典型石煤提钒区和蔬菜基地土壤钒污染特征及基准值研究

摘要

土壤钒污染已成为倍受关注的环境问题之一。本研究以湖南湘西某典型石煤提钒区和长沙市主要蔬菜基地土壤为研究对象，探讨典型提钒区域内土壤钒污染特征、环境活性、价态分布、浸出特性及其对土壤酶活性和土壤微生物基础呼吸率的影响;系统调查长沙市主要蔬菜基地土壤钒含量和空间分布特征，阐明蔬菜中钒的富集特性及潜在风险;结合温室培养，提出适用于第四纪红土红壤中钒的环境基准建议值。主要研究结果如下:
　　 湖南湘西石煤提钒区土壤呈现出以V、Cd污染为主，夹杂As、Cu、Pb等多金属污染特征。土壤V平均含量(461 mg kg-1)远高于加拿大土壤钒环境质量标准(130 mg kg-1)和荷兰土壤钒调节值(250 mgkg-1)，土壤样品中V超标率分别为100％和70.6％。其中，废弃区土壤呈重度污染，尾渣区、冶炼区和原矿区土壤呈中度污染，农田区土壤呈轻度污染。土壤V主要以残渣态存在，但土壤中V活性组分含量占全量的比例达6.5％～29.4％。土壤中V(V)含量占总V量的比例高达34.8％以上;TCLP法浸出土壤中V含量均值高达258.9 mg L-1，以我国V工业污染物排放标准为参考(GB26452-2011)，土壤样品浸出液中V浓度超标率达33.3％，潜在生态风险较高。土壤V污染明显抑制了土壤中脲酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性(P＜0.05）;土壤微生物基础呼吸率随土壤V含量的增加亦显著降低(P＜0.05）。
　　 长沙市主要蔬菜基地土壤中V含量几何均值为119.4 mg kg-1，低于加拿大土壤V标准值(130 mg kg-1)，但土壤样品中V超标率仍达36％。蔬菜中V含量均与相应土壤V含量呈显著正相关(P＜0.05），但不同类型蔬菜对土壤中V的富集明显不同。根茎类蔬菜V含量分别为叶菜类和瓜果类的1.17倍、1.6倍，种植蔬菜时应优先选择白菜、香菜、韭菜等V富集系数较低的蔬菜。采用剂量-效应评估，根茎类和叶菜类蔬菜对V摄入量贡献率分别高达40％～81％、8.6％～72％，潜在毒性风险较高。但暴露评估结果表明，每日食用蔬菜可食部位中V含量不会对人体造成明显危害。
　　 室内盆栽试验结果表明，与对照相比，当土壤钒浓度为133 mgkg-1时，白菜地上部生物量显著降低了25.1％(P＜0.05)，白菜可溶性糖含量下降54％(P＜0.05），土壤脱氢酶显著降低了62.8％(P＜0.05)，但白菜中维生素C增加了10.3％(P＜0.05)，土壤微生物量碳也较对照显著增长了15.5％（P＜0.05）;当土壤钒浓度高于253 mg kg-1时，白菜出现死亡、枯萎等明显中毒症状。因此，建议红壤中钒的基准值可考虑为130 mg kg-1;红壤中钒的毒理基准值可考虑为250 mg kg-1。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 钒的基本性质及资源分布

1．1．1 元素钒的基本性质

1．1．2 我国钒资源储量及其区域分布

1．2 土壤中钒的来源及污染特征

1．2．1 天然来源及其背景值

1．2．2 人为来源及污染特征

1．3 土壤中钒的赋存形态及生物效应

1．3．1 钒的组分形态

1．3．2 钒的生物效应

1．4 我国菜地土壤重金属污染特征及其风险评估

1．5 土壤中钒的环境质量标准研究进展

1．5．1 土壤重金属质量环境标准制定方法

1．5．2 土壤中钒环境质量标准研究概况

1．6 本研究选题依据和研究内容

1．6．1 选题依据及意义

1．6．2 主要研究内容

1．6．3 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 野外调查

2．1．1 研究区域概况

2．1．2 样品采集

2．2 室内盆栽试验

2．2．1 供试土壤

2．2．3 盆栽试验设计

2．3 样品分析

2．3．1 样品预处理

2．3．2 消煮与提取方法

2．3．3 TCLP毒性浸出分析

2．3．4 基本理化性质

2．3．5 土壤酶活性和微生物基础呼吸率

2．3．6 蔬菜品质指标

2．4 蔬菜中钒的潜在风险评估

2．4．1 剂量-效应评估

2．4．2 暴露评估

2．5 数据统计与分析

第三章 石煤提钒区土壤中钒污染特征及其环境活性

3．1 土壤中钒及其他重金属的污染特征

3．1．1 土壤基本理化性质

3．1．2 钒及其他重金属含量特征

3．2 土壤中钒及其他重金属的组分活性特征

3．2．1 土壤中钒的组分活性特征

3．2．2 土壤中其他重金属的组分活性特征

3．3 土壤中重金属的相关性分析

3．4 小结

第四章 石煤提钒区土壤中钒的浸出特性及对土壤微生物活性的影响

4．1 土壤中V(V)含量分布

4．2 土壤中钒的浸出特性分析

4．3 钒对土壤酶和微生物活性的影响

4．3．1 土壤酶活性

4．3．2 土壤微生物基础呼吸率

4．4 小结

第五章 蔬菜基地土壤和蔬菜中钒含量及其潜在风险评估

5．1 菜地土壤中钒含量

5．2 蔬菜中钒含量

5．2．1 蔬菜中钒含量特征

5．2．2 不同类型蔬菜对钒的富集特征

5．3 蔬菜钒摄入的潜在风险评估

5．4 小结

第六章 第四纪红土红壤中钒的基准值研究

6．1 钒胁迫下白菜生理响应

6．1．1 生物量

6．1．2 白菜中钒含量

6．2 土壤中钒胁迫白菜品质的影响

6．2．1 维生素C和可溶性糖

6．2．2 白菜中微量元素含量

6．3 钒胁迫下土壤微生物的响应特征

6．4 小结

第七章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

攻读硕士学位期间发表论文情况

攻读硕士学位期间获奖情况