铅锌矿区土壤重金属植物有效性研究

发布时间：2020-09-01 16:32

　　重金属的生物有效性影响重金属在土壤矿物、根土界面的迁移和形态转化,从而决定其在土壤中的归趋和生态效应。但是,目前尚未形成被一致接受的生物有效性研究方法。本文在传统的化学提取法的基础上,对铅锌矿区土壤中重金属的污染概况、形态特征、重金属有效态与植物吸收重金属之间的关系进行探讨,而后引入原位微区X射线荧光光谱(μ-XRF)和同步辐射X射线近边结构吸收谱(XANES)技术,对土壤中重金属的微区分布和分子形态进行研究。结果表明:(1)该矿区土壤中存在重金属污染现象。矿区采样点中分别有33.87%、38.71%和75.81%的Pb、Zn、Cd的浓度高于《土壤样品环境质量标准》农业用地二级标准的2倍,重金属的健康风险依次为CdPbZnMn,应引起充分重视。(2)重金属的形态分布是影响重金属生物有效性的重要因素。铅和锰主要分布在可还原态,锌和镉主要分布在酸溶态,重金属生物有效性顺序依次为CdZnMnPb。3种化学提取法获得的重金属生物有效态浓度依次为BCR酸溶态NH_4NO_3可提取态CaCl_2可提取态,重金属的酸溶态不仅包括水溶态和离子可交换态,还包括碳酸盐结合态。(3)植物中重金属含量与土壤中重金属的生物有效态浓度存在显著的相关关系。栽培实验中,菜豆、玉米和大蒜幼苗主要与土壤中铅的酸溶态和锌、镉、锰的离子可交换态的浓度具有显著的相关性,相关系数范围为0.55~0.98。而矿区采集的6种植物的器官中重金属含量主要与土壤中重金属的酸溶态浓度相关,其中甘蔗茎中Pb、Zn、Cd与土壤中酸溶态Pb、Zn、Cd浓度的相关系数高达0.99、0.85和0.98。有效态重金属浓度可有效指示重金属的植物有效性,但实验室模拟的结果与野外生长的植物的研究结果存在一定的差异。(4)突破了传统的土壤重金属形态分析方法,对铅与土壤中矿物结合的微区空间分布和分子形态进行了量化。μ-XRF分析发现,土壤中铅在微米尺度下是呈非均匀分布的,在特定的微区范围内,Pb与Mn和Fe氧化物的分布存在显著的相关性,相关系数范围分别为0.39~0.87和0.38~0.69。XANES分析结果表明,Pb在土壤中主要以Pb-goethite、Pb-MnO_2的铁锰氧化物和Pb_3(PO_4)_2形式存在,并有少量的铅腐殖酸和醋酸铅形态存在。铅在土壤中形成铁锰氧化物结合态和磷酸盐沉淀是铅主要以可还原态存在的微观机制。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53;X173
【部分图文】：

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4图 1-1 土壤重金属对植物的生物有效性示意图Fig.1-1 The concept of heavy metal bioavailability in soil for plants依据 Kim(Kim et al., 2015)、Harmsen(Harmsen, 2007)、ISO、Semple(Semple et al., 2004)、Ehlers(Ehlers et al., 2003)等人的研究改编Modified after Kim, Harmsen, ISO, Semple, Ehlers第一层，环境有效性，是土壤中有效性重金属的总量，包含了孔隙水中溶解的实际有效态重金属和吸附于土壤基质的可通过离子交换、还原、氧化等过程进入孔隙水的潜在有效态重金属。实际有效态是可供植物体或有机质直接吸收的重金属，可在几个小时或几天内从土壤基质上解脱下来(Fedotov et al., 2012)。而潜在有效态，则是通过与土壤孔隙水间的吸附和解析动态平衡，长期或在极端条件下，可以从土壤基质上解脱下来的重金属的最大量。ISO（ISO17402-2008）工作组指出土壤中有效组分的量不应该是固定组分，而应该是连续组分，因为有机体

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第 1 章引言年降雨量 1200-1500 mm，属怒江流域低热河谷亚热带气候。处于滇西横断山之高黎贡山南延地带，冈底斯—念青唐古拉褶皱系中的伯舒拉—高黎贡山褶皱与福贡—保山—镇康褶皱带的交汇处，著名的“三江”成矿带南段的高黎贡山—西成矿亚带南部(袁蓉等, 2016)。据研究该矿区内矿体中矿物主要为方铅矿和锌矿(李志群等,2005;袁蓉等,2016)，其次为白铅矿、砷铅矿、铅铁矾、脆硫锑矿、铅矾、水锌矿、菱锌矿、异极矿、黄铜矿、铜蓝、孔雀石、硫镉矿及毒砂等自 1958 年矿山建成以来，以土法生产，矿山生产规模 10-50 t·d-1，94 年改建扩大到 250t·d-1(李志群等,2005)。选厂废水汇入灌溉渠，用于灌溉农田。长期采矿活动导致该区域 Pb、Zn、Cd 等重金属污染(Yang et al., 2016)，且土壤中的含量与微生物群落具有极显著性负相关性(杨金水等, 2017)。

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