生物炭对花生吸收累积邻苯二甲酸酯的影响及机制

Peanut is an important oil crop in the world, and issues on its food safety attract international attention. Due to peanut cultivation with multching membrane for a long time in our country, soil pollution of Phthalic Ester has been a serious problem. It is important to seek an efficient method of soil pollution prevention to reduce pollution risk of Phthalic Ester of peanut. Biochar is a kind of carbonized material with rich porous structure and carbon. Now biochar is used as soil additive to improve soil environmental quality and control migration and transformation of external pollutants to a certain degree. In the study, peanut shell is selected as raw material to prepare a series of biochar. Element composition and surface texture is analyzed through Scanning Electron Microscope, Element Analyzer, Infrared Spectrometer, Specific Surface Area and Pore Size Analyzer. On the basis of above analysis, a batch equilibration method is used to determine effect of sorption and desorption of Phthalic Ester by adding biochar to soil. Laboratory simulation experiments are carried out to study effect of biodegradation of Phthalic Esters in soil by biochar. Pot experiment method is not only used to study law of uptake and accumulation of Phthalic Esters by peanut, but also used to study effect of uptake and accumulation of phthalic esters through adding biochar to soil. The mechanism of action of biochar is explained by above adsorption characteristics and law of biodegradation. The results can provide theoretical basis for application of biochar in soil organic pollution amendment.

花生是世界主要的油料作物，国际上对花生食品安全问题十分关注。由于我国花生种植长期采用地膜覆盖方式，导致土壤邻苯二甲酸酯污染严重，因此，急需寻找有效的土壤污染防治手段来降低花生邻苯二甲酸酯污染风险。生物炭是一种富有孔隙结构、含碳量高的碳化物质，将其作为土壤添加剂不仅可以改善土壤环境质量，还能在一定程度上控制外源污染物迁移转化。本项目选择花生壳作为原料制备一系列生物炭，利用扫描电镜、元素分析仪、红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪等对生物炭元素组成和表面结构进行表征。在此基础上，采用批量平衡实验研究添加生物炭对土壤中邻苯二甲酸酯吸附-解吸的影响，利用室内模拟实验研究添加生物炭对土壤中邻苯二甲酸酯生物降解的影响；通过盆栽试验研究花生吸收累积邻苯二甲酸酯的规律及添加生物炭对吸收累积的影响，结合吸附特征和生物降解规律对其作用机制进行了阐释，为利用生物炭防治土壤有机污染提供了理论依据。

生物炭是在高温缺氧条件下形成的一种具有特殊结构和理化性质的黑炭，将其作为土壤添加剂不仅可以改善土壤环境质量，还能在一定程度上控制外源污染物的迁移转化。.（1）选择花生壳作为原材料，在不同的热解条件下制备出一系列生物炭，对其元素组成和表面结构特征进行了全面分析。生物炭的元素组成主要受热解温度的影响，热解温度的升高使生物炭中碳元素含量显著增加，芳香性显著增强且极性减弱；随着热解温度升高和热解时间的延长，生物炭的比表面积、总孔面积、微孔面积和微孔孔容均有不同程度的增加。.（2）采用批处理恒温振荡法对生物炭吸附邻苯二甲酸酯的特征进行了研究，并在此基础上重点研究了生物炭对土壤中邻苯二甲酸酯吸附解吸的影响。添加生物炭会显著增强土壤对邻苯二甲酸酯的吸附能力，同时会抑制邻苯二甲酸酯的解吸。结合生物炭性质对影响生物炭增强作用的因素进行了分析，比表面积和总孔体积是提高生物炭吸附能力的关键因素。.（3）通过室内模拟培养实验研究了生物炭对土壤中邻苯二甲酸酯微生物降解的影响，发现生物炭会使土壤中邻苯二甲酸酯降解的半衰期不同程度的延长。利用项目组筛选的1株DBP高效降解菌考察生物炭对外源菌降解土壤中DBP的影响机制，发现低温生物炭和高温生物炭均会延缓DBP的微生物降解，其作用机制有所不同。.（4）利用盆栽试验对花生吸收累积邻苯二甲酸酯的特征进行了研究，花生植株各器官DBP和DEHP含量随土壤中邻苯二甲酸酯污染水平的增加而显著升高，根部DBP和DEHP含量显著高于其他器官；花生籽粒对DBP和DEHP的生物富集系数分别介于0.49～1.88和0.57～1.20，花生籽粒对DBP的富集系数均高于对DEHP的富集系数。.（5）利用盆栽试验研究了施用生物炭对土壤基本理化性质以及花生吸收累积邻苯二甲酸酯的影响。施用生物炭会有效地改善土壤的养分状况，尤其对土壤速效钾的补充作用极为显著。在生物炭高施用量条件下，花生籽粒、果荚和根的生物量显著高于对照。施用生物炭会不同程度地减少花生植株对DBP和DEHP的吸收累积，尤其在中高施用量条件下各器官DBP和DEHP浓度水平均显著低于对照。随着生物炭施用量的增加，花生籽粒中DBP和DEHP的富集因子相应降低。. 本项目的开展既可以为生物炭用于土壤有机污染防治提供理论依据，也为覆膜栽培模式下花生产品邻苯二甲酸酯污染风险防控提供了科学依据。