（植物营养学专业论文）水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究.pdf

摘蘩 摘要 通过调查 砂培和大圈试验 分析了杭髑等地常用肥料和嘉兴市郊灌溉水中 鳓 执 勉的含量 研究了s a s a l i c y l i ca c i d 娶j 青菜 b r a s s i c ac h i n e n s i sl 生长和地上部重金属含量的影响以及施肥 喷施c a i c a d m i u ma c c u m u l a t i o n i n t f i b i t o r 对水稻 o r y z as a t i v al 和青菜生长发育穆吸牧积累重金属的阻控作用 主要研究结论如下 1 抗髑等避2 9 个肥料样品重金属含量调褒表臻 套机肥中c d c u z n 含 量最高 过磷酸钙中p b 含量最高 尿素和氯化钾中各重金属元素含量都较低 根据相关标准的限毽 肥料样磊中e 莲 c u z n 的超标率分别梵2 碡 1 1 3 8 和1 7 2 p b 均未超标 2 嘉兴市郊鹌个灌溉本承样羹金属窘量调查表骧 求样孛c a p b z n c u 的含量比较低 均远低予地表水环境质量标准中m 类和v 类 农业用水 限 量僮 楣对于圭l 毽表求王类标准限量值 c u 含量超标率鸯董4 3 z n 含量超标率 为4 4 9 c d 和p b 含量均来超标 3 砂装试验结果表鳃 鬻菜地上罄c d 含量 鲜重诗 涟c d 处理浓度豹提 高而增大 c d 处理浓度为0 0 5 和o 1 0m g l 时 青菜地上部c d 含量在 8m g l s a 浓度处理范霭凑隧s a 浓度熬提嵩蓊减小 c d 处理浓度隽 1 5m g l 时 青 菜地上部c d 含量在o 1 0m g ls a 浓度处理范围内随s a 浓度的增大而降低 无 s a 0 1 0m g lc d 处理条斧下青菜缝上部傩含量斑0 2 2 4m g k g 高于时菜类陵 量标准值o 2m g k g g b2 7 6 2 2 0 0 5 添加4m g ls a 能使青菜地上部c d 含量 降低到o 19 6m g k g 弧8m g ls a 处理对青菜地上都貔含量无显著影螭 秘l m g ls a 处理对青菜地上部z n 的含量与积累量均无显著性影响 4 与哭麓翅氮羹琶和磷肥 t 1 穗魄 适量麓用钾耱 k c l 能显著掇莲水稻 籽粒和青菜地上部产量 在施用钾肥 t 4 的基础上 增施镁肥 t 5 能显著 提离青菜缝上部产量 癯黠承藕籽粒产量提高不显著 与施镁鼹 弱 鲍较 喷施c a i 显著提高了水稻籽粒和青菜地上部产量 糙米c d p b 含量随施钾量的 增燕两提熹 懿含量从不藏锷处理 t 1 的o 0 6m g k g 提高到q 1 5m 挚r k g 聪 p b 含量从不施钾处理 t 1 的0 3 6m g k g 提高到0 4 8m g k g t 4 差异均达到 玎 水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究 显著永平 增施镁勰处理 下5 糙米的e d 硒含量分别为0 1 2 o 3 9m g k g 显著低于t 4 喷施c a i t 6 可使糙米c d p b 含量分别降低到o 1 0 o 3 6m g k g 所有处理糙米c d 含量均低予谷类限量值o 2m g k g g b2 7 6 2 2 0 0 5 p b 含量 也都超过限量值0 2m g k g 青菜地上部c d p b 含量 鲜重计 随旌钾水平的上 升丽增加 c d 含量从不施钾 t 1 的o 1 0m g k g 提嵩到o 1 6m g k g 科 p b 含量从不施钾 t 1 的0 2 5m g k g 提高到o 4 2m g k g t 4 差异均达到5 显 著水平 增施镁肥处理 t 5 青菜地上部的c d p b 含量分别为o 1 5 o 3 9m g k g 喷施c a i t 6 可显著使青菜地上部c d p b 含量分别降低到o 1 0 o 3 6m g k g 青菜地上都c d 含量均未超嬲叶菜类限量值o 2m g k g 丽p b 含量仅施氮肥和磷 肥 t 1 处理低于标准限量值o 3m g k g 关键词 水稻 青菜 灌溉水 水杨酸 重金属 阻控 i i i a b s t r a c t w 溉t h ei n v e s t i g a t i o n c d p b c ua n dz nc o n t e n t si nc o m m e r c i a lf e r t i l i z e r sa n d i r r i g a t i o nw a t e rw e r ea n a l y z e d 豫e f f e c t so fs a l i c y l i ca c i d s a o np a k c h o i b r a s s i c ac h i n e n s i sl g r o w t ha n dh e a v ym e t a lu p t a k ew e r es t u d i e dw i t has a n d c u l t u r ee x p e r i m e n t a n dt h ei m p a c t so ff e r t i l i z a t i o na n ds p r a y i n gc a i c a d m i u m a c c u m u l a t i o ni n h i b i t o r 0 1 1r i c e o r y z as a t i v al a n dp a k c h o ig r o w t h h e a v ym e t a l u p t a k ew e r ea l s os t u d i e dw i t hf i e l de x p e r i m e n t s 1 1 嫩m a i nc o n c l u s i o n sw e r ea s f o l l o w s 1 c d p b c ua n dz nc o n c e n t r a t i o n si n2 9c o m m e r c i a lf e r t i l i z e r sc o l l e c t e df r o m t h ep e r i p h e r yo fh a n g z h o u 敷a l w e r ei n v e s t i g a t e d 曩特r e s u l t ss h o w e dt h a tc a c u a n dz nc o n t e n t si nt h eo r g a n i cm a n u r e sw e r et h eh i 曲e s ti na uf e r t i l i z e r sc o l l e c t e d a n ds ow a sp bc o n t e n ti nc a l c i u ms u p e r p h o s p h a t e c d p b c ua n dz nc o n c e n t r a t i o n s i nu r e 耀ta n dp o t a s s i u mc h l o r i d ew e r er e l a t i v e l yl o w a c c o r d i n gt or e l e v a n tl i m i t so f n a t i o n a ls t a n d a r d s g b8 1 7 2 1 9 8 7 g b1 8 8 7 7 2 0 0 2a n dg b1 5 6 1 8 1 9 9 5 2 4 1 1 3 8 1 7 2 o ft h ef e r t i l i z e rs a m p l e se x c e e d e dt h el i m i t a t i o n sf o rc 式c u z n a n d p bc o n t e n t si na l lf e r t i l i z e rs a m p l e sw e r en o te x c e s s i v e 2 c d p b c ua n dz nc o n c e n t r a t i o n si n4 9s u r f a c e w a t e rs a m p l e sc o l l e c t e df r o m j i a x i n gs u b u r b sw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ec o n t e n t so fc d p b z n a n dc uw e r ef a rb e l o wt h et h i r da n d 磊弛g r a d el i m i t s m a i n l ya g r i c u l t u r a lw a t e ra n d t h eg e n e r a ll a n d s c a p ew a t e ra p p l i c a b l e o fs u r f a c ew a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t y s t a n d a r d a c c o r d i n gt ot h ef i r s tg r a d el i m i t a t i o n s m a i n l yt h es o u r e eo f w a t e ra n dt h e s t a t en a t u r er e s e r v ea p p l i c a b l e 1 4 3 4 4 9 o fs u r f a c e w a t e rs a m p l e se x c e e d e d t h el i m i t sf o rc ua n dz n w h i l ec da n dp bc o n t e n t si na l ls a m p l e sw e r en o to v e r s t a n d a r d 3 r e s u l t so ft h es a n dc u l t u r ee x p e r i m e ms h o w e dt h a tc dc o n t e n t s b a s e do n f r e s h m a t t e rw e i g h t i ns h o o t so fp a k c h o ir o s ew i t ht h ei n c r e a s eo fc dt r e a t m e n tl e v e l i nn u t r i e n ts o l u t i o n u n d e rc dc o n c e n t r a t i o no f0 0 5a n d0 10m g lc o n d i t i o n s c d c o n t e n ti ns h o o t so fp a k c h o ir e d u c e dw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fs ai nr a n g eo f o 8m g l a n di nr a n g eo f0 10m g lu n d e r0 15m e g lc dc o n d i t i o n a to 10m g l c dl e v e l c dc o n t e n ti ns h o o t so fp a k c h o iw a s0 2 2 4m e g k g b e i n gh i g h e rt h a nt h e n a t i o n a ll i m i t 0 2m 璐葑i nf o o ds t a n d a r d s g b2 7 6 2 2 0 0 5 f o rl e a fv e g e t a b l e s w h i c hr e d u c e dt oo 19 6m g k gb ya d d i n g4m e d ls a s ad i d n ta f f e c tc uc o n t e n t s s i g n i f i c a n t l yi nr a n g eo f0 8m g la n dz nc o n t e n t si nr a n g eo fo lom g l i v 水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究 4 c o m p a r e dw i t hr e l e v a n tc o n t r o l t 1 t 5 a p p r o p r i a t ea p p l i c a t i o no fp o t a s s i u m f e r t i l i z e r k c l a n ds p r a y i n gc a c o u l d i n c r e a s et h ey i e l d so fr i c eg r a i na n dp a k c h o i m a g n e s i u m m g s 0 4 s u p p l yc o u l ds i g n i f i c a n t l yi n c r e a s es h o o ty i e l do fp a k e h o i c d p bc o n t e n t si nb r o w nr i c er a i s e dw i t hi n c r e a s i n go fp o t a s s i u mf e r t i l i z a t i o n f r o m0 0 6 o 3 6m g k g t 1 t oo 1 5 0 4 8m g k g t 4 r e s p e c t i v e l y m a g n e s i u mf e r t i l i z a t i o n t 5 r e d u c e dc d p bc o n t e n t si nb r o w nd e et o0 12 0 3 9m g k gs e p a r a t e l y c a is p r a y i n g c o u l dr e d u c ec 也p bc o n t e n t st oo 10 o 3 6m g k gr e s p e c t i v e l y c dc o n t e n t si nb r o w n f l e eo fa l lt r e a t m e n t sw e r el o w e rt h a nt h en a t i o n a ll i m i t o 2m 眺曲i nf o o ds t a n d a r d s g b2 7 6 2 2 0 0 5 f o r 毋试玛h o w e v e r p bc o n t e n t si nb r o w nr i c eo fa l lt r e a t m e n t sw e r e e x c e e d e di t sl i m i t o 2m g k g i nt h ec o n d i t i o no fp o t a s s i u mf e r t i l i z a t i o n c da n dp b c o n t e n t s b a s e do nf r e s h m a t t e rw e i g h t i ns h o o t so fp a k c h o ii n c r e a s e df r o m0 10 o 2 5m g k g t 1 t o0 16 0 4 2m g k g t 4 r e s p e c t i v e l y w h e na d d e dm a g n e s i u m f e r t i l i z e r 盯5 t h ec o n t e n t sr e d u c e dt o 0 15 o 3 9m g k g c a is p r a y i n gc o u l d s i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ec o n t e n t st oo 10 0 3 6m g k gr e s p e c t i v e l y t h ec o n t e n t so fc d i i la l ls h o o t so fp a k c h o iw e r el o w e rt h a nt h en a t i o n a ll i m i t 0 2m g k g f o rl e a f v e g e t a b l e s a n dp bc o n t e n t sw e r ea l lh i g h e rt h a nt h en a t i o n a ll i m i t 0 3m g k g e x c e p t t 1t r e a t m e n t k e yw o r d s r i c e o r y z as a t i v al p a k c h o i b r a s s i c ac h i n e n s i sl i r r i g a t i o nw a t e r s a l i c y l i ca c i d h e a v ym e t a l s r e s i s t a n c ec o n t r o l v 水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究 致谢 本论文是在导师倪吾钟研究员悉心指导下完成的 从论文的选题构思 试验 方案的拟定实施 数据处理和论文撰写等方面都倾注了导师无数的心血 恩师严 谨的治学态度 渊博的专业知识 敏锐的学术思想以及勤勉的敬业精神让我终身 受益 将激励我在今后的人生道路上不懈努力和开拓进取 两年的研究生学习 工作和生活中 导师给予的亲切关怀和谆谆教诲使我受益终生 在此 谨向恩师 致以崇高的敬意和诚挚的谢意 在攻读学位期间同时得到了浙江大学环境与资源学院的方萍老师 石伟勇老 师等的热心指导和帮助 还有学院研究生科的陈秀美老师 丁小梅老师 钱秀萍 老师的帮助 谨此表示诚挚的感谢 感谢张晓玲 鲁洪娟两位师姐像对待小弟一样关心着我的学习和生活 让我 非常感动 将终生难忘 感谢师妹李雪莲 师弟孙建兵在实验上给予的帮助 感 谢师兄腊责晓 朱日清以及同窗好友罗光恩 王红说 黄利东 高冲 吴海龙 李振东 刘婧 朱伟峰给予的帮助 感谢挚友谢永居 饶德强 黄燕的关心 感 谢舍友谢锋 苑志朋 冯云 郭兴益的理解 感谢朱凤珍女士 胡国相技术员在 试验过程中提供的诸多帮助 再次感谢 愿你们永远健康快乐 深深感谢辛勤养育我的父母 感谢我的哥哥姐姐 没有你们的支持和信任就 没有今天的我 每当我面临艰难困苦时 你们总是我最坚强的后盾 真诚地祝愿 我的家人永远健康和睦 最后 感谢至爱陈春红 是你的体贴和理解伴我走过最艰苦的路 零多吁 陈林华 2 0 0 8 年5 月于杭州 华家池 水稻和筲菜吸收积累重金属的阻控技术研究 第一章文献综述 1 1 我国农田重金属污染现状 据统计 1 9 8 0 年中国工业三废污染耕地面积2 6 6 7 万h m 2 1 9 8 8 年增加到 6 6 6 7 万h m 2 1 9 9 2 年增加到l0 0 0 万h m 2 张 a k 2 0 0 0 目前 全国遭受不同程 度污染的耕地面积巴接近20 0 0 万h i 2 约占耕地面积的1 5 据报道 目前中 国污灌区有l l 处生产的大米中c d 含量严重超标 中国每年因重金属污染导致的 粮食减产超过10 0 0 万吨 被重金属污染的粮食多达12 0 0 万吨 合计经济损失 至少2 0 0 亿元 韦朝阳 2 0 0 1 表1 薹给出了中国部分地区耕地重金属含量 从表1 1 中我们可以看出 各大城市的耕地土壤都存在不同程度的重金属污 染 其中c d 污染尤为明显 如沈阳和南宁地区土壤的c d 污染 北方地区的土 壤受重金属污染程度普遍高于南方 主要污染物是h g c d 等 南方地区土壤受 重金属污染的主要原因与北方相似 但由于雨水相对充足 污灌面积相对较夺 加上降水稀释 污染程度相对较低 由于大量重金属被带人土壤 造成耕地的重 金属污染 使褥农作物的重金属污染也墨趋严重 因此 农田重金属污染已成为世界性的重大环境问题 表1 1 中国部分地区农田土壤中重金属含量 r a g g 注串 此处参考 土壤环境质量标准 二级标准 p l 6 5 第一濑文献综述 1 2 农田重金属污染的主要来源 在自然情况下 壤中重金属主要来源子成土母岩和残落的生物物质 随着 近代工农业的发展 人为活动加剧了土壤重金属的污染 污染程度越来越重 范 围越来越广 罗强 2 0 0 4 农田重金属污染的主要来自以下四个方面 1 2 1 大气沉降 大气中的重金属主要来源于能源 运输 冶金和建筑材料生产产生的气体和 粉尘 除汞以终 重金属基本上是以气溶胶的形态进入大气 经过自然沉降和降 水进入土壤 据报道 煤含c e c r p b h g t i 等金属 石油中含有相当量的 n g o 0 2 3 0 m g k g 杨景辉 1 9 9 5 这类燃料在燃烧对 部分悬浮颗粒和挥发 金属随烟尘进入大气 其中1 0 3 0 沉降在距排放源十几公里的范围内 据估计 全世界每年约有l6 0 0 吨的汞是逶过煤和其它石化燃料燃烧面李器放到大气孛去的 李天杰 1 9 9 5 例如比利时每年从大气进入土壤的重金属量就有p b2 5 0g h m 2 蕊1 9g l m 2 a s1 5g h m 2 z n3 7 5 0g h l i l 2 杨景辉 1 9 9 5 运输 特别是汽车运输对大气和土壤造成严重污染 主要以p b z n c d q c u 等的污染为主 它们来自于含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘 据有关材料报导 汽车排放的尾气中含p b 量多达2 0 5 0 嵋几 它们成条带状分 布 嚣距离公路 铁路 城市中心的远近及交通量酶大小有明显的差异 有研究 发现在公路两侧5 0m 的距离有被污染的痕迹 每月累积的易溶性污染物在 纠 耐 进入环境的强度顺序为 c u p b c o f e 和z n 经自然沉降和黍淋 沉降进入土壤的重金属污染 与重工业发达程度 城市的人口密度 土地利用率 交通发达程度有直接关系 距城市越近污染的程度就越重 污染强弱顺序力 城 市 郊区 农村 1 2 2 污水灌溉 利用污水灌溉是灌区农业的一项古老的技术 主要是把污水作为灌溉水源来 利用 污承按来源和数量可分为城市生活污水 石油化工污水 工业矿出污水和 城市混合污水等 生活污水中重金属含量很少 但是 由于我国工业迅速发展 2 承稻秘篱菜吸毅积鬃重衾属熬阻控霰零霹究 王矿企业污承来经分流处理丽排入下水道与生活污拳混合排放 从焉造成污灌医 土壤重金属h g a s c r p b c d 等含量逐年增加 淮阳污灌送土壤 毽 c d q 鳓 凇等重金蒲1 9 9 5 军琵超过警戒线 张书海稻沈跃文 2 0 0 0 其它灌 区郝分重金属含量也远远超过当地背景值 随着污承灌溉焉进入 壤豹重金满 以不瓣的方式被 壤截整霾定 9 5 的 h g 被土壤矿质胶体和有机质迅速吸附 一般累积在土壤表层 自上而下递减 郑州污水灌区水中h g 的浓度达到0 2 4 2m g k g 两土壤h g 含攫0 1 9 4m g k g 就 会造成重度污染 污水中的a s 多以3 价或5 价状态存在 进入土壤后被铁 铝 氢氧化物及硅酸盐粘土矿物吸附 也可以粒铁 铝 钙 镁等生成复杂的难溶性 磷纯合物 丽c d 缀容易被水中的悬浮物吸附 水中c d 靛含薰随羞距排污叠躐 离熬增加焉迅速下降 嚣此污染的范丽较少 鹣稷容易被 壤有机质和粘 矿 物吸附 鹣的迁移性弱 污灌区鳓的累积分稚特点是离污染源近土壤含量高 距离远则土壤含量低 符建荣 1 9 9 3 污水中c r 有4 种形态 一般以3 价和6 价为主 3 价c r 很快被土壤吸附固定 而6 价c r 进入土壤中被有机质还原为3 价c r 随之被吸附露定 因此 污灌区土壤q 会逐年累积 1 2 3 固体废弃糍 固体废弃物稚类繁多 成分复杂 不褥种类其危害方式和污染程度不同 其 中矿业和工业固体凌弃物污染最为严重 这类废弃物在堆放或处理过程中 毒于 露晒 雨漭 水洗萋金属辍易移动 裂辐射状 漏斗状渤周围主壤 东体扩散 沈阳冶炼厂冶炼锌的过程中产生的矿渣主要含z n c d 1 9 7 1 年歼始堆放在一个 洼地场所 其浸入液中孙 c d 含量分别达6 6 x i 0 3 趟薅帮7 5 x 1 0m g l 器蒋 已扩散到离堆放场7 0 0m 以外的范围 重金属污染物浓度是以同心圆状分布 李 天杰 1 9 9 5 对武汉市垃圾堆放场 杭媸铬渣堆放区附近土壤中重金属含量盼 研究发现 这些区域 壤中e d h g c r c u z n p b a s 等重金属含量均离 子当逢土壤背景值 潘海峰 1 9 9 4 有一些固体壤弃物被童接或通过加工作为肥料施入士壤 造成土壤重金属污 染 如遮羞我邋畜牧生产魏发袋 产生大量麓家畜粪便及动物热工产生的废弃貔 这类农业固体废弃物中含有植物所儒n p k 和有机质 同时由于饲料中添加 第一章文献综述 了一定量的重金属盐类 因此作为肥料施入土壤增加了土壤z n m n 等重金属元 素的含量 磷石膏属于化肥工业废物 由于其有一定量的正磷酸以及不同形态的 含磷化合物 并可以改良酸性土壤 从而被大量施入土壤 造成了土壤中c r p b m n a s 含量增加 磷钢渣作为磷源施入土壤时 土壤中发现有c r 的累积 王焕校 2 0 0 0 随着工业的发展以及城镇环境建设的加快 污水处理正在不断加强 估计污 泥产生量在4 0 0 万吨以上 由于污泥含有较高的有机质和氮 磷养分 因此土壤 成为污泥处理的主要场所 一般来说 污泥中c r p b c u z n a s 极易超过控 制标准 北京褐土施用燕山石化污泥一年后h g c d 浓度分别达到0 9 4 m g k g 0 2 2 m g k g 杨居荣 1 9 8 4 许多研究指出 污泥的施用可使土壤重金属含量 有不同程度的增加 其增加的幅度与污泥中的重金属含量 污泥的施用量及土壤 管理有关 固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大 土壤中重金属的含量随 距污染源的距离增大而降低 如大冶冶炼厂 每年排放数千吨的粉尘 引起大冶 县广大农田的污染 直径2 0k m 范围内的土壤c r z n p b c d 含量均大大高于 背景值 1 2 4 农用物资 农药 化肥和地膜是重要的农用物资 对农业生产的发展起着重大的推动作 用 但长期不合理施用 也可以导致土壤重金属污染 绝大多数的农药为有机化 合物 少数为有机一无机化合物或纯矿物质 个别农药在其组成中含有h g a s c u z n 等重金属 如随着西力生消毒种子进入土壤的h g 为6 9g h m 2 在农业 地区 特别是在西方国家的家庭园林中 由于经常施用含触农药 土壤中a s 的 残留量明显增加 美国的密执安州土壤中a s 含量达到1 1 2m g k g 杨景辉 1 9 9 5 杀真菌农药常含有c u 和z n 被大量地用于果树和温室作物 常常会造成土壤 c u z n 累积达到有毒的浓度 如在莫尔达维亚 葡萄生长季节要喷5 1 2 次波尔 多液或类似的制剂 每年约有60 0 0 80 0 0 吨的铜施入土壤 重金属元素是肥料中报道最多的污染物质 氮 钾肥料中重金属含量较低 磷肥中含有较多的有害重金属 复合肥的重金属主要来源于母料及加工流程所带 4 水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究 入 肥料中重金属含量一般是磷肥 复合肥 钾f i e 氮肥 c d 是土壤环境中重要的 污染元素 随磷肥进入土壤的c d 直受到人们的关注 许多研究表明 随着磷 肥及复合肥的大量施用 土壤有效c d 的含量不断增加 作物吸收c d 量也相应 增加 据马耀华等对上海地区菜园土研究发现 施肥后 c d 的含量从0 1 3m g k g 上升到0 3 2m g k g 马耀华 1 9 9 8 美国橘园每年施磷量为1 7 5k g h m 2 3 6 年后 壤e d 量由0 0 7m g k g 提高到1 0m g k g 新诬兰在同一地点施用磷肥5 0 年詹 取土分析 土壤c d 含量e l l0 3 9m g k g 提离到o 8 5m g k g 肥料中c r a s 元素 含量较高 且土壤的环境含量又较低 能引起土壤中 触 的较快积累 硝酸 铵 磷酸铵 复合肥中心量可达5 0 6 0 m g k g 长期施用可造成土壤触严重污 染 近年来 地膜的大面积的推广使用 造成了土壤的白色污染 由手地膜生产 过程中加入了含有c d p b 的热稳定剂 同时也增加了土壤重金属污染 1 3 重金属污染的特征及其危害 1 3 1 污染特征 相对于水和大气污染相比 土壤污染更为复杂 土壤污染的特点有 1 具有隐蔽性和滞雁性 大气污染 水污染和废弃物污染等问题一般都比 较直观 而土壤污染往往要通过对土壤样品进行分析化验和农作物的残留检测 甚至通过研究对人畜健康状况的影响才能确定 因此 土壤污染从产生污染到如 现问题通常会滞后很长时间 q 具有累积性和地域性 污染物质在大气和水体中 一般都比在 壤中更 容易迁移 这使得污染物质在土壤中并不像在大气和水体中那样容易扩散和稀 释 因此容易在土壤中不断积累两超标 同时也使土壤污染具有很强的地域性 3 具有不可逆性 重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程 某 些重金属污染的土壤可能要2 0 0 10 0 0 年才能够恢复 4 土壤污染治理的艰难性 如果大气和水体受到污染 切断污染源之后通 过稀释作用和自净化作用也有可能使污染阀题不断逆转 但是积累在污染土壤中 的难降解污染物则很难靠稀释作用和自净化作用来消除 土壤污染一旦发生 则 很难恢复 治理成本较高 治理周期较长 第一章文献综述 1 3 2 重金属对农业生态系统的危害 1 对植物生长的影响 植物生长发育需要一些微量元素 如c u m n z n c o 等 但当这些元素 含量过高时也会对植物产生毒害作用 而那些对植物生长发育非必需的元素如 c d p b h g 等 在植物体内只要微量即可使植物受到毒害 通常表现为生长迟 缓 植株矮小 根系伸长受抑制甚至停止 叶片退绿 出现褐斑 产量下降等 严重则可导致植物死亡 刘玉荣等 2 0 0 3 因此在农业生产上重金属污染会导致 作物减产而造成经济损失 2 对土壤微生物菌群的影响 重金属污染物对土壤本身的活力也存在巨大影响 重金属进入土壤后 首先 影响土壤细菌 真菌 放线菌等微生物的生长数量 试验证明 在含c a 较少的 对照土壤中加入c d 能使土壤细菌数目由每克土壤4 8 x 1 0 7 个减少为2 x 1 0 3 个 高 振民 1 9 9 8 土壤受h g c d p b a s 等重金属污染后 还能对固氮茵 解磷 细菌 纤维分解菌 枯草杆菌 木霉等其他菌类起抑制作用 郑世英 2 0 0 2 由 于微生物的生长繁殖受到抑制 直接导致由土壤微生物合成的酶量减少 再加上 重金属对酶本身活性的影响 最终导致土壤酶活性降低 也因而对土壤生化过程 如有机质的降解 土壤呼吸代谢 氨化和硝化作用等 造成影响 有研究表明 相当多种类的重金属能抑制土壤有机残留物的降解 如铬能抑制土壤纤维素的分 解 当c 浓度为5m g k g 时 纤维素分解速率下降至对照的3 6 郑世英 2 0 0 2 1 3 3 重金属对人体的危害 重金属通过食物链在人体内不断积累并对人体产生危害 它能抑制人体化学 反应酶的活动 使细胞质中毒 从而伤害神经组织 还可导致直接的组织中毒 损害人体解毒功能的关键器官一肝 肾等组织 刘志阔等 1 9 9 1 c d 主要通过呼吸道和消化道进入人体 过多地暴露于c d 中 会引起人体诸 多的疾病 包括肠胃炎 肾功能障碍 高血压 心血管疾病 肺气肿 癌症以及 骨质疏松症 常学秀等 2 0 0 0 而肾脏是c d 最重要的蓄积器官和靶器官 肾 损伤是c d 对人体造成的主要慢性危害 吸入c d 烟引起的急性中毒以刺激呼吸 6 水稻和脊菜吸收积累重金属的阻控技术研究 道黏膜为主 可发生化学性肺炎和肺水蒡孛 刘志阔等 1 9 9 1 王翳兰 1 9 9 6 摄 入过多的c d 可引起高血压和动脉粥样硬化 干扰z n 的吸收和利用 影响多种 酶的活性 王翳兰 1 9 9 6 p b 及其化合物可通过消化道 呼吸道 以及皮肤进入人体 具有抑制血红 素合成及溶血作用 丽且可导致贫血 此外 对脑组织及神经系统也有毒害作用 尤其对儿童大脑损害的敏感性要比成人高得多 可致使儿童智力低下 心理异常 及行动障碍 刘志阔等 1 9 9 1 常学秀等 2 0 0 0 铅中毒常见的症状为饮食不 振 肠胃炎 口腔中有金属味 失眠 头痛 头晕 关节肌肉酸痛 腰痛 贫血 诎 号f o c u 是血液中一种不可缺少的重要元素 参与造血过程以及铁的代谢 但摄 铜过量 可产生铜中毒 铜中毒时可发生溶血 血红蛋自降低 斑清乳酸脱氢酶 升高及脑组织病变等 吴定等 2 0 0 3 7 m 也是人体必需的微量元素 箕在控制d n a 的合成 大脑发育 骨质形成 伤口愈合等许多细胞过程起作用 b a r c e l o u x 1 9 9 9 z n 缺乏就导致生长停滞 皮肤病 食欲减退等 z n 过多会导致铜和铁的缺乏 产生贫血 发育缓慢和新 陈代谢失调 l l o b e te ta 1 1 9 8 8 重金属对人体的危害在初期不易被人们察觉 潜伏期较长 有些重金属对入 体的累积性中毒往往需要一二十年才能显现如来 但是后果却是非常严重的 1 4 重金属污染治理的途径 重金属污染土壤的治理途径有两种 一种是将污染物清除 即去污染 d e c o n t a m i n a t i o n 另一种是改变重金属在土壤中的存在形态 使其固定 将污 染物的活性降低 减少在土壤中的迁移性和生物可利用性 即稳定化 s t a b i l i z a t i o n 围绕这两种途径产生了不同的治理措施和方法 顾继光等 2 0 0 3 1 4 1 工程治理措旌 用于 壤重金属修复酶工程措施主要包括改土法 换 去表土 客土 深 耕翻土等 电化法 冲洗络合法及热处理法等 用工程治理土壤重金属污染 7 第一牵文献综述 对于污染重 蕊积小的 壤具有治理效果明显 迅速的优点 但对于污染面积较 大的土壤则需要消耗大量的人力与财力 而且容易导致土壤结构的破坏和土壤肥 力的下降 顾继光等 2 0 0 3 如最早在英国 荷兰 美国等国家应用的改土法 对于降低作物体内重金属 含量是一种切实有效的方法 但需花费大量的人力与财力 并且在换 过程中 存在着占用土地 渗漏 二次污染等不良因素的影响 华珞等 1 9 9 2 由美国 路易颠安那州立大学研究出的净化土壤污染髂原谴修复的方法 电化法 每立方 米污染 壤需要大约1 0 0 美元 虽然可以回收多神童金属元素 但只适用于低渗 透性的黏 和淤泥土 丽冲洗络合法只适用于对面积小 污染重的土壤治理 健 固时也容易引起某些营养元素的淋失和沉淀 热处理法对于修复h g 污染土壤是 种行之有效的方法 并可以回收h g 不足之处是易使土壤有机质和地下水遭 到破坏 恧且需消耗大量就量 颞继光等 2 0 0 3 1 4 2 农艺调控措施 作物从土壤中吸收重金属 不仪取决予其在土壤中的含量 而且也受土壤的 性质 水分条件 施肥的荦孛类和数量 栽培煎植耪种类 栽培方式以及耕俸制度 等农艺措施的影响 因此 可以通过调节土壤p h 有机质 电导率 质地 c a c 0 3 等因素 改变土壤重金属活性 降低其生物有效性 减少姨土壤匈嚣物懿转移 颓 继光等 2 0 0 3 有研究表明 每公顷土壤施用7 5 0k g 石灰 可使土壤中重金 属有效态含量降低1 5 左右 搜酸性 壤可被植物剩用的c 慧的活性降低 对减 少c d 被作物吸收具有一定的作用 n a i d u 1 9 9 7 施用有机肥可促进土壤中的 重金属离子与其形成重金属有机络台耪 增加土壤瓣重金属的吸附能力 提离土 壤对重金属的缓冲性 但在有机肥的矿化过程中分解出的低分予量的有机酸和腐 殖酸组分对 壤中静c d 会起活化作用 因此必须考虑 壤环境条髀进行合理施 用 孙吉林等 2 0 0 2 采用施猪厩肥 石灰等农艺措施对受重金属严重污染的农 函进行治理 结采表瞬这些措旎能明显减轻重金属对水稻生长发育的危害程度 提高产量 增产幅度在2 3 7 0 q 1 9 之间 其中猪厩肥效果好予石灰 而两项措 施并用鲢效果憩佳 僵谷粒中c u p b 等含量不仅没肖降低 还有增加的趋势 说明此类措施存在着很大的风险 3 水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究 1 4 3 生物修复技术 近年来逐渐兴起的生物修复方法 由予成本低 简便易行 安全可靠 不易 产生二次污染等诸多特点 已经成为重金属污染环境修复的重要手段 生物修复 技术包括植物修复和微生物修复两大方面 但至从1 9 8 3 年c h a n e y 提出利用植物 清除土壤重金属污染的思路及b r o o k s 等提出超富集植物 h y p e r a c c t t m u l a t o r 约概 念以来 植物修复 p h y t o r e m e d i a t i o n 逐渐成为重金属污染土壤修复的主要方法 植物修复是指利用植物从环境中去除污染物或使污染物转变为无毒害的形 式 在二十世纪九十年代后期 植物修复技术成为国际上备受关注的科学前沿和 热点研究领域 这一技术体系虽然提出较早 但是在近三十年才逐渐完善的 重 金属污染土壤的植物修复方法可归纳为以下三种 l 植物提取 p h y t o e x t r a c t i o n 利用植物将金属从土壤中去除 并集中于植 物的可收割部分 e b b se ta 1 1 9 9 7 k u m a re ta 1 1 9 9 5 m i t c he ta 1 2 0 0 1 2 植物固定 p h y t o s t a b i l i s a t i o n 植物通过降低环境中金属的可移动性或阻 止其移动来达到减少污染物的生物有效性 v a n g o n s v e l d e ta 1 1 9 9 5 s m i t h b r a d s h a w 1 9 7 2 3 植物挥发 p h y t o v o l a t i l i z a t i o n 通过植物将金属或类金属挥发到空气中 b n 盘e n s c h n o o r 19 9 9 b a n u e l o s 瓯a 1 19 9 7 植物修复技术的处理费用很低 与常规的填埋法相比具有明显的优势 尤其 适合于在发震中国家应用 植物修复技术属予原位修复技术 具有保护表土 减 少侵蚀和水土流失的功效 对环境影响小 可广泛应用于矿山的复垦 重金属污 染土壤的改良 与其它处理方法相比 植物修复技术产生的废物量较少 并且可 回收重金属 万云兵等 2 0 0 2 9 第二章常用肥料和灌溉水重金属含量调查 第二章常用肥料和灌溉水重金属含量调查 在自然情况下 土壤中重金属主要来源于成土母岩和残落的生物物质 随着 近代工农业的发展 人为活动加剧了土壤重金属的污染 污染程度越来越重 范 围越来越广 罗强 2 0 0 4 农田重金属污染的来源主要有 肥料与农药 灌溉 水 大气沉降以及固体废弃物四个方面 本文通过对杭州等地各市售常用肥料以 及嘉兴市郊农田与作物耕种地区灌溉水中c d p b c u z n 含量进行了调查分析 为控制农田土壤重金属污染及周边地区农产品安全生产提供了科学依据 2 1 材料与方法 2 1 1 肥料样品的采集 供试肥料样品均为市售 在2 0 0 7 2 0 0 8 年期间 从浙江杭州 宁波 湖州 嘉兴 金华 衢州等地各肥料销售点抽取常用肥料 共2 9 个样品 其中尿素6 个 氯化钾6 个 过磷酸钙3 个 钙镁磷肥3 个 三元复混肥3 个 有机 无机 复混肥3 个 有机肥5 个 样品经研磨并过o 1 8m i l l 孔径筛后 密封于卡口袋存 储备用 2 1 2 水样的采集 2 0 0 7 年6 月2 8 日 用简易采水器 于嘉兴西北郊农田与作物耕种地区采集 灌溉水水样4 9 个 每个采样点之间间隔1k m 左右 并运用m a g e l l a ng p s 型 号 e x p l o r i s t6 0 0 记录每个采样点的位置 并在g o o g l ee a r t h 制作采样点分布图 如图2 1 水样当天即运回实验室过滤待测 1 0 水稻和青菜吸收积累重金属的阻控技术研究 2 1 3 测定项目与方法 图2 1 灌溉水取样点分布 2 1 3 1 肥料样品中c d p b c u z n 的测定 称量1g 左右 精确到0 0 0 0 1g 的肥料样品 n a 1 0m l 浓h n 0 3 优级纯 下同 1m lh c l 0 4 优级纯 下同 消解至1m l 冷却后转移至5 0m l 容量 瓶 定容 待测液中c d p b c u z n 的含量采用i c p m s 方法测定 第二章常用肥料和灌溉水重金属含量调查 2 1 3 2 灌溉水水样中c d p b c u z n 的测定 取1 0 0m l 水样放入2 0 0m l 烧杯中 加入5m l 浓删0 3 在电热板上消解 不能沸腾 蒸至1 0m l 左右 再加入5m l 浓h n 0 3 2m lh c l 0 4 蒸至1m l 左右 冷却后加水溶解残渣 洗入1 0 0m l 容量瓶 定容 用i c p m s 方法测定 其中的c d p b c u z n 含量 2 2 结果与分析 2 2 1 不同种类肥料中c d p b c u z n 含量 2 2 1 1c d 含量 从表2 1 中我们可以看出 各肥料样品中c d 的含量差异比较明显 有机肥 中c d 含量最高 最大为6 5 6m g k g 比含量最低的尿素和氯化钾样品要高出3 0 0 多倍 仅一个样品未超出相应的限量标准值 含量其次的是过磷酸钙 其所有样 品中的c d 含量均超出参考的限量标准值 最高超出 土壤环境质量标准 二级 标准 p h 6 5 情况 3 陪以上 尿素 氯化钾 钙镁磷肥 三元复混肥 有机 无 机复混肥中c d 含量相对较低 都未超出相对应的限量标准值 总体肥料样品中 c d 超标率为2 4 1 从平均值来看 各肥料中c d