生物炭对镉胁迫下油菜生长及土壤环境的影响.pdf

摘要

园林植物资源是自然界重要组成部分，它们为生物圈提供氧气、庇护所、食物、

参与水循环及调节气温等功能。同时为人类提供美化环境、调节气候等生态服务，与

生态系统的稳定及人类生活环境的改善密不可分。全国受镉污染影响的耕地面积达到

100多万公顷，导致土壤质量降低，影响农作物产量及品质，进而危害人体健康。因

此，镉对环境的污染问题受到各界关注，而生物炭成为当今研究热点之一，其拥有丰

富的官能团及阳离子交换能力，能够有效固定土壤中的镉离子。本文以极具园林观赏

应用价值的油菜为试验材料，开展盆栽试验，探究壳聚糖、生物炭及改性生物炭对油

菜抗氧化系统、渗透调节物质、光合荧光特性、根系构型、根系分泌物的影响，并对

土壤理化性质、Cd富集、转运及土壤微生物群落结构展开研究，为探究生物炭对镉

污染土壤修复机制，以及对油菜生长的影响提供理论依据。主要研究结果如下：

1.对油菜干鲜重及根系进行研究。壳聚糖、生物炭、壳聚糖改性生物炭的应用均

对镉胁迫下油菜干鲜重、根系构型有显著影响。改性生物炭处理后对比镉处理油菜地

上部鲜重、干重分别增加174.70%、51.14%，地下部鲜重、干重增333.95%、278.57%；

油菜根长增加213.78%，根表面积增加205.07%。

2.对油菜生理指标进行研究。壳聚糖、生物炭、壳聚糖改性生物炭的应用均对镉

胁迫下油菜抗氧化系统（过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化

酶（SOD））及渗透调节物质（丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖、可溶

性蛋白）有积极作用。改性生物炭处理后对比镉处理油菜SOD活性下降28.1%；可

溶性糖、可溶性蛋白含量分别增加187.7%、32.7%（P0.05）；有效提高叶绿素合成，

光饱和点（LSP）、表观量子效率（AQY）等光合指标上升；最大荧光（Fm）、可变

荧光（Fv）、PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm等荧光参数上升。壳聚糖、生物炭、改性

生物炭均可减轻重金属诱导油菜的氧化应激，对镉胁迫下油菜光合特征、荧光特性有

着促进作用，改性生物炭效果最好。改性生物炭增加根系分泌物含量，改变其组成成

分。

3.对油菜土壤指标进行研究。壳聚糖、生物炭、壳聚糖改性生物炭的应用均对镉

胁迫下油菜根际及非根际土壤pH、EC、养分含量、理化性质产生不同影响。其中改

性生物炭处理效果最显著，与Cd处理对比根际及非根际土壤pH提高5.34%、5.07%；

有机质含量显著提升，分别为214.78%、204.50%；过氧化氢酶活性分别提升45%、

45.45%；蛋白酶活性分别提升59.42%、88.04%；土壤中蔗糖酶活性分别增加80.92%、

44.14%；脲酶活性分别显著提升91.15%、189.77%。改性生物炭对比CK处理，全氮、

速效磷、速效钾含量显著增加。

4.对油菜与土壤Cd含量进行研究。壳聚糖、生物炭、壳聚糖改性生物炭的应用

对镉胁迫下油菜金属含量、Cd富集及转运、亚细胞金属含量、目标危险系数、土壤

金属含量产生不同作用。壳聚糖、生物炭及改性生物炭分别使地上部镉含量降低；壳

聚糖使油菜生物积累因子显著提升，转运因子显著下降；改性生物炭使油菜目标危险

系数稳定在0.5~0.6；改性生物炭处理后细胞壁Cd含量占比减少，液泡占比增加。

5.对油菜土壤微生物群落结构进行研究。单独镉、壳聚糖、生物炭及改性生物炭

的施入使土壤环境发生变化，对微生物产生不同作用，从而改变土壤微生物群落结构。

改性生物炭处理对比Cd处理，根际土壤香农指数显著增加，根际及非根际土壤辛普

森指数增加；根际及非根际土壤变形菌门、拟杆菌门、鞘氨醇单胞菌物种丰度均增加；

根际及非根际显著差异细菌种类分别增加1、8个；BugBase表型预测中，抗逆性、

好氧性提升；FAPROTAX预测硝酸盐还原、固氮、尿素分解功能增加。

关键词：甘蓝型油菜；镉；改性生物炭；抗氧化系统；微生物群落

ABSTRACT

Theplantresourcesfoundinlandscapesplayacrucialroleinthenaturalenvironment

bycontributingtotheproductionofoxygen,