生物炭与Cd耐受菌复配对Cd污染土壤修复及小白菜安全生产的影响

作     者：石阳阳 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：伍钧

授予年度：2020年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 120405[管理学-土地资源管理] 0713[理学-生态学] 

主      题：土壤 Cd 微生物修复 生物炭 小白菜 

摘      要：农田土壤Cd污染严重阻碍了我国农产品安全生产,同时也对生态系统的健康产生了巨大威胁。土壤Cd污染单一修复技术存在其局限性,为了实现中轻度Cd污染农田土壤的安全利用,可采用多种材料复合修复方式,来保障农产品质量安全。本研究从重度Cd污染土壤中分离筛选出一株对Cd吸附性较好的菌株M6,通过SEM-EDS、FTIR、XPS分析及M6胞内胞外Cd分布状况初步探讨其对液体培养基中Cd吸附机制。土培试验表明,接种菌株M6能够有效降低土壤DTPA-Cd(DTPA提取态Cd)含量。因此,本文以玉米秸秆生物炭、松木生物炭、M6菌剂为试验材料,通过盆栽试验,研究了1%、2%比例的玉米秸秆生物炭和松木生物炭、M6菌剂单一及复配处理对Cd污染土壤基本理化性质、土壤酶活、土壤DTPA-Cd含量、小白菜生长状况、产量、品质及Cd积累量的影响,进而探讨生物炭与M6菌剂复配处理对Cd污染土壤的修复效果,以期为生物炭-Cd耐受菌用于中轻度Cd污染土壤修复提供理论依据。主要研究结果如下:(1)从重度Cd污染土壤中分离出14株对Cd耐受较强的菌株,通过测定其对液体培养基Cd吸附效果,筛选出1株对液体培养基中Cd吸附效果最好的菌株,命名为M6,经鉴定为Delftia sp。M6最适培养条件为:35℃,p H=7,120 r/min,Na Cl质量分数范围为0～1%。在温度为35℃、p H为7、培养时间为48 h、初始Cd浓度为10 mg/L时对Cd吸附率最高,为71.5%。菌株M6胞外有多种官能团参与Cd吸附过程,其对液体培养基中Cd去除机制包括胞内积累和胞外吸附,Cd在菌体表面以Cd(OH)形式存在。(2)2%生物炭与菌剂复配处理均能够改善中轻度Cd污染土壤理化性质。其中,2%玉米秸秆生物炭与菌剂复配处理(M-E)效果最优,土壤p H显著高于CK(P0.05),CEC(阳离子交换量)和速效养分含量明显增加。有机质含量增幅最大,比CK高94.28%。土壤DTPA-Cd含量最低,比CK低25.03%,显著低于2%玉米秸秆生物炭处理(M-D)和菌剂处理(A)(P0.05)。(3)2%玉米秸秆生物炭与菌剂复配处理(M-E)土壤脲酶活性和蔗糖酶活性最高,分别比CK高68.35%和89.93%,且显著高于2%玉米秸秆生物炭处理(M-D)和菌剂处理(A)(P0.05)。1%松木生物炭与菌剂复配处理(P-C)土壤过氧化氢酶活性高于1%玉米秸秆生物炭与菌剂复配处理(M-C)。(4)2%玉米秸秆生物炭与菌剂复配处理(M-E)小白菜产量、根长、根重、株高、叶面积最佳。小白菜可溶性蛋白质和可溶性糖类含量最高,均显著高于2%生物炭处理(M-D)和菌剂处理(A)(P0.05)。菌剂处理(A)能够一定程度上提高叶绿素含量,与CK相比增加3.91%,各处理小白菜维生素C含量均低于CK。(5)试验处理均能够显著降低小白菜Cd含量,其中2%玉米秸秆生物炭与菌剂复配处理(M-E)小白菜Cd含量最低,显著低于2%玉米秸秆生物炭处理(M-D)和菌剂处理(A)(P0.05)。小白菜Cd含量为0.165 mg/kg,达到《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)规定中叶菜类蔬菜Cd含量0.2 mg/kg的限值。相关性分析表明,小白菜Cd含量与土壤p H、有机质含量、脲酶和蔗糖酶活性呈负相关,与土壤DTPA提取态Cd含量呈正相关。综上所述,2%玉米秸秆生物炭与菌剂复配处理对中轻度Cd污染土壤改良、修复效果最佳,有利于改善小白菜品质,实现安全生产。