氧化石墨烯對(duì)土壤中細(xì)菌和固氮菌量的影響

侯金波　陳培培　伍艾琪　楊柳君

摘 要：氧化石墨烯（GO）作為鋰電池負(fù)極材料的元素之一，使用范圍十分廣泛。但是在使用后，將會(huì)帶來一定的環(huán)境污染，對(duì)土壤中的細(xì)菌和固氮菌量具有一定的影響。本研究將不同濃度的氧化石墨烯放入土壤中進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：氧化石墨烯會(huì)明顯的增加土壤中細(xì)菌和固氮菌的數(shù)量。

關(guān)鍵詞：氧化石墨烯;土壤測(cè)試;固氮菌量

作為應(yīng)用前景廣泛的氧化石墨烯，由于其獨(dú)特的吸附能力，可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的威脅，因此，研究氧化石墨烯對(duì)土壤中細(xì)菌和固氮菌量的影響是廣大學(xué)者研究的關(guān)注點(diǎn)之一，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 氧化石墨烯的基本構(gòu)造與其應(yīng)用

1.1 氧化石墨烯（GO）

氧化石墨烯（GO）在近幾年的開發(fā)與研究試驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，得到了廣大研究人員的高度重視。其結(jié)構(gòu)主要為片狀結(jié)構(gòu)，與石墨烯具有一定的相似度。但不同于傳統(tǒng)的膨脹石墨烯，氧化石墨烯的基本構(gòu)造中片層結(jié)構(gòu)具有含氧基團(tuán)，這一含氧基團(tuán)的存在，有效地?cái)U(kuò)大了氧化石墨烯的制備與使用范圍。

1.2 氧化石墨烯對(duì)土壤的影響

氧化石墨烯在進(jìn)入土壤后，會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生一定的影響。在本次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯利用片層結(jié)構(gòu)的表面積較大、散水性能好的特點(diǎn)，進(jìn)入土壤后會(huì)形成增效肥。該增效肥的大量進(jìn)入，將會(huì)影響土壤本身的理化性質(zhì)，從而導(dǎo)致土壤的不可修復(fù)。相關(guān)學(xué)者表明，氧化石墨烯在土壤中所帶來的變化將會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)得到平衡。此外，由于其片層結(jié)構(gòu)和良好的散水性能，氧化石墨烯在進(jìn)入土壤后，可以加快水分的傳輸速度，促進(jìn)植物根系對(duì)土壤水分的吸收，使得植物的生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于原有生長(zhǎng)速度，同時(shí)，由于其散水性能優(yōu)異的特點(diǎn)，氧化石墨烯在進(jìn)入土壤中后，會(huì)隨著土壤理化性質(zhì)不斷變化，將會(huì)給土壤和地下水帶來一定的影響。

1.3 氧化石墨烯對(duì)微生物的影響

土壤中的微生物較多，是土壤的天然有機(jī)物質(zhì)之一，對(duì)土壤的改進(jìn)和修復(fù)具有重要作用。因此，對(duì)微生物進(jìn)行研究，有利于了解微生物對(duì)土壤的作用，從而為環(huán)境的改善和農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供一定的保障。而氧化石墨烯在進(jìn)入土壤后，將會(huì)對(duì)土壤中的微生物帶來一定的影響。目前，我國(guó)對(duì)氧化石墨烯的研究正處于探索階段，其對(duì)微生物影響的相關(guān)研究也是未來具有較大前景的科研項(xiàng)目之一。

2 試驗(yàn)階段

2.1 試驗(yàn)試劑和儀器

本次試驗(yàn)采用了牛肉膏、氯化鈉、瓊脂、氫氧化鈉、硫酸鎂、碳酸鈣等試驗(yàn)原料，試驗(yàn)原料的選取均具有前人經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)檢驗(yàn)合格，且試驗(yàn)試劑的質(zhì)量均能夠滿足試驗(yàn)需求，并達(dá)到國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本次試驗(yàn)采用的試驗(yàn)儀器有全自動(dòng)生化培養(yǎng)箱、數(shù)顯恒溫水浴鍋、立壓式壓力蒸汽滅菌鍋、電子天平等，試驗(yàn)儀器來自國(guó)家知名公司，并設(shè)置了相關(guān)備用儀器，該系列儀器設(shè)備的有效使用，保證了試驗(yàn)的順利進(jìn)行以及試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

2.2 試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)?zāi)M在室內(nèi)展開，將制備的不同濃度氧化石墨烯放入土壤中進(jìn)行培養(yǎng)，共培養(yǎng)20d。同時(shí)，在培養(yǎng)的第1d、5d、7d、20d對(duì)培育的土壤進(jìn)行微生物測(cè)試，主要有以下幾個(gè)步驟：

第一步，選取容量為1L的玻璃燒杯，將500g土壤放置于燒杯中，并加入不同濃度的氧化石墨烯，為了保證試驗(yàn)的合理性，每種濃度的氧化石墨烯準(zhǔn)備三份燒杯進(jìn)行試驗(yàn)，制備完成后放入25℃的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，在培養(yǎng)的過程中，應(yīng)時(shí)刻注意氧化石墨烯的土壤含水量，在含水量不足時(shí)予以調(diào)節(jié)與補(bǔ)充，在既定的計(jì)劃時(shí)間對(duì)土壤進(jìn)行微生物的測(cè)試;第二步，對(duì)土壤中的細(xì)菌和固氮菌進(jìn)行測(cè)試。首先自行配置細(xì)菌和固氮菌培養(yǎng)基，并在不同的時(shí)間內(nèi)對(duì)配置液進(jìn)行稀釋，將稀釋好的菌液放置在培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，并在既定的計(jì)劃天數(shù)內(nèi)測(cè)定土壤中的含菌總量，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.3 結(jié)論與展望

2.3.1 試驗(yàn)結(jié)論

本次試驗(yàn)通過采用四種不同濃度的氧化石墨烯對(duì)土壤中的細(xì)菌和固氮菌量進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)包括儀器的選取和培養(yǎng)菌的制備。試驗(yàn)表明，不同濃度的氧化石墨烯對(duì)土壤的作用也不同，隨著時(shí)間的變化，氧化石墨烯對(duì)土壤中細(xì)菌和固氮菌量的提升均有促進(jìn)作用，其中濃度為30mg/kg的氧化石墨烯對(duì)土壤中的細(xì)菌等微生物促進(jìn)作用最高，其次，在不同濃度的氧化石墨烯對(duì)土壤的作用進(jìn)行測(cè)試時(shí)，均表明在第七天氧化石墨烯對(duì)細(xì)菌和固氮菌量的促進(jìn)作用最明顯。

2.3.2 展望

本次試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，是模擬試驗(yàn)的形式之一，在氧化石墨烯的濃度設(shè)置和制備細(xì)菌和固氮菌培養(yǎng)基的考量上均有一定的缺陷，與大自然的實(shí)際土壤存在一定的差距。因此，本研究的相關(guān)試驗(yàn)還需較大的改進(jìn)，應(yīng)與大自然的實(shí)際土壤相貼近才能夠更好地代表試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

綜上所述，作為應(yīng)用前景十分廣泛的氧化石墨烯，研究、了解其化學(xué)性能和物理性能必不可少，只有充分把握氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)和潛在風(fēng)險(xiǎn)，才能夠真正更好的利用氧化石墨烯開發(fā)新事物、創(chuàng)造新技術(shù)。因此，本研究分析了氧化石墨烯的基本結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化石墨烯對(duì)土壤的細(xì)菌和固氮菌量均有明顯的促進(jìn)作用，在后續(xù)的工作開展中將會(huì)對(duì)土壤的仿真性進(jìn)行精化，以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的最佳效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張寧，王海雁.氧化石墨烯對(duì)土壤中細(xì)菌和固氮菌量的影響[J].輕工科技，2019，35（08）：42-43.

[2]楊震.氧化石墨烯在土壤中的環(huán)境行為及生物效應(yīng)[D].北京：北京化工大學(xué)，2017.