生物炭添加对土壤中三氯生的吸附机理及生物有效性的影响

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三氯生(triclosan,TCS)作为药品和个人护理品中常见的杀菌消毒剂而被广泛应用,因而越来越多的环境介质和生物体中可以检出TCS的存在。污泥中含有较多的TCS,当大量污泥作为农田肥料施用后,其中TCS会在土壤和生物体中富集,对生物体产生慢性毒害作用,同时也会通过食物链影响人体健康。生物炭(biochar)作为一种绿色的可再生能源,其多孔结构和较大的比表面积对有机物污染物具有较强的吸附作用,将其添加到土壤中后可以降低污染物在土壤中的化学活性和生物毒性,降低污染物的环境风险。本文以互花米草资源化利用为出发点,在300℃和600℃下将其热解分别制得BC300和BC600两种生物炭,结合生物炭的理化性质表征结果,探究生物炭的添加对土壤吸附TCS的影响及其机制;利用盆栽实验,研究生物炭的添加对污泥施用的土壤中TCS植物有效性的影响;采用PLFA标记法研究生物炭添加对污泥施用土壤中微生物群落结构的影响。主要结果如下:1)采用批量平衡法研究了生物炭(BC300和BC600)添加对土壤吸附TCS的影响及其机制。结果表明,BC300内含有的未炭化有机质,对TCS的吸附以分配作用为主,有利于对高浓度TCS的吸附;BC600有较大的比表面积,对TCS的吸附以表面吸附为主,有利于对低浓度TCS的吸附。生物炭添加能够促进土壤对TCS的吸附,且吸附量随生物炭添加比例的增加而增加;添加BC300的土壤对TCS的吸附量要显著高于添加BC600的土壤,这主要与生物炭的结构特征及其对土壤pH值的影响有关。因此,添加300℃下制备的互花米草生物炭可以有效地降低土壤中TCS的环境风险。2)向含有TCS污泥的土壤中分别添加BC300和BC600生物炭,添加的质量百分比分别为0%、1.0%、2.0%和5.0%,盆栽植物为萝卜和黄瓜,进行了为期90 d盆栽实验。实验结果表明,添加BC300生物炭的所有处理对萝卜和黄瓜的生物量没有显著影响(p>0.05);添加2%BC600生物炭显著增加了萝卜和黄瓜的生物量(p<0.05),而添加其它比例BC600的处理对萝卜和黄瓜的生物量没有显著的影响(p>0.05)。添加生物炭的土壤中TCS含量显著低于原始土壤;种植植物的土壤中TCS含量要明显低于未种植植物对照组;生物炭能够降低黄瓜根系对TCS的吸收,且随着生物炭添加量的增加,黄瓜根系中TCS含量越低;生物炭添加降低了萝卜根系中TCS含量,但随生物炭添加量没有变化。3)利用PLFA探究了不同生物炭处理对种植萝卜和黄瓜盆栽土壤中微生物多样性的影响,结果表明,种植萝卜和黄瓜的土壤中,添加不同质量百分比BC300和BC600的处理,土壤中微生物含量要普遍高于未添加生物炭处理的土壤,且随着生物炭添加量的增加而增加;种植植物土壤中的总脂肪酸含量、总细菌脂肪酸、革兰氏阳性菌脂肪酸、革兰氏阴性菌脂肪酸、真菌脂肪酸和放线菌脂肪酸要普遍低于未种植植物的土壤;种植萝卜和黄瓜的土壤中总细菌脂肪酸含量分别占磷脂脂肪酸总量的72.34%-78.43%和72.43%-75.82%,两种盆栽土壤微生物群落都以细菌为主,其次为真菌,最后是放线菌;土壤微生物磷脂脂肪酸组成的主成分分析结果表明,种植萝卜的土壤中,生物炭的添加改变了土壤微生物群落结构。总体来看土壤微生物群落结构不仅受到生物炭种类的影响,还可能受植物种植种类的影响。
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