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基于赤泥土壤化的披碱草种植对dom分子多样性的影响研究

基于赤泥土壤化的披碱草种植对DOM分子多样性的影响研究

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作者：张熙内蒙古大学

学位级别：硕士

赤泥是氧化铝生产过程中产生的高碱性固体废弃物,目前全球累积堆存量已高达50亿吨,赤泥的大量堆存严重威胁堆场周边土壤、水体及大气的生态环境,其处置已成为制约铝行业可持续发展的关键问题。而通过降碱和培肥改善赤泥理化特性以实现... 详细信息

赤泥是氧化铝生产过程中产生的高碱性固体废弃物,目前全球累积堆存量已高达50亿吨,赤泥的大量堆存严重威胁堆场周边土壤、水体及大气的生态环境,其处置已成为制约铝行业可持续发展的关键问题。而通过降碱和培肥改善赤泥理化特性以实现耐性植物定植,可加速赤泥向土壤基质的转变,并有效降低其环境风险,是目前最具前景的赤泥规模化处置策略。本研究选取联合法赤泥为研究对象,采用绿矾和酸性有机材料调控赤泥碱性,通过盆栽实验,探究披碱草种植在驱动赤泥向土壤基质转变中的关键作用,并借助FT-ICR MS质谱技术,从分子水平揭示披碱草种植下的赤泥溶解性有机质(dom)结构特征,阐明植物-赤泥反馈对成土过程中dom演化的影响机制。主要研究结果如下:(1)改良剂的施用改善了赤泥理化性质,促进了披碱草的定植和生长。与CK相比,添加5%绿矾使披碱草的株高和根长分别从10.2 cm和4.5 cm显著增加到33.3 cm和21.8 cm。添加3%绿矾和2%的硝基腐殖酸为披碱草提供了最佳的生长条件,生物量和株高增至最大,分别为2.4 g和39.7 cm。进一步增加改良剂的添加量导致植物生物量和根长显著降低,说明添加过量改良剂引起的高盐度可能会抑制植物的生长。(2)披碱草定植促使CK处理中的p H和TA从10.8和52.6 mg/kg降低至10.0和47.4 mg/kg;而在添加绿矾改良的处理中,披碱草生长导致赤泥的p H、TA和ESP都呈上升趋势,说明植物根际效应促进了赤泥中碱性矿物的溶解,相反,长期浸出和植物吸收促进了赤泥的EC值降低。同时,植物生长导致赤泥的DOC含量降低,而有效氮、磷含量增加,披碱草定植显著提高了赤泥中脱氢酶、脲酶和磷酸酶活性,促进了氮、磷养分循环。(3)披碱草生长促使CK处理中的大团聚体组分占比从31.7%显著增加到34.3%,粘粒组分占比从40.4%降低到36.0%。在植物生物量最高的绿矾和硝基腐殖酸联合处理中,大团聚体组分占比达到最高值51.1%,粘粒组分显著减少。同时,植物生长后MWD、GWD和SI值均增加,D值降低,与团聚体粒径分布变化趋势一致。结构方程模型表明植物生长直接促进了赤泥中团聚体的形成与稳定。(4)植物生长诱导赤泥中的dom分子数量从3431增加到4267,脂类、木质素/富里酸、碳水化合物、脂肪族/蛋白质、单宁等主要化合物明显增加,其中,脂肪族/蛋白质类物质在植物定植初期易被分解利用。同时,赤泥中dom分子的饱和度升高,相反氧化性和芳香性降低。相关性分析显示(M/Z)、(O/C)、(DBE)、(AI)、(NOSC)与大团聚体呈显著负相关,(H/C)与大团聚体和平均重量直径呈显著正相关,赤泥dom中饱和度高的物质可能更有利于团聚体的形成和稳定。

关键词：联合法赤泥披碱草成土机制团聚体形成 dom分子多样性

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