1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景

土壤是人类赖以生存的物质基础和生产资料，是人类以及社会发展的基本生态环境条件，是最珍贵的自然资源。土壤一旦被污染，将会对人类造成极大的危害，因为它不仅直接导致粮食减产，而且通过食物链危害人类的健康，同时其中的污染物也会污染地下水，且随地下水迁移扩散到人类生活的其他环境中。因此，土壤污染问题的研究，对控制土壤整体环境、改善环境质量具有十分重要的意义。

随着社会工业化的发展，土壤污染问题日益严重，尤其近几年土壤重金属污染问题突出，已经引起世界的重视。土壤重金属污染可追溯到20世纪60年代，日本的“骨痛病”和“水俣病”，当时被列入震惊世界的八大公害事件，主要是土壤中重金属镉和汞，通过食物链进入人体后引起的中毒症状。近几年，土壤重金属中毒事件在我国频频发生，据环境保护部统计，2009年环保部接报的就有12起重金属、类金属污染事件，致使4035人血铅超标，182人镉超标，引发32起群体事件。湖南浏阳镉中毒事件、陕西凤翔血铅超标事件、湖南砷中毒事件和贵州汞中毒事件等，都演化为威胁和谐社会建设的公共事件。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究内容与目标

对生物质炭施用量、土壤pH及植物类型等因素进行正交设计与盆栽试验，通过测定土壤铜、镉等重金属有效态、植物吸收重金属及植物光合作用参数，比较分析各因素对生物质炭调控土壤重金属生物有效性的影响。

2.2技术方案及措施

2.2.1实验流程

2.2.2实验方法

2.2.2.1土壤基本理化性质测定

（1）pH测定

将土壤样品风干并过20目（0.9mm）筛后，称取10g于玻璃烧杯内，并按1:2.5的水土比加入超纯水，用磁力搅拌器搅拌一段时间后，静置30min，用pH计测定土壤pH

（2）阳离子交换量

采用乙酸铵交换法测定酸性土壤的阳离子交换量。称取风干土壤（10目）2.00g置于100mL离心管中，并用1mol/L的乙酸铵溶液多次处理，使土样中铵根离子含量达到饱和，然后使用95%的乙醇通过离心将多余的乙酸铵反复洗去，用超纯水将土壤转移至凯氏瓶中并加入一定量的固态氧化镁蒸馏，将蒸馏出来的氨气通过装有硼酸溶液的烧杯中，并用盐酸溶液滴定至反应终点，根据铵根离子的量计算出土壤阳离子交换量。

（3）有机质含量

土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化外加热的方法进行测定，利用减量法称取0.5g（精确到0.0001g）过100目的风干土壤样品置于硬质大试管中。用移液枪加入5mL浓硫酸，小心摇匀，放入油浴锅内，控制温度在170℃~180℃并保持溶液呈微沸状态5min。将硬质试管取出并冷却至室温后，用0.2mol/L硫酸亚铁铵标准溶液滴定邻菲啰啉至溶液呈砖红色，通过滴定体积算出土壤有机质含量。

（4）Cd、Cu总含量

采用微波消解-火焰原子吸收光谱法联合测定土壤中Cd、Cu总含量。准确称取过100目筛的风干土壤样品0.5000g，分别加入6mLHNO3、3mLHCl和2mLHF，使酸和样品充分混合均匀。把装有样品的消解管放进干净的高压消解罐中，进行微波消解。消解后取出消解管，置于智能控温电加热器上130℃赶酸约1.5h，当管中溶液至1mL左右时，转移至25mL容量瓶中，用纯水定容，用原子吸收分光光度计测量Cd、Cu含量（参考土壤和沉积物金属元素总量的消解-微波消解法HJ832-2017；土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法GB/T17138-1997）。

2.2.2.2盆栽试验数据测定

（1）重金属有效态含量

采用二乙三胺五乙酸-氯化钙-三乙醇胺(DTPA-CaC12-TEA)缓冲溶液作为浸提剂提取土壤中有效态Cd和Cu，用原子吸收分光光度法测定其含量。准确称取5.0000g~10.0000g过10目（2mm）筛的土样至50mL离心管中，加入20mLDTPA浸提剂，放入180r/min的振荡频率，25℃的温度下振荡2h后立即过滤，保留滤液待测。

（2）重金属形态分级

本实验采用BCR四步连续提取法对土壤中重金属Cd、Cu形态进行分析，收取植物后，将盆栽中的土壤风干过100目筛，顺序提取可交换态、可还原态、可氧化态和残渣态4种类型。土壤中各形态Cd、Cu含量使用火焰原子吸收光谱仪测定。具体步骤如下：

第一步：可交换态 称取过100目（0.149mm）筛的土壤0.5g（精确至0.0001g）于50mL聚乙烯离心管中，加入20mL0.11mol/L冰醋酸提取剂，放入恒温振荡箱中，在160rpm/min，22℃±5℃条件下连续震荡16h，然后放入离心机中，以4000rpm/min离心10min后吸取上清液待测，并加入10mL超纯水振荡清洗，离心；

第二步：可还原态 向上一步提取后的残余物中加入20mL0.5mol/L盐酸羟胺溶液放入恒温振荡箱内，在160rpm/min，22℃±5℃条件下连续震荡16h，以4000rpm/min离心10min后吸取上清液待测，并加入10mL超纯水振荡清洗，离心；

第三步：可氧化态 向上一步提取的残余物中缓缓加入5mL30%过氧化氢溶液（pH=2~3），搅拌均匀后置于室温下静置1h，之后在85℃条件下水浴消解1h，加入5mL30%过氧化氢溶液重复上述过程。待冷却后加入1mol/L醋酸铵溶液25mL，在160rpm/min，22℃±5℃条件下连续震荡16h，以4000rpm/min离心10min后吸取上清液待测，并加入10mL超纯水振荡清洗，离心；

第四步：残渣态 将上一步离心分离出的土样放入烘箱中烘干，采用微波消解的方法，用原子吸收分光光度计测量其浓度（微波消解方法同上）。

（3）植物中重金属含量

称取0.3000-0.5000g磨碎的植物干样，置于50mL三角瓶中，加入10mL混合酸（硝酸：高氯酸=4:1），摇匀，采用微波消解，待样品消解完全后，溶液清澈透明，待酸赶尽，转移至50mL容量瓶，定容待测。使用原子吸收分光光度计小白菜和紫花苜蓿中Cd、Cu含量。

（4）植物光合作用参数

FluorPen手持式叶绿素荧光仪是叶绿素荧光技术的高端结晶产品，可以测量所有叶绿素荧光参数。其常用叶绿素荧光参数主要有：暗适应状态下的叶片，其原初电子受体QA处于最大氧化状态，此时我们称PSⅡ（光系统Ⅱ）处于完全“开放”状态。将充分暗适应后的叶片用微弱的调制测量光照射（光强约0.1μmol·m-1·s-2）后测得的荧光为最小荧光Fo；然后再用饱和光闪（强度一般为3000μmol·m-1·s-2，左右或者更高，持续时间小于1s）照射叶片，QA在短时间内全部还原，PSII完全“关闭，此时测得的荧光称为最大荧光Fm，Fm与Fo之差为Fv，Fv/Fm即为PSII光化学反应的最大光量子效率。Fv/Fm可作为监测植物受肋迫的简单快速的方法，正常高等植物叶片的Fv/Fm值约为0.83-0.84。

2.2.2.3盆栽试验正交设计

采用双因子正交设计试验，通过分析生物质炭施用量、土壤pH及植物类型对植物的不同作用，探究生物炭对土壤中重金属的植物效应的影响。

3. 研究计划与安排

3.25-3.31完成开题报告撰写，确立实验内容，修改试验方案

4.1-4.7重金属基本理化性质测定

4.8-4.14学习正交实验设计，弄懂正交设计原理

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 鲁秀国,武今巾,过依婷.生物炭修复重金属污染土壤的研究进展[j/ol].应用化工:1-11[2019-03-22].https://doi.org/10.16581/j.cnki.issn1671-3206.20190311.028.

[2] 罗玉虎,孙婴婴,王楠.生物炭修复土壤重金属污染的研究进展[j].西部大开发(土地开发工程研究),2019,4(01):28-35.

[3] 罗高节,黄志宏.生物炭和腐殖质联合修复重金属污染土壤研究进展[j].河南科技学院学报(自然科学版),2018,46(06):5-10.