壳聚糖改性不同生物炭在土壤改良和重金属污染修复中的应用

作     者：符帝俊 

作者单位：海南热带海洋学院 

学位级别：硕士

导师姓名：卢徐节;周崟

授予年度：2023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] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：生物炭 壳聚糖改性 土壤改良 重金属钝化 

摘      要：海南湿润的气候条件,降雨使土壤发生强烈淋溶作用,导致土壤酸化、肥力下降。同时重金属的毒性会随着土壤酸化而加强,增加了重金属对作物积累的潜在毒害风险。生物炭(Biochar)因其独特的理化性质,可有效提高土壤的持水保肥能力、钝化土壤中的重金属,但原始生物炭的易饱和是其进一步应用的局限问题。本研究以海南典型农业废弃物为原料,制备稻壳生物炭(BR)、玉米芯生物炭(BC)、甘蔗渣生物炭(BS)、香蕉假茎生物炭(BB),通过引入壳聚糖(Chitosan)对生物炭进行改性。采用酸性土壤改良试验,重金属污染土壤钝化试验,探究壳聚糖改性生物炭应用于固定土壤养分和钝化重金属铅、镉的可行性,以期开发具有高性能和低成本的新型环保材料。经试验研究,得出主要结论如下:(1)表征试验结果表明,生物炭的理化性质与原材料的性质密切相关。四种生物炭均呈碱性(p H7),壳聚糖的负载增加了生物炭的碱度和电导率。壳聚糖改性后四种生物炭的比表面积均有不同程度的下降,孔径增加,表现出更低的C和更高的O含量,同时在3400 cm和1600 cm处的-NH和-OH特征峰得到了增强。(2)酸性土壤改良试验结果表明,四种生物炭和壳聚糖改性生物炭均能提升酸性土壤的p H、EC、有效养分(N、P、K)、阳离子交换量(CEC)、有机质和酶活性含量,不同处理之间存在明显差异。对于土壤P、K、CEC和有机质,未改性生物炭的改良效果更好;对于土壤p H、EC、N、蔗糖酶SUC、脲酶URE,壳聚糖改性生物炭改良效果更好。(3)重金属污染土壤修复试验结果表明,不同处理能够钝化土壤中铅(Pb)和镉(Cd),降低其水溶态、碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态含量,转化为残余态含量,壳聚糖改性生物炭的重金属钝化效果和小白菜(Brassica chinensis)长势要优于未改性生物炭。