本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用碳納米材料提高草坪堆肥基質(zhì)小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量的方法。
背景技術(shù)：
在21世紀(jì)，納米材料現(xiàn)已成為中極具發(fā)展前途的材料之一，據(jù)估計(jì)，市面上現(xiàn)已有超過800種的含納米材料的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其中，碳納米材料是一類具有重要應(yīng)用價(jià)值的納米材料，僅從2009年至2010年期間，全球的碳納米材料從2190 t上升至4065 t。目前，受到比較多關(guān)注的碳納米材料有石墨烯，氧化石墨烯和碳納米管等。石墨烯是近些年來新興的一種碳納米材料，是由sp2雜化的C原子六邊形排列而形成的蜂窩狀二維平面結(jié)構(gòu)材料，2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)就頒給了對(duì)石墨烯進(jìn)行卓越研究的科學(xué)家。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，其表面有多種基團(tuán)。石墨烯表面具有的含氧基團(tuán)有利于其親水性，且含氧基團(tuán)能夠與重金屬發(fā)生作用。碳納米管是指石墨烯片層卷成的無縫的中空管體，其管身是由碳六邊形構(gòu)成，sp2雜化是C原子主要雜化形式，同時(shí)也會(huì)混有sp3雜化。碳納米材料的性質(zhì)與其的結(jié)構(gòu)關(guān)系緊密，主要表現(xiàn)在電學(xué)和機(jī)械性質(zhì)及很好的吸附性能等等，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用在材料、生物醫(yī)學(xué)、能源和環(huán)境等多領(lǐng)域。作為吸附材料，其在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域中污染物的吸附與鈍化中作用顯著。
現(xiàn)如今，人類正面臨著造成了能源過度消耗、環(huán)境污染和全球變暖等諸多問題，其中重金屬礦物的大量使用，使人類面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。重金屬離子毒性大、在環(huán)境中長(zhǎng)期分散存在，在食物鏈中由于富集作用，其危害被放大，且并不易被生物代謝，進(jìn)而威脅人類健康。如何解決重金屬問題一直引人關(guān)注。碳納米材料因?yàn)榫哂谐弑缺砻娣e等性質(zhì)，在進(jìn)行吸附作用的時(shí)候有高的反應(yīng)效率并且作用效果明顯，一直受到重視。有研究不同條件下氧化石墨烯對(duì)水體中Pb（Ⅱ）富集率的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在60℃的時(shí)候，富集率達(dá)1850 mg/g；有人曾使用被次氯酸鈉處理后的單層碳納米管和多層碳納米管富集水體中的Zn2+，發(fā)現(xiàn)在pH=7、t=25℃條件下吸附容量分別是43.66和32.68 mg/g；通過引入-SH修飾氧化石墨，提高了其親水性與吸附性能；而制備了GNSPF6材料，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Pb2+和Cd2+吸附效果良好，分別可達(dá)406.6 mg/g和73.42 mg/g。
土壤動(dòng)物是土壤環(huán)境中一個(gè)龐大的生物群體，按照其體型大小可分為原生動(dòng)物、濕生小型土壤動(dòng)物（例如線蟲和線蚓）、小型節(jié)肢動(dòng)物（如螨類和跳蟲等）以及大型土壤動(dòng)物（例如蚯蚓和馬陸等）。其在分解土壤中動(dòng)植物殘?bào)w，影響土壤理化性質(zhì)及促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)這些方面的作用十分重要。另外，土壤的質(zhì)量也與土壤動(dòng)物關(guān)系密切，土壤動(dòng)物對(duì)其生存環(huán)境的變化反應(yīng)敏感，土壤pH、濕度、溫度、有機(jī)質(zhì)、N、P、K等變化都可以影響土壤動(dòng)物，因此，土壤動(dòng)物可作為評(píng)價(jià)土壤健康狀況的指標(biāo)?，F(xiàn)如今，污染土壤的來源有很多，如重金屬、農(nóng)藥和化肥等，利用土壤動(dòng)物來檢測(cè)環(huán)境的污染情況已受到了廣大科學(xué)工作者的重視，其中，常作為指示生物的包括線蟲、微生物、小型節(jié)肢動(dòng)物和蚯蚓等。
土壤小型節(jié)肢動(dòng)物是在陸地生態(tài)系統(tǒng)分布極廣的一類土壤動(dòng)物，亦是土壤環(huán)境中重要的組成部分，包括彈尾目、蜱螨目、雙翅目和鞘翅目等。其中彈尾目（跳蟲）和蜱螨目（螨類）約占95%，也是在評(píng)價(jià)土壤的質(zhì)量的時(shí)候最有價(jià)值的兩個(gè)類群，按照食性可分為捕食性、植食性、腐食性和食真菌4個(gè)功能群。在土壤有機(jī)質(zhì)分解、物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)、土壤形成與熟化過程中小型節(jié)肢動(dòng)物可以發(fā)揮著重要的作用，并可對(duì)環(huán)境變化作出敏感響應(yīng)，是土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的良好指示生物，其群落結(jié)構(gòu)可以表征土壤狀況，如土壤環(huán)境的有機(jī)質(zhì)含量、受干擾程度和受污染程度等。又有研究表明，鉛、鎘和砷污染都可以減少中小型節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量，且不同種類的重金屬對(duì)的小型節(jié)肢動(dòng)物是影響不同的，鉛對(duì)彈尾目的影響大于對(duì)蜱螨目的影響，而鎘可降低蜱螨目的豐度，而對(duì)彈尾目影響并不大；還有人曾在探究土壤螨類對(duì)肥料的響應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EM堆肥處理下的螨類數(shù)量更多、物種更多并且分布更均勻，而只施加化肥的農(nóng)田，螨類數(shù)量和種類均趨于減少，群落結(jié)構(gòu)趨于單一化發(fā)展。
土壤小型節(jié)肢動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中承擔(dān)著的重要生態(tài)功能，也同樣是指示土壤環(huán)境的一類生物，然而其在碳納米材料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中并不多見。土壤小型節(jié)肢動(dòng)物其個(gè)體密度、各營(yíng)養(yǎng)功能群數(shù)量、群落多樣性、豐富度和均勻度等指數(shù)可作為敏感的評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映土壤環(huán)境質(zhì)量的變化，故本文基于小型節(jié)肢動(dòng)物群落，評(píng)價(jià)不同碳納米材料對(duì)堆肥基質(zhì)草坪生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及此過程中可能存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
一般認(rèn)為，添加肥料對(duì)土壤動(dòng)物具有正向作用，但Cao等研究發(fā)現(xiàn)施加化肥后，土壤螨蟲數(shù)量下降，這可能與化肥中重金屬離子的富集有關(guān)。生活垃圾堆肥中同樣含有大量重金屬，施入土壤后會(huì)引起土壤中重金屬含量的增加。已有研究表明，重金屬對(duì)小型節(jié)肢動(dòng)物的影響劇烈。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在堆肥基質(zhì)草坪中，小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量反而低于自然生態(tài)系統(tǒng)中的數(shù)量，但添加碳納米材料后，小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量均存在上升趨勢(shì)，同時(shí)H’指數(shù)、豐富度SR指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度C指數(shù)也顯著提高。多項(xiàng)研究證明，碳納米材料對(duì)重金屬離子有一定的吸附能力，因此，土壤中游離態(tài)重金屬離子含量下降可能是導(dǎo)致土壤小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量上升的原因之一。垃圾堆肥有利于土壤培肥，在為期130 d的盆栽試驗(yàn)中，小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量的增加，使土壤可持續(xù)供肥能力提高，進(jìn)而促進(jìn)了自身的增殖。本試驗(yàn)結(jié)果表明，添加不同碳納米材料后，小型節(jié)肢動(dòng)物的數(shù)量存在差異，其中，氧化石墨烯對(duì)其正向影響最為顯著，小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量在四種處理中排序?yàn)檠趸?gt;碳納米管>石墨烯>對(duì)照。氧化石墨烯表面具有大量活性含氧官能團(tuán)，具有非常好的水分散性，與重金屬離子、有機(jī)污染物等間有很強(qiáng)的互作能力，而石墨烯缺少活性基團(tuán)，且呈惰性狀態(tài)，限制了其吸附效果，碳納米管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其物理吸附能力，同時(shí)，氧化石墨烯可以加強(qiáng)了細(xì)胞附著與增殖能力，促進(jìn)生物生長(zhǎng)繁殖，對(duì)于體型較小的小型節(jié)肢動(dòng)物影響更為強(qiáng)烈，而試驗(yàn)初期土壤動(dòng)物的群落組成及其敏感程度也可能導(dǎo)致對(duì)不同碳納米材料響應(yīng)的差異。
土壤功能的實(shí)現(xiàn)通常與小型動(dòng)物群落組成緊密相連，闡明小型節(jié)肢動(dòng)物功能類群的響應(yīng)有利于揭示不同碳納米材料的生態(tài)效應(yīng)。經(jīng)歷130 d的盆栽試驗(yàn)，在添加了碳納米材料的堆肥基質(zhì)草坪土壤中，由于甲螨類的出現(xiàn)，小型節(jié)肢動(dòng)物功能類群組成趨于完整。營(yíng)腐食性的小型節(jié)肢動(dòng)物主要為甲螨，作為分解者，甲螨對(duì)土壤環(huán)境非常敏感，且對(duì)土壤質(zhì)量的要求較高，甲螨的出現(xiàn)不僅反應(yīng)了土壤養(yǎng)分水平的提高與土壤環(huán)境的改善，也通過分解作用，進(jìn)一步促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在地下生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)。
城市生活垃圾是指城市的居民在日常生活當(dāng)中一般被丟棄的各種固體廢棄物的總稱，其主要包括地灰、商業(yè)垃圾及集市垃圾、廚余垃圾等。在中國(guó)，隨著城市迅速發(fā)展，城市的生活垃圾產(chǎn)量也增多，垃圾成分的更復(fù)雜也造成了環(huán)境問題更復(fù)雜，在現(xiàn)在已經(jīng)成為來當(dāng)今社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)之一。垃圾既是廢棄物又是可利用的特殊資源，因此垃圾的資源化利用受到了廣泛的重視。若將垃圾合理處置，可節(jié)約能源、減少污染并有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，倘若處置不當(dāng)，則會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危機(jī)。在國(guó)內(nèi)外，垃圾成分、自然條件、能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和傳統(tǒng)習(xí)慣的差異造成了并沒有統(tǒng)一處理垃圾的處理方法。目前，我國(guó)進(jìn)行生活垃圾處理的方式主要包括焚燒、填埋和堆肥等。其中焚燒處理所占比例約為2%，所需運(yùn)行成本較為龐大，且焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生粉塵、有毒有害氣體、重金屬等污染物，進(jìn)一步造成二次污染。衛(wèi)生填埋大多不符合標(biāo)準(zhǔn)，且會(huì)占據(jù)大量土地資源，被利用的土地較短時(shí)間內(nèi)并不能恢復(fù)到原來的用途，致使土地資源嚴(yán)重浪費(fèi)。堆肥化處理垃圾是目前被廣泛使用且可資源化利用堆肥的途徑。堆肥化的垃圾可以實(shí)現(xiàn)垃圾從自然來再返回到自然，可達(dá)到處理廢物和改良土壤等多個(gè)目的，此外，其終端產(chǎn)物是有機(jī)肥料，可在農(nóng)業(yè)、草業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮潛力。
草坪體系是集多種功能于一體的生態(tài)工程，具有觀賞與美化的效果，并能供人娛樂、休閑及適度的運(yùn)動(dòng)，是城市復(fù)合綠化的重要組成部分。草坪建植體系可改善居民生活質(zhì)量，如凈化空氣、降低噪聲等，也起到吸引外資、促進(jìn)城市旅游業(yè)的發(fā)展等作用，對(duì)城市生活的各個(gè)方面都具有重要作用，愈來愈受到人們的重視。一般來說，如果要進(jìn)行一次草皮的生產(chǎn)至少需要2 cm土壤，所以長(zhǎng)期生產(chǎn)則會(huì)破壞環(huán)境。近年來，相當(dāng)一部分城市草坪是用舊城拆遷地、垃圾填埋地來生產(chǎn)，一般來說土質(zhì)較差，因此對(duì)草坪所需土壤添加肥料對(duì)提高草坪質(zhì)量、保證草坪產(chǎn)期具有良好的狀態(tài)具有積極作用。而將堆肥作為肥料應(yīng)用于綠化體系既可使堆肥中重金屬避開食物鏈、實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，又可解決草坪土壤的養(yǎng)分供應(yīng)問題。已有研究表明，堆肥會(huì)促進(jìn)草坪植物的生物量、密度和抗逆境能力，且對(duì)葉片色澤和均一度也有積極影響。鑒于上述分析，如能將草坪堆肥基質(zhì)重金屬鈍化固定于草坪建植體系中，則會(huì)使堆肥草坪建植體系應(yīng)用方式更加安全有效。
在我國(guó)，由于人口增長(zhǎng)以及城市迅速發(fā)展，生活垃圾日趨增多，由垃圾引發(fā)的環(huán)境問題引人關(guān)注。將垃圾進(jìn)行堆肥化是資源化利用生活垃圾的重要途徑，其產(chǎn)物十分有利于改良土壤環(huán)境。而把堆肥應(yīng)用在草坪建植體系既能夠改良草坪土壤的質(zhì)量，有利于草坪植物保證較為良好的生長(zhǎng)，還能夠資源化利用生活垃圾堆肥。
土壤小型節(jié)肢動(dòng)物是土壤環(huán)境中極為普遍存在的一類土壤動(dòng)物，也是陸地環(huán)境中的重要構(gòu)成部分，能夠影響土壤的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化以及有機(jī)物的降解等諸多方面。同時(shí)，土壤小型節(jié)肢動(dòng)物也是土壤環(huán)境變化的良好指示生物，其群落結(jié)構(gòu)可以表征土壤的健康狀況。因此，研究碳納米材料（石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管）對(duì)小型節(jié)肢動(dòng)物群落的影響，通過對(duì)小型節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與組成的調(diào)查，分析小型節(jié)肢動(dòng)物對(duì)碳納米材料的響應(yīng)特征，可以在一定程度上反映碳納米材料環(huán)境釋放對(duì)土壤質(zhì)量的影響。小型節(jié)肢動(dòng)物種類較多，但在其中彈尾目（跳蟲）和蜱螨目（螨類）約占95%，也是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中最有價(jià)值的兩個(gè)類群，故本試驗(yàn)選其作為生物學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是在堆肥草坪建植體系下，施加不同碳納米材料（石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管），研究碳納米材料對(duì)草坪基質(zhì)小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量的調(diào)控作用，旨在為碳納米材料應(yīng)用于生態(tài)草坪基質(zhì)提供技術(shù)支撐。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明公開了如下的技術(shù)內(nèi)容：
一種采用碳納米材料提高草坪堆肥基質(zhì)小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行：
（1）材料
生活垃圾堆肥的主要理化性質(zhì)為：pH 7.49，電導(dǎo)率2300 μS/cm，有機(jī)質(zhì)131.84 g/kg，全磷6.81 g/kg，全氮25.09 g/kg，Ca含量23.33 mg/kg，F(xiàn)e 30.49 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg，Cr 702.60 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。
供試土壤為天津師范大學(xué)校園土壤，其主要理化性質(zhì)如下：含水量19.4%，pH 7.27，電導(dǎo)率2250 μS/cm，有機(jī)質(zhì)52.29 g/kg，全磷3.75 g/kg，全氮2.15 g/kg。
生活垃圾堆肥來自天津小淀垃圾處理廠，將生活垃圾堆肥進(jìn)行分類后粉碎。
草坪植物選用高羊茅（Festuca arundinacea.）。
石墨烯（Graphene）微片由南京吉倉納米科技有限公司生產(chǎn)，為黑色無規(guī)則薄片狀，微片大小0.5-20 μm，比表面積40-60 m2/g；
氧化石墨烯（Graphene Oxide）購自蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度3.4-7 nm，片層直徑10-50 μm，比表面積100-300 m2/g；碳納米管（Carbon nanotube）產(chǎn)自北京博宇高科技新材料技術(shù)有限公司，直徑20-40 nm，長(zhǎng)度10-30 μm，比表面積＞110 m2/g。
（2）試驗(yàn)方法：
試驗(yàn)采用塑料盆，高15 cm、內(nèi)徑20 cm裝土，每盆裝校園土壤1500 g（根據(jù)土壤濕度，折合成干土土重1500 g），每盆添加50 g生活垃圾堆肥，與土壤組配成草坪建植基質(zhì)；碳納米材料石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和碳納米管（CNT）均按土壤質(zhì)量的1%（w/w）比例添加，以不添加碳納米材料的處理為對(duì)照，土壤、生活垃圾堆肥與碳納米材料混勻后裝盆，每盆播入草坪植物高羊茅種子5 g，試驗(yàn)于室內(nèi)進(jìn)行，塑料盆隨機(jī)排放并于每5 d移動(dòng)位置，培養(yǎng)期間溫度為15-26℃，相對(duì)濕度35-55%，光照條件是自然條件下的入射光，按需用電子天平稱重補(bǔ)水，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)130 d，于第65 d割第一茬草進(jìn)行測(cè)定。
本發(fā)明進(jìn)一步公開了采用碳納米材料提高草坪堆肥基質(zhì)小型節(jié)肢動(dòng)物數(shù)量的方法在提高各食性類群個(gè)體數(shù)量，完善小型節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用。特別是在提高小型節(jié)肢動(dòng)物多樣性方面的應(yīng)用。
本發(fā)明更加詳細(xì)的描述如下：
1 研制材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
生活垃圾堆肥的主要理化性質(zhì)為：pH 7.49，電導(dǎo)率2300 μS/cm，有機(jī)質(zhì)131.84 g/kg，全磷6.81 g/kg，全氮25.09 g/kg，Ca含量23.33 mg/kg，F(xiàn)e 30.49 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg，Cr 702.60 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。供試土壤為天津師范大學(xué)校園土壤，其主要理化性質(zhì)如下：含水量19.4%，pH 7.27，電導(dǎo)率2250 μS/cm，有機(jī)質(zhì)52.29 g/kg，全磷3.75 g/kg，全氮2.15 g/kg。生活垃圾堆肥來自天津小淀垃圾處理廠，將生活垃圾堆肥進(jìn)行分類后粉碎。草坪植物選用高羊茅（Festuca arundinacea.）。石墨烯（Graphene）微片由南京吉倉納米科技有限公司生產(chǎn)，為黑色無規(guī)則薄片狀，微片大小0.5-20 μm，比表面積40-60 m2/g；氧化石墨烯（Graphene Oxide）購自蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度3.4-7 nm，片層直徑10-50 μm，比表面積100-300 m2/g；碳納米管（Carbon nanotube）產(chǎn)自北京博宇高科技新材料技術(shù)有限公司，直徑20-40 nm，長(zhǎng)度10-30 μm，比表面積＞110 m2/g。
1.2 技術(shù)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用塑料盆（高15 cm、內(nèi)徑20 cm）裝土，每盆裝校園土壤1500 g（根據(jù)土壤濕度，折合成干土土重1500 g）。每盆添加50 g生活垃圾堆肥，與土壤組配成草坪建植基質(zhì)。碳納米材料石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和碳納米管（CNT）均按土壤質(zhì)量的1%比例添加。以不添加碳納米材料的處理為對(duì)照，各處理設(shè)置3次重復(fù)。土壤、生活垃圾堆肥與碳納米材料混勻后裝盆，每盆播入草坪植物高羊茅種子5 g。試驗(yàn)于室內(nèi)進(jìn)行，塑料盆隨機(jī)排放并于每5 d移動(dòng)位置，培養(yǎng)期間溫度為15-26℃，相對(duì)濕度35-55%，光照條件是自然條件下的入射光，按需用電子天平稱重補(bǔ)水，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)130 d，于第65 d割第一茬草。
1.3 研制方法
采用Tullgren漏斗法進(jìn)行組配基質(zhì)動(dòng)物的分離，將分離得到的小型節(jié)肢動(dòng)物于70%酒精中保存，標(biāo)本是依據(jù)尹文英的《中國(guó)土壤動(dòng)物檢索圖鑒》進(jìn)行鑒定，鑒定到屬，同時(shí)統(tǒng)計(jì)個(gè)體數(shù)量。根據(jù)食性差異，將捕獲的小型節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)行類群劃分，包括捕食性、植食性、腐食性和食真菌4個(gè)功能群。
采用SPSS17.0軟件完成數(shù)據(jù)處理，利用one-way ANOVA單因素方差分析進(jìn)行差異顯著性分析，采用SigmaPlot 12.5進(jìn)行圖表的制作。
2 研制結(jié)果分析
本試驗(yàn)共收集線蟲隸屬7目29屬。在屬水平上，在未添加碳納米材料的對(duì)照處理中，捕獲線蟲屬數(shù)量最多，為28屬；石墨烯處理組中共收集線蟲15屬；氧化石墨烯處理組中共收集線蟲10屬；碳納米管處理組中共收集線蟲11屬，即對(duì)照處理中線蟲組成較添加碳納米材料的處理組復(fù)雜程度高。在對(duì)照組中，優(yōu)勢(shì)屬為三孔屬（Tripyla）和小桿屬（Rhabditis）；石墨烯處理組中，優(yōu)勢(shì)屬為小桿屬（Rhabditis）、擬麗突屬（Acrobeloides）、螺旋屬（Helicotylenchus），氧化石墨烯處理組中，優(yōu)勢(shì)屬為小桿屬（Rhabditis）、擬麗突屬（Acrobeloides）、盤旋屬（Rotylenchus）、螺旋屬（Helicotylenchus）、矮化屬（Tylenchorhynchus）；碳納米管處理中，優(yōu)勢(shì)屬為擬麗突屬（Acrobeloides）和螺旋屬（Helicotylenchus）。其中，與對(duì)照組相比，在三個(gè)添加碳納米材料的處理組中，優(yōu)勢(shì)屬出現(xiàn)變化，擬麗突屬（Acrobeloides）、螺旋屬（Helicotylenchus）在三種處理中均為優(yōu)勢(shì)屬，對(duì)照組中的小桿屬（Rhabditis）在石墨烯、氧化石墨烯處理中仍為優(yōu)勢(shì)屬；但在碳納米管處理中，優(yōu)勢(shì)下降；而在氧化石墨烯處理組中，由于收集到線蟲種類較少，優(yōu)勢(shì)屬數(shù)量最多。在目水平上，對(duì)照組中線蟲在試驗(yàn)中共收集到的7個(gè)目中均有分布，嘴刺目（Enoplida）、窄咽目（Araeolaimida）、色矛目（Chromadorida）、單齒目（Mononchida）線蟲均在添加碳納米材料處理組中消失；在氧化石墨烯處理組中，線蟲目數(shù)量最少，僅存在小桿目（Rhabditida）和墊刃目（Tylenchida）線蟲。
如圖1所示，添加碳納米材料處理后，線蟲數(shù)量響應(yīng)明顯。對(duì)照處理中，線蟲數(shù)量為1808.57條/ 500 g干土；添加碳納米材料處理中，線蟲數(shù)量變化范圍在5261.64-7002.68條/ 500 g干土；其中，不同碳納米材料處理下線蟲數(shù)量為氧化石墨烯>石墨烯>碳納米管，線蟲數(shù)量均顯著高于對(duì)照組（P < 0.05）；石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管處理下線蟲數(shù)量分別為對(duì)照處理的3.7倍、3.87倍、2.91倍。
群落的多樣性是影響群落穩(wěn)定性的影響因素之一，它是群落中物種數(shù)以及各物種個(gè)體數(shù)所構(gòu)成群落結(jié)構(gòu)特征的一種表示方式。本研究采用多樣性H’指數(shù)、豐富度SR指數(shù)、均勻度J指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度C指數(shù)反映不同處理下小型節(jié)肢動(dòng)物群落多樣性，計(jì)算結(jié)果。添加碳納米材料后，除碳納米管處理下的豐富度SR指數(shù)外，其余添加碳納米材料處理的多樣性H’指數(shù)、豐富度SR指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度C指數(shù)均大于對(duì)照處理，而均勻度J指數(shù)則為對(duì)照>石墨烯>碳納米管>氧化石墨烯，對(duì)照處理中多樣性H’指數(shù)最小而均勻度J指數(shù)卻最高，其原因是對(duì)照處理下物種數(shù)少，S數(shù)值小，造成H’與lnS比值相對(duì)較大，且一般來說，強(qiáng)調(diào)物種豐富度的指數(shù)比強(qiáng)調(diào)優(yōu)勢(shì)度或均勻度的指數(shù)更具有區(qū)別群落差異的能力。
不同處理下小型節(jié)肢動(dòng)物多樣性指數(shù)的變化
3 研制結(jié)論
土壤小型節(jié)肢動(dòng)物在生態(tài)系統(tǒng)中承擔(dān)著的重要生態(tài)功能，也同樣是指示土壤環(huán)境的一類生物，然而其在碳納米材料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中并不多見。土壤小型節(jié)肢動(dòng)物其個(gè)體密度、各營(yíng)養(yǎng)功能群數(shù)量、群落多樣性、豐富度和均勻度等指數(shù)可作為敏感的評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映土壤環(huán)境質(zhì)量的變化。碳納米材料對(duì)小型節(jié)肢動(dòng)物個(gè)體數(shù)量也存在積極作用，并可提高各食性類群個(gè)體數(shù)量，完善小型節(jié)肢動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)。添加碳納米材料后，小型節(jié)肢動(dòng)物多樣性也有所提高。
附圖說明：
圖1為不同處理下小型節(jié)肢動(dòng)物各食性類群個(gè)體數(shù)量；其中 CK、G、GO、CNT分別代表未添加碳納米材料的對(duì)照、添加石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管處理；不同的小寫字母代表在0.05的水平上具有顯著性差異；下同。
具體實(shí)施方式：
下面通過具體的實(shí)施方案敘述本發(fā)明。除非特別說明，本發(fā)明中所用的技術(shù)手段均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。另外，實(shí)施方案應(yīng)理解為說明性的，而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍僅由權(quán)利要求書所限定。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，對(duì)這些實(shí)施方案中的物料成分和用量進(jìn)行的各種改變或改動(dòng)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所用原料、試劑均有市售。
實(shí)施例1
（1）材料
生活垃圾堆肥的主要理化性質(zhì)為：pH 7.49，電導(dǎo)率2300 μS/cm，有機(jī)質(zhì)131.84 g/kg，全磷6.81 g/kg，全氮25.09 g/kg，Ca含量23.33 mg/kg，F(xiàn)e 30.49 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg，Cr 702.60 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。
供試土壤為天津師范大學(xué)校園土壤，其主要理化性質(zhì)如下：含水量19.4%，pH 7.27，電導(dǎo)率2250 μS/cm，有機(jī)質(zhì)52.29 g/kg，全磷3.75 g/kg，全氮2.15 g/kg。
生活垃圾堆肥來自天津小淀垃圾處理廠，將生活垃圾堆肥進(jìn)行分類后粉碎。
草坪植物選用高羊茅（Festuca arundinacea.）。
石墨烯（Graphene）微片由南京吉倉納米科技有限公司生產(chǎn)，為黑色無規(guī)則薄片狀，微片大小10 μm，比表面積40 m2/g；
氧化石墨烯（Graphene Oxide）購自蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度3.4 nm，片層直徑10 μm，比表面積100 m2/g；碳納米管（Carbon nanotube）產(chǎn)自北京博宇高科技新材料技術(shù)有限公司，直徑20 nm，長(zhǎng)度10μm，比表面積＞110 m2/g。
（2）試驗(yàn)方法：
試驗(yàn)采用塑料盆，高15 cm、內(nèi)徑20 cm裝土，每盆裝校園土壤1500 g（根據(jù)土壤濕度，折合成干土土重1500 g），每盆添加50 g生活垃圾堆肥，與土壤組配成草坪建植基質(zhì)；碳納米材料石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和碳納米管（CNT）均按土壤質(zhì)量的1%（w/w）比例添加，以不添加碳納米材料的處理為對(duì)照，土壤、生活垃圾堆肥與碳納米材料混勻后裝盆，每盆播入草坪植物高羊茅種子5 g，試驗(yàn)于室內(nèi)進(jìn)行，塑料盆隨機(jī)排放并于每5 d移動(dòng)位置，培養(yǎng)期間溫度為15℃，相對(duì)濕度35%，光照條件是自然條件下的入射光，按需用電子天平稱重補(bǔ)水，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)130 d，于第65 d割第一茬草進(jìn)行測(cè)定。
實(shí)施例2
（1）材料
生活垃圾堆肥的主要理化性質(zhì)為：pH 7.49，電導(dǎo)率2300 μS/cm，有機(jī)質(zhì)131.84 g/kg，全磷6.81 g/kg，全氮25.09 g/kg，Ca含量23.33 mg/kg，F(xiàn)e 30.49 g/kg，Cu 341.34 mg/kg，Zn 677.33 mg/kg，Pb 216.98 mg/kg，Cd 5.02 mg/kg，Mn 437.88 mg/kg，Cr 702.60 mg/kg，Ni 41.82 mg/kg。
供試土壤為天津師范大學(xué)校園土壤，其主要理化性質(zhì)如下：含水量19.4%，pH 7.27，電導(dǎo)率2250 μS/cm，有機(jī)質(zhì)52.29 g/kg，全磷3.75 g/kg，全氮2.15 g/kg。
生活垃圾堆肥來自天津小淀垃圾處理廠，將生活垃圾堆肥進(jìn)行分類后粉碎。
草坪植物選用高羊茅（Festuca arundinacea.）。
石墨烯（Graphene）微片由南京吉倉納米科技有限公司生產(chǎn)，為黑色無規(guī)則薄片狀，微片大小20 μm，比表面積60 m2/g；
氧化石墨烯（Graphene Oxide）購自蘇州恒球納米公司，為黑色或褐黃色粉末，平均厚度7 nm，片層直徑50 μm，比表面積300 m2/g；碳納米管（Carbon nanotube）產(chǎn)自北京博宇高科技新材料技術(shù)有限公司，直徑40 nm，長(zhǎng)度30 μm，比表面積＞110 m2/g。
（2）試驗(yàn)方法：
試驗(yàn)采用塑料盆，高15 cm、內(nèi)徑20 cm裝土，每盆裝校園土壤1500 g（根據(jù)土壤濕度，折合成干土土重1500 g），每盆添加50 g生活垃圾堆肥，與土壤組配成草坪建植基質(zhì)；碳納米材料石墨烯（G）、氧化石墨烯（GO）和碳納米管（CNT）均按土壤質(zhì)量的1%（w/w）比例添加，以不添加碳納米材料的處理為對(duì)照，土壤、生活垃圾堆肥與碳納米材料混勻后裝盆，每盆播入草坪植物高羊茅種子5 g，試驗(yàn)于室內(nèi)進(jìn)行，塑料盆隨機(jī)排放并于每5 d移動(dòng)位置，培養(yǎng)期間溫度為26℃，相對(duì)濕度50%，光照條件是自然條件下的入射光，按需用電子天平稱重補(bǔ)水，整個(gè)試驗(yàn)歷時(shí)130 d，于第65 d割第一茬草進(jìn)行測(cè)定。