【摘要】：土壤重金屬污染對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全造成了嚴(yán)重威脅，探尋土壤重金屬生物有效態(tài)的評價方法一直是農(nóng)業(yè)環(huán)境科研領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于重金屬元素有效態(tài)的提取與元素種類、土壤類型、pH值、溫度、提取劑的性質(zhì)等有著密切的關(guān)系，因此國際上土壤重金屬生物有效態(tài)提取方法缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。梯度薄膜擴(kuò)散技術(shù)（DGT）是一種新型原位采集并測量重金屬有效態(tài)或生物可給性的方法，大量研究表明，DGT技術(shù)比傳統(tǒng)的形態(tài)分析方法提取的重金屬生物有效態(tài)濃度更接近生物可利用態(tài)的濃度，能更好地反映值物體所吸收的重金屬。目前DGT技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)為英國，材料一般為英國及美國產(chǎn)，需要進(jìn)口，導(dǎo)致成本較高，難以在我國大面積推廣。開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的DGT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)DGT裝置的國產(chǎn)化，并在我國土壤上進(jìn)行推廣應(yīng)用，以此來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，是亟待解決的問題之一。 本研究在引進(jìn)國外DGT技術(shù)的基礎(chǔ)上，吸收并創(chuàng)新了DGT裝置的擴(kuò)散相和結(jié)合相，選擇市售的9種膜為擴(kuò)散相，以聚丙烯酸鈉（PAAS）作為結(jié)合相，考察Cd在不同擴(kuò)散層中的擴(kuò)散系數(shù)及離子強(qiáng)度對Cd在不同擴(kuò)散層中擴(kuò)散系數(shù)的影響；在16個不同理化性質(zhì)實(shí)際Cd污染土壤上進(jìn)行種植黑麥草盆栽試驗(yàn)，研究了兩種結(jié)合相的DGT技術(shù)預(yù)測黑麥草吸收Cd的效果，并與傳統(tǒng)提取方法進(jìn)行了比較；采用兩種結(jié)合相的DGT技術(shù)對廣西桑田土壤中有效態(tài)Pb進(jìn)行了累積和測定，融合土壤理化各項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析建立了逐步回歸預(yù)測模型；以兩種結(jié)合相的DGT技術(shù)為基礎(chǔ)，研究了CO_2濃度升高及真菌誘導(dǎo)條件下黑麥草及美洲商陸根際土中生物有效態(tài)Cd含量的變化。得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： （1）選擇截留分子量為14000，7000，5000，3500，1000的透析膜、氟膜、聚醚砜膜、醋酸纖維素膜和混合纖維素膜為擴(kuò)散相，以PAAS作為結(jié)合相測定Cd在9種不同擴(kuò)散層的擴(kuò)散系數(shù)�？傮w來說，在低離子強(qiáng)度條件下（尤其是離子強(qiáng)度小于5mM），擴(kuò)散系數(shù)有一定的波動；當(dāng)離子強(qiáng)度大于25mM時，擴(kuò)散系數(shù)變化不大。從成本、擴(kuò)散通量、精密度等方面綜合考慮，截留分子量為14000的透析膜是液體結(jié)合相DGT技術(shù)中擴(kuò)散層的首選。 （2）綜合考慮土壤理化指標(biāo)（pH、有機(jī)質(zhì)、機(jī)械組成、CEC）的影響，建立DGT方法和傳統(tǒng)方法提取的有效Cd含量對黑麥草吸收Cd的多元回歸預(yù)測模型，結(jié)果表明基于兩種不同結(jié)合相的DGT技術(shù)（chelex100-DGT和PAAS-DGT）提取的土壤有效態(tài)Cd含量所構(gòu)建的預(yù)測模型要顯著優(yōu)于4種傳統(tǒng)方法（土壤溶液、CaCl2提取法、 EDTANa2提取法和HAc提取法）。4種傳統(tǒng)提取方法構(gòu)建的多元回歸預(yù)測模型受到了pH和CEC的顯著影響，而DGT技術(shù)綜合了兩種主成分對土壤有效態(tài)Cd含量的影響，，所構(gòu)建的模型幾乎不受土壤基本理化性質(zhì)的影響，且模型回歸關(guān)系極顯著，說明DGT技術(shù)可以預(yù)測重金屬污染土壤中Cd的生物有效性而不受土壤理化性質(zhì)的影響，是一種預(yù)測黑麥草吸收Cd的較好方法。以PAAS為液體結(jié)合相，截留分子量為14000的透析膜為擴(kuò)散相的PAAS-DGT在本研究中較好地預(yù)測了黑麥草對土壤中Cd的吸收，大大擴(kuò)展了DGT技術(shù)的應(yīng)用范圍。 （3）采用兩種不同結(jié)合相的DGT技術(shù)（chelex100-DGT和PAAS-DGT）對廣西桑田土壤中有效態(tài)Pb進(jìn)行了累積和測定，融合土壤pH、陽離子交換量(CEC)、有機(jī)質(zhì)(OM%)和土壤顆粒組成等理化指標(biāo)影響，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析，建立了逐步回歸模型。多元統(tǒng)計(jì)分析表明，兩種結(jié)合相的DGT技術(shù)所構(gòu)建的回歸模型是可靠的,其調(diào)整判定系數(shù)R_(adj)~2分別為0.87，0.89，0.96和0.95，且預(yù)測結(jié)果融合了影響土壤有效態(tài)Pb含量的pH、CEC、有機(jī)質(zhì)和土壤質(zhì)地等主要因素，研究結(jié)果表明兩種結(jié)合相的DGT裝置均能較好預(yù)測桑田土壤中Pb的生物有效性。 （4）CO_2濃度升高或接種真菌的單獨(dú)或聯(lián)合作用均能顯著增加黑麥草和商陸的Cd的生物量及對Cd的吸收總量，兩種不同結(jié)合相的DGT技術(shù)的測定結(jié)果均表明CO_2濃度升高和接種真菌可以顯著增加植物根際土中生物有效態(tài)重金屬的含量，揭示了CO_2濃度升高以及真菌誘導(dǎo)能夠增強(qiáng)植物吸收重金屬的直接原因。與正常CO_2濃度相比，CO_2濃度升高使黑麥草地上部和地下部干重增加了42.08-89.63%和17.93-51.43%；相比之下， CO_2濃度升高條件下， DGT測得黑麥草根際土中有效態(tài)Cd含量的增加只有2.01-25.17%。CO_2濃度升高條件下，根際土生物有效性重金屬的增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于植物生物量的增加的幅度，從而影響了對植物對重金屬的吸收，因此產(chǎn)生了“稀釋效應(yīng)”。CO_2濃度升高條件下，商陸也存在相同的現(xiàn)象。 綜上，chelex100-DGT和PAAS-DGT是一種快速、準(zhǔn)確的土壤重金屬有效態(tài)表征和預(yù)測方法。DGT技術(shù)具有傳統(tǒng)化學(xué)提取方法無法比擬的優(yōu)勢，它可以很好的模擬預(yù)測植物對重金屬的吸收而不受土壤理化性質(zhì)的影響。以PAAS為結(jié)合相，截留分子量14000的透析膜為擴(kuò)散相的DGT裝置也成功的預(yù)測了植物對重金屬Pb、Cd的吸收，研究擴(kuò)大了DGT技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時為DGT技術(shù)在我國大范圍推廣提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X825

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙磊,崔巖山,杜心,朱永官;利用道南膜技術(shù)(DMT)研究土壤中重金屬自由離子濃度[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2005年11期

2 廖敏,黃昌勇,謝正苗;pH對鎘在土水系統(tǒng)中的遷移和形態(tài)的影響[J];環(huán)境科學(xué)學(xué)報;1999年01期

3 石元值,韓文炎,馬立峰,阮建云;龍井茶中重金屬元素Pb含量的影響因子探究[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報;2004年05期

4 王慶仁,崔巖山,董藝婷;植物修復(fù)──重金屬污染土壤整治有效途徑[J];生態(tài)學(xué)報;2001年02期

5 蔣先軍,駱永明,趙其國;重金屬污染土壤的微生物學(xué)評價[J];土壤;2000年03期

6 尚愛安,劉玉榮,梁重山,黨志;土壤中重金屬的生物有效性研究進(jìn)展[J];土壤;2000年06期

7 仲維科,樊耀波,王敏健;我國農(nóng)作物的重金屬污染及其防止對策[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù);2001年04期

8 陳飛霞;魏世強(qiáng);;土壤中有效態(tài)重金屬的化學(xué)試劑提取法研究進(jìn)展[J];干旱環(huán)境監(jiān)測;2006年03期

9 沈?qū)W優(yōu),陳曙光,王燁,王逸民,蔡文祥;不同粘土處理水中重金屬的性能研究[J];環(huán)境污染與防治;1998年03期

10 陸文利,聶俊華,周琨;土壤重金屬元素測定方法比較[J];農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展;2004年05期

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