生物质炭对红壤性水稻土的理化性质及其吸附镉的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.1 课题的意义

近年来，工矿业的发展，污水灌溉以及过量施肥等人类活动，使重金属污染问题变得日益严峻，成为我国目前面临的主要环境问题之一。我国约1/5面积的耕地受到不同程度的重金属污染，每年因重金属污染的粮食达到1200万吨,导致1000万吨的粮食减产，造成的经济损失至少为200亿元^[1]。全国土壤总超标率为16.1，其中镉的点超标率为7.0^[2]，是无机物污染中超标率最高的元素，高值区主要分布于南方地区^[3]。作为“五毒”元素之一，镉具有较强的迁移性和积累性，极易被植物吸收，从而影响作物的产量和品质，最后还会通过食物链危害人体健康^[4]。

湖南省是我国有色金属的主要产区，重金属产业链发达，采矿过程难免会造成一定程度上的重金属污染。同时作为“鱼米之乡”，湖南省水稻种植面积广，土壤重金属污染给粮食安全带来了巨大隐患，该地农田土壤镉污染修复成了亟待解决的问题。

吸附过程是影响土壤重金属有效性的关键过程，与重金属在土壤中的迁移和转化过程关系密切。生物质炭作为土壤改良剂之一，具有比表面积大、孔隙结构发达、芳香化程度高等特点，能够将重金属吸附在其表面，并通过络合、沉淀、氧化还原等作用降低重金属的迁移率^[5]。生物质炭作为农业废弃物的资源化产物，在增加农作物附加值的同时，也降低了农业副产品造成的环境污染，同时还具有增加土壤肥力、固碳减排^[6]等作用，是最具发展前景的土壤改良剂之一。

2. 研究的基本内容和问题

2.1 研究目标

本研究选取湖南省镉污染农田为研究对象，通过长期田间定位试验，一次性施用不同量的生物质炭：ck（0 t·hm^-2）、a10（10 t·hm^-2）、a20（20 t·hm^-2）、a30（30 t·hm^-2）和a40（40 t·hm^-2），分别于水稻的分蘖期、扬花期和收获期采集各处理下的耕作层（0–17cm）土壤，测定土壤容重、ph、有机质、有效态镉等理化指标，并采用一次平衡法进行等温吸附试验，研究生物质炭对红壤性水稻土的理化性质及其吸附镉的影响。利用excel和spss 23.0对试验数据进行显著性分析和通径分析等处理，分析土壤理化性质与有效态镉含量的相关关系，进一步探究生物质炭对土壤镉迁移转化的影响机理，探索生物质炭改良土壤环境的最佳添加量，为当地土壤重金属污染修复及水稻培育提供理论指导。

2.2 实验内容

（1）施用生物质炭对水稻不同生育期的红壤性水稻土理化性质的影响；

3. 研究的方法与方案

3.1 研究方法

（1）文献研究法

前期通过查阅文献，了解国内外生物质炭修复重金属污染土壤的研究进展，确定课题。探究各研究方法的利弊，根据现有试验条件，制定合适的试验方案。最后根据试验数据，对试验结果展开分析讨论，对比前人研究成果得出研究结论。

（2）实验研究法

4. 研究创新点

现阶段对影响土壤镉吸附因素的研究多集中在pH、温度等土壤本身性质上，而对外源物质，例如生物质炭的影响研究还很缺乏。且我国对生物质炭–土壤镉相互作用机制的研究多采用盆栽试验，但土壤环境复杂多样，盆栽难以模拟自然状态下的土壤环境，其研究结果缺乏现实指导意义。因此，本研究选用湖南省长沙县的镉污染农田作为研究对象，通过设置不同生物质炭添加量，进行长期田间定位小区处理试验，测定不同生物质炭处理下，土壤理化性质和有效态镉的含量，并采用一次平衡法进行镉吸附试验，重点探讨生物质炭对土壤吸附镉的影响机制，为更加合理有效地解决当地红壤性水稻土的镉污染问题提供科学依据。

5. 研究计划与进展

5.1 研究计划

第一阶段（2017.4—2018.5）：

进行田间试验，采集并保存土壤样品；

第二阶段（2019.12.05—2019.12.26）：

与导师交流并在导师的指导下确定毕业论文课题；