铀及伴生重金属对土壤酶活性影响的研究

发布时间：2017-08-07 19:15

  本文关键词：铀及伴生重金属对土壤酶活性影响的研究

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【摘要】：本论文在国家核设施退役及放射性废物治理科研重点项目(14ZG6101)的资助下,围绕铀及伴生重金属污染的生态效应和生物学评价问题,以某典型铀尾矿环境土壤和添加外源重金属的盆栽土壤为研究对象,研究了铀及伴生重金属与土壤酶活性的关系,旨在为同类污染的土壤环境质量监测、评价和预警提供科学依据。研究结果如下:(1)铀尾矿环境铀及伴生重金属污染严重,综合污染指数PN远大于3,铀尾矿226Ra、U、Cd和Pb污染严重,Th、Mn和Cu污染较轻。多因子潜在生态危害指数(RI)表明,铀及伴生重金属具有极强生态危害。其中226RaCdUPbCu、Th、Mn。U-Th、Mn-Cd、Mn-Cu互作极显著相关,相关系数0.5。污染显著影响了土壤肥力,理化性质发生显著变化,有机质、全氮、阳离子交换量等大幅降低,其最大降幅分别为47%、80.8%、87.2%。(2)铀尾矿环境土壤细菌、真菌、放线菌数量大幅降低,最大降幅分别为85.1%、90.9%、83.8%,微生物总数下降43.8%~83.5%。微生物数量细菌真菌放线菌。微生物数量与U、226Ra含量负相关,而与Th正相关,可作为铀尾矿环境污染的生物学指标之一。铀尾矿环境土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性大幅降低,最大降幅分别为95.9%、81.8%、79.4%,过氧化物酶活性则大幅升高,最大增幅为55.1%。U和226Ra与4种土壤酶的作用相近而Th的作用相反。脲酶对铀污染最敏感,其次是酸性磷酸酶和过氧化物酶,三者可作为铀尾矿环境污染的生物指标之二。除过氧化物酶外,夏秋季节的土壤微生物数量和酶活性高于冬春季节。土壤微生物数量和酶活性随着土层深度增加而减小。微生物数量在土壤p H 4~5时最多,脲酶和过氧化物酶活性总体上随着p H的升高而增强,酸性磷酸酶和蔗糖酶则相反。有机质等能缓解铀及伴生重金属对土壤微生物数量和酶活性的影响。(3)铀及伴生重金属单一污染对土壤酶活性的影响各不相同,脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶对铀及伴生重金属敏感,多表现为抑制作用,过氧化物酶也较敏感但多表现为促进作用。铀及伴生重金属复合污染中,Mn、Pb及U+Cd互作对脲酶活性显著抑制;U及伴生重金属对酸性磷酸酶活性有极显著抑制作用;U显著影响蔗糖酶活性;U、Mn及互作极显著促进过氧化物酶活性;Mn及Pb+Cd互作极显著抑制脱氢酶活性。酸性磷酸酶、过氧化物酶、脱氢酶对U、Cd、Mn、Pb复合污染敏感,脲酶较敏感,蔗糖酶不敏感。(4)脲酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶、脱氢酶是铀及伴生重金属污染的敏感酶。主成分分析结果显示,铀尾矿环境土壤敏感酶(脲酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶)指标系统的第一、二主成分累积方差贡献率达94.53%。据此对各供试土样进行土壤环境等级分类,其结果与以综合污染指数法和潜在生态危害指数法为依据的划分结果基本吻合。由敏感酶活性构建的土壤敏感酶指标系统能在一定程度上反映铀及伴生重金属污染状况,可作为类似生境的放射性污染环境风险评估因子之一。由土壤敏感酶指标系统构建的铀及伴生重金属污染预警体系能粗略地对铀尾矿环境污染进行预警。
【关键词】：铀尾矿 铀及伴生重金属 土壤酶 微生物 生物指标
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X771
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 1 绪论13-30
• 1.1 土壤中铀及伴生重金属来源14-16
• 1.1.1 铀废石15
• 1.1.2 铀尾矿15-16
• 1.1.3 废水16
• 1.2 铀的环境行为16-17
• 1.3 土壤酶17-23
• 1.3.1 土壤酶的来源与分类18-20
• 1.3.2 土壤酶活性时空分布20-21
• 1.3.3 土壤酶与重金属的关系及其机理21-23
• 1.4 影响土壤酶与重金属关系的因素23-25
• 1.4.1 土壤理化性质对土壤酶与重金属关系的影响23-25
• 1.4.2 植物对土壤酶与重金属关系的影响25
• 1.5 重金属污染土壤酶学指标评价可用的研究方法25-27
• 1.5.1 根据土壤酶活性降幅确定重金属污染指标25-26
• 1.5.2 根据土壤酶活性与重金属浓度的拟合方程式确定污染指标26
• 1.5.3 利用特定拟合式的含义进行判断26
• 1.5.4 采用线性拟合等方法获得重金属对土壤酶活性影响的临界浓度26-27
• 1.5.5 采用数学分析方法27
• 1.6 目前相关研究存在的问题和展望27-28
• 1.7 本研究的创新点与意义28
• 1.7.1 创新点28
• 1.7.2 意义28
• 1.8 本课题的来源及主要研究内容28-30
• 1.8.1 课题来源28
• 1.8.2 研究内容28-30
• 2 铀尾矿污染状况与环境风险分析30-66
• 摘要30
• 引言30-31
• 2.1 材料与方法31-32
• 2.1.1 试验材料31-32
• 2.1.2 试验方法32
• 2.1.3 统计分析32
• 2.2 结果与分析32-64
• 2.2.1 铀尾矿环境放射性核素含量分布情况55-57
• 2.2.2 铀尾矿环境4种重金属污染情况57-58
• 2.2.3 铀尾矿环境环境风险评价58-61
• 2.2.4 铀尾矿环境土壤核素及重金属相关性61-62
• 2.2.5 铀尾矿环境土壤理化性质变化情况62-64
• 2.3 小结64-66
• 3 铀尾矿铀及伴生重金属污染与土壤微生物数量66-83
• 摘要66
• 引言66-67
• 3.1 材料与方法67-68
• 3.1.1 试验材料67
• 3.1.2 试验方法67-68
• 3.1.3 统计分析68
• 3.2 结果与分析68-81
• 3.2.1 U与土壤微生物数量间的关系70-72
• 3.2.2 Th与土壤微生物数量间的关系72-73
• 3.2.3 226Ra与土壤微生物数量间的关系73-74
• 3.2.4 放射性核素与土壤微生物数量间相关分析和拟合分析74-76
• 3.2.5 铀及伴生重金属与土壤微生物数量间逐步回归分析76-77
• 3.2.6 时空分布对土壤微生物数量的影响77-78
• 3.2.7 土壤理化性质对铀尾矿环境土壤酶活性的影响78-81
• 3.3 小结81-83
• 4 铀尾矿铀及伴生重金属污染与土壤酶活性83-114
• 摘要83
• 引言83-84
• 4.1 材料与方法84-87
• 4.1.1 试验材料84
• 4.1.2 试验方法84-87
• 4.2 结果与分析87-112
• 4.2.1 U与土壤酶活性间的关系97-99
• 4.2.2 Th含量与土壤酶活性间的关系99-100
• 4.2.3 226Ra比活度与土壤酶活性间的关系100-102
• 4.2.4 放射性核素与土壤酶活性相关、拟合和通径分析102-106
• 4.2.5 铀及伴生重金属与土壤酶活性间逐步回归分析106-107
• 4.2.6 时空分布对铀尾矿环境土壤酶活性的影响107-109
• 4.2.7. 土壤理化性质与铀尾矿环境土壤酶活性109-112
• 4.3 小结112-114
• 5 铀及伴生重金属单一污染对土壤酶活的影响114-135
• 摘要114
• 引言114-115
• 5.1 材料与方法115-117
• 5.1.1 试验材料115-116
• 5.1.2 盆栽实验设计116
• 5.1.3 测定方法116-117
• 5.1.4 统计分析117
• 5.2 结果与分析117-133
• 5.2.1 U对土壤酶活性的影响117-121
• 5.2.2 Cd对土壤酶活性的影响121-123
• 5.2.3 Mn对土壤酶活性的影响123-126
• 5.2.4 Pb对土壤酶活性的影响126-129
• 5.2.5 As对土壤酶活性的影响129-131
• 5.2.6 Hg对土壤酶活性的影响131-133
• 5.3 小结133-135
• 6 铀及伴生重金属复合污染对土壤酶活性的影响135-157
• 摘要135
• 引言135-136
• 6.1 实验材料和方法136-138
• 6.1.1 实验材料136
• 6.1.2 试验方法136-138
• 6.1.4 统计分析138
• 6.2 结果与分析138-156
• 6.2.1 U、Cd、Mn、Pb复合污染对土壤脲酶活性的影响138-142
• 6.2.2 U、Cd、Mn、Pb复合污染对土壤酸性磷酸酶活性的影响142-145
• 6.2.3 U、Cd、Mn、Pb复合污染对土壤蔗糖酶活性的影响145-147
• 6.2.4 U、Cd、Mn、Pb复合污染对土壤过氧化物酶活性的影响147-151
• 6.2.5 U、Cd、Mn、Pb复合污染对土壤脱氢酶活性的影响151-156
• 6.3 小结156-157
• 7 基于敏感酶的环境风险分析和预警体系构建157-173
• 摘要157
• 引言157-158
• 7.1 研究材料和方法158-159
• 7.1.1 研究材料158
• 7.1.2 土壤酶的的筛选158
• 7.1.3 主成分分析158-159
• 7.1.4 统计分析159
• 7.2 结果与分析159-171
• 7.2.1 敏感酶的筛选159-160
• 7.2.2 基于敏感酶的环境风险评价160-166
• 7.2.3 基于敏感酶的预警体系的构建166-171
• 7.3 小结171-173
• 结语173-176
• 致谢176-177
• 参考文献177-190
• 学位攻读期间发表的论文及科研成果190

【参考文献】

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本文编号：636267