钴、镍在土壤-植物系统中的转移规律及健康风险研究

摘要

本文调查了福建省7个地区水稻和20个蔬菜品种及其相应表层土壤钴和镍含量，研究影响钴和镍在土壤中的累积和有效性的因素、钴和镍在土壤-作物系统中的转移规律，并采用盆栽法研究了钴和镍对作物的毒害效应。根据上述结果推算了区域土壤中钴和镍的环境基准值。主要结果如下：
　　 1、供试土壤全钴含量范围为3.48～21.70 mg/kg，均值为12.30 mg/kg；有效钴含量为0.01～1.52 mg/kg，均值为0.30 mg/kg。供试土壤全镍含量变化范围在1.41～79.24mg/kg之间，平均含量为17.86 mg/kg；有效镍含量在0.03～24.84 mg/kg之间，平均含量为1.16 mg/kg。土壤理化性质(pH、游离铁、全锰、CEC和颗粒组成等)对土壤钴、镍全量和有效含量均有不同程度的影响。
　　 2、各种作物可食用部分钴含量范围在未检出～104.66μg/kg之间。瓜豆类钴含量较高，其次为叶菜类和水稻，根菜类和茄果类钴含量较低。作物可食用部分镍含量范围在未检出～3.61 mg/kg之间。水稻中镍含量最高，果菜类和叶菜类镍含量居中，根菜类镍含量最低。
　　 3、与土壤全钴和全镍含量相比，土壤有效钴和有效镍均能更好地反映土壤钴、镍的生物有效性。作物钴含量与土壤游离铁、有机质、pH、阳离子交换量(CEC)和全锰含量均有较为密切的关系，作物镍含量与土壤游离铁和pH有较为密切的关系。用转移系数来表示作物对钴和镍的富集能力，发现转移系数无论是以土壤中钴、镍全量还是以有效钴、有效镍含量为基础均随土壤中钴、镍含量的提高而减小。
　　 4、培养液中适量的钴、镍均能促进多种蔬菜根系和地上部的生长。但钴、镍过量时则会对蔬菜产生毒害，且随着钴、镍浓度的升高和时间的延长而加剧。蔬菜受钴、镍毒害均最先是出现在幼叶，表现为上部嫩叶绿色变浅，接着出现脉间失绿，然后整片叶子黄白化。严重者，植株明显矮小，黄化叶片上出现暗色斑点，斑点面积不断扩大并伴随不同程度的失水，甚至整株干枯。
　　 5、综合表观症状和蔬菜地上部生物量(干重)减少20％的效应浓度(EC20)的最低值确定大白菜(早熟5号)和黄瓜为钴敏感作物，清江白和蕹菜为镍敏感作物。莴笋钴、镍毒害表观症状均较其它蔬菜轻，且效应浓度(EC20)较大，为钴、镍耐性较强作物。不同种类蔬菜对钴、镍的敏感程度存在很大差别，相同种类亦存在品种间差别。
　　 6、土培条件下，钴不同添加量处理时，黄瓜地上部生物量(鲜重)比对照下降21.97％～95.36％：镍不同添加量处理时，蕹菜地上部生物量(鲜重)比对照下降29.59％～93.84％。钴、镍毒害均不同程度地影响了蔬菜对营养元素的吸收及其向地上部的转移。钴、镍与铁、铜均表现出较强的拮抗作用。
　　 7、采样区近五分之四的菜园土和四分之三的水稻土全钴含量超过福建A层土壤钴背景值；有近一半的菜园土和水稻土全镍含量超过福建A层土壤镍背景值，表明人类生产活动影响钴和镍在土壤中的累积。绝大多数的采样区土壤均符合国家土壤环境质量二级标准和福建省农业土壤重金属污染分类一级标准。采样区88.8％的蔬菜样品镍含量符合我国食品卫生内控标准，而只有49.23％的水稻样品镍含量符合我国食品卫生内控标准。就本地区而言，钴通过土壤—作物食物链进入人体并不会对健康造成危害。若考虑其他的摄入途径，本地区农产品镍的健康风险值得关注。
　　 8、以作物可食用部位含量的食品卫生标准(或限量参考值)推算了土壤中钴和镍的临界值；同时通过土培试验推算对作物减产10％时的土壤钴和镍的临界值。比较这两个土壤临界值，提出研究区域土壤钴和镍的全量基准值分别为97和36 mg/kg，相应有效含量分别为2.7和2.2 mg/kg。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1引言

1.1土壤中钴、镍研究现状

1.1.1土壤中钴、镍含量及其来源

1.1.2土壤中钴、镍的形态

1.1.3土壤有效钴、镍及其影响因素

1.2植物中的钴、镍

1.2.1植物中钴、镍的含量和分布

1.2.2影响植物中钴、镍含量的因素

1.2.3植物对钴、镍的吸收富集

1.3钴、镍对生物的作用

1.3.1钴、镍对植物的作用

1.3.2钴、镍对人体和动物的作用

1.4土壤和植物中钴、镍限量的研究现状

1.5污染土壤健康风险评估

1.5.1污染土壤健康风险评估概况

1.5.2污染土壤健康风险评估方法

1.6国内外研究的不足

2.研究目标、内容和方法

2.1研究目标

2.2研究内容

2.2.1农田作物及相应土壤样品中钴、镍含量的分析

2.2.2水培方式研究不同浓度钴、镍对不同种类蔬菜幼苗的毒害效应

2.2.3土培方式研究不同浓度钴、镍对钴镍高敏感作物幼苗的毒害效应

2.3研究方法

2.3.1野外样品采集处理与分析

2.3.2水培试验

2.3.4土培试验

2.3.5质量控制

2.3.6数据分析

2.3.7技术路线

3采样区土壤钴、镍含量状况及其影响因素

3.1野外样品采集处理与分析

3.1.1野外样品采集处理

3.1.2样品钴、镍含量及其它理化性质的测定

3.2采样区土壤的基本理化性质

3.3土壤全钴含量状况及其影响因素

3.3.1土壤全钴含量

3.3.2影响土壤全钴含量的因素

3.4土壤有效钴含量及其影响因素

3.4.1土壤有效钴含量及有效度

3.4.2土壤有效钴含量、有效度与土壤全钴含量

3.4.3土壤有效钴、有效度与土壤全锰

3.4.4土壤有效钴、有效度与游离氧化铁

3.4.5土壤有效钴、有效度与土壤pH

3.4.6土壤有效钴、有效度与土壤颗粒组成

3.4.7土壤有效钴、有效度与土壤CEC

3.4.8土壤有效钴、有效度与土壤有机质

3.5土壤钴形态分析

3.5.1土壤钴形态分布特征

3.5.2土壤钴各形态之间的相关关系

3.5.3影响土壤钴形态分布的因素

3.6土壤全镍含量状况及其影响因素

3.6.1土壤全镍含量

3.6.2土壤全镍的影响因素

3.7土壤有效镍及其影响因素

3.7.1土壤有效镍含量及有效度

3.7.2土壤有效镍含量、有效度与土壤全镍含量

3.7.3土壤有效镍含量、有效度与土壤全锰含量

3.7.4土壤有效镍含量、有效度与土壤游离铁含量

3.7.5土壤有效镍含量、有效度与土壤pH

3.7.6土壤有效镍含量、有效度与土壤CEC

3.7.7土壤有效镍含量、有效度与土壤颗粒组成

3.8土壤镍形态分析

3.8.1土壤镍形态分布特征

3.8.2土壤镍各形态之间的相关关系

3.8.3影响土壤镍形态分布的因素

3.9小结

4.采样区土壤钴、镍向作物可食用部分转移规律的研究

4.1采样区作物可食用部分钴含量

4.2影响作物钴含量的因素

4.2.1土壤全钴含量

4.2.2土壤有效钴含量

4.2.3土壤理化性质

4.3土壤钴向作物转移规律的研究

4.3.1各种作物对土壤钴的富集能力

4.3.2作物钴转移系数与土壤钴含量及土壤理化性质的关系

4.4采样区作物可食用部分镍含量

4.5影响作物镍含量的因素

4.5.1土壤全镍含量

4.5.2土壤有效镍含量

4.5.3土壤理化性质

4.6土壤镍向作物转移规律的研究

4.6.1各种作物对土壤镍的富集能力

4.6.2作物镍转移系数与土壤镍含量及土壤理化性质之间的关系

4.7小结

5.钴、镍对蔬菜的毒害试验

5.1材料与方法

5.1.1供试材料

5.1.2试验方法

5.1.3分析测定

5.2水培条件下钴对蔬菜的毒害效应

5.2.1钴对蔬菜的毒害症状

5.2.2钴对蔬菜生长的影响

5.2.3不同钴处理下蔬菜地上部钴含量及其对营养元素的影响

5.2.4钴敏感蔬菜品种的筛选

5.3水培条件下镍对蔬菜的毒害效应

5.3.1镍对蔬菜的毒害症状

5.3.2镍对蔬菜生长的影响

5.3.3不同镍处理下蔬菜地上部镍含量及其对营养元素的影响

5.3.4镍敏感蔬菜品种的筛选

5.4钴对黄瓜的毒害效应

5.4.1钴对黄瓜的毒害症状

5.4.2钴对黄瓜生长的影响

5.4.3钴及营养元素在黄瓜体内的分配

5.5镍对蕹菜的毒害效应

5.5.1镍对蕹菜的毒害症状

5.5.2镍对蕹菜生长的影响

5.5.3镍及营养元素在蕹菜体内的分配

5.6小结

附表

6.钴和镍污染评价与基准值推算

6.1采样区土壤钴、镍的环境质量评价

6.1.1土壤钴的环境质量评价

6.1.2土壤镍的环境质量评价

6.2采样区蔬菜镍的污染状况评价

6.3钴、镍健康风险评估

6.3.1钴健康风险评估

6.3.2镍健康风险评估

6.4土壤钴、镍环境基准值的推算

6.4.1土壤钴环境基准值的推算

6.4.2土壤镍环境基准值的推算

6.5小结

7.结论、创新及有待进一步研究的方面

7.1结论

7.2创新

7.3需要进一步研究的方面

参考文献

附 图

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个人简介

致谢