納米碳對土壤理化性質及其微生物的影響

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1.納米碳對土壤理化性質的影響

(1)納米碳在土壤理化性質上產生的影響

碳在納米尺寸效應和量子效應等一些表面效應和界面效應的影響下會導致原本土壤結構中的相關元素受到影響變化，并且土壤中包含的生物化學性反應也會產生一些變化，其對于土壤在以往農業生產過程中存在的一些制約性條件給予限制。納米碳的表面臺階與納米碳的粗糙程度相比要高出一些，并且鍵態呈現出的失配狀態也是比較嚴重的，其出現了非常活性的中心，另外包膜擁有負性電荷以及本身的籠形芳香結構也與其存在一定的聯系，使其可以有效的降低土壤中的pH值，讓陽離子中的交換量等多個不同層面涉及到的內容能夠將其積極的作用發揮出來。界面效應其本身也是納米碳界面中的一種，其能夠讓界面自身的自由性得到有效的提升，其擁有的離子價態和電子運動傳遞以及結構關聯的性能上也會產生一定的變化，而這些變化的效用主要體現在陽離子所具備的這種較為強大的吸附性上。

(2)需要對納米碳土壤滲透持水性給予完善

土壤中包含水，而水同樣也是土壤里物質與能量彼此運移和轉換過程中必不可少的介質，土壤水分條件好壞也會對作物自身的長勢產生影響，所以農業在實際進行生產過程中一般使用吸附劑去按錯對土壤的持水性能的優化?？墒且酝絼┳陨砣匀淮嬖谝欢ǖ娜秉c，這些缺點集中在表面活性位點，自身的密度相對較小并且吸附鍵自身的活力不足，在異構體系中進行吸附的能力相對要慢一些，因為其不能夠對其他介質傳輸的速度產生影響，所以，導致深層土壤其自身的保水性維修工作無法有效進行。碳納米材料自身的表面積以及體積比都是非常大的。在將其與輔助材料進行混合之后，碳納米材料自身的孔徑分布以及表面化學效應則能夠被人為的改進，這樣的一種變化使得納米碳材料在吸收上的局限性有所改變。所以，在最近幾年中，納米碳材料開始受到了人們的廣泛使用，其中使用范圍比較多的則是被使用在水土保持上，并且正是因為納米碳的出現導致傳統的吸附劑被替代。在納米碳自身含量不斷提升的同時，土壤里的粒徑超出2μm的土壤水穩性團聚體的數量也會有不同程度的提升，這也將在農田開發過程中增加土壤的承載力。使土壤更致密，減少土壤中大孔的數量，增加中小型孔的數量，并減少外部抽吸對水的負面影響，減少外界吸力針對水分帶去的負面影響，通過這樣的方式會讓其自身的保水與蓄水能力得到提升。

2.納米碳針對土壤里微生物和酶活性產生的影響

伴隨著科技的進步人們對于納米碳的使用有了更為深入的了解，并且開始致力于使用納米效應去完成相關的研究和開發。近些年因為受到土壤中微生物以及酶的活性產生的影響，他們已經成為了體現出土壤活力的非常重要的測量指標，因此很多研究人員開始對這一點去進行深入的研究。盡管當前國內與國外有很多在納米碳和微生物還有酶之間關系上進行了很多的研究，但是在這一點上仍然有很多的問題需要解決。

通過學者的研究得出碳納米材料自身具備一定的毒性會影響細菌與真菌等微生物，其毒性的強弱會伴隨著自身濃度的變化而不斷的產生改變。例如富勒烯相和碳納米管給予對比其中就擁有非常強大的抗菌性能。碳納米材料對于微生物產生的影響主要集中在對微生物的細胞造成傷害，而傷害的方式主要可以被分為兩種，一種是會對微生物的細胞壁和細胞膜自身的結構造成破壞，在損壞的位置可以逐步的影響細胞；另外的一種方式則是運用細胞中的膜通道完成對細胞的吞噬。此外我們還需要注意的一點是，微生物細胞里包含的線粒體其本身也會被納米材料所影響最終產生氧化的應激反應。

相反，目前有一些研究結果表明，納米碳本身可以對土壤微生物和土壤酶產生不同程度的活化作用。另外，一些研究人員提出，納米碳是一種無機物，可以非常高效的對土壤中的微環境進行適當的調節，讓其能夠和土壤中的生物共同的生存，同時還能夠讓土壤中構成的生態系統結構朝著更為合理的方向去進行發展。除此之外還有一些研究學者提出，在允許范圍內其自身的豐度和土壤里單壁碳納米管自身的濃度呈現的是正相關的聯系。另外，部分研究人員在添加了納米碳粉之后土壤脫氫酶活性會有一定程度的減弱，土壤里微生物生物量的整體含量也會存在不同程度的提升，能夠使其有效的保持在一個較為穩定的水平上。從中能夠看出，納米碳不但能夠讓土壤脲酶自身的活性得到增強，并且還能夠將其使用在強化土壤微生物自身的活性以及植物根系的活性，通過這樣的方式讓土壤酶自身的活性得到提升。

此外，還有一些學者通過研究得出碳納米材料雖然會對土壤中細菌群落產生影響，但是其產生的影響是比較短暫的。專家們在土壤中添加了納米碳，并且對其進行了研究，最后得出在添加完納米碳之后土壤中的細菌群在14天之內就恢復到了正常。因此通過這一研究我們能夠得出，納米碳對于土壤中微生物產生的影響是可以恢復的，而且恢復的時間也比較快。

簡而言之，納米碳針對土壤微生物活性產生的影響是多種多樣的。除了能夠對微生物產生影響之外，納米碳的添加還會對土壤的溫度和有效水分等產生一定的影響，也正是因為產生的這些影響才導致土壤中的微生物以及酶的活性受到影響。因此需要進一步對其自身的機理進行研究，不同研究總結出的結果都會存在不同的差異，這主要是因為其在添加了納米碳之后對于土壤中微生物帶來的敏感性不同。通過對研究的試驗結果進行對比可以看出，即便是讓同種酶分布在不同的土壤里，那么納米碳對于土壤產生的影響也是不同的。當前可以確定的一點是，如果在土壤中被加入了較多的納米碳，那么納米碳會對土壤微中的生物以及酶活性產生影響，因為納米碳自身的表面積和土壤中的微生物之間的差異較大，而且達到一定的濃度會積聚靜電并且對酶構成一定的吸附作用。

3.納米碳在土壤生態修復中的有效應用

(1)水土保持

因為納米碳的問世讓很多研究學者紛紛的投到了其在土壤侵蝕中的使用上，通過專家堅持不懈的努力獲得了一些非常可喜的成果?？墒牵覈芯繉W者進行試驗的區域主要是集中在黃土高原，這一地區的水土雙重侵蝕非常的嚴重。而在其他地區進行研究的卻并不是很多，并且在這一領域進行研究的學者也較少。

(2)污染土壤的修復

以往使用的納米碳的表面積相對較大，因此其能夠使用自身包含的含氧官能增加自身的吸附力，除此之外因為其表面的堿性官能團相對較多，而酸性官能團相比來說存在的較少，因此使得納米碳具備了非常理想的疏水性，同時也具備了較為強大的吸附性，但是其在吸附上也存在一定的局限，對于極性物質的吸附能力相對較弱。目前主要是選擇氧化的方式去對改變其自身的形式，在改性完成之后納米碳自身存在的負電荷會快速的提升，比表面積和平均孔徑則快速的增多，這一種情況導致其中含有的氧基團會不斷的提高，其產生的這種變化會導致極性重金屬離子自身的吸附鈍化能力加強。因此在最近的幾年中，選擇盡管改性之后的納米碳材料去對于土壤中的污染物進行吸附已經成為了土壤修復必備的一種方式，同時也是研究人員熱議的一個話題。

4.納米碳應用的生態風險

盡管如前文提到的碳納米材料所具備的表面效應較強，但是界面效應與尺寸效應缺失讓納米碳能夠在水土保持中獲得廣泛使用的一個必備條件，可是這里還需要關注的一點是納米碳本身的溶解度并不高，同時因為納米碳的脂肪性比較強大因此其在使用上主要是集中在其自身的特點上去進行的,除此之外其在使用上還需要注意的一點是無法完善生物降解。這種情況導致納米碳在應用過程中會產生很多不能夠得到確認的風險，除了這些之外也會出現危害人類與環境的風險等。

目前如果想要讓納米碳在土壤理化上的研究得到完善，那么則需要從農業生物生命現象以及農業過程本質上去對其給予深化，使得納米碳技術能夠在我國的農業領域里獲得更高水平的應用。

5.結束語

綜上所述，本文主要是針對當前納米碳在土壤中的使用進行相關的分析和總結，通過總結得出納米碳具備的一些優勢和存在的一些不足，希望本文的研究能夠對未來納米碳在土壤改良提供助力。