我国主要小麦产地土壤镉和铅的安全阈值研究

发布时间：2020-03-31 10:06

【摘要】：我国土壤环境质量标准(GB 15618-1995)已经实施20多年,标准的制定采用生态环境效应法,对土壤-植物体系而言,主要基于80、90年代的短期盆栽试验和田间调查等,随着时间的发展逐渐显现出一些不足来(主要问题:年代久、样点少),总体来说,我国关于特定场地、位点的土壤环境基准值的研究较多,但针对大面积农田土壤的研究并不多。本文旨在通过重金属镉、铅对小麦的毒性试验,研究我国8个小麦品种对不同浓度重金属的富集系数,不同土壤类型上小麦各部位对重金属的转运,影响籽粒富集重金属的主要土壤因子以及与富集系数的量化关系,可根据生态环境效应法推导保护各个小麦品种的土壤重金属临界阈值。另外利用物种敏感性分布法,结合各小麦品种籽粒的重金属富集系数及预测模型,建立基于土壤理化性质参数的镉、铅的土壤阈值模型,为小麦食品安全及我国镉、铅的土壤环境质量基准及标准的制定提供参考依据。1.供试小麦品种筛选:两种代表性土壤(酸、碱)、全国8个小麦主栽品种、盆栽。(1)首先通过研究重金属对我国小麦产区8个主要品种的影响试验,获得了各品种籽粒对镉、铅的富集系数及敏感性程度,结果表明无论小麦种植在酸性红壤还是碱性X土上,同一土壤上不同品种对重金属的富集能力差异较大,8个品种籽粒镉、铅的富集系数相差大约2、2.4倍,综合两种土壤上8个品种的研究结果发现陕西小麦品种小偃22对镉、铅中度敏感。2.生态环境效应法推导各小麦品种的土壤环境阈值:小麦籽粒重金属毒性预测模型的推导、种间外推法(1)采集全国多个省份小麦产区的农田土壤(镉、铅分别为15、17种)种植小麦品种小偃22,通过添加外源镉、铅的方式进行盆栽试验,基于不同的富集系数计算方法(全量法、外源法),建立小麦籽粒重金属的富集系数与土壤理化性质的多元回归方程,结果表明土壤性质对小麦籽粒富集重金属影响较大,pH和有机碳(OC)含量是影响小麦籽粒富集镉、铅的主要因素,pH可以解释镉富集系数变异的61.7%-79.6%,而pH和OC两因子能解释铅富集系数变异的66%-80%。(2)采用种间外推的理论,将小偃22的籽粒重金属富集系数预测模型外推至其他7个品种,证明了小麦重金属毒性预测模型外推的可行性,以此获得其他品种的毒性预测模型,对两种土壤(红壤、X土)上各品种籽粒金属富集系数预测效果良好,大体徘徊在实测富集系数的2倍变化范围内,外源法的预测效果整体略微优于全量法。依据生态环境效应法将小麦的重金属国家食品限量标准代入方程,反推出保护各个品种的土壤重金属阈值,方法较为灵活。3.生态风险评估法推导小麦的土壤环境安全阈值:富集系数归一化、选择合适的累积概率分布函数、土壤重金属阈值方程推导(1)基于各个品种籽粒重金属富集系数预测方程,将红壤、X土上8个品种籽粒的镉、铅富集系数归一化至各标准土壤情景中(pH和OC),结果表明归一化后各品种富集系数的种内变异程度显著降低,与镉、铅处理(低、高浓度)8个品种毒性数据未归一化前相比,种内变异分别减小了5.13-7.9,2.39-2.96倍(综合全量法、外源法),说明归一化处理可以减小土壤性质的影响,应用物种敏感性分布法前对毒理学数据的归一化处理可解决因数据来自不同试验条件而对计算土壤阈值带来的影响。(2)比较不同累积概率分布函数(BurrⅢ、Log-normal、Log-logistic、Gamma)拟合8个品种镉、铅土壤临界值的精确度,结果表明无论在酸性、中性、碱性土壤上,BurrⅢ函数拟合优度均为最佳(综合全量法、外源法)。对镉处理而言,低累积概率下各函数拟合效果整体接近,尤其Log-normal、Log-logistic计算结果几乎完全相同,BurrⅢ函数计算结果居中;对铅处理而言,低累积概率下4种函数拟合结果偏差稍大,BurrⅢ函数计算结果较为宽松。(3)基于小麦籽粒重金属富集系数的毒性预测模型,利用BurrⅢ构建不同标准土壤情景下中国8个小麦品种镉、铅土壤阈值的物种敏感性曲线,最终建立基于生态风险概率分布的土壤镉、铅阈值模型,结果表明不同重金属污染浓度下各模型计算土壤阈值与国家土壤环境质量二级标准总体接近,制定镉、铅土壤环境质量基准时外源法略微优于全量法,计算结果稍大于全量法。基于土壤因子制定的连续阈值方程较现行的根据土壤酸碱性分段制定的标准更科学,可以为我国种植小麦的土壤重金属污染标准的制定提供理论依据。
【图文】：

拟合（图 3.5）建立关于保护小麦的土壤 CpH4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5ogLC5H-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0Ay= 0.2x -1.766R2= 1Cy = 0.189x1+0.901x2 -2.6132

4.50.60.8LogOC4.50.6LogOC图 5.5 不同标准土壤 Pb 阈值与理化性质的关系. 5.5 Relationship between the Pb threshold of different standared soil scenarios andphysicochemical properties表 5.2 基于保护小麦的土壤 Pb 安全阈值的建议
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
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本文编号：2608932