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1.納米碳對土壤理化性質(zhì)的影響

(1)納米碳在土壤理化性質(zhì)上產(chǎn)生的影響

碳在納米尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)等一些表面效應(yīng)和界面效應(yīng)的影響下會導(dǎo)致原本土壤結(jié)構(gòu)中的相關(guān)元素受到影響變化，并且土壤中包含的生物化學(xué)性反應(yīng)也會產(chǎn)生一些變化，其對于土壤在以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(tài)呈現(xiàn)出的失配狀態(tài)也是比較嚴(yán)重的，其出現(xiàn)了非常活性的中心，另外包膜擁有負(fù)性電荷以及本身的籠形芳香結(jié)構(gòu)也與其存在一定的聯(lián)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(nèi)容能夠?qū)⑵浞e極的作用發(fā)揮出來。界面效應(yīng)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(tài)和電子運動傳遞以及結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的性能上也會產(chǎn)生一定的變化，而這些變化的效用主要體現(xiàn)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(zhì)與能量彼此運移和轉(zhuǎn)換過程中必不可少的介質(zhì)，土壤水分條件好壞也會對作物自身的長勢產(chǎn)生影響，所以農(nóng)業(yè)在實際進(jìn)行生產(chǎn)過程中一般使用吸附劑去按錯對土壤的持水性能的優(yōu)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(gòu)體系中進(jìn)行吸附的能力相對要慢一些，因為其不能夠?qū)ζ渌橘|(zhì)傳輸?shù)乃俣犬a(chǎn)生影響，所以，導(dǎo)致深層土壤其自身的保水性維修工作無法有效進(jìn)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(jìn)行混合之后，碳納米材料自身的孔徑分布以及表面化學(xué)效應(yīng)則能夠被人為的改進(jìn)，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(xiàn)導(dǎo)致傳統(tǒng)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(wěn)性團聚體的數(shù)量也會有不同程度的提升，這也將在農(nóng)田開發(fā)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(shù)量，增加中小型孔的數(shù)量，并減少外部抽吸對水的負(fù)面影響，減少外界吸力針對水分帶去的負(fù)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(chǎn)生的影響

伴隨著科技的進(jìn)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(yīng)去完成相關(guān)的研究和開發(fā)。近些年因為受到土壤中微生物以及酶的活性產(chǎn)生的影響，他們已經(jīng)成為了體現(xiàn)出土壤活力的非常重要的測量指標(biāo)，因此很多研究人員開始對這一點去進(jìn)行深入的研究。盡管當(dāng)前國內(nèi)與國外有很多在納米碳和微生物還有酶之間關(guān)系上進(jìn)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(xué)者的研究得出碳納米材料自身具備一定的毒性會影響細(xì)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(chǎn)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(chǎn)生的影響主要集中在對微生物的細(xì)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(xì)胞壁和細(xì)胞膜自身的結(jié)構(gòu)造成破壞，在損壞的位置可以逐步的影響細(xì)胞；另外的一種方式則是運用細(xì)胞中的膜通道完成對細(xì)胞的吞噬。此外我們還需要注意的一點是，微生物細(xì)胞里包含的線粒體其本身也會被納米材料所影響最終產(chǎn)生氧化的應(yīng)激反應(yīng)。

相反，目前有一些研究結(jié)果表明，納米碳本身可以對土壤微生物和土壤酶產(chǎn)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(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，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(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)朝著更為合理的方向去進(jìn)行發(fā)展。除此之外還有一些研究學(xué)者提出，在允許范圍內(nèi)其自身的豐度和土壤里單壁碳納米管自身的濃度呈現(xiàn)的是正相關(guān)的聯(lián)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(wěn)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?qū)⑵涫褂迷趶娀寥牢⑸镒陨淼幕钚砸约爸参锔档幕钚?，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(xué)者通過研究得出碳納米材料雖然會對土壤中細(xì)菌群落產(chǎn)生影響，但是其產(chǎn)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(jìn)行了研究，最后得出在添加完納米碳之后土壤中的細(xì)菌群在14天之內(nèi)就恢復(fù)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(chǎn)生的影響是可以恢復(fù)的，而且恢復(fù)的時間也比較快。

簡而言之，納米碳針對土壤微生物活性產(chǎn)生的影響是多種多樣的。除了能夠?qū)ξ⑸锂a(chǎn)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(chǎn)生一定的影響，也正是因為產(chǎn)生的這些影響才導(dǎo)致土壤中的微生物以及酶的活性受到影響。因此需要進(jìn)一步對其自身的機理進(jìn)行研究，不同研究總結(jié)出的結(jié)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(jié)果進(jìn)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(chǎn)生的影響也是不同的。當(dāng)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(chǎn)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(dá)到一定的濃度會積聚靜電并且對酶構(gòu)成一定的吸附作用。

3.納米碳在土壤生態(tài)修復(fù)中的有效應(yīng)用

(1)水土保持

因為納米碳的問世讓很多研究學(xué)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?，我國研究學(xué)者進(jìn)行試驗的區(qū)域主要是集中在黃土高原，這一地區(qū)的水土雙重侵蝕非常的嚴(yán)重。而在其他地區(qū)進(jìn)行研究的卻并不是很多，并且在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究的學(xué)者也較少。

(2)污染土壤的修復(fù)

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(zhì)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(fù)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(dǎo)致其中含有的氧基團會不斷的提高，其產(chǎn)生的這種變化會導(dǎo)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(jìn)行吸附已經(jīng)成為了土壤修復(fù)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(yīng)用的生態(tài)風(fēng)險

盡管如前文提到的碳納米材料所具備的表面效應(yīng)較強，但是界面效應(yīng)與尺寸效應(yīng)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(guān)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(jìn)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(dǎo)致納米碳在應(yīng)用過程中會產(chǎn)生很多不能夠得到確認(rèn)的風(fēng)險，除了這些之外也會出現(xiàn)危害人類與環(huán)境的風(fēng)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(nóng)業(yè)生物生命現(xiàn)象以及農(nóng)業(yè)過程本質(zhì)上去對其給予深化，使得納米碳技術(shù)能夠在我國的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域里獲得更高水平的應(yīng)用。

5.結(jié)束語

綜上所述，本文主要是針對當(dāng)前納米碳在土壤中的使用進(jìn)行相關(guān)的分析和總結(jié)，通過總結(jié)得出納米碳具備的一些優(yōu)勢和存在的一些不足，希望本文的研究能夠?qū)ξ磥砑{米碳在土壤改良提供助力。