【摘要】：納米材料由于其特殊效應(yīng),在生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境處理等方面極為廣泛。納米金屬氧化物在目前納米材料發(fā)展中占主要地位。納米ZnO、納米CeO2等用途廣泛的納米材料每年產(chǎn)量巨大。直接釋放到土壤中的加上進入土壤填埋的納米材料約占總納米材料的76.5%。作為人類及眾多生物生存的根本,土壤中納米材料的污染狀況堪憂。目前納米材料在土壤環(huán)境中的危害研究還很不足。而且其中大多數(shù)的納米毒性研究,是在生物的理想環(huán)境條件下進行,例如水培,人工模擬土壤等。然而不同自然土壤類型的土壤性質(zhì)不同,如土壤的pH,有機質(zhì)及土壤灰分含量,都會對納米材料的毒性效果造成影響。尤其我國是納米材料釋放的主要區(qū)域之一,土壤性質(zhì)復(fù)雜,研究土壤類型對納米材料毒性效應(yīng)的影響,具有實際意義。本文采集野外土壤,以赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)和小麥(鎮(zhèn)麥168)作為研究對象,通過研究不同土壤類型中納米材料對蚯蚓、小麥的氧化損傷、、生物量的影響,以及對土壤酶活的影響,分析土壤類型對毒性效果造成差異的原因。具體開展如下三部分研究工作:(1)納米ZnO和CeO2在不同土壤類型中的生物有效性分析。(2)納米ZnO和CeO2對蚯蚓、小麥的生態(tài)毒理效應(yīng)。(3)納米ZnO和CeO2在不同土壤類型中毒性效應(yīng)的差異。研究發(fā)現(xiàn):(1)土壤中納米ZnO,隨著濃度增加,生物有效態(tài)增加且所占比例增大。而土壤中CeO2則相反,有效態(tài)濃度并不隨濃度而增加,更易向殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化,但是生物中(蚯蚓和小麥)Ce的含量會隨CeO2濃度的增加而增加,說明BCR提取法并不能完全適合用于土壤中納米材料的有效性判斷。(2)在紅壤中,納米ZnO處理組的小麥根部更易富集Zn,使得Zn在根部過度累積。納米CeO2在紅壤、黃棕壤、棕壤中的小麥根部的吸收量相近,并隨著土壤中添加的污染物含量增加而增加。小麥地上部以及蚯蚓組織在紅壤中累積的Ce元素含量,明顯高于其他土壤,這種現(xiàn)象可能會導(dǎo)致Ce元素在生物鏈上的富集。(3)土壤類型不同納米ZnO與CeO2的毒性效果不同。水稻土中納米ZnO與CeO2會對蚯蚓產(chǎn)生毒性效應(yīng),誘導(dǎo)抗氧化系統(tǒng)產(chǎn)生顯著性差異,引起MDA、PCO含量的增加。納米材料在紅壤中對蚯蚓的毒性效果較小。在黃棕壤與棕壤中納米ZnO與CeO2會對小麥產(chǎn)生毒性效應(yīng),導(dǎo)致MDA含量的增加,在高濃度時抑制SOD與CAT的活性。納米材料在紅壤中對小麥的毒性效果較小。因此,納米金屬氧化物進入紅壤后,對生物造成的毒性更小、環(huán)境風險更低。紅壤中的小麥雖然受到的來自納米材料造成的毒性效果較小,但是由于納米材料對脲酶活性的影響,納米材料濃度增加后,紅壤中小麥生物量較其他兩種土壤明顯降低。(4)納米CeO2的濃度在不同土壤中對生物產(chǎn)生的影響與納米ZnO類似,但是相比毒性更低。上述結(jié)果表明,紅壤中的納米ZnO與CeO2更易進入蚯蚓與小麥組織,但是兩種納米金屬氧化物ZnO及CeO2在紅壤中造成的毒性損傷小于水稻土、黃棕壤及棕壤。紅壤中納米ZnO與CeO2的毒性風險小于其他土壤,但這些納米材料可能隨食物鏈累積。同種土壤中,納米ZnO對蚯蚓、小麥的毒性效果大于納米CeO2。
[Abstract]:Nano-materials are widely used in the fields of biomedicine, industrial production and environmental treatment due to their special effects. The nano-metal oxide accounts for the current development of the nano-materials. Nano-sized ZnO, nano-CeO2 and other wide-purpose nano-materials have a large output every year. and the nano-material which is directly released into the soil and is filled in the soil accounts for 76.5% of the total nano-material. As the foundation of human and many biological survival, the pollution condition of the nano-material in the soil is worrying. At present, the harm of nano-material in soil environment is still insufficient. and most of the nanotoxicity studies are carried out under the ideal environmental conditions of the organism, for example, water culture, artificial simulated soil, and the like. However, the soil properties of different natural soil types, such as the soil pH, the organic matter and the soil ash content, can affect the toxicity of the nano-materials. In particular, China is one of the main areas of the release of the nano-materials, and the soil properties are complex, and the effect of soil type on the toxicity of the nano-materials is studied. In this paper, the field soil was collected to study the effects of the nano-materials on the oxidative damage, the biomass and the activity of the soil in different soil types by using Eisenia fetida and wheat (Zhenmai 168) as the research object. The reasons for the difference between soil type and toxicity were analyzed. The following three research work is carried out: (1) the biological effectiveness analysis of (1) nanometer ZnO and CeO2 in different soil types. (2) The ecological and toxicological effects of nano-ZnO and CeO2 on earthworms and wheat. (3) The difference of the toxicity of ZnO and CeO2 in different soil types. The results show that (1) the nano-ZnO in the soil increases with the increase of the concentration, and the proportion of the biological active state increases. in that soil, the concentration of CeO in the soil is not increase with the concentration and is more easily transformed to the residue state, but the content of the Ce in the organism (the earthworms and the wheat) increases with the increase of the concentration of the CeO2, and the BCR extraction method can not be completely suitable for the determination of the effectiveness of the nano-material in the soil. (2) In the red soil, the root of the wheat in the nano-ZnO treatment group is more easily enriched with Zn, so that the Zn is excessively accumulated at the root. The absorption of nano-CeO2 in the roots of the wheat in red soil, yellow-brown soil and brown soil is similar, and the content of the pollutants added in the soil is increased. The content of Ce element accumulated in the ground part of the wheat and the earthworm tissue in the red soil is obviously higher than that of the other soil, which can lead to the enrichment of the Ce element on the biological chain. (3) The effect of different nano-ZnO on the soil type is different from that of CeO2. The toxicity effect of the nano-ZnO and CeO2 on the earthworms can be induced by the nano-ZnO and the CeO2 in the paddy soil, and a significant difference in the anti-oxidation system is induced, and the content of the MDA and the PCO is increased. The toxicity of the nano-materials to the earthworms in red soil is less. In the yellow-brown soil and brown soil, the effect of nano-ZnO and CeO2 on the toxicity of the wheat is caused, the content of MDA is increased, and the activity of SOD and CAT is inhibited at high concentration. The toxicity of nano-materials in red soil has little effect on wheat. Therefore, after the nano metal oxide enters the red soil, the toxicity to the organism is less, and the environmental risk is lower. Although the effect of the nano-material on the activity of the nano-material and the increase of the concentration of the nano-material, the biomass of the wheat in the red soil is obviously lower than that of the other two. (4) The effect of the concentration of the nano-CeO2 on the bio-production in different soils is similar to that of the nano-ZnO, but is lower than the toxicity. The results show that the nano-ZnO and CeO2 in the red soil are more easily accessible to the earthworms and the wheat, but the toxicity of the two kinds of nano-metal oxides ZnO and CeO2 in the red soil is less than that of the paddy soil, the yellow brown soil and the brown soil. The toxicity of nano-ZnO and CeO2 in red soil is less than that of other soil, but these nano-materials may accumulate with the food chain. In the same soil, the toxicity of the nano-ZnO to the earthworms and the wheat is greater than that of the nano-CeO2.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X171.5

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本文編號：2383754