高砷煤矿区土壤-水稻体系中砷的赋存形态及其分布特征研究

摘要

砷（As）化合物的广泛应用以及As污染问题日益增多;引起越来越多的研究者重视和关注。不同形态As的毒性差异很大;一般情况下;三价砷（As（Ⅲ））毒性最大;其次是五价砷（As(V)）、二甲基砷（DMA）、一甲基砷（MMA）。水稻是我国主要粮食作物之一;水稻中As赋存形态及含量直接影响到稻米的食用安全;威胁人体健康。因此;研究稻田土壤中形态As分布、转化规律、水稻植物体内As存在形态等;对保证水稻食用安全以及提高农产品质量具有重要意义;研究成果可以为评价和预测高As煤矿开采过程中As对环境的影响提供依据。 本文以贵州省兴仁县交乐村高As煤矿区外排酸性煤矿废水污染稻田为研究区;以受污染农田土壤及生长的水稻为研究对象;采用高效液相色谱与原子荧光联用技术（HPLC-HG-AFS）分析水稻及其相应环境介质中形态As和总As含量特征;旨在查明受污染水稻田中As的赋存形态以及水稻吸收As的影响因素。主要得出以下结论： （1）兴仁县交乐村污灌区稻田土壤As含量平均值为84.88 mg/kg;受高As煤矿废水影响越大;土壤酸化越严重;耕作层土壤As含量越高;沿溪流方向土壤As含量逐渐降低。 （2）酸化稻田土壤在没有水淹条件下（水稻耕作前期）;土壤形态As主要以无机的As(Ⅲ)和As(V)为主;As(V)含量约为77.17%;水淹条件下（水稻拔节期和灌浆期）;土壤形态As以无机As为主;其中As(V)含量约为58.39%;高于As(Ⅲ);在水淹交替条件下（水稻成熟期）;土壤形态As同样以无机的As(V)为主;约为62.76%。 （3）土壤溶液中形态As以As(Ⅲ)为主;在水稻成熟期As含量最高;其分布特征与耕作层土壤分布特征一致;污染越严重; As含量越高;在土壤溶液中; As和亚铁有一致的变化规律;As(V)的还原会导致As(Ⅲ)的释放; （4）水稻植株体内As主要以无机形态As存在;且体内As含量从下到上呈现出递减规律;即土壤>根部>茎部>叶部>稻壳>稻米;不同生长期各器官形态As分布基本一致;根部As(V)浓度高于As(Ⅲ);地上部分分布则为As(V)浓度小于As(Ⅲ)浓度;且水稻根部随着水稻的生长;根部As含量逐渐减小;而其他器官As含量逐渐累积。 （5）水稻对As(Ⅲ)富集系数小于As(V);对As(Ⅲ)转运系数大于As(V)。 （6）用二维蒙特卡洛模型(RAMA)对研究区稻米中无机As的食用暴露量进行计算;用靶标危害系数（THQ）进行健康风险评估;结果显示：当地稻米中无机As平均含量计算得出的THQ值均小于1;对于所有目标人群均在可接受范围之内;含无机As的稻米对2-7岁的小孩危险最大;超过7岁以后;随着年龄的增加;风险逐渐减小。

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摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1土壤环境中As的来源及污染危害

1.2矿冶活动对土壤As污染的影响

1.2.1矿冶活动过程中As的释放

1.2.2矿区周边土壤As污染特征

1.2.3受污染土壤中As的释放及危害

1.3 As污染稻田对水稻的影响

1.3.1水稻对As的吸收与富集

1.3.2水稻中As的形态特征

1.3.3水稻As污染健康风险

1.4 研究内容目的及意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究目的及意义

1.5 工作量统计

研究方法

2.1研究区概况

2.2样品采集及处理

2.2.1 布点原则

2.2.2 耕作层土壤样品采集及前处理

2.2.3 水稻-土壤样品采集及前处理

2.2.4 土壤溶液样品采集及前处理

2.3样品分析方法

2.3.1 实验仪器

2.3.2 样品总As测定

2.3.3 形态As样品测定

第三章 土壤和水稻中形态As提取方法

3.1 土壤形态As提取方法确定

3.2 水稻形态As提取方法确定

稻田土壤中As的赋存形态

4.1 灌溉含As废水对稻田土壤As的影响

4.1.1 灌溉水水化学分析

4.1.2 土壤酸化特征

4.1.3 耕作层土壤总As分布特征

4.2 稻田土壤As赋存形态

4.2.1 水稻耕作前期土壤As赋存形态

4.2.2 水稻不同生育期稻田土壤中As形态转化

4.3 土壤溶液中形态As研究

4.3.1 土壤溶液中形态As含量

4.3.2 土壤中As的释放特征

4.4 小结

稻田水稻中As的赋存形态

5.1 水稻各器官形态As分布及含量

5.1.1 水稻根部不同生育期形态As分布

5.1.2 水稻地上部分各生育期形态As分布

5.1.3 水稻各器官对As日吸收量

5.2 水稻各器官形态As的相关性

5.3 水稻对As的富集及转移系数

5.4 小结

As污染稻米的健康风险评价

6.1 As污染稻米的健康风险评价概念

6.2.1每日估计摄入量

6.2.2目标危害系数

6.3 我国稻米无机As健康风险评价

6.4 结论

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致 谢

参考文献

附 录

原 创 性 声 明