土壤中重金属钒生物有效性的分析方法研究

摘要

钒是生物生长所必须的微量营养元素,在一定的范围内可以促进生物的生长,但超过这个范围钒就会对生物有毒害作用,进而通过生物链影响到人类健康。钒在土壤中的环境行为和生态效应不但受到土壤中全钒含量的影响,更取决于其有效态的含量和形态。有效态重金属在土壤中有较大的活性,能够直接影响植物的吸收利用。在土壤重金属污染中,有效态含量比全量更能反映污染物对生物的危害程度。目前我国土壤环境质量标准(GB15618-95)并没有对重金属钒进行浓度分级规定,甚至没有明确标准的测定方法。所以我们必须对重金属钒的化学提取剂以及提取条件进行探讨,为土壤生物有效性钒的研究提供依据。
　　本论文中,通过对山东省四种土壤的培养实验、干扰实验、与ICP测定比较以及盆栽试验,结合有效态钒与土壤全量钒的关系,研究了土壤有效态钒的最佳分析方法,并通过BCR形态分析法、与多种土壤基本理化性质的相关关系,初步探讨了土壤有效态钒的提取机理,此外还将分析方法应用于石油-钒复合污染污染,研究石油添加前后土壤中有效态钒含量的变化。为制定土壤重金属钒环境标准以及推广土壤中痕量钒测定方法提供了科学基础和依据。
　　本文取得的研究结果主要有如下几点:
　　使用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)分光光度法测定土壤中痕量钒,显色反应较好,但土壤中有效态钒的提取剂会干扰测定结果。通过干扰实验得出选用CaCl2、HOAc、NaAc、柠檬酸为提取剂时,测定其吸光度的值与提取剂空白样吸光度的值0.085都比较接近,特别是NaAc为提取剂,用PAN分光光度法测定其吸光度值为0.084,仅比标准值小0.001。分别用PAN分光光度法和电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)进行测定比较,0.1M HOAc对酸性土壤提取测定结果干扰最小,0.2M NaAc、0.002M柠檬酸对中性和碱性土壤提取重金属钒测定结果干扰最小。且确定土壤中有效态钒的最佳的提取条件为提取时间120min,土液比1:10。
　　潮土、褐土种植黑麦草,盐碱土种植碱蓬,由盆栽试验可以得出,随着土壤中外加钒量的增加,碱蓬体内钒蓄积量的增长率最大,潮土中黑麦草钒量增长率次之,褐土中黑麦草钒量的增长率变化最小。通过相关性分析,六种浸提剂提取土壤中有效态钒量与植物中钒量成正相关,潮土0.2M NaAc、0.002M柠檬酸呈极性显著相关,相关系数分别为0.972**和0.960**;0.2M NaAc、0.002M柠檬酸、0.1M CaCl2提取褐土中有效态钒量与植物都呈显著性相关,其相关系数分别为0.916*、0.874*、0.921**;在盐碱土中,用0.2M NaAc做提取剂,相关系数达0.972**,呈极显著相关,0.1M CaCl2为提取剂时,相关系数为0.838*,呈显著相关。对于三种不同性质的土壤而言,用0.2M NaAc做提取剂时,土壤有效态钒的提取量与植物吸收利用的钒量都能达到显著性相关。
　　用BCR形态分析法提取土壤中重金属钒的形态,三种土壤中弱酸提取态变化最为明显,无论外加钒浓度大小还是种植后弱酸提取态都明显下降,这说明植物生长过程中从土壤中摄取的钒,大部分为活性较大的可交换态、碳酸盐结合态。同时三种土壤可还原态和可氧化态钒含量没有明显的规律性,但盐碱土中可还原态钒比例显著低于潮土、褐土中可还原态钒的比例,所以在相同污染水平下,一旦土壤环境变为还原态时,潮土、褐土中的钒的生物有效性较盐碱土更大,潜在的生态风险将会更大。
　　土壤的重金属活性与土壤的理化性质有关,而土壤中的有机质含量又是土壤肥力的指标。土壤中有效态钒含量与土壤的pH值呈负相关,与有机质含量呈显著正相关,相关系数可达0.786*,与土壤中粘粒含量呈正相关,相关系数为0.496。土壤中有效态钒含量与全钒含量呈现显著性正相关关系,相关系数达0.669*,说明土壤中重金属钒全量与有效态钒量具有很好的相关性,虽然不能用全量来直接代替重金属有效性,但可以在一定程度上评价钒的生物有效性。此外对于石油-钒复合污染的土壤,土壤中添加石油后土壤中有效态钒量比添加之前有所增高,且有效态钒含量的增长率较不添加石油土壤更大,有效性指数也越大。了解土壤中重金属钒的含量以及重金属钒在土壤中的存在形态和迁移过程对于土壤化学、环境科学和生物地球化学意义重大。

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第一章 引 言

1.1 选题的意义

1.2 研究目的和研究内容

1.3 技术路线

1.4 主要创新之处

第二章 土壤中有效态钒分析方法研究进展

2.1 钒的来源

2.2 土壤中钒的存在形态

2.3 土壤中钒的生物有效性和生物效应

2.4 土壤中有效态钒的提取方法

2.5 土壤痕量钒分析方法

第三章 土壤中有效态钒的最佳提取剂筛选

3.1 引言

3.2材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 土壤中有效态钒的最佳提取条件确定

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 土壤中有效态钒的分析方法确定

5.1引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 结论

第六章 土壤有效态钒提取机理的探讨

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.3 结果与讨论

6.4 结论

第七章 土壤有效态钒测定方法在石油-钒复合污染土壤

7.1 引言

7.2 研究区概况

7.3 材料与方法

7.4 结果与讨论

7.5 结论

第八章 研究结论与展望

8.1 全文结论

8.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与课题

致谢