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河 南 农 业 科 学 2020 49 9 51 61 Journal of Henan Agricultural Sciences doi 10 15933 j cnki 1004 3268 2020 09 007 收 稿 日 期 2020 02 28 基 金 项 目 河 南 省 科 技 厅 重 点 研 发 与 推 广 专 项 182102110056 作 者 简 介 李 桂 荣 1970 女 河 南 郑 州 人 副 教 授 博 士 主 要 从 事 环 境 污 染 治 理 研 究 E mail liguirong zzu edu cn 通 信 作 者 贾 胜 勇 1986 男 河 南 郑 州 人 副 教 授 博 士 主 要 从 事 环 境 污 染 治 理 研 究 E mail jiasy2016 zzu edu cn 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 镉 芘 复 合 污 染 修 复 的 影 响 李 桂 荣 1 2 陈 富 凯 2 3 贾 胜 勇 1 2 王 宗 硕 2 郭 泽 楠 2 1 郑 州 大 学 生 态 与 环 境 学 院 河 南 郑 州 450001 2 郑 州 大 学 水 利 科 学 与 工 程 学 院 河 南 郑 州 450001 3 河 南 省 城 乡 规 划 设 计 研 究 总 院 股 份 有 限 公 司 河 南 郑 州 450044 摘 要 针 对 当 前 我 国 农 田 土 壤 中 广 泛 存 在 的 重 金 属 和 多 环 芳 烃 污 染 问 题 采 用 盆 栽 方 法 考 察 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 去 除 土 壤 重 金 属 镉 Cd 与 多 环 芳 烃 芘 Pyrene 复 合 污 染 及 对 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 的 影 响 以 期 揭 示 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 镉 芘 复 合 污 染 土 壤 的 修 复 机 制 结 果 显 示 在 Cd Pyrene 含 量 分 别 为 16 8 71 04 mg kg 条 件 下 添 加 生 物 炭 土 壤 的 Cd 和 Pyrene 去 除 率 在 第 60 天 分 别 达 到 21 88 和 23 55 较 无 生 物 炭 添 加 的 对 照 分 别 提 高 17 71 与 14 28 在 生 物 炭 添 加 量 30 mg g 及 种 植 黑 麦 草 密 度 为 13 5 mg cm 2 条 件 下 土 壤 Cd 和 Pyrene 去 除 率 最 高 分 别 达 到 20 59 与 70 58 高 通 量 测 序 分 析 表 明 生 物 炭 能 够 提 高 土 壤 微 生 物 丰 富 度 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 明 显 影 响 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 Cd Pyrene 致 使 土 壤 优 势 菌 相 对 含 量 下 降 其 中 鞘 氨 醇 单 胞 菌 相 对 含 量 下 降 3 08 个 百 分 点 芽 单 胞 菌 相 对 含 量 下 降 1 69 个 百 分 点 但 施 用 生 物 炭 能 够 使 耐 Cd 菌 和 高 效 降 解 Pyrene 菌 鞘 氨 醇 单 胞 菌 相 对 含 量 提 高 1 22 个 百 分 点 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 使 Pyrene 降 解 菌 假 单 胞 菌 肠 杆 菌 相 对 含 量 分 别 提 高 160 414 倍 因 此 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 将 有 效 修 复 Cd 和 Pyrene 复 合 污 染 土 壤 并 增 加 Cd Pyrene 降 解 菌 相 对 含 量 关 键 词 茄 子 秆 生 物 炭 黑 麦 草 镉 芘 复 合 污 染 土 壤 修 复 土 壤 微 生 物 群 落 多 样 性 高 通 量 测 序 中 图 分 类 号 S154 1 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1004 3268 2020 09 0051 11 Influens of Eggplant Straw based Biochar Comined with R y e g r a s s on Remediation of Cd and Pyrene Co contaminations in Soil LI Guirong 1 2 CHEN Fukai 2 3 JIA Shengyong 1 2 WANG Zongshuo 2 GUO Zenan 2 1 School of Ecology and Environment Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China 2 School of Water Conservancy and Engineering Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China 3 Henan Urban Planning Institute Corporation Zhengzhou 450044 China A b s t r a c t In order to solve the issues of heavy metal and polycyclic aromatic hydrocarbons contamina tions in farmland in China potted experiments were used to reveal the effects of eggplant straw based bio char ESBC combined with R y e g r a s s on the removals of heavy metal cadmium Cd and pyrene and soil microbial community structure The aim of the present study was to clarify the mechanism of ESBC com bined with R y e g r a s s remediating the Cd and pyrene co contaminated soil The results showed that under the soil Cd and pyrene contents of 16 8 mg kg and 71 04 mg kg the removal rates of Cd and pyrene of the group with biochar reached 21 88 and 23 55 on the day 60 in soil which was improved by 17 71 and 14 28 compared with the control group without biochar When the biochar dosage and 河 南 农 业 科 学 第 49 卷 R y e g r a s s planting density were 30 mg g and 13 5 mg cm 2 the highest Cd and pyrene removal rates were 20 59 and 70 58 respectively The high throughput sequencing results showed that biochar could in crease soil microbial abundance and that biochar combined with R y e g r a s s could significantly affect soil microbial community structure Cd Pyrene contaminations decreased the relative content of dominant soil bacteria in which the relative content of S p h i n g o m o n a s and G e m m a t i m o n a s decreased by 3 08 pencentage points and 1 69 pencentage points while biochar of the Cd resistant and pyrene degrading bacteria of S p h i n g o m o n a s addition increased the relative content by 1 22 pencentage points furthermore biochar combined with R y e g r a s s could significantly increase the relative content of pyrene degrading bacteria P s e u d o m o n a s and E n t e r o b a c t e r by 160 times and 414 times In summary biochar combined with R y e g r a s s can significantly remove soil Cd and pyrene and increase the relative abundance of Cd and pyrene de grading bacteria K e y w o r d s Eggplant straw based biochar R y e g r a s s Cadmium pyrene co contaminations Soil remedia tion Soil microbial community Diversity High throughput sequencing 重 金 属 镉 Cd 和 多 环 芳 烃 PAHs 均 属 于 土 壤 中 最 具 代 表 性 分 布 最 广 的 污 染 物 给 农 作 物 的 产 量 以 及 人 类 健 康 带 来 严 重 威 胁 1 4 同 时 土 壤 Cd 和 PAHs 复 合 污 染 物 能 够 在 不 同 程 度 上 影 响 或 改 变 生 态 环 境 使 土 壤 生 物 种 类 和 数 量 减 少 给 生 态 环 境 带 来 严 重 的 危 害 和 安 全 隐 患 5 近 年 来 由 于 生 产 管 理 粗 放 污 染 物 排 放 超 标 土 壤 作 为 污 染 物 的 最 终 受 体 其 环 境 质 量 受 到 严 重 影 响 因 此 针 对 土 壤 重 金 属 和 PAHs 复 合 污 染 物 的 修 复 不 仅 是 国 际 环 境 研 究 的 热 点 问 题 也 是 中 国 土 壤 环 境 所 面 临 的 紧 迫 任 务 国 内 外 学 者 对 于 土 壤 重 金 属 Cd 和 PAHs 治 理 修 复 开 展 了 大 量 研 究 徐 宏 婷 等 6 研 究 了 电 动 氧 化 修 复 对 污 染 物 去 除 的 影 响 结 果 表 明 少 量 重 金 属 可 通 过 电 迁 移 的 方 式 被 移 出 土 壤 而 PAHs 可 被 电 动 输 送 的 氧 化 剂 氧 化 去 除 刘 利 军 等 7 考 察 了 添 加 硫 磺 酵 素 菌 生 石 灰 纳 质 膨 润 土 腐 植 酸 硅 藻 土 CXEM 菌 剂 对 春 玉 米 籽 粒 及 土 壤 中 Cd PAHs 含 量 的 影 响 结 果 表 明 污 染 去 除 效 果 主 要 与 土 壤 改 良 剂 自 身 性 质 有 关 其 中 CXEM 菌 剂 使 土 壤 PAHs 含 量 降 低 了 17 8 但 对 Cd 含 量 影 响 不 大 邵 承 斌 等 8 研 究 认 为 将 黑 麦 草 与 蚯 蚓 联 用 可 有 效 去 除 污 染 土 壤 Cd 与 多 环 芳 烃 蒽 并 且 通 过 提 高 微 生 物 活 性 来 促 进 植 物 对 混 合 污 染 土 壤 的 修 复 另 外 土 壤 Cd 和 PAHs 污 染 对 土 壤 微 生 物 群 落 生 态 会 造 成 影 响 当 污 染 物 的 量 超 过 土 壤 自 净 能 力 时 能 使 土 壤 生 态 系 统 失 调 9 11 上 述 研 究 所 涉 及 的 方 法 条 件 控 制 要 求 严 格 应 用 成 本 高 操 作 过 程 复 杂 近 年 来 生 物 炭 作 为 物 理 修 复 技 术 被 广 泛 应 用 于 污 染 土 壤 修 复 12 18 生 物 炭 由 生 物 质 在 隔 氧 或 无 氧 环 境 下 经 热 裂 解 后 产 生 具 备 易 制 备 无 污 染 高 稳 定 性 等 优 点 并 且 生 物 炭 可 使 土 壤 中 PAHs 降 解 细 菌 群 落 结 构 和 多 样 性 均 发 生 显 著 变 化 19 其 多 孔 结 构 能 够 促 进 PAHs 降 解 并 且 降 低 重 金 属 的 生 物 可 利 用 性 20 21 大 气 污 染 治 理 要 求 秸 秆 禁 止 焚 烧 而 制 备 生 物 炭 为 其 寻 求 到 一 个 资 源 化 出 路 可 以 变 废 为 宝 实 现 以 废 治 废 另 外 生 物 炭 作 为 一 种 有 机 肥 料 被 广 泛 使 用 其 含 有 丰 富 的 氮 磷 钾 等 营 养 物 质 能 够 促 进 植 物 生 长 发 育 和 根 际 活 性 而 黑 麦 草 是 一 种 高 效 富 集 Cd 和 降 解 芘 Pyrene 的 植 物 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 去 除 土 壤 Cd Pyrene 复 合 污 染 可 发 挥 协 同 促 进 作 用 河 南 省 是 南 水 北 调 水 源 地 和 全 国 重 要 的 粮 食 生 产 核 心 区 土 壤 环 境 形 势 不 容 乐 观 针 对 土 壤 Cd 和 PAHs 的 治 理 已 经 迫 在 眉 睫 急 需 开 发 一 种 环 境 适 应 性 强 修 复 性 好 无 二 次 污 染 的 生 态 修 复 技 术 本 研 究 以 复 合 污 染 土 壤 的 重 金 属 Cd 和 PAHs Py rene 为 研 究 对 象 以 茄 子 秆 为 原 料 制 备 新 型 生 物 炭 并 进 行 表 征 考 察 在 一 定 污 染 物 程 度 生 物 炭 添 加 量 的 条 件 下 Cd Pyrene 复 合 污 染 物 去 除 效 果 构 建 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 生 态 技 术 修 复 Cd Pyrene 污 染 土 壤 揭 示 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 Cd Pyrene 复 合 污 染 土 壤 微 生 物 多 样 性 及 群 落 变 化 的 影 响 为 土 壤 Cd Pyrene 复 合 污 染 物 去 除 及 揭 示 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 变 化 规 律 提 供 理 论 参 考 1 材 料 和 方 法 1 1 材 料 供 试 土 壤 和 茄 子 秸 秆 采 自 河 南 郑 州 某 农 田 土 壤 基 本 性 质 列 于 表 1 标 记 为 S1 Cd Pyrene 复 合 污 染 土 壤 采 用 芘 和 硝 酸 镉 进 行 人 工 配 置 使 土 壤 中 Cd Pyrene 含 量 分 别 达 到 16 8 71 04 mg kg 标 记 为 S2 土 壤 经 自 然 风 干 过 筛 备 用 2 5 第 9 期 李 桂 荣 等 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 镉 芘 复 合 污 染 修 复 的 影 响 表 1 土 壤 的 基 本 理 化 性 质 T a b 1 T h e b a s i c p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f s o i l pH 镉 含 量 mg kg Cd content 芘 含 量 mg kg Pyrene content 有 机 质 含 量 mg kg Organic matter content 全 氮 含 量 g kg Total N content 全 磷 含 量 g kg Total P content 阳 离 子 交 换 量 cmol kg Cation exchange capacity 6 97 2 4 1 35 30 54 1 84 0 89 14 75 1 2 生 物 炭 的 制 备 采 用 限 氧 裂 解 的 方 法 制 备 茄 子 秸 秆 生 物 炭 首 先 对 风 干 后 的 茄 子 秸 秆 原 材 料 进 行 适 当 破 碎 处 理 并 在 烘 箱 烘 干 取 茄 子 秸 秆 于 马 弗 炉 中 在 无 氧 环 境 中 加 热 至 500 保 温 3 h 制 得 生 物 炭 放 入 干 燥 器 皿 之 中 其 基 本 性 质 pH 值 为 10 7 产 率 为 28 62 灰 分 为 9 2 1 3 生 物 炭 对 C d 与 P y r e n e 的 去 除 取 生 物 炭 5 g 粒 径 3 5 mm 与 S2 土 壤 100 g 均 匀 混 合 于 250 mL 玻 璃 烧 杯 反 应 过 程 中 每 隔 15 d 对 土 壤 进 行 取 样 生 物 炭 和 土 壤 质 量 比 为 1 20 分 离 所 取 生 物 炭 和 土 壤 土 壤 样 品 风 干 后 测 定 土 壤 Cd Pyrene 含 量 每 个 试 验 设 置 3 组 重 复 并 设 无 添 加 生 物 炭 组 作 为 空 白 对 照 组 CK 试 验 周 期 60 d 整 个 过 程 用 去 离 子 水 使 土 壤 含 水 量 保 持 在 田 间 最 大 持 水 量 的 60 左 右 1 4 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 C d 与 P y r e n e 的 去 除 取 4 kg 的 S2 土 壤 铺 设 于 花 盆 长 30 cm 宽 15 cm 高 20 cm 并 种 植 黑 麦 草 种 植 密 度 为 13 5 mg cm 2 以 无 生 物 炭 投 加 试 验 组 为 T1 设 置 生 物 炭 投 加 量 分 别 为 10 30 50 mg g 分 别 标 记 为 T2 T3 T4 每 个 试 验 设 置 3 组 重 复 培 养 周 期 55 d 试 验 期 间 用 去 离 子 水 使 土 壤 含 水 量 保 持 在 田 间 最 大 持 水 量 的 60 左 右 采 集 黑 麦 草 样 品 用 自 来 水 清 洗 干 净 并 用 去 离 子 水 漂 洗 3 次 置 于 90 干 燥 箱 中 烘 至 恒 质 量 测 定 黑 麦 草 生 物 量 以 及 Cd Pyrene 含 量 在 黑 麦 草 植 株 采 集 区 同 步 采 集 根 际 土 样 品 风 干 后 测 定 Cd Pyrene 含 量 1 5 生 物 炭 及 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 和 多 样 性 的 影 响 采 用 恒 温 水 浴 烧 杯 250 mL 反 应 的 方 法 设 置 4 个 不 同 土 样 处 理 200 g S1 土 壤 200 g S2 土 壤 200 g S2 土 壤 投 加 6 g 生 物 炭 200 g S2 土 壤 投 加 6 g 生 物 炭 并 种 植 黑 麦 草 种 植 密 度 与 1 4 中 相 同 分 别 标 记 为 OS Original soil CS Co contami nated soil CS BC Co contaminated soil with bio char CS BCEP Co contaminated soil with biochar enhancing plant of R y e g r a s s 期 间 保 持 土 壤 含 水 率 为 田 间 最 大 持 水 量 的 60 温 度 设 置 30 培 养 30 d 后 取 土 样 进 行 高 通 量 测 序 测 试 1 6 测 定 项 目 及 方 法 1 6 1 生 物 炭 的 微 观 形 貌 特 征 生 物 炭 的 微 观 形 貌 特 征 采 用 聚 焦 离 子 束 扫 描 电 镜 Zeiss Auriga FIB SEM 进 行 观 察 将 ES 500 生 物 炭 样 品 干 燥 后 固 定 在 导 电 胶 上 经 喷 金 后 在 5 kV 的 电 压 下 进 行 测 试 1 6 2 土 壤 和 植 物 中 Cd 含 量 黑 麦 草 样 品 预 处 理 用 硝 酸 高 氯 酸 1 4 进 行 消 化 土 壤 样 品 采 用 盐 酸 硝 酸 氢 氟 酸 高 氯 酸 2 3 2 1 进 行 消 化 消 化 完 全 后 用 盐 酸 3 溶 液 定 容 经 0 45 m 水 相 滤 头 过 滤 后 用 火 焰 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 普 析 TAS 990 测 定 Cd 含 量 测 定 过 程 进 行 空 白 试 验 土 壤 和 植 物 中 Cd 的 加 标 平 均 回 收 率 分 别 为 96 n 3 R S D 4 3 和 87 n 3 R S D 7 8 土 壤 重 金 属 Cd 去 除 率 R 的 计 算 公 式 为 R C 0 C t C 0 100 1 式 中 C 0 为 土 壤 重 金 属 Cd 初 始 含 量 C t 为 土 壤 重 金 属 Cd 测 试 含 量 1 6 3 土 壤 和 植 物 中 Pyrene 含 量 在 2 g 土 壤 样 品 加 入 10 mL 二 氯 甲 烷 进 行 超 声 萃 取 1 h 在 3 000 r min 下 离 心 10 min 取 上 清 液 过 自 制 硅 胶 柱 内 径 1 cm 并 用 50 v v 正 已 烷 和 50 v v 二 氯 甲 烷 混 合 液 15 mL 进 行 洗 脱 收 集 液 体 转 移 至 旋 转 蒸 发 仪 蒸 至 近 干 后 用 氮 气 吹 干 最 后 用 甲 醇 色 谱 纯 定 容 在 0 25 g 植 物 样 品 加 入 50 丙 酮 v v 和 50 正 已 烷 v v 混 合 液 10 mL 进 行 超 声 提 取 30 min 在 3 000 r min 下 离 心 10 min 收 集 连 续 提 取 3 次 的 上 清 液 过 自 制 硅 胶 柱 内 径 1 cm 并 用 50 v v 正 已 烷 和 50 v v 二 氯 甲 烷 混 合 液 15 mL 进 行 洗 脱 收 集 的 液 体 转 移 至 旋 转 蒸 发 仪 蒸 至 近 干 后 用 氮 气 吹 干 最 后 用 甲 醇 色 谱 纯 定 容 以 上 样 品 处 理 液 用 0 22 m 尼 龙 滤 头 过 滤 后 采 用 高 效 液 相 色 谱 仪 安 捷 伦 Agilent 1100 分 析 测 定 测 定 过 程 进 行 空 白 试 验 土 壤 和 植 物 中 Pyrene 的 加 标 平 均 回 收 率 分 别 为 94 5 n 3 R S D 3 5 和 85 n 3 3 5 河 南 农 业 科 学 第 49 卷 R S D 8 4 土 壤 Pyrene 去 除 率 P 的 计 算 公 式 为 P D 0 D t D 0 100 2 式 中 D 0 为 土 壤 Pyrene 初 始 含 量 D t 为 土 壤 Pyrene 测 试 含 量 1 6 4 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 和 多 样 性 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 和 多 样 性 利 用 高 通 量 测 序 进 行 分 析 利 用 欧 米 茄 试 剂 盒 E Z N ATM Mag Bind Soil DNA Kit M5635 02 提 取 土 壤 中 的 DNA 并 进 行 钝 化 利 用 测 序 平 台 Illumina MiSeq 以 细 菌 16S rRNA V3 V4 区 特 征 性 引 物 341F CCCTACACGACGCTC TTCCGATCTG barcode CCTACGGGNGGCWGCAG 和 805R GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTC CAGACTACHVGGGTATCTAATCC 进 行 聚 合 酶 链 反 应 PCR 扩 增 扩 增 体 系 50 L 如 下 预 混 液 2 T ap Master Mix 15 L 正 向 引 物 Primer F 10 mol L 1 L 反 向 引 物 Primer R 10 mol L 1 L 基 因 组 DNA 20 ng mL 3 L 无 核 酸 酶 水 30 L 每 个 样 本 进 行 3 个 重 复 并 将 同 一 样 本 的 PCR 产 物 进 行 混 合 根 据 数 据 库 silva119 http www arb silva de 中 的 核 糖 体 序 列 比 对 利 用 mothur 软 件 ht tp www mothur org 将 有 效 序 列 按 照 97 相 似 性 进 行 操 作 分 类 单 元 OTU 聚 类 并 去 除 采 样 和 测 序 过 程 中 携 带 的 可 疑 OTU 序 列 得 到 OTU 代 表 序 列 生 物 炭 及 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 和 多 样 性 都 是 基 于 对 OTU 的 分 析 得 到 的 对 菌 群 的 多 样 性 指 数 进 行 计 算 以 Chao 指 数 ht tp www mothur org wiki Chao Ace 指 数 ht tp www mothur org wiki Ace 来 反 映 采 用 柱 状 图 呈 现 微 生 物 群 落 结 构 在 门 科 属 水 平 相 对 含 量 的 变 化 情 况 1 7 数 据 处 理 与 分 析 用 Excel 2010 数 据 分 析 软 件 进 行 试 验 数 据 处 理 用 Origin 软 件 制 图 采 用 SPSS 22 0 进 行 差 异 显 著 性 分 析 2 结 果 与 分 析 2 1 生 物 炭 的 基 本 性 质 及 微 观 形 貌 特 征 如 图 1 所 示 生 物 炭 表 面 含 有 大 量 的 孔 状 结 构 和 较 高 的 孔 隙 率 孔 状 结 构 逐 层 叠 加 组 成 管 道 型 结 构 侧 壁 纤 薄 并 有 排 列 整 齐 的 小 孔 孔 隙 结 构 明 显 孔 径 大 小 组 成 丰 富 A 200 倍 B 2 000 倍 A 200 times B 2 000 times 图 1 生 物 炭 扫 描 电 镜 图 F i g 1 T h e S E M o f b i o c h a r 2 2 生 物 炭 对 土 壤 中 C d P y r e n e 的 去 除 率 从 图 2 可 以 发 现 CK 土 壤 中 Cd 和 Pyrene 均 降 解 缓 慢 表 明 Cd Pyrene 复 合 污 染 物 具 有 较 高 的 稳 定 性 生 物 炭 可 以 显 著 促 进 复 合 污 染 Cd 和 Pyrene 的 去 除 第 60 天 Cd Pyrene 去 除 率 分 别 达 到 21 88 23 55 较 CK 分 别 提 高 17 71 与 14 28 这 主 要 与 生 物 炭 丰 富 的 多 孔 结 构 和 较 大 的 比 表 面 积 有 关 同 时 生 物 炭 对 Cd 和 Pyrene 降 解 菌 的 影 响 也 发 挥 了 重 要 作 用 2 3 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 中 C d P y r e n e 的 去 除 率 生 物 炭 可 以 显 著 提 高 黑 麦 草 去 除 Cd Pyrene 的 能 力 图 3 经 55 d 的 反 应 后 生 物 炭 添 加 量 为 T2 时 Cd Pyrene 的 去 除 率 分 别 达 到 17 92 和 65 89 添 加 量 增 至 T3 后 Cd 和 Pyrene 去 除 率 可 进 一 步 提 高 至 20 59 与 70 58 然 而 当 生 物 炭 的 添 加 量 继 续 增 加 至 T4 时 Cd 和 Pyrene 去 除 率 分 别 下 降 至 17 21 与 67 58 因 此 黑 麦 草 对 Cd Pyrene 去 除 率 随 生 物 炭 添 加 呈 先 增 加 后 减 小 趋 势 T3 对 土 壤 Cd 去 除 率 显 著 高 于 T1 T2 T4 而 T3 T4 对 土 壤 Py rene 去 除 效 果 显 著 优 于 T1 另 一 方 面 对 比 投 加 生 物 炭 去 除 体 系 和 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 去 除 体 系 对 Cd Pyrene 去 除 率 可 以 发 现 Pyrene 的 去 除 效 果 要 优 于 Cd 4 5 第 9 期 李 桂 荣 等 茄 子 秆 生 物 炭 联 合 黑 麦 草 对 土 壤 镉 芘 复 合 污 染 修 复 的 影 响 图 2 生 物 炭 对 土 壤 中 C d P y r e n e 去 除 率 的 影 响 F i g 2 E f f e c t s o f b i o c h a r o n C d a n d P y r e n e r e m o v a l r a t e i n s o i l 从 图 4 中 可 以 发 现 一 定 添 加 量 的 生 物 炭 能 够 促 进 黑 麦 草 生 长 黑 麦 草 生 物 量 干 质 量 在 T3 生 物 炭 添 加 量 下 最 高 达 5 16 g 盆 继 续 增 加 生 物 炭 投 加 量 T4 致 使 黑 麦 草 生 物 量 下 降 至 3 94 g 盆 与 T3 相 比 生 物 量 减 少 23 6 黑 麦 草 体 内 Cd 含 量 随 生 物 炭 添 加 量 增 加 而 减 少 T1 黑 麦 草 体 内 Cd 含 量 显 著 高 于 T2 T3 T4 Py rene 含 量 变 化 情 况 与 Cd 不 同 随 生 物 炭 添 加 量 呈 先 增 加 后 减 少 趋 势 T3 和 T4 黑 麦 草 体 内 Pyrene 含 量 显 著 高 于 T1 T2 另 外 黑 麦 草 体 内 Pyrene 含 量 为 6 14 8 42 mg kg 远 低 于 Cd 不 同 小 写 字 母 表 示 不 同 处 理 之 间 差 异 显 著 P 0 05 下 同 Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments P 0 05 the same below 图 3 生 物 炭 对 C d 和 P y r e n e 去 除 率 及 对 黑 麦 草 生 物 量 的 影 响 F i g 3 E f f e c t s o f b i o c h a r o n C d a n d P y r e n e r e m o v a l r a t e a n d R y e g r a s s b i o m a s s 图 4 生 物 炭 对 黑 麦 草 体 内 C d P y r e n e 含 量 的 影 响 F i g 4 E f f e c t s o f b i o c h a r o n C d a n d P y r e n e c o n t e n t i n R y e g r a s s 5 5 河 南 农 业 科 学 第 49 卷 2 4 生 物 炭 对 土 壤 微 生 物 多 样 性 的 影 响 如 表 2 所 示 OS CS CS BC 和 CS BCEP 不 同 土 样 的 土 壤 微 生 物 群 落 OTUs 数 量 及 其 多 样 性 指 数 Chao Ace 指 数 存 在 一 定 的 差 别 相 对 于 OS CS 土 壤 Chao Ace 指 数 均 有 所 降 低 CS BC 土 壤 Chao Ace 指 数 较 CS 有 明 显 提 高 相 较 于 CS CS BCEP 土 壤 Chao 指 数 变 化 不 大 而 Ace 指 数 变 化 较 大 相 较 于 CS BC CS BCEP 土 壤 Chao Ace 指 数 均 有 所 降 低 表 2 不 同 土 样 土 壤 微 生 物 O T U s 数 量 及 A l p h a 多 样 性 指 数 T a b 2 T h e n u m b e r o f O T U s a n d A l p h a d i v e r s i t y i n d e x o f s o i l b a c t e r i a 土 样 Soil sample 有 效 序 列 数 量 Sequence number OTUs 数 量 OTUs number Chao 指 数 Chao index Ace 指 数 Ace index OS 47 809 3 516 5 007 57 6 113 25 CS 45 817 3 408 4 968 76 5 864 77 CS BC 60 034 3 581 5 151 33 6 064 52 CS BCEP 55 491 3 474 4 977 44 5 031 33 2 5 生 物 炭 对 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 的 影 响 从 不 同 水 平 门 科 属 分 析 不 同 土 壤 微 生 物 的 OTUs 所 代 表 的 物 种 分 类 信 息 进 一 步 揭 示 生 物 炭 与 黑 麦 草 对 Cd Pyrene 复 合 污 染 土 壤 微 生 物 群 落 结 构 具 体 的 影 响 结 果 如 图 5 7 所 示 如 图 5 所 示 4 种 土 样 在 门 水 平 上 的 主 要 优 势 物 种 基 本 相 同 相 对 含 量 较 高 的 前 2 种 分 别 为 变 形 菌 门 和 酸 杆 菌 门 其 中 变 形 菌 门 在 OS CS CS BC 和 CS BCEP 的 相 对 含 量 分 别 为 42 40 41 69 46 04 54 16 表 明 添 加 生 物 炭 和 种 植 黑 麦 草 能 提 高 变 形 菌 门 的 相 对 含 量 而 酸 杆 菌 门 在 OS CS CS BC 和 CS BCEP 的 相 对 含 量 分 别 为 19 15 18 53 17 65 14 62 意 味 着 添 加 生 物 炭 和 种 植 黑 麦 草 在 一 定 程 度 上 能 抑 制 酸 杆 菌 门 的 生 长 同 时 结 果 表 明 Cd Pyrene 复 合 污 染 将 对 变 形 菌 门 和 酸 杆 菌 门 细 菌 的 生 长 产 生 抑 制 作 用 导 致 其 相 对 含 量 均 有 一 定 程 度 的 减 少 图 5 不 同 土 样 微 生 物 群 落 相 对 含 量 变 化 门 水 平 F i g 5 V a r i a t i o n o f r e l a t i v e c o n t e n t o f m i c r o b i a l c o m m u n i t i e s i n d i f f e r e n t s o i l s a m p l e s P h y l u m l e v e l 由 图 6 可 知
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