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镉元素在水稻中累积的危害及生物炭应用价值

来源:学术堂 作者:韩老师
发布于:2016-01-16 共2344字

  前言:我国社会经济的快速进步,加快了我国土地污染的速度,在重金属污染土地面积逐年加大的险峻形势下,我国相关学者从生物炭的物质结构特性、吸附能力与净化土壤实效性三个方面入手,针对生物炭的实际应用价值进行了研究,并取得了非常显着的研究结果,为生物炭在稻田土壤还原工作中的应用提供了科学性的数据支持。

  1 镉元素在水稻中累积的危害

  镉并不是植物生长所必须的微量元素,但是与其它元素相比,镉元素最容易被植物吸收,当植物体内的镉元素含量达到一定程度时,植物会出现中毒现象停止生长,所以说为了保证植物的正常生长,提高我国水稻的生产量,相关学者针对镉元素对植物带来的危害进行深入的研究,具体的研究结果如下:

  (1) 抗氧化酶的活性是决定水稻正常生长的关键,通过一系列的研究后发现,生长在镉元素含量过高土壤中的水稻,会产生抑制抗氧化酶活性反应,造成过氧化氢积累,水稻产生抑制抗氧化酶活性反应的主要原因是,镉元素具有极强的穿透力,在水稻植物生长的过程中,镉元素通过活性酶的释放,能够在有效的时间内积累在水稻植株内部,继而对水稻的生长造成严重的影响,导致水稻植物停止生长[1].

  (2) 水稻植物在生长的过程中,植株内部的细胞全部处于高度活化的状态,进而提高了植物吸收土壤营养的能力,维持了植物的新陈代谢。但是镉元素的过量吸收,不仅降低了植物氧化酶细胞的活性,还对植物自由基细胞造成了损害,致使植物内部保护膜抵抗力下降。除此之外镉元素会迅速侵占植物必须元素的位置,导致植物不能充分吸收土壤中养分,继而破坏水稻植物正常的生长状态,降低水稻产量。

  (3) 众所周知植物通过光合作用维持植物的正常生命活动,然而镉元素对植物叶片叶绿素含量的影响非常大,当植物吸收大量的镉元素时,植物会表现出外观胁迫症状,抑制植物光合作用,降低植物光合作用速率。在镉元素的影响下,植物叶绿素细胞会逐渐失去活性,最后消解在植物体内,导致植物叶片细胞失去吸收水分的功能,阻碍植物的生长,严重的情况下,植物会在幼苗时期死亡[2].

  2 生物炭对稻田土壤镉生物有效性的影响研究方法

  2.1 生物炭理性应用法

  生物炭主要由植物组成,具有极高的碳元素含量,近几年来随着土壤镉元素污染情况的加剧,生物炭被当做土壤还原剂得到了广泛的应用。生物炭非常容易受到外界环境的影响,相关学者利用生物炭的化学特性,通过调节温度激发了生物炭的物质活性,继而提高了生物炭调节土壤成分的能力,生物炭的物质组成结构非常复杂,在生物炭正式投入使用之前,研究人员要进行多次的模拟实验,确定生物炭活性释放的最佳温度,了解不同存储环境对生物炭物理活性造成影响的程度。首先研究人员要收集大量完整的水稻稻皮,并对水稻稻皮进行自然风干操作,让水稻稻皮的含水量维持在百分之十六以下,然后将水稻稻皮作为生物炭的制备材料使用,并将生物炭制备材料放入封装带中,投入到不同温度环境下进行试验,在实际的实验过程中,对生物炭制备材料进行实时监督,观察不同环境下生物炭制备材料的实际状态,总结相应的专业性数据,以便于为生物炭在稻田土壤中的应用提供数据支持[3].

  2.2 生物炭吸附能力研究法

  生物炭吸收镉元素的能力不仅与外界环境有关,与生物炭自身体积大小,以及生物炭孔隙面积也有着非常紧密的关系,经过大量的科学实验之后发现,生物炭表面面积和结构孔隙越大,生物炭吸收镉元素的能力就越强,为了进一步证实这一说法的准确性,相关学者从解析动力学角度出发,对生物炭的吸附能力进行了深入的研究。生物炭吸附能力研究法的前期准备工作,与生物炭吸附能力研究法相同,主要以水稻稻皮为主要的植被材料,然后将生物炭制备材料投入到不同浓度的镉元素溶液中,根据实验的实际情况制定统一的溶解吸收时间,在到达规定时间之后,研究人员以科学的理论知识为基础,利用先进的测量计算设备,对生物炭的析解能力进行检测,最后通过不同检验结果与给定标准值的比较,得出具体的结论,继而为生物炭的实际应用奠定理论基础。

  2.3 生物炭实效性研究法

  通过大量的研究实验后发现,镉元素在土壤中的分布状态是决定镉元素危害程度的关键,近几年来生物炭在土壤还原治理工作中取得了显着的效果,为了进一步提高生物炭的适用性,相关学者针对生物炭的潜在能力,以及生物炭对土壤中镉元素的分布状态调节能力进行了研究。在实验研究开始之前,研究人员准备了多个面积形状全部相同的大型实验管,让每个实验管内水稻生长条件保持一致,并向实验管内放置不同含量的生物炭。在规定的培养时间结束之后,在生物炭吸附能力研究法和生物炭理性应用法的理论基础之上,以生物炭对土壤的作用机理为主要的研究依据,观察每个实验管内植株的生长状态,对实验管内的土壤理化性质进行测量的同时,对生物炭调节土壤内金属含量的能力进行精准的计算,结合实验过程中土壤碳酸结合程度,确定生物炭实效性[4].

  结论:通过上文的叙述我们可以发现,生物炭作为应用最频繁的土壤还原剂,对镉元素具有极强的吸附能力,展示了良好的实际应用效果。从目前生物炭的实际研究现状看,生物炭还有很对潜在的物质特性没有被发现,在实际应用的过程中,存在大量的不确定因素和不可控制因素,所以说为了进一步提高生物炭的实效性,相关研究人员应该在现有研究结论之上,进行更加深入的探讨,继而明确展示生物炭治理镉污染土壤的应用价值。

  参考文献
  
  [1]马铁铮。生物有机肥和生物炭对Cd和Pb污染稻田土壤修复的研究[J].农业资源与环境学报,2015,01:14-19.
  [2]卜晓莉。生物炭对土壤生境及植物生长影响的研究进展[J]. 生态环境学报,2014,03:535-540.
  [3]许超。淹水条件下生物炭对污染土壤重金属有效性及养分含量的影响[J].水土保持学报,2012,01:37.
  [4]乌英嗄。生物质炭施用对华北潮土土壤理化性质及微生物多样性的影响[D].内蒙古师范大学,2014,03:48.

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