沉积型微生物燃料电池修复酸化土壤的研究毕业论文
2022-02-22 20:02:25
论文总字数：15188字
摘 要
本实验为了寻求SMFC在酸化土壤修复工程中的应用，我们采用SMFC和SRB菌相结合的方法构建反应器来对修复酸化土壤进行研究。我们通过构建SMFC SRB菌反应器、SMFC反应器和SRB菌反应器及其平行对照组，40天内经过每天测定其电压，待电压稳定后在30、35、40天时测定其输出功率，待40天反应结束后挖出反应器内的土壤晒干，测定其中距离阳极区3 cm、6 cm、9 cm、12 cm土壤的pH值、CEC阳离子交换量、硫酸根含量、速效磷含量、有机质含量、交换性酸含量，做分析对比，结果表明：SMFC SRB菌反应器pH达到最高值6.14，比初始值高1.02；CEC阳离子含量达到最高值14.54，比初始值高1.61 cmol/kg；硫酸根含量最低只有0.16 mg/kg，比初始值降低了0.07 mg/kg。SMFC反应器pH达到5.84，比初始值高0.71，CEC阳离子交换量达到11.5，比初始值高0.5 cmol/kg，硫酸根含量最低值为0.135 mg/kg，比初始值降低0.09 mg/kg，说明SMFC能够一定程度的修复酸化土壤并且保持土壤养分。
关键词:电压；酸化土壤；输出功率；pH
Study on remediation of acidified soil by SMFC
ABSTRACT
In order to seek the application of SMFC in acidified soil restoration project, we used SMFC and SRB to construct the reactor to study the restoration of acidified soil. Through the construction of SMFC and SRB reactor, SMFC reactor and SRB reactor and their parallel control group, the output power was measured every day within 40 days. After the voltage stability was stabilized, the output power was measured at 30, 35 and 40 days. The pH value, CEC cation exchange capacity, sulfate content, available phosphorus content, organic matter content and exchange acid content of the sludge were measured. The results showed that SMFC and SRB reactor reached the highest value 6.14, which was 1.02 higher than the initial value;The CEC cation content reached the highest value 14.54 cmol/kg, 1.61 cmol / kg higher than the initial value;The sulfate radical content was only 0.16 mg/kg and 0.07 mg/kg lower than the initial value.SMFC reactor pH reached 5.84,which was 0.71 higher than the initial value;The CEC cation content reached 11.5 cmol/kg, 0.5 cmol/ kg higher than the initial value;The sulfate radical content was only 0.14 mg/kg and 0.09 mg/kg lower than the initial value.which can indicate that SMFC can repair acid soil to a certain extent and maintain soil nutrients.
Key words: voltage;acidify the soil;output Power;pH
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 文献综述 1
1.1研究背景 1
1.2 酸化土壤修复现状 1
1.2.1 施用石灰 2
1.2.2 施用土壤调理剂 2
1.2.3 覆盖栽培，减轻淋溶 2
1.3 沉积型微生物燃料电池技术 3
1.3.1 MFC发展历程 3
1.4 研究内容，目的及意义 4
1.4.1 本课题研究目的及意义 4
1.4.2 主要研究内容 4
第二章 实验材料与方法 5
2.1实验材料 5
2.1.1主要试剂及仪器 5
2.2实验方法 6
2.2.1 SMFC反应器的构建 6
2.2.2 测定指标及方法 7
第三章 结果与讨论 10
3.1 反应器反应期间内电压和输出功率的情况 10
3.1.1 电压 10
3.1.2 输出功率和极化曲线 10
3.2 各项数值及其反应情况 13
3.2.1 pH值 14
3.2.2 CEC阳离子交换量 14
3.2.3 硫酸根 15
3.2.4 速效磷 15
3.2.5 有机质 16
第四章 结论与展望 18
4.1结论 18
4.2 展望 18
参考文献 20
致谢 22
第一章 文献综述
1.1研究背景
土壤是对于人类生存来说一种必不可少的自然中的无法再生资源，在我们整个地球的生态系统中无法被替代，能够维持着地球生态系统的平衡[1,2]。随着我们的社会工业化越来越飞速发展，土壤的退化速度也越来越快，土壤退化的一个重要显示是土壤酸化，不仅对粮食生产危害重大而且对生态环境危害重大。能够致使土壤pH值降低即土壤酸化[3]的因素多种多样，一方面原因是土壤中的氢离子含量的增加，另一方面是土壤中盐基饱和度的下降。土壤酸化程度的定义是根据《中国土壤》和《土壤化学原理》中的写到地分级标准，把pH值低于6.5的土壤定义为酸性土壤，把PH值低于5.0的土壤定义为强酸性土壤[4,5]。
化肥可能致使土壤酸化的原因，主要是看它被植物吸收的是其成分中阴离子还是阳离子[6]。例如硫酸铵[（NH4）2SO4],含氮（N）的铵阳离子（NH4 ）对植物生长有利,所以植物选择吸收对其有利的铵离子（NH4 ）而不吸收对其无益的硫酸根离子（SO4）2- ，并且植物在吸收对其有益离子的过程中，排出大量对其无用的氢离子（H ）,从而使得土壤pH值下降，即土壤酸化[7]。
土壤酸化导致的负面影响如下：
1）使微生物活性降低，土壤中的有益菌适合的生长环境是中性，例如硝化细菌适合的pH值范围为6.5～7.9，自生固氮菌适宜的pH值范围为6.6～7.5，纤维素分解菌的pH值范围为6.8～7.5。对植物有益的益生菌需要生活在合适的酸碱性土壤环境中，当所生活的土壤的pH值降低，则对有益菌生长有害，而且还会使得有益菌的生物活性降低，这将会直接影响土壤中有机质的矿化，同时也会影响氮的固定[8,9]。
2）当pH值范围在6.5～7.0时，磷会与钙结合成为磷酸一钙或磷酸二钙，磷呈（H2PO4）-和（HPO4）2-形式，这两种离子形态对植物生长有益，因而植物会吸收利用这些离子，但是当pH值低于5.5时，此时土壤会影响这些离子的形态，因而磷酸根会被其他离子固定，失去肥效，不利于作物生长[10,11]。
3）于此同时，二价锰浓度增加，锰的活性提高，使作物中毒。
1.2 酸化土壤修复现状
1.2.1 施用石灰
施用石灰来修复已经被酸化的土壤是现在经过比对后成本较为低廉的一种方法，石灰可以和土壤中的活性酸和潜酸发生反应[12,13,14]，酸碱中和，这样不仅会使土壤中交换性钙的含量增多，还能够快速提升营养的有效性，故而可以说施用石灰也就相当于施肥。但在施用石灰以后，土壤可能会存在再一次酸化的过程，即在石灰的碱性完全消失殆尽后，土壤会再一次缓慢的酸化[15]，而且再次酸化的程度也比施用石灰之前加重许多。建议pH在4-5之间的土壤使用石灰调节酸性土壤。
1.2.2 施用土壤调理剂
高含量的阴、阳离子存在于土壤调理剂中，因此能够通过发生离子桥交换对土壤的酸碱度进行改良；还能够冲破土壤结成的板块，达到给土壤松土的效果、调整土壤中的水分、养分、通气、散热的均衡，对土壤的各项理化性能指标实现进一步改善[16]；促进土壤团粒结构形成，加强土壤通透性[17]。从根本上改善土壤状况。
但是土壤调理剂不是任何时候都能够使用的，应注意一下几个问题：首先，若是发现土壤已经恶化，应该立即通知正规检测部门前来检测，然后通过选用合适这片已经恶化的土壤需要改善的性质的调理剂来恢复这个所恶化土壤的各项理化指标；再者，把握好施用土壤调理剂的使用量，既要达到想要的效果，又要避免浪费成本，故而用量过高或者过低都不行；最后，在施用调理剂前后的土壤要保持一定的湿度，以免不能激活其生物活性。
1.2.3 覆盖栽培，减轻淋溶
在农业生产中，对土壤进行地膜覆盖，是为了减少当雨水冲刷土壤时造成的碱性盐基的流失[18]，还能够保持土壤的温度、水分、养分，以及改善土壤的各项理化性质[19]，提升土壤肥力[20]，从而促进植株生长发育，加快开花结果[21]，增加产量、降低劳动力成本等优点。
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