菜园土壤重金属污染评价及铅生物有效性的同位素标记研究

摘要

土壤中重金属的迁移、转化及其对植物的毒害作用，除了与土壤中的重金属总量有关外，更大程度上取决于其在土壤中的存在形态。因此，开展对菜园土壤重金属的污染评价分析，研究土壤重金属(Pb)的生物有效性，对评价农业土壤种植环境的质量安全及蔬菜食用安全性具有重要的现实意义。
　　 本论文共分四章内容：
　　 第1章，在查阅大量文献的基础上，对重金属的污染、危害及其评价方法进行了综述，着重介绍了土壤中Pb生物有效性的研究方法，以及Pb在土壤.植物系统中的迁移转化规律及其在植物体内的分布特征。
　　 第2章，通过对40份菜园土壤重金属含量的测定，并采用单项污染指数及内梅罗综合污染指数法、地质积累指数法和潜在生态风险评价法，对土壤的重金属污染进行评价分析。结果表明：所采集的土壤样品存在一定程度的重金属污染，主要表现为Hg、Cd和Pb的污染，且Zn、Cu、Ni、Cr和As具有伴随污染的特点。潜在生态风险评价结果表明，SMNS、GWMS和HCDB土壤样品的重金属潜在生态风险指数(RI)分别为919、814和783，均大于强生态危害标准(RI≥600)，尤其受Hg和Cd的污染特别严重。
　　 第3章，选择受Pb不同污染程度的三份土壤即SMNS、SMHC和GWDD，通过对单一试剂提取、BCR连续提取，及利用同位素稀释方法测定其E值和三值，评价土壤中Pb的活性。结果表明：六种单一提取剂对土壤中铅的提取能力依次为：EDTA> NaOH>低分子量有机酸>CH3COOH> NaNO3> CaCl2。BCR连续提取的前三个形态的总量(∑BCR)占土壤总Pb的30.0%-37.7%。Lb值(根部)占土壤Pb总量的25%-30%。而土壤中%E24h值为53.2%～61.7%，平均达到57%，显著高于(p<0.05)单一试剂提取量、∑BCR以及Lb值。E24h与土壤pH呈显著负相关(R2=0.984)，表明通过控制土壤pH值可减少土壤中活性态Pb的含量，对控制土壤铅污染有一定意义。
　　 第4章，利用同位素标记的方法研究植物对土壤铅的吸收机制。通过加入一定量的富集206Pb对土壤中铅进行标记，并进行盆栽试验，利用改进的BCR连续提取法研究种植前后土壤铅形态，并测定蔬菜不同器官的208Pb/206Pb比值，采用差速离心法研究Pb在植物体内不同器官的亚细胞分布情况。结果表明，土壤酸可溶态Pb的同位素比值(208Pb/206Pb)变化最明显，说明这部分的Pb最易被植物吸收利用，生物活性最强；残渣态Pb的同位素比值(208Pb/206Pb)基本不变，说明该形态的Pb比较稳定，不易吸收或向其它形态转化。蔬菜各部位208Pb/206Pb比值变化依次为：根>茎>叶，其中根部是吸收Pb的主要部位。亚细胞分布结果表明：蔬菜吸收土壤的Pb主要沉积于细胞壁，约占总量的60-80%，其次是细胞器(约为20%)，而在细胞质部分仅占总量的10%左右，表明细胞壁是蔬菜吸收土壤Pb的主要积累部位。研究结果为进一步控制土壤铅污染，提高其蔬菜食用安全性提供了实验依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 重金属的污染及其危害

1.1.1 重金属污染来源

1.1.2 重金属的危害

1.2 土壤重金属污染评价

1.2.1 土壤重金属污染的评价标准

1.2.2 土壤重金属污染的评价方法

1.3 土壤中Pb生物有效性的研究方法

1.3.1 单一试剂提取法

1.3.2 连续提取法

1.3.3 E值的测定

1.3.4 植物指示法

1.4 植物对土壤中Pb的吸收和积累

1.4.1 Pb在植物器官水平的分布特征

1.4.2 Pb在植物细胞水平的分布特征

1.5 论文选题依据及研究内容

1.5.1 选题依据

1.5.2 研究内容

第2章 九龙江河口区部分菜园土壤重金属污染评价分析

2.1 引言

2.2 土壤样品采集与预处理

2.3 试验部分

2.3.1 仪器与主要试剂

2.3.2 土壤重金属总量的测定方法

2.3.3 土壤重金属污染评价方法

2.4 结果讨论

2.4.1 九龙江河口区部分菜园土壤重金属含量及其特点

2.4.2 内梅罗综合污染指数评价结果

2.4.3 地质积累指数评价结果

2.4.4 潜在生态风险评价结果

2.4.5 三种评价结果的比较

2.5 本章小结

第3章 菜园土壤铅生物有效性的同位素稀释测量方法

3.1 引言

3.2 试验部分

3.2.1 仪器与主要试剂

3.2.2 土壤样品

3.2.3 单一试剂提取法

3.2.4 BCR连续提取法

3.2.5 E值的测定

3.2.6 不同pH值条件下E值的测定

3.2.7 L值的测定

3.2.8 数据统计方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 土壤基本性质的测定结果

3.3.2 单一试剂提取的结果

3.3.3 BCR连续提取的结果

3.3.4 土壤溶液铅同位素比值208Pb/206Pb随时间变化的规律

3.3.5 E值的测定结果

3.3.6 不同pH值条件下E值的测定结果

3.3.7 L值的测定结果

3.3.8 几种提取方法的结果比较

3.4 本章小结

第4章 铅在土壤与蔬菜间迁移和转化的稳定同位素标记研究

4.1 引言

4.2 试验部分

4.2.1 仪器与主要试剂

4.2.2 芥菜盆栽实验

4.2.3 土壤和蔬菜Pb标记同位素的测量方法

4.2.4 Pb标记同位素在芥菜不同器官的亚细胞分布特征

4.2.5 数据统计方法

4.3 结果与讨论

4.3.1根际土壤Pb不同形态间的迁移和转化特征

4.3.2 Pb标记同位素在蔬菜不同器官中的分布特征

4.3.3 Pb标记同位素在蔬菜不同器官的亚细胞分布特征

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 试验主要结论

5.1.1 九龙江河口区部分菜园土壤重金属污染评价分析

5.1.2 菜园土壤铅生物有效性的同位素稀释测量方法

5.1.3 铅在土壤与蔬菜间迁移和转化的稳定同位素标记研究

5.2 研究展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文