生物炭对镉污染土壤中不同单播及其混播方式下牧草生长的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1. 课题的意义

   土壤是构成生态系统的基本环境要素，是人类生存和发展的重要物质基础。随着工业化和城市化的推进，我国土壤环境安全问题日益严重。因此重金属通常定义为密度大于5 g/cm³的金属元素，如 pb、zn、cd、hg、cr 等^[1-2]。由as化学性质和环境行为与重金属性质类似，因此将其划分为类重金属。据不完全统计，在20世纪末至21世纪初的50年内，排放至全球环境中的重金属铬、铜、铅、锌的量分别为2.20×104、9.39×105、7.83×105、1.35×106 t，其中大部分污染物最终进入土壤系统^[3]。每年被重金属污染的粮食高达1200万t，经济损失达200亿元^[4]。当前全球的环境污染主要是指土壤及地下水的污染，根据《全国土壤污染调查公报》公开的数据，截至2014年，全国土壤环境状况不容乐观，矿区工厂的周围均有不同程度的重金属污染，人为活动是造成环境污染的主要原因。全国土壤总的超标率为16.1%，污染类型以无机型为主，主要有cd、hg、as、cu 等，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%。重金属污染具有隐蔽性、持久性、不可逆转性等特点。重金属对土壤系统的危害主要表现为使土壤肥力下降、降低土壤微生物活性、抑制土壤酶活性等3个方面^[5]。土壤中重金属污染主要来源是人为活动，主要包括污水灌溉、污泥农用、动物粪便、农用化学品、金属采矿和冶炼等。对作物而言，主要影响种子萌发、幼苗生长、根系生长、细胞膜透性、光合作用等，严重者甚至引起植株病变死亡^[6]。as、cd 和pb对作物生长无促进作用，即使在低浓度下的镉也会抑制作物种子的萌发，干扰作物的代谢过程。高浓度的镉通过减少光合色素、破坏叶片结构、干扰卡尔文c循环影响作物的光合作用，进而导致作物产量和品质下降。因此，治理重金属污染的土壤问题刻不容缓。

2. 国内外研究进展

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   2. 研究的基本内容和问题

   1. 研究的目标

      探索生物炭对多年生黑麦草、白三叶、苇状羊茅、鸭茅生长发育和营养吸收的影响。

      揭示生物炭对多年生黑麦草、白三叶、苇状羊茅、鸭茅地上部分和地下部分镉的分布规律的影响。

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      3. 研究的方法与方案

      1. 研究方法：本试验以多年生黑麦草、白三叶、苇状羊茅、鸭茅为研究对象，采用盆栽实验。基础土样为3mg /KgCd的灭菌土（事先混好），混合均匀后装盆（每盆基质总重1.7千克）。在每盆中均匀播种15粒种子，室温下稳定培养。

      2. 技术路线：

      3. 实验方案

         本研究设置4个浓度梯度的生物炭（0、1%、2.5%、5%）和4种牧草（多年生黑麦草、白三叶、苇状羊茅、鸭茅），每个生物炭浓度梯度和每种牧草及对照组分别设置5个重复，共需4（4种牧草加对照）× 5 × 4（0、1%、2.5%、5%）=80盆。采用随机区组试验设计，随机分配处理和对照。将上述生物炭按比例均匀喷洒在花盆土壤上。出苗后，保留12颗生长一致的幼苗。在作物生长期间根据环境和作物生长状况适量喷水，及时防治病虫害，以满足牧草正常生长发育。

         实验持续60 天，测量培养前后土壤镉含量、四种牧草器官中镉含量的变化；测量土壤PH值的变化；检测四种牧草生理指标的变化。作出相应的记录。

         测定指标：

      测定指标	测定方法
      生物量	烘干测量
      土壤pH值	电位法
      土壤中有效镉含量	DTPA浸提法
      植物营养元素	微波消解后用ICP-OES
      植物含氮量	凯氏定氮法测定

      4. 可行性分析

      4.1 本项目所用实验室长期从事草地生态与土壤修复研究，有足够的设备与技术支持。

      4.2 本研究人员有比较好的实验操作能力，了解实验过程以及基本的实验操作，有着较好的理论和实验基础。

      4.3 本项目指导老师肖燕老师长期从事土壤修复研究工作，该指导老师能够在实施本项目过程中有足够的时间保证，确保本项目的顺利完成。

      4. 研究创新点

      随着工业化和城市化的推进，我国土壤环境安全问题日益严重。如何治理这些污染土壤、降低重金属在土壤-植物系统中的迁移等已成为人们关注的焦点。作为重要的土壤改良剂、污染物质吸附剂的生物炭在农业和环境中具有巨大的应用价值和现实意义。同时，植物修复是一种安全、低成本、环境友好型的土壤重金属污染治理措施。我们通过测量四种牧草的生物量和土壤的各项指标来研究牧草与生物炭在土壤重金属污染的情况下对四种牧草的生长状况和土壤改良的影响。本项目根据国内外研究前沿，结合四种牧草生产和生态环境保护的需求，并立足于全球变化背景下备受关注的土壤重金属污染等方面，来诠释四种牧草与生物炭对土壤养分、土壤有效态重金属含量以及四种牧草重金属含量的可能影响，以筛选出有效的土壤重金属污染的改良措施。

      5. 研究计划与进展

      2018年6月- 8月供试土壤准备阶段

      2018年8月中下旬进行播种

      2018年10月中下旬收获植物和土壤

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