本文探究了作物秸秆炭对植物积累重金属的影响，在缺氧条件下，将粉碎过的小麦秸秆高温裂解，制备成小麦秸秆炭，施入水稻盆栽中，并外源添加镉作无镉、低镉、中镉、高镉四个水平的处理，测定土壤及水稻籽粒中的镉含量。结果表明，无外源镉添加时，小麦秸秆炭的施入会显著提高土壤中的有效镉含量，1%、2%小麦秸秆炭（质量分数）分别提高了83.2%、111%，但对水稻籽粒中的镉积累量无显著影响；而在有外源镉加入时，小麦秸秆炭仅可显使高镉处理下土壤中的有效态镉含量显著降低，1%、2%的施用量分别降低了22.99%、17.77%；小麦秸秆炭可降低水稻籽粒中的镉含量，其中效果最好的是低镉胁迫下，施用2%的小麦秸秆炭，籽粒中镉的积累量下降了29.41%。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Keywords1
引言1
1 材料与方法3
1．1 试验材料3
1．2 试验方法3
1．3 测定项目3
1．3．1 土壤中有效态镉含量3
1．3．2 水稻籽粒中镉含量4
1．4 数据处理4
2 结果与分析4
2．1 小麦秸秆炭对土壤中有效态镉含量的影响4
2．2 小麦秸秆炭对水稻籽粒吸收镉的影响4
2．3 土壤中有效态镉含量与水稻籽粒中镉积累量之间的联系5
3 讨论6
3．1 土壤中有效态镉含量6
3．2 水稻籽粒中镉积累量6
3．3 总结6
致谢7
参考文献7
小麦秸秆炭在不同施用量下对水稻籽粒吸收重金属镉的影响
引言
引言：21世纪以来，社会与经济迅速发展，伴随而来的是各种各样的环境问题，农田重金属污染是不可忽视的一项，在土壤的重金属污染中，镉（Cd）污染引起了人们的高度重视，各种产业如采矿、冶金等的发展使得土壤镉危机愈加严重。一般情况下，土壤中的镉具有两个源头：其中一个是土壤的成土母岩中本来就存在的元素镉，但这部分镉含量较低；另一个是人类活动使土壤中的镉含量上升，主要源于工业“三废”的排放、汽车尾气的扩散、有镉污水不 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
经处理的排放以及大量使用含镉化学品，人为活动是造成土壤中的镉含量超过标准的主要因素[1, 2]。
镉对人类来说是非必需元素，并不会以单质形态在大自然中存在，通常状况下含量很低。当环境没有被镉污染时，它并不会损害人体健康，但如果被镉污染，镉就会在植物及牲畜体内不断积累，直到其通过食物链进入人的身体，使人发生慢性中毒。人体将镉吸入体内后，镉会与硫结合，形成镉硫蛋白，选择性地在肝、肾等器官中积累，肾可吸收进入人身体近33%的镉，除肾以外，镉也会在其他器官积累，比如脾、胰、甲状腺和毛发等。镉会损坏人体的肾小管，使患者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿等诸多病状。另外，镉对呼吸道也会产生一定影响，病者如果长期暴露在被镉污染的空气中，会失去嗅觉症、产生牙龈黄斑或渐成黄圈等症状。镉还会使骨骼病变，使患者骨骼萎缩、变形以及骨质疏松。人们如果长期在镉超标的空气中生存或是吃了镉污染的食品，对人体的损伤将十分严重，在日本就曾经因为镉中毒流行过所谓的“痛痛病”。水稻具有极强的富集镉的能力，可以通过灌溉用水或土壤将镉聚集到水稻的整个植株，水稻是我国人民的粮食作物之一，是绝大部分人民的主要食物[3]，这极大地增加了人体吸入镉的风险。所以，为了保障身体健康，减少人体对镉的吸收，调控水稻籽粒对镉的积累迫在眉睫。
生物炭是生物质在限氧条件下进行高温裂解形成的，据报导，生物炭不仅分解速率慢，还能促进植物发育成长、并使重金属及有机污染物的有效性降低，这是由于生物炭有较大的比表面积和微孔结构，并具有丰富的表面化学性能，能通过吸附或共同沉淀作用使重金属的有效性下降，从而缓解环境危机[4]。生物炭可以从不同材料中获得，其作为土壤改良剂，具有吸附重金属的功能。Luke等研究发现，在被砷污染的土壤中，施用生物炭栽种番茄，可使番茄根部和秧苗中的砷含量显著下降，并且砷的毒性以及其迁移转变的几率均降至最低[5]； 梁峰等研究发现，0.1 g改性柚子皮生物炭可消除100 mL浓度为10 mgL1的溶液中93%的Cd2+[6]。常见生物炭对重金属的吸附机理如表4所示[710]：
表1 常见生物炭对重金属的吸附作用
Table 1 Absorption of Heavy Metals by Common Biochar
污染物
生物炭原料
热解温度/℃
作用机理
Cd
玉米秸秆、棉杆、麦秸、稻草、杨树
600
吸附和表面官能团作用
Pb、As
蔗渣

提高pH和DOC，提高移动性
Cd、Pb、Cu、Zn、Ni
木材

吸附，含有机物络合
Cd、Pb、As、Cu、Zn、Ni、Cr
污水污泥
450
有机质作用
现已有很多研究是关于生物炭是如何降低污染土壤中重金属生物有效性从而降低重金属进入食物链的风险的，然而人们对作物秸秆的吸附能力关注较少，作物秸秆经常被作为制备生物炭的原材料。在中国，秸秆的年总产量超过6亿吨，其中，水稻秸秆1.1吨，小麦秸秆1.3亿吨，玉米秸秆2.3亿吨。目前，25%的作物秸秆在收获季节都会被焚烧以清除作物残余物[11]，这种秸秆处理方式会损害环境质量和人体健康，因此需要开发有效的替代方案，寻求回收大量农业残余物的方法。秸秆中含有大量有价值的营养素，可作为有机碳的天然补充剂，回到农田以保持土壤肥力和作物生产力[12]。许多研究表明，作物秸秆的还田有提高土壤碳储存和有效养分（P、K、Ca和Mg）的能力，这些能力有益于植物的生长[13]。
李瑞月等以秸秆为原料制备秸秆生物炭，探究秸秆炭对溶液中Cd2+的吸附机理。不同秸秆原料制备的生物炭对Cd2+有不同的吸附效果[14]。有研究显示，小麦生物炭含有丰富的纤维素，血红素、木质素和二氧化硅[15]， 可以为重金属提供结合的场所[16]，从而实现对镉的吸附。等温吸附模型主要有两种，一种是Langmuir 等温吸附模型，此模型的理想情况为，分子间无任何相互反应的单分子层吸附在均一的表面上发生；[17]另一种是Freundlich 等温吸附模型，此模型是用来表达多分子层吸附的，在浓度比较高时，吸附容量不断上升，常用于描述物理吸附。李瑞月等研究发现[14]，小麦秸秆炭对Cd2+的吸附同时符合以上两种吸附模型，并且小麦生物炭和水稻生物炭对Cd2+的吸附速率要比玉米秸秆炭对Cd2+的吸附速率高很多。这说明小麦秸秆炭对于Cd2+的吸附是多分子层吸附，并且其在镉浓度较高时吸附容量会持续上升；小麦秸秆炭中碳酸盐、磷酸盐等无机矿物成分含量和CEC较高，溶液中的Cd2+可能是剧烈的化学沉淀作用除去的。Liqiang Cui等研究发现，小麦秸秆炭可以高效固定受污染的水稻土中的镉，将可交换态的镉转变为相对稳态的形式，从而对土壤中镉的生物有效性进行调整，小麦秸秆炭的作用效果与其丰富的有机和无机官能团及其复杂的结构有关，它能影响土壤结构，改变土壤的酸碱度[18]。基于这些研究成果，本课题进行盆栽试验，外源添加镉作不同水平的镉污染处理，单一研究小麦秸秆炭在不同施用量下对水稻籽粒吸收外源重金属镉的影响，找到治理水稻镉污染的最优小麦秸秆炭施用量。

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