丛枝菌根和生物炭对土壤镉污染的修复

中国农业大学课程论文中国农业大学硕、博士研究生课程考试课程论文报告课程编号：课程名称：任课教师：开课学院：学生学号：学生姓名：考试时间：年月日（以上内容请填写完整！）中国农业大学课程论文课程论文撰写格式要求（授课教师应指定一种学术期刊的规范格式；明确课程论文中出现抄袭剽窃情况的处理意见）：中国农业大学课程论文摘要丛枝菌根和生物炭对土壤镉污染的修复摘要近年来,土壤重金属污染愈加严重,因此重金属污染的修复措施也成为人们关注的热点之一。

丛枝菌根是陆地生态系统分布广泛的植物-真菌共生体，可直接通过固持和络合等作用降低土壤重金属浓度，或者间接通过影响植物来降低重金属对植物体的危害。

生物炭强大的吸附作用也可使土壤重金属对植物的有效性降低。

本文综述了AM或生物炭对重金属污染土壤修复的修复机理(直接作用、间接作用)及其在植物修复中的应用,并对未来的研究方向提出建议。

关键词：生物炭丛枝菌根镉修复AbstractIn recent years,the phenomenon of heavy mental’s pollution is becoming more and more serious.So the measures of amendment of heavy mental’s pollution are very popular.AM are widely distributed in terrestrial ecosystems,about directly the combination of plants and fungi,and this can reduce the concentration of heavy mental by hold and complexation.Or indirectly influence plants to reduce the harm of heavy mentals to plants.Biochar can also reduce the efficience of heavy mental to plants.I summarize the mechanism and use of soil pollution amendenment by biochar or AM in this paper,and put out advice to the directions in the future.Key words: biochar AM Cd restoration目录中文摘要 (Ⅱ)英文摘要 (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章引言 (3)1.1 土壤Cd污染概况 (4)1.2 生物炭作用 (4)1.3 真菌作用 (4)1.4 研究方向展望 (4)第二章 AMF对土壤Cd污染修复研究进展 (5)2.1直接作用 (5)2.2间接作用 (5)2.2.1 改善宿主植物的矿质营养状况 (5)2.2.2 改变植物根系形态 (5)2.2.3 改变根际环境的理化状况 (5)第三章生物炭对土壤Cd污染修复研究进展 (6)3.1生物炭应用 (6)3.1.1固定碳和减少温室气体的排放 (6)3.1.2有效的保持土壤肥力，提高作物产量 (6)3.1.3减少环境污染 (6)第四章生物炭与真菌对镉污染的联合作用 (7)参考文献 (8)第一章引言1.1 土壤Cd污染概况近年来，随着我国城市化进程加快，土壤生态环境面临严峻挑战，部分土壤正遭受严重的重金属污染，农产品中重金属超标事件屡见不鲜，威胁到人类的健康。

镉不是植物生长必需的金属元素，在土壤中的化学活性强，不易被降解，不仅能够抑制植物的生长，而且可以累积在植物体内[1]。

1.2 生物炭作用生物炭是一种新型的环境功能材料，已有研究说明，其对重金属等无机污染物、农药等有机污染物吸附力强，是一种高效吸附剂[2-3]。

生物炭是生物质通过热裂解方法在低氧条件下制备的一种富含孔隙结构、含碳量高的碳化物质[4]，制备原料来源广泛[5]，生产工艺简单，添加到土壤中能改善土壤理化性质，促进植物生长，并可发挥良好的农用效益，因而生物炭备受关注。

已有研究[6-7]表明，生物炭能影响土壤中重金属的形态和迁移行为。

1.3 真菌作用丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza, AM）是自然界中分布最广的一类菌根，AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生，常见于包括重金属污染土壤在内的各种生境中。

在重金属污染条件下，AM真菌可以改善植物生长状况，减轻重金属对植物的毒害，影响植物对重金属的吸收和转运，加快土壤中重金属元素的植物提取或植物稳定，因而在重金属污染土壤的植物修复中受到越来越多的关注[8-9]1.4 研究方向展望研究证明的生物炭对重金属有效性降低的作用较明显，丛枝菌根通过直接或间接作用降低土壤污染以及增加植物抗性，那么若两者共同作用于重金属污染土壤的联合作用是不是会更强呢？对于这个问题的研究仍然较少。

目前在美国的一个研究项目中[10]研究了生物炭与AM的单独作用于联合作用的对比发现，生物炭单独作用对控污效果明显，增加生物炭使植物吸收Cu减少了45%-56%，Ni,Cr，Zn减少了25-45%，Cd减少了9%-29%，且不同温度下生物炭作用差别不大，在此土壤环境条件下，再加AMF真菌影响不大，且真菌单独修复土壤能力也不强。

本文综述了生物炭对土壤Cd污染的修复研究以及AM对Cd污染土的作用研究进展，研究重金属镉污染土壤中添加生物炭或者AMF对植物生长发育的影响和降低作物重金属含量的效果的研究进展。

第二章 AMF对土壤Cd污染修复研究进展AM(Arbuscular Mycorrhiza)广泛存在于Cd污染土壤中，能促进治污发育，增强植物抗逆性，可影响宿主治污对重金属的吸收积累转移，达到治理污染目的[11]。

2.1直接作用菌丝的固持作用和菌丝分泌物的螯合作用，使得土壤中水溶性的Cd或者有效性Cd降低。

AM真菌菌丝可固持Cd 0.5mg/g；又或者是真菌分泌的球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）具有络合重金属（如Cu2+、Cd2+、Fe2+、Pb2+、Mn2+等）的能力，它是AM 真菌菌丝产生的一种含金属离子的专性糖蛋白。

此外，AM 真菌对重金属具有“躲避机制”，AM 真菌可以主动避开重金属胁迫的环境[12]。

在污染环境中，可以把重金属积累在孢子（如泡囊）中，以保证菌丝的正常功能[7]。

2.2间接作用2.2.1 改善宿主植物的矿质营养状况AM 的主要功能之一就是改善宿主的矿质营养状况，尤其是磷素营养。

AM能分泌有机酸活化难溶性磷，分泌磷酸酶水解土壤中的有机或无机磷酸盐，从而增强植物对难溶性磷的吸收，并因此形成稀释效应降低重金属的浓度。

2.2.2 改变植物根系形态AM真菌的侵染使宿主植物的根系生物量、根长等发生变化，进而影响重金属的吸收和转移。

接种处理明显提高蚕豆对Cu、Zn、Pb 和Cd 的吸收[13]这可能是蚕豆根系的延长增强了菌丝络合重金属的能力，从而降低了蚕豆重金属的含量，增强了蚕豆的耐重金属能力。

2.2.3 改变根际环境的理化状况接种AM 真菌改变了根系分泌物的形成、微生物群落、根际 pH 等，影响了重金属的移动性和生物有效性。

接种促进Cd、Ni、Cr 从大麻地下部分向地上部分转移。

通过对向日葵的研究发现，镉主要积累在根系中，接种 AM 真菌增加了植株对镉的耐性，促进了向日葵对镉的吸收，总吸收量比未接种的处理增加了23%，但是没有影响镉在地上部分和根系中的分配比例。

在菌根植物的根际土壤溶液中，镉浓度比非菌根植物低这可能主要归功于根外菌丝的固持作用和AM 真菌引起的根际pH升高。

第三章生物炭对土壤Cd污染修复研究进展人们对生物炭的发现来源于亚马逊河流域一种特殊的“黑土壤”（Terra Preta），它是将大量的生物材料燃烧产生的碳化物质埋入土壤逐渐形成的，具有很强的恢复土壤生产力的能力，在农业生产过程中得到了大量应用[14]。

在土壤中应用生物炭可以产生三个环境效益[15]。

现在，科研工作者将农林业生产过程中的废弃生物质通过炭化技术制备成生物炭，探讨不同种类的生物炭用于农田固碳减排、农作物增产、劣质土壤改良以及修复污染土壤的可行性。

3.1生物炭应用3.1.1固定碳和减少温室气体的排放生物炭中含有一定量的碳物质，在不同理化性质的环境条件下，生物炭可产生不同的碳形态物质与土壤中有机质形成动态平衡，土壤中的含碳量间接影响大气中二氧化碳的浓度，且生物炭也可直接吸附二氧化碳，减少温室气体释放。

3.1.2有效的保持土壤肥力，提高作物产量生物炭强大的比表面积和所含的有机无机物可改善土壤结构和理化性质，维持一定土壤肥力，进而有利于其上农作物的生长，生物量和产量都有所增加。

3.1.3减少环境污染生物炭可吸附土壤中重金属、有机化合物等污染物，改变它们的存在形态，或减少其在土壤中的迁移，降低对土壤环境的危害，其中生物炭作为土壤重金属污染的钝化剂备受关注。

近年来，生物炭以其良好的吸附性能作为新型的钝化剂被广泛应用于土壤污染修复的研究领域。

众多实验已经证明，生物炭钝化修复可以有效的降低土壤中重金属的有效态，减少其对植物的毒害，提高作物的产量，以及降低农产品中重金属的浓度，具有很大土壤重金属污染修复潜力。

一般，生物炭钝化土壤中重金属的机理主要有[16]：1）生物炭呈弱碱性，施用可提高土壤的pH值，促进土壤中的重金属离子形成金属氢氧化物、碳酸盐或磷酸盐沉淀；2）生物炭表面官能团与重金属离子结合形成特定的金属配合物，这种反应对于与特定配位体有很强亲和力的重金属离子在土壤中的固持非常重要；3）生物炭表面电荷与重金属离子产生静电作用。

生物炭在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面具有广阔的应用前景，为解决粮食危机、全球气候变化等环境问题，提供了新的思路。

大量的实验研究表明，生物炭在农业、环境方面的应用具有巨大的意义是毫无疑问的。

完全可以利用不同原料以及不同温度制备出的生物炭来减轻土壤重金属污染。

成本低且效果显著。

那么生物炭与真菌的联合作用是否能够加速治理土壤污染呢？我们在利用一些手段治理污染时有没有想到到底什么样的土壤理化性质适宜用什么养的治理方法呢？现在人们观察的仍然较少，而关注土壤改良剂的种类较多。

第四章生物炭与真菌对镉污染的联合作用研究发现[10]，单独在高污染土中施入真菌，对小盆栽玉米的污土修复作用并不明显，也就是说，在种植玉米的土壤中施入一定量的菌剂对土壤中各种种类重金属的有效性，各种重金属提取态的浓度以及植物吸收重金属与空白对照几乎没有影响，甚至有时候还增加了玉米体内重金属的浓度。

而单独施入300℃或者500℃生物炭都有效降低了各种提取态重金属浓度，并且提高了玉米地上部或者地下部的生物量。