气候变暖背景下炭基材料改良铜污染农业土壤的效果及应用

作     者：夏东方 

作者单位：河南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：寇太记;刘源

授予年度：2022年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：冬小麦 夜间增温 铜污染 炭基材料 

摘      要：农业土壤中的铜(Cu)污染和气候变暖都潜在地影响着我国小麦生产,目前一些炭基材料被用于到改良土壤铜污染,然而随着气候变暖,这些炭基材料的改良作用是否发生改变,目前还尚不清楚。为了探究未来气候变暖条件下,不同的炭基材料对土壤铜污染的改良效果,本研究利用田间被动式夜间增温系统模拟未来不对称的气候变暖,以河南的主要农作物小麦作为供试材料,设置正常(NT)和增温(HT)2个主处理,对照(CK)、土壤铜污染(Cu)、腐殖酸1(F1)、腐殖酸2(F2)、生物炭(C)5个副处理,进行大田原位盆栽试验,在研究期间,夜间增温装置增加麦田土壤温度作用明显,增温幅度是0～4.6℃,平均增温0.57℃。通过研究增温条件下,不同炭基材料对铜胁迫下成熟期小麦各部位的物质积累、氮磷铜素含量及其利用情况的影响,以探讨未来气候变暖条件下,不同的炭基材料对铜污染农业土壤的改良修复效果。结果表明:(1)基于成熟期小麦生物量知,在NT、HT条件下,铜污染均造成小麦生物量减少,生物炭(C)改良铜污染土壤造成小麦总生物量显著降低,腐殖酸F1、F2用于改良铜污染土壤显著降低了小麦地上部和总生物量,且F1下的负效应更大。相比NT,HT条件下,F1、F2、C三种改良材料,F2在改良铜污染时造成的小麦生物量的减少影响更小,更适合用于改良有作物生长的铜污染土壤。(2)在NT、HT环境下,铜污染均显著增加了小麦各部位的铜含量,但铜污染显著降低了茎向叶和茎向穗的铜(Cu)迁移系数,但对根向茎的铜(Cu)转移系数影响不大;铜污染土壤添加腐殖酸F1、F2不同程度降低了铜污染下小麦根、茎、叶和穗中铜的含量,添加生物炭C显著降低了小麦茎、叶中铜的含量,但是对其他部位影响不大;但添加腐殖酸F1、F2以及生物炭C对铜在小麦不同部位间的迁移系数无显著影响。相较于生物碳C,腐殖酸F1、F2能更有效地缓解铜污染造成的小麦穗部铜含量增加,改良铜污染土壤效果更佳。但增温使腐殖质F1、F2在缓解铜污染造成的穗部铜含量增加的效果减弱,而生物碳C缓解铜污染造成小麦茎、叶铜含量增加的效果增强。(3)在NT、HT环境下,铜污染不同程度提高了成熟期小麦根、茎、叶、穗的含氮量,但降低了小麦的氮素收获指数;添加炭基改土材料F1、F2、C可不同程度降低小麦根、茎的含氮量,并明显缓解铜污染造成的小麦氮素收获指数降低。增温使添加F1、F2处理的小麦茎、叶含氮量和氮积累量显著提高,且腐殖酸F2的效果更佳,而添加生物炭C则显著降低了小麦的氮积累量;但添加三种改土材料均有显著的缓解铜污染造成的成熟期小麦氮素收获指数降低效果。(4)在NT、HT环境下,铜污染将显著增加小麦茎部磷含量,但降低了麦的磷素收获指数;添加F1、F2、C改土可抑制小麦茎部磷含量的增加,但却缓解了小麦磷素收获指数明显的降低。增温使添加腐殖酸F1、F2显著缓解铜污染造成的小麦地上部位的磷积累量的降低现象,F2效果更好,但添加生物炭C的缓解铜污染的影响不够理想。