土壤中重金属有效态的联合测定及其植物修复研究

重金属论文 有效态论文 连续浸提论文 吸附特征论文 植物净化论文
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近年来,随着经济的发展和农业生产的现代化,采矿、冶炼、电镀及金属加工、化工等工业“三废”的排放以及污灌、农药化肥等的不合理施用,使得土壤重金属污染日益严重,从而使得土壤生态环境质量遭到严重的破坏。当重金属进入食物链后,将会直接危及人类的健康。因而土壤重金属污染是目前全球性关注的环境问题之一。在20世纪70年代初,科学家已经证实了重金属在土壤中的生物毒性不仅与其总量有关,在很大程度上是取决于它们在土壤中的化学形态,尤其是它们的生物有效态。有关重金属有效态的测定方法常用化学提取法,该法所用的常规浸提剂多为一种或两种元素的浸提,费工费时、效率低、成本高,还没有对多个元素共同浸提的通用浸提剂,不利于土壤的高效检测。而用于研究土壤养分的ASI法、M3法可以浸提测定土壤中的多种元素,其是否适用于土壤重金属有效态的联合测定,有待于研究。关于土壤中重金属的去除问题,在20世纪80年代发展起来的植物修复技术,以其成本低廉、原位修复等特点成为治理土壤污染的重要途径。因此,对土壤中重金属有效态的联合测定及其植物修复效果的研究,具有重要的理论意义和实践意义。本文所用的污染土壤均采用人工模拟的方法添加重金属。文章首先分别选用ASI法和M3法对我国北方四种主要农田土壤(褐土、潮土、棕壤和黑土)有效态Cd、Cr、Pb和Ni进行了测定研究,将其测定的结果与其他方法进行了差异性、相关性及浸提率的分析比较;同时采用Tessier连续提取法研究了临汾郊区农田土壤中,EDTA添加前后对土壤Cd的吸附特征的影响,从而了解土壤Cd的迁移规律;也在已模拟Cd污染的土壤(临汾郊区农田土壤)中进行盆栽试验,研究土壤中EDTA添加前后对植物净化土壤Cd污染的效果,以探讨螯合剂在植物去除土壤重金属中的作用和可行性。本论文的主要研究结果与结论如下:(1)ASI法、M3法在国家《土壤环境质量标准》的土壤重金属全量含量范围内,可以测定土壤有效态重金属Cd、Cr、Pb和Ni,且呈线性极显著相关;ASI法、M3法与其它方法有效Cd、Cr、Pb和Ni有较好的相关性,与DTPA法呈极显著相关,与NaNO3法除有效Pb外,呈极显著和显著相关,除褐土和潮土的有效Pb外,ASI法与HCl法的测定呈极显著相关,M3法与HCl法呈极显著和显著相关,其中M3法的有效态Cd、Cr、Pb和Ni的测定值均为最大;ASI法、M3法对四种土壤有效Cd、Cr、Pb和Ni的浸出比率,因土壤类型不同,有效重金属含量所占比率不同,但利用M3法测定的有效态Cd、Cr、Pb和Ni的浸出比率是最大的。(2)ASI法、M3法适合我国北方褐土、潮土、棕壤和黑土四种土壤有效态重金属Cd、Cr、Pb和Ni的联合测定,所得的结果与实际污染土壤有相似性,具有操作简单、浸提多元素和浸提时间短的优点,有必要对有效重金属提取方法进行评估,筛选出适合多种有效态重金属元素联合测定的方法,并建立相应的土壤有效态重金属风险评估机制。(3)EDTA添加前,土壤Cd主要以碳酸盐结合态的形式存在,交换态和铁锰氧化物结合态所占的比例居中,有机结合态和残渣态所占的比例最小;3种浸提剂浸提出的土壤Cd含量在各个Cd形态中的大小不尽一致。EDTA添加后,交换态Cd含量呈上升趋势,碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态呈下降的趋势,其它两种形态变化的不明显;3种浸提剂浸出的交换态Cd含量呈上升趋势。(4)EDTA添加前,土壤Cd浓度的增加对植物地上部生物量影响较小,植物吸收Cd量相对于超积累植物而言较低,未达到作为超积累植物的标准。植物吸收Cd量与土壤有效态Cd含量呈极显著正相关(p<0.01);随着土壤Cd浓度的增加,植物吸收土壤中Fe元素的含量最大,Zn、Mn的含量基本不变,而Cu在一定条件下有降低的趋势。而随着添加Cd、EDTA浓度的增大,植物地上部生物量低于对照和其他处理,植物吸收Cd含量呈上升的趋势,但仍未达到超积累植物吸收Cd量的标准,因此该植物品种具有一定的净化土壤Cd污染的潜力;土壤中Zn、Fe含量随EDTA浓度增加的幅度较大,但Cu、Mn、Cd的含量变化较小。
摘要第3-5页
Abstract第5-8页
1 绪论第13-27页
    1.1 研究的目的和意义第13-14页
    1.2 土壤重金属污染的研究现状第14-16页
    1.3 土壤重金属有效态的研究与应用第16-20页
    1.4 土壤重金属分级的研究及其应用第20-22页
    1.5 重金属污染土壤的植物修复研究进展第22-25页
    1.6 本论文的主要研究内容第25-27页
2 基于 ASI 法土壤有效态 Cd、Cr、Pb 和 Ni 测定研究第27-37页
    2.1 引言第27页
    2.2 材料与方法第27-30页
        2.2.1 供试土壤第27-28页
        2.2.2 驯化土壤第28-29页
        2.2.3 测定方法第29页
        2.2.4 试剂与仪器第29-30页
        2.2.5 数据统计分析第30页
    2.3 结果与分析第30-33页
        2.3.1 ASI 法有效态 Cd、Cr、Pb 和 Ni 的测定值分析第30-31页
        2.3.2 ASI 法与其他方法的测定值比较第31-32页
        2.3.3 有效态 Cd、Cr、Pb 和 Ni 的浸出比率分析第32-33页
    2.4 讨论与小结第33-37页
3 M3 法土壤有效态 Cd、Cr、Pb 和 Ni 测定的研究第37-47页
    3.1 引言第37-38页
    3.2 材料与方法第38-40页
        3.2.1 供试土壤第38页
        3.2.2 驯化土壤第38-39页
        3.2.3 测定方法第39页
        3.2.4 试剂与仪器第39-40页
        3.2.5 数据统计分析第40页
    3.3 结果与分析第40-44页
        3.3.1 M3 法有效态 Cd、Cr、Pb 和 Ni 的测定值分析第40-41页
        3.3.2 M3 法与其他方法的测定值比较第41-43页
        3.3.3 有效态 Cd、Cr、Pb 和 Ni 的浸出比率分析第43-44页
    3.4 讨论与小结第44-47页
4 褐土中重金属 Cd 的吸附特征研究第47-61页
    4.1 引言第47-48页
    4.2 材料与方法第48-52页
        4.2.1 供试土壤第48页
        4.2.2 驯化土壤第48-49页
        4.2.3 测定方法第49-50页
        4.2.4 试剂与仪器第50-52页
        4.2.5 数据统计分析第52页
    4.3 结果与分析第52-57页
        4.3.1 自然驯化土壤中重金属 Cd 的吸附形态特征第52-56页
        4.3.2 添加 EDTA 后对土壤 Cd 吸附特征的影响第56-57页
    4.4 讨论与小结第57-61页
5 添加 EDTA 对植物修复 Cd 污染土壤的效果研究第61-73页
    5.1 引言第61-62页
    5.2 材料与方法第62-65页
        5.2.1 供试土壤第62页
        5.2.2 驯化土壤第62页
        5.2.3 盆栽试验第62-63页
        5.2.4 测定方法第63-64页
        5.2.5 试剂与仪器第64页
        5.2.6 数据统计分析第64-65页
    5.3 结果与分析第65-70页
        5.3.1 自然驯化土壤上不同的 Cd 浓度对植物的影响第65-68页
        5.3.2 添加 EDTA 后不同的 Cd 浓度对植物的影响第68-70页
    5.4 讨论与小结第70-73页
6 结论与展望第73-75页
    6.1 结论第73页
    6.2 展望第73-75页
7 存在的问题第75-77页
致谢第77-79页
参考文献第79-89页
攻读学位期间发表论文第89页
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