CN112111040B - 一种花生壳生物炭复合水凝胶及其在烟草种植中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合水凝胶材料技术领域，具体涉及一种花生壳生物炭复合水凝胶及其在烟草种植中的应用。该复合水凝胶以丙烯酰胺、羧甲基纤维素、热解制备的花生壳生物炭为原料，以过硫酸铵为引发剂，N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，在水溶液中加热进行交联聚合反应制备得到。该复合水凝胶具有较强的吸水和保水性能，在烟草种植中能够吸附土壤中的镉，缓解烟苗在Cd胁迫下受到的毒害作用，提高烟苗SPAD值，增强烟苗的抗氧化和抗逆性，促进烟草幼苗生长发育。

Description

一种花生壳生物炭复合水凝胶及其在烟草种植中的应用
技术领域
本发明属于复合水凝胶材料技术领域，具体涉及一种花生壳生物炭复合水凝胶及其在烟草种植中的应用。
背景技术
镉(Cd)是土壤中最常见、毒性最大的重金属污染物之一，也是公认的对人类、动植物危害最大的金属污染物之一。Cd主要通过工业加工和磷肥进入环境，并可通过农作物积累，最终转移到食物链。人类通过食用受镉污染的动植物使镉进入人体，对肾脏和骨骼造成严重损害。Cd胁迫主要影响植物的生长和生理生化过程，包括根系生长、抑制养分吸收和阻碍光合作用的叶绿素合成。降低植物镉污染是当前研究的热点。
烟草是一种重要的经济作物和模式作物，然而，它比其他作物更适应镉的吸收，很容易通过吸入香烟产生的烟雾对人类健康造成风险。
水凝胶是一种具有网络结构和亲水性基团的交联聚合物，使其能够吸收大量的水而不溶解，得益于其三维网络结构和各种官能团，水凝胶已成为去除废水中重金属离子的有效吸附剂，然而目前的水凝胶材料在烟草种植领域中未见使用，其效果仍未可知。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷和问题，本发明提供一种花生壳生物炭复合水凝胶，该复合水凝胶在烟草种植方面具有保水、吸收土壤中镉离子、减少镉对烟苗的毒害作用，促进烟草植株生长。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种花生壳生物炭复合水凝胶，包括花生壳生物炭、丙烯酰胺、羧甲基纤维素、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=（3-5）:1:（6-10），所述过硫酸铵质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.5-1.5%，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.3-0.8%。
上述的花生壳生物炭复合水凝胶，花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=4:1:8，所述过硫酸铵质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的1%，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.5%。
本发明还提供一种花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤
第一步、将洗净自然风干的花生壳截成2 cm左右的小段并用粉碎机粉碎后过2 mm筛，然后将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在420-480℃中热解2-4h得花生壳生物炭，反应结束后关闭马弗炉待热解气冷却至室温后将花生壳生物炭取出磨碎并过100目筛密封保存备用；
第二步、按比例称取花生壳生物炭、丙烯酰胺和羧甲基纤维素，将花生壳生物炭将其置于烧杯中，按照比例向烧杯中加入丙烯酰胺和羧甲基纤维素，然后向烧杯中加入丙烯酰胺质量10-15倍量的蒸馏水，充分搅拌均匀；
第三步、按质量比加入过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，在50-70℃温度条件下以150-250r/min的转速反应2-4h制得花生壳生物炭复合水凝胶。
上述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，第一步中将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在450℃条件下热解3h得花生壳生物炭。
上述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，第二步中向烧杯中加入丙烯酰胺质量12.5倍量的蒸馏水搅拌均匀。
上述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，第三步中在60℃温度条件下以200r/min的转速反应3h制得花生壳生物炭复合水凝胶。
本发明的花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用。
上述的花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用，所述花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中起到保水作用。
上述的花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用，所述花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中能够吸附土壤中镉离子，促进烟草生长。
本发明的有益效果：
（1）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶具有较好的吸水和保水性能，可以有效保持土壤中的水分，降低土壤水分散失速度。
（2）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶能够吸附土壤中的Cd2+，减少镉对烟苗的毒害作用。
（3）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶能够促进烟苗叶片和根系生长，增加了烟苗的叶片数量，改善烟叶表型，促进了根系的发育，能够提高烟草生物量和相对含水量。
（4）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶能够提高烟苗免疫能力，在高温强光胁迫下促使烟苗对外界胁迫的刺激迅速反应，促进气孔及时关闭，减少水分流失。
（5）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶处理的烟苗的净光合速率（Pn）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、SPAD值、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）分别提高了62.03%、31.59%、29.61%、82.54%和84.42%(P<0.05)。
（6）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶处理的烟苗显著提高过氧化物酶POD活性、过氧化氢酶CAT活性和脯氨酸PRO含量(P<0.05)，显著降低了丙二醛MDA含量(P<0.05)，有效清除Cd胁迫下烟草细胞内产生的有毒活性氧（ROS），减少细胞毒性，增强烟苗的抗氧化能力，提高抗逆性。
（7）本发明的花生壳生物炭复合水凝胶能有效降低烟苗叶片中H2O2积累量和O2 ·-积累量，降低Cd胁迫下的细胞死亡率，有利于烟草的生长。
附图说明
图1为本发明复合水凝胶的FTIR图谱。
图2为本发明复合水凝胶的SEM谱图。
图3为本发明复合水凝胶的吸水结果。
图4为本发明复合水凝胶使用前后土壤的含水率变化结果。
图5为本发明复合水凝胶使用前后土壤质量变化结果。
图6为Cd胁迫下本发明复合水凝胶材料对烟叶生长的影响。
图7为Cd胁迫下使用和未使用本发明复合水凝胶材料15d后烟叶和根系变化。
图8为Cd胁迫下使用和未使用本发明复合水凝胶材料烟苗的叶片和根系的各项指标结果。
图9为不同处理组烟草生物量和相对含水量的结果。
图10为不同处理组烟苗叶片气孔开闭结果。
图11为不同处理对烟草的光合效率和SPAD值的影响结果。
图12为不同处理对烟草MDA、PRO、CAT和POD含量的影响结果。
图13为不同处理组烟草叶片的DAB、NBT和台盼蓝染色结果。
图14为本发明复合水凝胶成胶前和成胶后的形态图。
图15为本发明复合水凝胶材料冷冻干燥后和粉碎后的形态图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例提供的花生壳生物炭复合水凝胶，该复合水凝胶包括花生壳生物炭（B）、丙烯酰胺（AM）、羧甲基纤维素（CMC）、过硫酸铵（APS）和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），其中花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=4:1:8，其中过硫酸铵的质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的1%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.5%。
制备方法：
第一步、将洗净自然风干的花生壳截成2cm左右的小段并用粉碎机粉碎过2mm筛，然后将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在450℃中热解3h得花生壳生物炭，反应结束后关闭马弗炉待热解气冷却至室温后将花生壳生物炭取出磨碎并过100目筛密封保存备用。
第二步、称取4.0g花生壳生物炭、1.0g羧甲基纤维素和8.0g丙烯酰胺，将花生壳生物炭将其置于烧杯中，向烧杯中加入将丙烯酰胺和羧甲基纤维素，然后向烧杯中加入100mL蒸馏水，充分搅拌均匀。
第三步、称取0.09g过硫酸铵和0.045gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入到第二步中的烧杯中，将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，调节水浴温度60℃、转速200转/min，反应3h，得复合水凝胶材料，其形态如图14和图15所示。
实施例2：本实施例提供的花生壳生物炭复合水凝胶，该复合水凝胶包括花生壳生物炭（B）、丙烯酰胺（AM）、羧甲基纤维素（CMC）、过硫酸铵（APS）和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），其中花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=3:1:6，其中过硫酸铵的质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.5%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.3%。
制备方法：
第一步、将洗净自然风干的花生壳截成2cm左右的小段并用粉碎机粉碎过2mm筛，然后将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在420℃中热解4h得花生壳生物炭，反应结束后关闭马弗炉待热解气冷却至室温后将花生壳生物炭取出磨碎并过100目筛密封保存备用。
第二步、称取3.0g花生壳生物炭、1.0g羧甲基纤维素和6.0g丙烯酰胺，将花生壳生物炭将其置于烧杯中，向烧杯中加入将丙烯酰胺和羧甲基纤维素，然后向烧杯中加入90mL蒸馏水，充分搅拌均匀。
第三步、称取0.035g过硫酸铵和0.021gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入到第二步中的烧杯中，将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，调节水浴温度50℃、转速250r/min，反应3h，得复合水凝胶材料。
实施例3：本实施例提供的花生壳生物炭复合水凝胶，该复合水凝胶包括花生壳生物炭（B）、丙烯酰胺（AM）、羧甲基纤维素（CMC）、过硫酸铵（APS）和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），其中花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=5:1:10，其中过硫酸铵的质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的1.5%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.8%。
制备方法：
第一步、将洗净自然风干的花生壳截成2cm左右的小段并用粉碎机粉碎过2mm筛，然后将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在480℃中热解2h得花生壳生物炭，反应结束后关闭马弗炉待热解气冷却至室温后将花生壳生物炭取出磨碎并过100目筛密封保存备用。
第二步、称取5.0g花生壳生物炭、1.0g羧甲基纤维素和10.0g丙烯酰胺，将花生壳生物炭将其置于烧杯中，向烧杯中加入将丙烯酰胺和羧甲基纤维素，然后向烧杯中加入100mL蒸馏水，充分搅拌均匀。
第三步、称取0.125g过硫酸铵和0.088gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入到第二步中的烧杯中，将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，调节水浴温度70℃、转速250转/min，反应4h，得复合水凝胶材料。
实施例4:本实施例提供的花生壳生物炭复合水凝胶，该复合水凝胶包括花生壳生物炭（B）、丙烯酰胺（AM）、羧甲基纤维素（CMC）、过硫酸铵（APS）和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），其中花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=4:1:8，其中过硫酸铵的质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.8%，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.6%。
制备方法：
第一步、将洗净自然风干的花生壳截成2cm左右的小段并用粉碎机粉碎过2mm筛，然后将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在450℃中热解3h得花生壳生物炭，反应结束后关闭马弗炉待热解气冷却至室温后将花生壳生物炭取出磨碎并过100目筛密封保存备用。
第二步、称取4.0g花生壳生物炭、1.0g羧甲基纤维素和8.0g丙烯酰胺，将花生壳生物炭将其置于烧杯中，向烧杯中加入将丙烯酰胺和羧甲基纤维素，然后向烧杯中加入100mL蒸馏水，充分搅拌均匀。
第三步、称取0.072g过硫酸铵和0.054gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入到第二步中的烧杯中，将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，调节水浴温度60℃、转速200转/min，反应3h，得复合水凝胶材料。
试验例1：结构表征
（1）红外光谱分析
将实施例1制备的复合水凝胶干燥后作为材料样品与溴化钾粉末混合均匀进行压片，置于iS10型红外光谱仪上进行扫描，扫描波数范围4000-500cm-1，结果见图1，图中AM/CMC/B为丙烯酰胺/羧甲基纤维素/花生壳生物炭复合水凝胶材料，B为热解制备的花生壳生物炭，CMC为羧甲基纤维素，AM为丙烯酰胺。
从图1中可以看出，丙烯酰胺的特征峰消失，羧甲基纤维素和花生壳生物炭的特征峰形变小、强度减弱，说明丙烯酰胺、羧甲基纤维素和花生壳生物炭发生了化学反应，通过接枝共聚形成了新的复合材料。
（2）扫描电镜
将实施例1制备的复合水凝胶冷冻干燥后进行喷金处理，置于SIGMA-500型扫描电镜进行微观样貌观察，结果见图2。
从图2中可以看出复合材料AM/CMC/B表面凹凸不平，而且具有很多孔洞，说明该材料具有较大的比表面积，这些孔洞可以为吸附金属离子提供良好的附着位点，可以推断出该复合材料具有较强的吸附能力。
试验例2：吸水和保水效果
（1）吸水实验
称取1.00g烘干的复合水凝胶材料在蒸馏水中浸泡48h使其达到溶胀平衡，取出水凝胶用滤纸擦干表面水分并称重，利用公式SR=(We-W0)/W0测试其吸水性能，式中：SR为溶胀度（g/g）；W0为干凝胶质量（g）；We为溶胀平衡时凝胶质量（g），吸水结果如图3所示。
由图3计算可得，本发明复合水凝胶材料具有良好的吸水性能，溶胀度为32.73g/g。
（2）保水实验
称取0.5g烘干过60目的复合水凝胶材料与风干的细土混合均匀，使其充分吸水达到平衡，以不加水凝胶材料为空白对照CK，在室温下放置15天，每隔5天称重一次，利用公式W=(Me-M0)/M0，计算不同时间段土壤的含水率，来验证保水效果，其中，W为土壤含水率（%）；Me为吸水平衡后土壤质量（g），M0为干土质量（g），使用前后土壤的含水率变化结果和土壤质量变化结果如图4和5所示。
从图4和5可以看出，添加复合水凝胶材料AM/CMC/B的土壤含水率在放置不同的时间后均明显高于空白土壤含水率，说明该复合水凝胶材料具有较强的保水性能，可以有效保持土壤中水分，降低水分散失速度。
试验例3：Cd吸附试验
将0.05g烘干过60目的复合水凝胶材料充分浸没于100mL用分析纯的硝酸镉（Cd(NO3)2）配制好的浓度为100mg/L的Cd2+溶液中，在振荡器上振荡24h达到吸附平衡，采用美国瓦里安ICP-OES型电感耦合等离子原子发射光谱仪测定吸附后溶液中Cd2+的浓度，利用公式Q=[(Ce-C0)·V]/m计算该复合材料对重金属Cd的吸附量，式中，Q为复合水凝胶材料对重金属Cd的吸附量（mg/g）；C0为Cd2+的初始浓度（mg/L）；Ce为吸附平衡时Cd2+的浓度（mg/L）；m为干凝胶的质量（g）。
经ICP检测可知，吸附平衡后溶液中Cd2+的浓度为51.18mg/L，计算可得复合水凝胶材料AM/CMC/B对Cd2+的吸附量为97.64mg/g。
试验例4：烟草盆栽生长试验
在加入10mg/kg（Cd质量：干土质量）Cd的条件下进行盆栽试验，每盆加入200g过40目筛干土，以不加水凝胶材料为空白对照CK，添加0.5g/株复合水凝胶材料AM/CMC为实验组H，添加0.5g/株复合水凝胶材料AM/CMC/B为实验组BH，移栽前将干土和干凝胶混合均匀，选取长势一致30日龄的烟苗进行移栽，每个处理10株，探究该复合材料对烟草幼苗Cd胁迫下生长发育的影响。分别于移栽后0天和15天对烟苗进行拍照，观察其长势，结果如图6和图7所示；
测量烟苗的最大叶长、总根长、总根表面积、平均根直径、根尖数和根体积，结果见图8。
从图6和7烟苗的叶片和根系变化情况可以看出，添加复合水凝胶材料AM/CMC/B可以有效缓解烟草幼苗Cd胁迫下受到的毒害作用，促进烟苗叶片和根系生长。
由图8可以看出，添加复合水凝胶材料促进了烟苗的地上部和地下部生长，而且还增加了烟苗的叶片数量，促进了根系的发育，显著增加了Cd胁迫下的最大叶长、总根长、总根表面积、平均根直径、根尖数和根体积，可见本发明复合水凝胶可以有效缓解Cd对烟苗的毒害效应，促进烟苗生长。另外还能改善土壤性质，使土壤中碳、氮因子发生变化，土壤碳氮的改变能够影响烟叶中中性制香物质含量，促进烟叶中制香物质总量的提升，有利于烟叶增香；而且还能影响微生物的群落结构，促进微生物丰度提升；与植株根系相互作用促进根系生长，改善烟苗的表型，促进根系生长发育。
试验例5：烟草生物量和相对含水量测定
烟草生物量的测定：
对烟草植株进行地上部和地下部采样，用分析天平称重，记录样品鲜重。将新鲜烟草地上部和地下部于105℃烘箱中杀青30min，然后65℃烘干至恒重，用分析天平称重，记录样品干重。
烟叶相对含水量（RWC）的测定：
取各处理烟草新鲜叶片（从上往下第3片），用分析天平称重记为FW，然后置于蒸馏水中使其充分吸水，用滤纸吸干表面水分称重记为TW，然后将吸水后的叶片置于105℃烘箱中杀青30min，然后65℃烘干至恒重并称重记为DW，利用公式RWC(%)=(FW-DW)/(TW-DW)×100计算相对含水量。结果如图9所示。
在图9中，BH处理的烟苗的地上部鲜重、地下部干重和叶片相对含水量均显著高于对照(P<0.05)。在Cd胁迫下，CK烟苗受Cd影响最大。与对照相比，BH处理烟苗的地上部鲜重增加98.39%(P<0.05)，地下部鲜重增加130.67%(P<0.05)，地上部干重增加84.22%(P<0.05)，地下部干重增加231.82%(P<0.05)，叶片相对含水量提高17.01%(P<0.05)。这些试验结果表明，复合水凝胶AM/CMC/B可以缓解Cd胁迫下烟草幼苗的毒性，提高其抗逆性。复合水凝胶AM/CMC/B有利于提高Cd胁迫下烟草幼苗的生物量和相对含水量。
试验例6：烟草叶片气孔影响
用NP900型偏光显微镜(Nexcope，中国)数码摄影测量气孔开度和气孔密度。在Cd胁迫15d后，为了尽量减少其他因素的影响，植株在光照下培养3h，使其气孔完全开放，然后再进行试验。将三个处理的烟苗移到室外，暴露在高温强光下10分钟，然后立即用显微镜观察并拍照。结果见图10。
如图10所示，水凝胶BH处理的烟苗叶片气孔数(密度)显著高于CK，说明CK的烟苗受Cd的毒害最严重，添加水凝胶AM/CMC/B可以减轻这种毒害作用。BH处理的烟苗气孔开放程度较高，而CK处理的烟苗基本没有开放气孔。将Cd胁迫下的烟草幼苗置于高温和强光胁迫下日照10min，然后观察气孔形态，结果表明，CK处理烟苗气孔开放程度较大，BH处理烟苗气孔基本完全闭合。造成这一现象的原因可能是植物在高温强光胁迫下主动关闭气孔，从而减少水分流失。由于对照烟苗受Cd毒害最严重，导致免疫能力下降，对外界胁迫的应激反应基本丧失，气孔不会关闭。BH处理烟苗对此刺激反应迅速，气孔及时关闭。
试验例7：烟苗光合效率和SPAD值测定
选用Cd处理15d的第三片烟草真叶为材料。用LI-6400型便携式光合作用分析仪(美国Li-COR)测定了净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)。测量时间选在晴天，从上午9点-11点。固定体系的光强和CO2浓度分别为1000 μmol m−2 s−3和400 cm3 m3。用日本柯尼卡美能达(Konica Minolta)SPAD 502 PLUS便携式叶绿素仪测定烟草的SPAD值。结果见图11。
由图11可以看出，与对照相比，BH处理的烟苗的净光合速率（Pn）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、SPAD值、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）分别提高了62.03%、31.59%、29.61%、82.54%和84.42%(P<0.05)。单独Cd胁迫导致SPAD指数和光合作用指数明显下降，而BH的施用则缓解了这些现象。
试验例8：烟草MDA、PRO、CAT和POD含量的影响
以每处理的第3片真叶为材料。利用硫代巴比妥酸(TBA)法检测烟叶MDA含量。根据制造商的说明，使用特定的检测试剂盒(北京Solarbio，北京，中国)检测渗透保护剂脯氨酸(PRO)含量、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性。结果见图12。
由图12可知，与对照相比，BH处理的烟苗显著提高了过氧化物酶POD活性、过氧化氢酶CAT酶和脯氨酸PRO含量(P<0.05)，显著降低了丙二醛MDA含量(P<0.05)。BH处理烟苗的PRO含量、CAT活性和POD活性分别提高了192.19%、226.93%，和105.77%，丙二醛含量降低了36.61%(P<0.05)。结果表明，水凝胶AM/CMC/B可以有效清除Cd胁迫下烟草细胞内产生的ROS，减少细胞毒性，增强烟苗的抗氧化能力，提高抗逆性。
试验例9：烟草叶片的DAB、NBT和台盼蓝染色
DAB染色：Cd处理15d的新鲜烟叶浸泡于DAB染液中暗处理8h，浸泡后的叶片在室温下光照24h，直至出现褐斑，然后用95%乙醇浸泡至完全脱色，然后用爱普生V800扫描仪对染色后的叶片进行扫描观察。
NBT染色：将Cd处理15d的新鲜烟叶在30℃的NBT溶液中染色5h，用95%乙醇浸泡至完全脱色，然后用爱普生V800扫描仪对染色后的叶片进行扫描观察。
台盼蓝染色：将Cd处理15d的烟叶，用剃须刀在叶基部切开，用台盼蓝浸泡6h，然后将叶片在沸腾的乙醇中脱色20min，去除叶绿素，用爱普生V800扫描仪对染色后的叶片进行扫描观察。结果见图13。
图13的叶片组织DAB染色结果表明，Cd胁迫15d后，CK处理的烟草幼苗H2O2积累显著，而BH处理的烟苗H2O2积累明显低于CK。
组织NBT染色结果表明，Cd胁迫15d后，CK处理的烟草幼苗O2 ·-积累明显增加，大部分叶片被染成蓝色，BH处理积累量最小，只有一小部分叶片被染成蓝色。
台盼蓝染色结果表明，CK处理的烟苗叶片染色面积最大，BH最小，说明CK处理的烟苗细胞受Cd毒害最严重，因此，死亡细胞数最多。与对照相比，水凝胶AM/CMC/B能有效降低Cd胁迫下的细胞死亡率，有利于烟草的生长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围内所做的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种花生壳生物炭复合水凝胶，其特征在于：包括花生壳生物炭、丙烯酰胺、羧甲基纤维素、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，其中花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=（3-5）:1:（6-10），所述过硫酸铵质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.5-1.5%，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.3-0.8%。
2.根据权利要求1所述的花生壳生物炭复合水凝胶，其特征在于：花生壳生物炭：羧甲基纤维素：丙烯酰胺=4:1: 8，所述过硫酸铵质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的1%，所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量为丙烯酰胺和羧甲基纤维素质量和的0.5%。
3.一种如权利要求1或2任一项所述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
第一步、将洗净自然风干的花生壳截成2 cm的小段并用粉碎机粉碎后过2 mm筛，然后将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在420-480℃中热解2-4h得花生壳生物炭，反应结束后关闭马弗炉待热解气冷却至室温后将花生壳生物炭取出磨碎并过100目筛密封保存备用；
第二步、按比例称取花生壳生物炭、丙烯酰胺和羧甲基纤维素，将花生壳生物炭将其置于烧杯中，按照比例向烧杯中加入丙烯酰胺和羧甲基纤维素，然后向烧杯中加入丙烯酰胺质量10-15倍量的蒸馏水，充分搅拌均匀；
第三步、按质量比加入过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后将烧杯置于可控温式水浴磁力搅拌器中，加入转子，在50-70℃温度条件下以150-250r/min的转速反应2-4h制得花生壳生物炭复合水凝胶。
4.根据权利要求3所述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：第一步中将粉碎的花生壳置于马弗炉中，在450℃条件下热解3h得花生壳生物炭。
5.根据权利要求3所述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：第二步中向烧杯中加入丙烯酰胺质量12.5倍量的蒸馏水搅拌均匀。
6.根据权利要求3所述的花生壳生物炭复合水凝胶的制备方法，其特征在于：第三步中在60℃温度条件下以200r/min的转速反应3h制得花生壳生物炭复合水凝胶。
7.一种如权利要求1或2所述的花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用。
8.根据权利要求7所述的花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用，其特征在于：所述花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中起到保水作用。
9.根据权利要求7所述的花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中的应用，其特征在于：所述花生壳生物炭复合水凝胶在烟草种植中能够吸附土壤中镉离子，促进烟草生长。
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