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生物炭添加对农业废物底泥混合堆肥中重金属和细菌群落影响

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第1章 绪 论

1.1 水体底泥

1.1.1 底泥的基本特征

1.1.2 底泥重金属污染及其潜在危害

1.1.3 底泥中重金属的吸附-解吸机理

1.1.4 底泥重金属污染治理现状

1.1.5 疏浚底泥资源化技术

1.2.1 底泥的堆肥化研究现状

1.2.2 高温好氧堆肥的原理和过程

1.2.3 影响底泥好氧堆肥的主要因素

1.2.4 堆肥化对重金属的影响

1.3.1 生物炭结构特点

1.3.2 生物炭对堆肥基本性质的影响

1.3.3 生物炭对堆肥中重金属的影响

1.4.1 分子生物学方法概述

1.4.2 16S rRNA/rDNA序列分析技术在堆肥中的应用

1.5 本研究的目的、意义及内容

第2章 底泥堆肥过程中理化参数的变化

2.1.1 实验设备

2.1.2 堆肥材料与处理

2.1.3 检测指标及分析方法

2.2.1 温度

2.2.2 pH

2.2.3 C/N

2.2.4 有机质

2.2.5 水溶性有机碳

2.2.6 NH4+-N和NO3--N

2.2.7 GI

2.3 本章小节

第3章 底泥堆肥过程中重金属的变化

3.1 材料与方法

3.1.1 实验设备与试剂

3.1.2 堆肥材料与处理

3.1.3 检测指标及分析方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 重金属总量的变化

3.2.2 生物有效态重金属的变化

3.3 本章小节

第4章 生物炭对底泥堆肥过程中细菌群落组成的研究

4.1 材料与方法

4.1.1 实验设备与试剂

4.1.2 堆肥材料与处理

4.1.3 分析方法

4.1.4 数据分析

4.2 结果与讨论

4.2.1 堆肥样品DNA提取和PCR结果分析

4.2.2 细菌DGGE

4.2.3 多样性指数Shannon-Wiener diversity index (H)

4.2.4 主成分分析

4.2.5 冗余分析

4.2.6 聚类分析

4.3本章小节

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢

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摘要

水体底泥(沉积物)是河流、湖泊等自然水体生态系统的重要组成部分,通过各种途径进入水体中的重金属污染物,经过吸附、络合、沉淀等作用,绝大部分重金属迅速的由水相转为固相,结合到悬浮物和底泥中,并不断累积,所以,底泥往往是水体中重金属污染物的最终归宿。如果底泥环境发生变化时,这些底泥中重金属污染物具有再次释放出来的可能,从而造成二次污染,因此对水生生态系统形成潜在危害。另外,水体底泥也是底栖生物的栖息场所和食物来源,底泥中的污染物质可以直接或间接的对栖息生物造成毒害作用。由于重金属具有不可降解性,所以这些重金属可能随食物链在生物体内富集,从而成为持久性污染物,并可能通过各种方式在生态系统中迁移循环,最终可能进入人体中,从而产生严重的危害。近年来,底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。
  本研究利用污染底泥与农业废物混合好氧堆肥,评价生物炭对堆肥过程中物理化学性质和重金属浓度的影响。同时,通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对细菌群落结构的动态变化进行描述,并利用冗余分析(RDA)评价理化参数、重金属与细菌群落组成变化的相关性。经过50d的堆肥处理后结果表明,本研究中添加生物炭与不添加生物炭的两个堆肥体系中总重金属浓度呈上升的趋势,但二乙烯三胺五乙酸(DTPA)提取态重金属的提取率呈下降的趋势,且添加生物炭的堆肥体系比没添加的下降的更多。另外,DGGE图谱显示了在堆肥过程中细菌群落结构发生了明显的变化,且添加生物炭的堆体相对于没有添加生物炭的堆体,在堆肥后期表现出更多的条带。此外,通过冗余分析显示,在添加了生物炭的堆体中,细菌群落组成与C/N、水溶性有机碳(WSC)和有机质(OM)(P<0.05)有明显的相关性;而在没有添加生物炭的堆体中,细菌群落组成与温度、水溶性有机碳(WSC)和C/N密切相关。在统计学意义上,细菌群落组成显著差异是被这些参数所解释(在有无添加生物炭的堆体中分别解释了66.7%和55.5%),这表明这些参数是最有可能在堆肥过程中去影响细菌群落、或者被细菌群落影响的。总的来说,本研究为改善堆肥以及处理重金属污染底泥提供了有价值的信息。

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