生物炭及壳聚糖改性生物炭吸附根皮苷机理及其应用

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haideliliang
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连作障碍是指连续在同一区域种植同种作物或者近缘作物而引起的作物生长发育异常的现象,主要表现为:植株生长缓慢、叶片小、根系发育不良、病虫害加重等。目前老果园连作问题日益加剧,酚酸类物质(主要是根皮苷)是造成苹果连作障碍的重要原因,为了缓解连作问题对果园带来的影响,降低土壤中的根皮苷含量,减轻其对果树根系的伤害,对果树生长具有重要意义。生物炭是一种低成本且环保的吸附剂,已被用来吸附许多有机以及无机污染物且效果显著,生物炭也可作为一种改良剂来改良土壤,因此,选择生物炭对根皮苷进行吸附并结合盆栽实验检测应用效果。主要研究内容及结果如下:1.制备了300℃、400℃和500℃不同热解温度的生物炭,分别记做BC300、BC400和BC500,进行表征(FT-IR、XRD、SEM),并分别以不同生物炭浓度对根皮苷溶液吸附不同时间。BC300具有更多官能团以及更稳定的结构,并且在生物炭以6g·L-1的浓度吸附24 h时对根皮苷达到最佳的去除率,为70.50%。2.不同热解温度的生物炭与根皮苷应用于平邑甜茶幼苗盆栽实验,共设置8个处理:对照(CK)、根皮苷(T1)、BC300(T2)、BC400(T3)、BC500(T4)、BC300+根皮苷(T5)、BC400+根皮苷(T6)、BC500+根皮苷(T7)。其中根皮苷处理显著抑制幼苗的生长,其株高、鲜重和地径分别为对照的90.62%、71.20%和77.31%,其抗氧化酶活性、土壤酶活性以及土壤可培养微生物数量也显著降低。BC300可以最好的缓解根皮苷的影响,与根皮苷处理相比,BC300+根皮苷处理的生物量显著增加,SOD、POD和CAT活性分别提高了39.94%、171.00%和237.82%,MDA含量下降了36.71%。BC300+根皮苷处理显著减少了土壤中的根皮苷含量,提高了土壤酶活性、土壤中可培养微生物的数量以及镰刀菌基因拷贝数,其中真菌数量为根皮苷处理的50.48%。生物炭处理与对照相比均对幼苗的生长有促进作用,其中BC300处理效果最佳,且对根皮苷的缓解效果最好。综上,选择BC300进行改性,并进行吸附及盆栽实验。3.选择壳聚糖对BC300进行改性得到壳聚糖改性苹果枝生物炭CBC300,并对改性前后生物炭进行表征(FT-IR、XRD、SEM和BET),改性后生物炭增加了更多的官能团及吸附位点。将CBC300与BC300进行吸附实验,在最佳实验条件下,CBC300对根皮苷的去除率达到90.76%。在初始溶液pH为9.0时两种生物炭可达到最佳吸附量(BC300吸附量为10.62 mg·g-1,CBC300吸附量为13.80 mg·g-1)。Langmuir等温方程和伪二级动力学方程可以更好地描述两种生物炭对根皮苷的吸附过程。4.改性前后生物炭及根皮苷应用于平邑甜茶幼苗盆栽实验,共进行6个处理:对照(连作土壤CK)、根皮苷(G)、BC300(BC300)、CBC300(CBC300)、BC300+根皮苷(BC300G)、CBC300+根皮苷(CBC300G)。与BC300处理相比,CBC300的生物量、抗氧化酶活性、土壤酶活性以及土壤可培养微生物数量均有所提高。与BC300+根皮苷处理相比,CBC300+根皮苷处理的生物量、抗氧化酶活性、土壤酶活性均有所提高,其中脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶和过氧化氢酶分别提高了23.66%、10.78%、17.24%和3.68%。MDA含量以及镰刀菌基因拷贝数有所下降。表明CBC300可以有效缓解根皮苷对幼苗的胁迫,并且效果优于BC300。
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