不同粒径和种类环境颗粒物对土壤中菲生物有效性的影响

作     者：张海彤 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：迟杰

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：环境颗粒物 共存 粒径 蚯蚓 生物有效性 多环芳烃 

摘      要：生物炭和微塑料在土壤环境中往往是共存的。这两种颗粒物通常粒径小、比表面积大,对有机污染物吸附能力较强。然而二者之间是否相互作用从而影响吸附污染物的能力和土壤中污染物的生物有效性,尚不清楚。因此,本文选取两种不同粒径(10～20目和80～140目)的小麦秸秆生物炭(400℃热解,分别命名为LBC和SBC)和聚乙烯塑料(LPE和SPE),菲作为目标污染物,研究了不同粒径生物炭和聚乙烯塑料共存对菲吸附的影响,以及对土壤理化性质、菌群结构的影响进而对土壤中菲生物可利用性的影响。论文取得主要成果如下:(1)颗粒物表征结果显示,同种颗粒物不同粒径间的差异主要体现在总比表面积和孔结构以及表面官能团数量上,小粒径的颗粒总比表面积更高,孔结构更发达,表面官能团数量更多。(2)吸附等温线结果显示,颗粒物对菲的吸附均符合Freundlich模型(R=0.946～0.981)。单一颗粒物吸附菲的能力(lg K)顺序为:SBC(2.55)SPE(2.49)LPE(1.87)LBC(1.49)。当颗粒物1:1共存时吸附能力(2.25～2.78)强于单一颗粒,并且高于两相Freundlich模型预测值,说明菲在生物炭和聚乙烯塑料混合物上的吸附不是独立的。同时,混合颗粒物吸附平衡溶液中溶解性有机质(DOM)浓度和芳香度明显下降,DOM浓度与所有颗粒物的lg K显著负相关,即颗粒物对菲的吸附不仅受颗粒物表面性质的影响,并受DOM控制。(3)土壤中菲生物有效性结果显示,添加颗粒物可显著降低土壤中正丁醇可提取菲(有效态)的浓度(降幅8.02%～81.76%),实验初始菲生物有效态占比与颗粒物lg K显著负相关。无论有无蚯蚓(威廉环毛蚓,Pheretima guillelmi),颗粒物的加入均会抑制土壤中菲的降解(降幅12.11%～45.15%),并与实验初始菲生物有效态占比显著正相关,说明颗粒物的吸附能力是影响土壤中菲微生物降解的主要原因。此外,蚯蚓对菲的富集量较低(1.17～3.52 mg·kg),颗粒物的加入抑制了菲的解吸和蚯蚓对菲的富集,影响程度与颗粒物吸附能力有关。(4)16S rDNA结果显示,蚯蚓是影响土壤菌群结构的主控因素。添加颗粒物和蚯蚓均能使土壤理化性质(有效态氮和磷、DOM、持水率、p H和Eh)的数值上升。其中有效态氮含量是土壤菌群结构变化的关键原因(贡献度72.20%)。降解菌丰度与菲降解率间相关性不强,本研究中菲的降解主要受控于菲的生物有效性。但是一些情况下微生物对菲的降解起一定作用。