加对抑制了Soil-L中细菌群落的丰富度,但提高了Soil-M中细菌群落和三种土壤中真菌群落的丰富度和多样性,且增强了Soil-L和Soil-H中微生物群落之间的联系。RHB施加后,BF-Cd和蔗糖酶是影响Soil-L中细菌群落结构的关键因子,BF-Cd和p H是影响Soil-M中细菌群落结构的关键因子,SOM和蔗糖酶是影响Soil-H中细菌群落结构的关键因子,而过氧化氢酶是唯一显著影响Soil-L和Soil-M中真菌群落结构的环境因子。
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