本发明专利技术公开了一种碳纳米材料提高草坪堆肥基质小型节肢动物数量的方法，它是采用塑料盆装土壤1500 g，每盆添加50 g生活垃圾堆肥，与土壤组配成草坪建植基质；碳纳米材料均按土壤质量的1%（w/w）比例添加，以不添加碳纳米材料的处理为对照，每盆播入草坪植物高羊茅种子5 g，试验于室内进行，整个试验历时130 d，于第65 d割第一茬草进行测定。本发明专利技术是在堆肥草坪建植体系下，施加不同碳纳米材料（石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管），研究碳纳米材料对草坪基质小型节肢动物数量的调控作用，旨在为碳纳米材料应用于生态草坪基质提供技术支撑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境保护
，涉及一种采用碳纳米材料提高草坪堆肥基质小型节肢动物数量的方法。
技术介绍
在21世纪，纳米材料现已成为中极具发展前途的材料之一，据估计，市面上现已有超过800种的含纳米材料的产品，广泛应用于各个领域。其中，碳纳米材料是一类具有重要应用价值的纳米材料，仅从2009年至2010年期间，全球的碳纳米材料从2190 t上升至4065 t。目前，受到比较多关注的碳纳米材料有石墨烯，氧化石墨烯和碳纳米管等。石墨烯是近些年来新兴的一种碳纳米材料，是由sp2杂化的C原子六边形排列而形成的蜂窝状二维平面结构材料，2010年诺贝尔物理学奖就颁给了对石墨烯进行卓越研究的科学家。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，其表面有多种基团。石墨烯表面具有的含氧基团有利于其亲水性，且含氧基团能够与重金属发生作用。碳纳米管是指石墨烯片层卷成的无缝的中空管体，其管身是由碳六边形构成，sp2杂化是C原子主要杂化形式，同时也会混有sp3杂化。碳纳米材料的性质与其的结构关系紧密，主要表现在电学和机械性质及很好的吸附性能等等，现被广泛应用在材料、生物医学、能源和环境等多领域。作为吸附材料，其在环境修复领域中污染物的吸附与钝化中作用显著。现如今，人类正面临着造成了能源过度消耗、环境污染和全球变暖等诸多问题，其中重金属矿物的大量使用，使人类面临严峻的考验。重金属离子毒性大、在环境中长期分散存在，在食物链中由于富集作用，其危害被放大，且并不易被生物代谢，进而威胁人类健康。如何解决重金属问题一直引人关注。碳纳米材料因为具有超高比表面积等性质，在进行吸附作用的时候有高的反应效率并且作用效果明显，一直受到重视。有研究不同条件下氧化石墨烯对水体中Pb（Ⅱ）富集率的影响，发现当温度在60℃的时候，富集率达1850 mg/g；有人曾使用被次氯酸钠处理后的单层碳纳米管和多层碳纳米管富集水体中的Zn2+，发现在pH=7、t=25℃条件下吸附容量分别是43.66和32.68 mg/g；通过引入-SH修饰氧化石墨，提高了其亲水性与吸附性能；而制备了GNSPF6材料，发现其对Pb2+和Cd2+吸附效果良好，分别可达406.6 mg/g和73.42 mg/g。土壤动物是土壤环境中一个庞大的生物群体，按照其体型大小可分为原生动物、湿生小型土壤动物（例如线虫和线蚓）、小型节肢动物（如螨类和跳虫等）以及大型土壤动物（例如蚯蚓和马陆等）。其在分解土壤中动植物残体，影响土壤理化性质及促进土壤生态系统物质循环与能量流动这些方面的作用十分重要。另外，土壤的质量也与土壤动物关系密切，土壤动物对其生存环境的变化反应敏感，土壤pH、湿度、温度、有机质、N、P、K等变化都可以影响土壤动物，因此，土壤动物可作为评价土壤健康状况的指标。现如今，污染土壤的来源有很多，如重金属、农药和化肥等，利用土壤动物来检测环境的污染情况已受到了广大科学工作者的重视，其中，常作为指示生物的包括线虫、微生物、小型节肢动物和蚯蚓等。土壤小型节肢动物是在陆地生态系统分布极广的一类土壤动物，亦是土壤环境中重要的组成部分，包括弹尾目、蜱螨目、双翅目和鞘翅目等。其中弹尾目（跳虫）和蜱螨目（螨类）约占95%，也是在评价土壤的质量的时候最有价值的两个类群，按照食性可分为捕食性、植食性、腐食性和食真菌4个功能群。在土壤有机质分解、物质循环与能量流动、土壤形成与熟化过程中小型节肢动物可以发挥着重要的作用，并可对环境变化作出敏感响应，是土壤生态系统变化的良好指示生物，其群落结构可以表征土壤状况，如土壤环境的有机质含量、受干扰程度和受污染程度等。又有研究表明，铅、镉和砷污染都可以减少中小型节肢动物的数量，且不同种类的重金属对的小型节肢动物是影响不同的，铅对弹尾目的影响大于对蜱螨目的影响，而镉可降低蜱螨目的丰度，而对弹尾目影响并不大；还有人曾在探究土壤螨类对肥料的响应，结果发现，EM堆肥处理下的螨类数量更多、物种更多并且分布更均匀，而只施加化肥的农田，螨类数量和种类均趋于减少，群落结构趋于单一化发展。土壤小型节肢动物在生态系统中承担着的重要生态功能，也同样是指示土壤环境的一类生物，然而其在碳纳米材料的生态风险评价中并不多见。土壤小型节肢动物其个体密度、各营养功能群数量、群落多样性、丰富度和均匀度等指数可作为敏感的评价指标，反映土壤环境质量的变化，故本文基于小型节肢动物群落，评价不同碳纳米材料对堆肥基质草坪生态系统的影响，以及此过程中可能存在的生态风险。一般认为，添加肥料对土壤动物具有正向作用，但Cao等研究发现施加化肥后，土壤螨虫数量下降，这可能与化肥中重金属离子的富集有关。生活垃圾堆肥中同样含有大量重金属，施入土壤后会引起土壤中重金属含量的增加。已有研究表明，重金属对小型节肢动物的影响剧烈。本研究结果发现在堆肥基质草坪中，小型节肢动物数量反而低于自然生态系统中的数量，但添加碳纳米材料后，小型节肢动物数量均存在上升趋势，同时H’指数、丰富度SR指数和优势度C指数也显著提高。多项研究证明，碳纳米材料对重金属离子有一定的吸附能力，因此，土壤中游离态重金属离子含量下降可能是导致土壤小型节肢动物数量上升的原因之一。垃圾堆肥有利于土壤培肥，在为期130 d的盆栽试验中，小型节肢动物数量的增加，使土壤可持续供肥能力提高，进而促进了自身的增殖。本试验结果表明，添加不同碳纳米材料后，小型节肢动物的数量存在差异，其中，氧化石墨烯对其正向影响最为显著，小型节肢动物数量在四种处理中排序为氧化石墨烯>碳纳米管>石墨烯>对照。氧化石墨烯表面具有大量活性含氧官能团，具有非常好的水分散性，与重金属离子、有机污染物等间有很强的互作能力，而石墨烯缺少活性基团，且呈惰性状态，限制了其吸附效果，碳纳米管的复杂结构增强了其物理吸附能力，同时，氧化石墨烯可以加强了细胞附着与增殖能力，促进生物生长繁殖，对于体型较小的小型节肢动物影响更为强烈，而试验初期土壤动物的群落组成及其敏感程度也可能导致对不同碳纳米材料响应的差异。土壤功能的实现通常与小型动物群落组成紧密相连，阐明小型节肢动物功能类群的响应有利于揭示不同碳纳米材料的生态效应。经历130 d的盆栽试验，在添加了碳纳米材料的堆肥基质草坪土壤中，由于甲螨类的出现，小型节肢动物功能类群组成趋于完整。营腐食性的小型节肢动物主要为甲螨，作为分解者，甲螨对土壤环境非常敏感，且对土壤质量的要求较高，甲螨的出现不仅反应了土壤养分水平的提高与土壤环境的改善，也通过分解作用，进一步促进了营养物质在地下生态系统中的循环。城市生活垃圾是指城市的居民在日常生活当中一般被丢弃的各种固体废弃物的总称，其主要包括地灰、商业垃圾及集市垃圾、厨余垃圾等。在中国，随着城市迅速发展，城市的生活垃圾产量也增多，垃圾成分的更复杂也造成了环境问题更复杂，在现在已经成为来当今社会普遍关注的焦点之一。垃圾既是废弃物又是可利用的特殊资源，因此垃圾的资源化利用受到了广泛的重视。若将垃圾合理处置，可节约能源、减少污染并有利于经济发展，倘若处置不当，则会对生态环境造成危机。在国内外，垃圾成分、自然条件、能源结构、经济发展水平和传统习惯的差异造成了并没有统一处理垃圾的处理方法。目前，我国进行生活垃圾处理的方式主要包括焚烧、填埋和堆本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用碳纳米材料提高草坪堆肥基质小型节肢动物数量的方法，其特征在于按如下的步骤进行：（1）材料选择生活垃圾堆肥来自天津小淀垃圾处理厂，将生活垃圾堆肥进行分类后粉碎；供试土壤为天津师范大学校园土壤；草坪植物选用高羊茅（Festuca arundinacea.）；石墨烯微片大小0.5‑20 µm，比表面积40‑60 m2/g；氧化石墨烯平均厚度3.4‑7 nm，片层直径10‑50 µm，比表面积100‑300 m2/g；碳纳米管直径20‑40 nm，长度10‑30 µm，比表面积＞110 m2/g；（2）试验方法：试验采用塑料盆，高15 cm、内径20 cm装土，每盆装校园土壤1500 g，每盆添加50 g生活垃圾堆肥，与土壤组配成草坪建植基质；碳纳米材料石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNT）均按土壤质量的1%（w/w）比例添加，以不添加碳纳米材料的处理为对照，土壤、生活垃圾堆肥与碳纳米材料混匀后装盆，每盆播入草坪植物高羊茅种子5 g，试验于室内进行，塑料盆随机排放并于每5 d移动位置，培养期间温度为15‑26℃，相对湿度35‑55%，光照条件是自然条件下的入射光，按需用电子天平称重补水，整个试验历时130 d，于第65 d割第一茬草进行测定。...
【技术特征摘要】
1.一种采用碳纳米材料提高草坪堆肥基质小型节肢动物数量的方法，其特征在于按如下的步骤进行：（1）材料选择生活垃圾堆肥来自天津小淀垃圾处理厂，将生活垃圾堆肥进行分类后粉碎；供试土壤为天津师范大学校园土壤；草坪植物选用高羊茅（Festuca arundinacea.）；石墨烯微片大小0.5-20 µm，比表面积40-60 m2/g；氧化石墨烯平均厚度3.4-7 nm，片层直径10-50 µm，比表面积100-300 m2/g；碳纳米管直径20-40 nm，长度10-30 µm，比表面积＞110 m2/g；（2）试验方法：试验采用塑料盆，高15 cm、内径20 cm装土，每盆装校园土壤1500 g，每盆添加50 g生活垃圾堆肥，与土壤组配成草坪建植基质；碳纳米材料石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和碳纳米管（CNT）均按土壤质量的1%（w/w）比例添加，以不添加碳纳米材料的处理为对照，土壤、生活垃圾堆肥与碳纳米材料混匀后装盆，每盆播入草坪植物高羊茅种子5 g，试验于室内进行，塑料盆随机排放并于每5 d移动位置，培养期间温度为15-26℃，相对湿度35-55%，光照条件是自然条件下的入射光，按需用电子天平称重补水，整个试验历时130 d，于第65 d割第一茬草进行测定。2.权利要求1所述的方法，其中生活垃圾堆肥的主要理化性质为：pH 7.49...
【专利技术属性】
技术研发人员：多立安，赵树兰，白雪，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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