摘要
长期以来，畜禽粪便作为有机肥料施入土壤后，其残留的重金属和抗生素对土壤健康构成严重威胁，因此有关土壤重金属抗生素复合污染的研究备受关注，本研究以苹果枝条、玉米秸秆、谷子秸秆三种农业废弃物为原料，在不同热解温度(300、450和600℃)下制备生物炭，通过吸附试验筛选出对土霉素(Oxytetracycline,OTC)、镉(Cadmium,Cd)吸附效果最佳的热解温度生物炭，用H3PO4改性并用于吸附及盆栽试验。盆栽试验中以小白菜为试验材料，通过外源添加四水硝酸镉和盐酸土霉素的形式模拟污染土壤，探讨不同生物炭(筛选出的苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆最佳热解温度原生物炭及H3PO4改性生物炭)对小白菜生理特性及土壤理化性质的影响，并探究OTC、Cd及四环素类抗性基因在土壤-植物体系中的残留规律。本研究可为生物炭在OTC-Cd复合污染土壤修复中的应用提供科学依据，为蔬菜的安全生产提供参考，并为农业废弃物资源化利用提供有效途径。主要研究结果如下: (1)600℃热解条件制备的苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭对OTC、Cd的吸附效果最佳，600℃H3PO4改性谷子秸秆生物炭对OTC的吸附量最大; (2)OTC-Cd复合污染可对小白菜抗氧化酶活性造成影响，降低小白菜品质，而对小白菜养分含量无显著影响。添加生物炭可缓解OTC-Cd复合污染对小白菜的毒害作用，提高小白菜品质; (3)OTC-Cd显著抑制了土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和脱氢酶活性，并可降低土壤pH和阳离子交换量，对其他土壤肥力指标影响不显著。添加生物炭可以缓解OTC-Cd对土壤酶活的抑制作用，苹果枝条和谷子秸秆生物炭对土壤酶活的激活作用优于玉米秸秆生物炭，对土壤脱氢酶的增幅最大，为41.19％; (4)小白菜不同组织中OTC、Cd的残留量差异较大，根部＞地上部。生物炭可减少小白菜根部和地上部及OTC、Cd的残留量，并减少土壤中OTC及有效态Cd含量,使可交换态Cd向有机态和残渣态Cd转变。土壤-植物体系中抗生素抗性基因相对丰度差异很大，且不同基因在小白菜不同组织中的残留规律不同，土壤和植物中相对丰度最大的基因为tetM,其次为基因tetB。生物炭在门水平可提高芽变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度，在属水平上可提高RB41、Cellvibrio(纤维弧菌属)和Altererythrobacter(交替赤杆菌属)的相对丰度，增幅分别为261.39％、161.80％、121.43％、和63.33％; (5)谷子秸秆生物炭对污染土壤及水体的修复效果均优于苹果枝条和玉米秸秆生物炭。
NETL