【摘要】： 在農(nóng)業(yè)土壤的污染物中,重金屬污染物所引發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品安全問題已經(jīng)受到了全球各界的高度關(guān)注。長期的污水灌溉、化肥使用以及工業(yè)廢渣的堆放是造成重金屬元素在農(nóng)用土壤表層積累的最主要原因。河西走廊是我國干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)最發(fā)達的區(qū)域,在該地區(qū),以有色金屬冶煉和化工業(yè)為主的第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟起到了極大的推動作用,但對環(huán)境的負面影響也非常突出。在原本匱乏的水資源利用條件下,污水灌溉現(xiàn)象在當(dāng)?shù)仄毡榇嬖?加之農(nóng)藥和化肥的大量使用,造成重金屬污染物殘存在動植物以及人類的生存環(huán)境中,對人類健康構(gòu)成嚴重威脅。 在河西走廊地區(qū),重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中的化學(xué)污染行為研究工作開展起步較晚,系統(tǒng)的試驗研究以及元素復(fù)合污染研究幾乎是一片空白。本文通過野外盆栽試驗,選擇干旱區(qū)綠洲土壤,以油菜、芹菜、胡蘿卜三種蔬菜為供試材料,以Cd、Pb、Zn、Ni四種重金屬為基線,探討與Cd共存的Pb、Zn、Ni在分別與之作用時的土壤、蔬菜污染化學(xué)行為表現(xiàn),掌握特殊生境對四種重金屬單獨作用和共存作用下的影響,明確蔬菜對Cd及其共存元素的吸收和累積特征,并通過合理的數(shù)理統(tǒng)計分析構(gòu)建土壤重金屬總量和重金屬形態(tài)、蔬菜吸收之間的關(guān)系模型,為建立干旱區(qū)土壤重金屬在土壤-蔬菜系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、改善干旱區(qū)綠洲土壤環(huán)境質(zhì)量、控制蔬菜重金屬污染、建設(shè)綠色蔬菜生產(chǎn)基地、保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供理論支撐。論文主要研究結(jié)果如下： (1)在未添加外源污染的干旱區(qū)綠洲土壤中種植油菜、芹菜、胡蘿卜三種蔬菜后,土壤中Cd主要以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)存在,可交換態(tài)含量和比例非常��；而在添加可溶性Cd后,三種蔬菜土壤中Cd的可交換態(tài)對外界濃度脅迫響應(yīng)最大,殘渣態(tài)對脅迫響應(yīng)最小,說明試驗濃度下蔬菜從生長到成熟的短期過程對可溶性Cd的固定作用不大,更多的量以相對活性的狀態(tài)參與了土壤-蔬菜系統(tǒng)中的各種遷移。五種形態(tài)中碳酸鹽結(jié)合態(tài)是Cd在各種脅迫水平下的主要存在形態(tài)。 (2)在添加了Pb、Zn、Ni的Cd污染土壤中,Cd元素的形態(tài)分配規(guī)律和單獨作用時一致。它們對Cd的作用是：Pb會提高Cd在油菜、胡蘿卜土壤中的活性,抑制Cd在芹菜土壤中的活性；Zn會抑制Cd在油菜和胡蘿卜土壤中的活性,提高Cd在芹菜土壤中的活性,Ni會降低油菜和芹菜土壤中Cd的活性而提高胡蘿卜土壤中Cd的活性。三種組合下,Cd和添加元素活性的對比結(jié)果是：CdPb,Cd＞Zn,CdNi。 (3)三種蔬菜土壤中,單Cd脅迫下,土壤中Cd的可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)和脅迫量顯著相關(guān),它們的變化方程以線性模型為主,其次是冪大于1的乘冪模型。而添加了Pb、Zn、Ni的Cd污染土壤中：加入Pb后,三種土壤可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd以及油菜土壤中的有機物結(jié)合態(tài)Cd和脅迫量顯著相關(guān),除了胡蘿卜土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)Cd呈對數(shù)模型變化外,其余各形態(tài)均以線性和冪大于1的乘冪模型變化；加入Zn后,土壤中可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)Cd和脅迫量顯著相關(guān),描述形態(tài)隨脅迫量的變化模型時,除了油菜土壤中可交換態(tài)和有機物結(jié)合態(tài)Cd以及芹菜土壤中鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd的擬合方程分別為冪大于1的乘冪形式、S型曲線、對數(shù)形式外,其余形態(tài)Cd的擬合方程均為線性。加入Ni后,除了殘渣態(tài)的其他四種形態(tài)Cd均和脅迫量顯著相關(guān),各形態(tài)Cd的變化以線性模型為主,其次是對數(shù)和冪小于1的乘冪模型。 (4)Cd單獨脅迫下,當(dāng)濃度較低時,抑制作用主要體現(xiàn)在蔬菜各部分重量和地上部長度上,當(dāng)脅迫濃度較高時(Cd＞4.9mg／kg),其對地下部長度的抑制作用比較明顯。三種蔬菜對Cd脅迫的耐受程度排序為：油菜胡蘿卜芹菜。Cd在油菜和胡蘿卜各部位積累量分布規(guī)律為：地上部地下部,芹菜正好相反。三種蔬菜各部位積累Cd量的大小排序是油菜芹菜胡蘿卜。油菜各部位、芹菜地下部對Cd具有明顯的富集作用,阻礙油菜遷移Cd的主要場所在地下部-地上部遷移界面,阻礙芹菜遷移Cd的主要場所在土壤-地下部遷移界面。胡蘿卜對Cd無明顯的富集,各界面在富集轉(zhuǎn)移Cd方面的能力相當(dāng)。三種蔬菜對Cd的富集能力大小為：油菜芹菜胡蘿卜；轉(zhuǎn)移能力大小為油菜胡蘿卜芹菜。 (5)在添加了Pb、Zn、Ni的Cd污染土壤中種植三種蔬菜,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Pb濃度較高時(Pb≥450mg／kg),可以弱化Cd對三種蔬菜生物量的抑制作用；Zn可以弱化Cd對芹菜,胡蘿卜地上部長度的抑制,較高濃度(Zn≥500mg／kg)時也可以弱化Cd對芹菜地下部鮮重以及胡蘿卜地上部鮮重的抑制；Ni會弱化Cd對芹菜地上部長度和地上部鮮重的抑制,較高濃度(Ni≥600mg／kg)時也會減弱Cd對芹菜地上部鮮重、胡蘿卜地上部長度和地上部鮮重的抑制。 (6)三種元素的介入沒有改變Cd在蔬菜體內(nèi)的分配規(guī)律,但造成了蔬菜對Cd積累量、富集能力和轉(zhuǎn)移能力的顯著差異,這些差異的產(chǎn)生是介入元素的作用結(jié)果。Pb、Zn、Ni對Cd在三種蔬菜中的積累作用影響因濃度、蔬菜種類、蔬菜部位的不同而出現(xiàn)拮抗或者協(xié)同。對比Cd、Pb、Zn、Ni四種元素在同種蔬菜中的富集、轉(zhuǎn)移系數(shù)可知,Cd是最容易在蔬菜中富集并且轉(zhuǎn)移的元素,其次為Zn,Ni和Pb相對較差。(7)外源Cd總量對蔬菜各部位積累Cd的影響可以用線性模型、乘冪模型(冪小于1)和對數(shù)模型來描述,后兩種模型提示了蔬菜(油菜地上部以及芹菜各部位)適應(yīng)外界濃度干擾時采取了自我保護措施。而Cd在蔬菜內(nèi)部遷移時的變化方程提示,油菜和芹菜中Cd的遷移動態(tài)為冪小于1的乘冪模型,而胡蘿卜中為線性模型,這可能是前兩種蔬菜耐Cd性較強的原因之一。添加了Pb、Zn、Ni的Cd污染脅迫下,蔬菜積累Cd的變化仍然可用線性、乘冪、對數(shù)模型描述,但其中乘冪模型的冪基本均≥1(Cd,Pb復(fù)合下油菜,芹菜各部位以及胡蘿卜地下部積累Cd; Cd, Zn復(fù)合下油菜地下部積累Cd; Cd, Ni復(fù)合下芹菜地上部和胡蘿卜地下部積累Cd),說明復(fù)合作用下脅迫濃度越高,這些蔬菜相應(yīng)部位積累Cd的增量越大。Cd與其他三種元素復(fù)合作用下蔬菜內(nèi)部遷移動態(tài)可用線性、對數(shù)和乘冪模型來模擬。其乘冪模型的冪均接近1；對數(shù)模型適用于Cd, Zn復(fù)合以及Cd, Ni復(fù)合的Cd在胡蘿卜內(nèi)部的遷移。
【圖文】：

蘭州大學(xué)博士論文2研究區(qū)域概況2.1研究區(qū)域概況河西走廊位于甘肅西北部、東起烏鞘嶺，西至甘肅與新疆交界處，南至祁連山、阿爾金山主分水嶺北坡，北至內(nèi)蒙古自治區(qū)和蒙古國邊界，處于北緯37017乞一42048‘，東經(jīng)92012，--103048’之間。行政區(qū)劃上屬于甘肅省張掖、酒泉、

在單Cd脅迫下，三種蔬菜種植土壤中的重金屬形態(tài)含量變化如表4一1所示，為了了解各形態(tài)的分布情況，可以作出分配系數(shù)(即各形態(tài)含量/形態(tài)總量x1OO%)隨脅迫濃度變化的柱狀圖(圖4一1)。此外，，可以計算各形態(tài)隨添加量變化的變異系數(shù)(Cv)，利用它可以了解變化過程中究竟哪種形態(tài)對外界脅迫強度的響應(yīng)最大。從含量變化和分配系數(shù)上看，三種蔬菜土壤中Cd的各形態(tài)變化、分布特征基本一致:隨著外界Cd脅迫濃度的增加，可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的Cd含量隨之增大，有機物結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)的Cd含量均較小，而且變化相對平穩(wěn);分配系數(shù)的變化是:鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)Cd的分配系數(shù)逐漸減少，碳酸鹽結(jié)合態(tài)、可交換態(tài)Cd的分配系數(shù)逐漸增大。1)單Cd脅迫油菜土壤中Cd的形態(tài)變化特征在油菜土壤中
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X53

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉香香;廣東省4種蔬菜中鎘與土壤鎘污染相關(guān)性及閾值研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

本文編號：2707368