摘要
随着全球经济的发展，越来越多的土壤问题逐渐显露，包括土壤重金属污染、土壤退化、土壤酸化等。由于生物炭比表面积大、官能团多、碱性强等，被广泛用于土壤修复。生物炭施入土壤后，可以吸附土壤中的金属，影响金属的植物有效性。田间条件下，植物根系分泌有机酸降低土壤pH，影响金属的移动性，进而影响金属有效性。本文利用两种不同的生物炭，从微量元素入手，利用各种批量实验以及相关表征研究生物炭吸附微量元素的机制，再利用溶液和盆栽实验相结合，探究有机酸对施加生物炭土壤中微量元素的影响。主要研究内容和结果如下: (1)利用玉米秸秆和牛粪生物炭吸附微量元素，通过批量吸附实验以及吸附机制实验，探究两种生物炭对微量元素的吸附特性、机制以及各个吸附机制的占比。结果表明，对微量元素的动力学吸附行为均符合准二级动力学，对Fe2+、Cu2+的等温吸附过程更符合Freundlich方程，对Mn2+和Zn2+的等温吸附更符合Langmuir方程，且牛粪生物炭吸附微量元素的效果更好。不同生物炭对不同金属离子的各个机制贡献不同，但主要是以离子交换或矿物沉淀为主，且牛粪生物炭的矿物沉淀和离子交换的占比范围(88.14％～90.63％)大于玉米秸秆生物炭(76.71％～87.65％)，说明生物炭的灰分对吸附具有重要作用。 (2)选用两种有机酸进行矿物溶解实验，研究微量元素在生物炭和低分子量有机酸共存时不同时间下的迁移行为。结果表明，两种有机酸的施加会导致土壤溶液的pH值下降，随着中和反应的进行，pH值会有所上升，且24h反应前施加柠檬酸的土壤溶液pH值均低于苹果酸处理。与对照相比，有机酸的施加会导致土壤溶液EC增加，随着时间的增加逐渐下降。有机酸的施加导致土壤中铁和锰的溶出，但生物炭的施加对金属的溶出的阻碍有限。 (3)利用白羽扇豆作为受试植株进行盆栽实验，研究生物炭的施加是否会影响植物的微量元素营养。结果表明当种植白羽扇豆后，由于有机酸的分泌，导致根际土壤中有效P的含量降低，从而影响了磷酸酶的活性。施加生物炭底土种植的白羽扇豆，其体内铁含量下降，出现缺铁症状。 (4)通过16S rRNA基因测序，探究生物炭与有机酸共存对细菌群落的影响。结果表明，生物炭的施加会引起一些根际促生菌数量的增加，如剑菌属(Ensifer)、假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)等。另外RDA分析结果可知，土壤中pH值、C/N、C、N和有效P对细菌群落结构有明显影响。
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