金冬冬研究生開題報(bào)告

1、貴 州 師 范 大 學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文開題報(bào)告 論 文 題 目 不同添加物料對(duì)土壤重金屬及植物吸收重金 屬的研究 研 究 生 姓 名 金冬冬 學(xué) 號(hào) 4201320000483 導(dǎo)師姓名、職稱 王濟(jì)（教授）陸曉輝（副教授） 培 養(yǎng) 單 位 貴州師范大學(xué) 專 業(yè) 環(huán)境工程 研 究 方 向 土壤重金屬污染修復(fù) 貴州師范大學(xué)研究生院制年 月 日一、立論依據(jù)1.選題的研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及本實(shí)驗(yàn)研究的背景1.1選題的研究意義土壤環(huán)境重金屬污染可導(dǎo)致土壤生產(chǎn)力下降，造成地下水和農(nóng)作物污染，直接或間接危害人畜健康。2014年4月17日，國家環(huán)境保護(hù)部和國土資源部發(fā)布了中國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)。

2、調(diào)查結(jié)果顯示，全國土壤總的超標(biāo)率為16.1%，污染類型以無機(jī)型為主；南方土壤污染重于北方,西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標(biāo)范圍較大；鎘、汞、砷、鉛4種無機(jī)污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢(shì)。即全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄地土壤環(huán)境問題突出。工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等人為活動(dòng)以及土壤環(huán)境背景值高是造成土壤污染或超標(biāo)的主要原因1。土壤重金屬污染不僅危害由土壤供養(yǎng)的植物，而且通過食物鏈影響人的健康，所以對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)研究尤為重要。本研究在分析已有土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，選取不同性質(zhì)的物料，擬通過不同材料的組合作用，探討其對(duì)土壤重金屬形態(tài)及植物

3、有效性的影響，及通過盆栽一些常見的蔬菜（食葉類、食莖類、市果類、食根類）。以期通過盆栽獲得適宜的菜田土壤重金屬調(diào)控新途徑。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析重金屬的不同形態(tài)對(duì)于作物吸收重金屬及受害具有十分密切的關(guān)系，通過施用石灰、生物炭、有機(jī)材料等等改變重金屬的形態(tài)、毒性以及對(duì)作物的影響具有重要的意義。國內(nèi)許多學(xué)者從調(diào)節(jié)pH角度講，有石灰、磷礦粉、沸石等等來改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)從而改變土壤中重金屬有效態(tài)的含量減少其對(duì)植物的危害。從表面活性劑來看，有鼠李糖脂、皂莢素、等等來改變土壤重金屬有效態(tài)從而達(dá)到改良土壤的目的。1.2.1國外研究現(xiàn)狀 研究土壤 Cd、Pb、Zn 與生物表面活性劑單鼠李糖脂（從Ps

4、eudomonas aeruginsa 中制備）的締合效應(yīng)時(shí)，采用二次離子交換技術(shù)確定了緩沖介質(zhì)中（pH 6.8），Cd、Pb、Zn 離子與單鼠李糖脂的條件穩(wěn)定常數(shù)（logKL）分別為 6.5、6.6、5.4。為了確定單鼠李糖脂吸附土壤束縛態(tài)重金屬的能力，在含有14、1.96 mmol·kg-1的 Cd、Pb 或 3.4 mmol·kg-1的 Cd-Pb-Zn混合物的土壤中分別加入 12.5、25、50、80 mmol·L-1的單鼠李糖脂，結(jié)果顯示在 12.5、25 mmol·L-1水平，單鼠李糖脂吸附到土壤上超過 78%，僅有不到 11%的土壤束縛態(tài)

5、Cd、Zn 可以解吸，但若以單鼠李糖脂為基質(zhì)的 K+與土壤束縛態(tài)Cd、Zn 進(jìn)行離子交換，仍可去除 16%48%的 Cd、Zn。在50、80 mmol·L-1水平，單鼠李糖脂吸附到土壤上的量降到20%77%，且 Cd、Zn 的去除量超過用離子交換的去除量3 倍。Pb 的去除情況較為復(fù)雜2。從 Torulopsis bombicola 中制備的槐苷脂生物表面活性劑修復(fù)含 110 mg·kg-1的 Cu、3300 mg·kg-1的 Zn 的沉積物，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.5%的鼠李糖脂可去除 65%的 Cu 和 18%的Zn，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4%的槐苷脂可去除 25%的 Cu 和

6、 60%的 Zn。超濾技術(shù)與電位確定其作用機(jī)制是：表面活性劑先吸附在土壤表面與重金屬的結(jié)合物上，重金屬然后從土壤顆粒上分離進(jìn)入土壤溶液，進(jìn)而進(jìn)入到表面活性劑膠束中。采用連續(xù)浸提比較了淋洗前后重金屬形態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)底泥淋洗前碳酸鹽態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài)的 Zn 高達(dá) 90%，而 Cu 的有機(jī)結(jié)合態(tài)卻占 70%，不同的表面活性劑去除的重金屬形態(tài)不一樣，鼠李糖脂和 surfantin 主要去除有機(jī)結(jié)合態(tài) Cu，而槐苷脂則去除碳酸鹽態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài) Zn3-4。1998年波蘭Curylo,T.等的研究表明,施用有機(jī)肥/Rekulter0與施用無機(jī)NPK肥相比,芹菜與胡蘿卜根中Cd、Cu、Ni、Pb、Zn五種

7、重金屬含量分別減少26%、90%、24%、83%和39%5。1999年意大利Scot-ti,I.A.等研究發(fā)現(xiàn),通過施用煤渣灰增加土壤pH值,可有效地減少菊苣對(duì)Zn、Cd、Ni、Cu等重金屬的吸收量,而且施用pH為12的煤渣灰比施用pH為8的效果更為明顯6。從枯草桿菌制備生物表面活性劑 surfantin，用來去除污染土壤和沉積物中的重金屬。初始污染土壤 Cu、Zn、Cd含量分別為 550、1200 和 2000 mg·kg-1，沉積物 Cu、Zn 含量分別為 110、3300 mg·kg-1，用水淋洗對(duì) Cu、Zn 的去除率不到 1%，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.25%的 surf

8、actin 和 1%的 NaOH能去除土壤中 25%的 Cu 和 6%的 Zn，去除底泥中 15%的Cu 和 6%的 Zn。用超濾技術(shù)、辛醇/水分配系數(shù)及電位確定生物表面活性劑 surfactin 的作用機(jī)制是：在土壤分裂期間和金屬絡(luò)合期間，surfactin 能通過吸附去除重金屬，然后通過降低表面張力和流動(dòng)力解吸，解吸后的重金屬和表面活性劑膠團(tuán)締合71.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀在Tween80 和 TritonX-100兩種非離子型表面活性劑比較實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)兩種非離子型表面活性劑，均能萃取重金屬，能力的大小取決于PH的高低7。朱清清等8-9通過生物表面活性劑烷基糖苷和皂角苷研究發(fā)現(xiàn)：在適當(dāng)?shù)腜

9、H和濃度下，烷基糖苷和皂角苷均表現(xiàn)出去除重金屬的能力。諸如，當(dāng)皂角苷濃度為50g·L-1、PH為5.2時(shí)，去除Cd、Cu、Zn和Pb時(shí)，去除率可達(dá)到45.6%、24.4%、19%和17.6%。當(dāng)烷基糖苷淋洗液的PH為5.2濃度為85 g·L-1時(shí)，土壤中Cd、Cu、Pb和Zn的去除率分別達(dá)77.7%、40.5%、24.5%和20%。并且，均對(duì)以離子交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)金屬的去除效果最為明顯。通過盆栽試驗(yàn)，研究了在Cd, Pb,Zn污染的土壤上，石灰對(duì)大白菜地上部分重金屬Cd、Pb、Zn含量的影響。結(jié)果表明：石灰能顯著降低大白菜中重金屬Cd、Pb,、Zn含量10。研究了稻作和

10、旱作兩種種植制度下,施用石灰、海泡石及兩種改良劑配施對(duì)鎘污染土壤pH值、土壤鎘形態(tài)變化及作物對(duì)鎘的吸收等的影響。結(jié)果表明，施用改良劑使稻作條件下的土壤pH提高0.31.8個(gè)單位，旱作條件下土壤pH提高幅度為0.32.0個(gè)單位;兩種種植制度下,作物有效性較高的酸提取態(tài)鎘含量顯著減少，而作物有效性較低的可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量顯著增加，進(jìn)而引起了水稻和蘿卜對(duì)鎘的吸收量降低11。采用盆栽方法研究在Cd、Pb、Zn污染土壤上,石灰和泥炭配施對(duì)春小白菜吸收重金屬元素(Cu、Zn、Cd、Pb、Fe、Mn )的影響。結(jié)果表明：石灰、石灰加低量泥炭、石灰加高量泥炭處理均顯著抑制小白菜對(duì)重金屬的吸收12。1.3本

11、實(shí)驗(yàn)研究的背景對(duì)貴州貴陽市烏當(dāng)、白云、花溪及清鎮(zhèn)四個(gè)區(qū)域菜園土壤重金屬Hg、Pb、As、Cr、Cd污染現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與分析，參照各區(qū)域環(huán)境背景特征，發(fā)現(xiàn)：貴陽市菜園土壤重金屬污染嚴(yán)重，盡管各區(qū)域存在差異?？傮w來說，菜園土壤重金屬中Hg、Cr、As污染嚴(yán)重，Pb、Cd污染不明顯13。在20002003年，對(duì)于貴陽市白云區(qū)、修文縣、開陽縣、清鎮(zhèn)市、息烽縣、烏當(dāng)區(qū)、小河區(qū)以及花溪區(qū)的多個(gè)旱地的表土和底土的重金屬（汞、砷、鉛、鎘、鉻），以GB/T1840711)2001農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜產(chǎn)地環(huán)境要求為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其蔬菜重金屬進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明：5種重金屬含量均為規(guī)定范圍之內(nèi)，除個(gè)別外，如白云區(qū)的砷、

12、烏當(dāng)區(qū)的鎘兩者都屬于0.71.0之間的污染警戒線范圍內(nèi)14。姜盛君等15對(duì)貴州菜園土壤重金屬形態(tài)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：在貴州沿河、龍里、興義地區(qū)的菜園土壤的樣品中，菜園土壤中Cu和Zn含量均小于貴州土壤背景值,其活性態(tài)含量在總量中所占的比例較低。土壤中Cd總量的平均值明顯大于本地土壤背景值,且其活性態(tài)Cd含量很高,平均值占總量的46%。吳迪等16鉛鋅礦區(qū)水稻和水稻土壤重金屬進(jìn)行調(diào)查并發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)水稻土壤重金屬污染嚴(yán)重，其中Pb、Cd、Zn、Ni、Hg、As污染尤為突出，以Cd污染最為嚴(yán)重，分別超標(biāo)34.22倍和84.92倍。礦區(qū)稻米存在高重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，尤以Pb、Hg和As最為明顯。以貴陽市中心城區(qū)五大

13、功能區(qū)( 工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、行政區(qū)、文教區(qū)、居民區(qū)) 的土壤為對(duì)象，研究土壤中重金屬Hg、As、Cu、Cd和Zn污染的特征，發(fā)現(xiàn)：貴陽市中心城區(qū)土壤重金屬含量差異較大，工業(yè)區(qū)各重金屬污染元素的含量相對(duì)較高，商業(yè)區(qū)各重金屬污染元素的含量相對(duì)較低，各功能區(qū)Zn的含量最高，Hg的含量最低17。從中發(fā)現(xiàn)：貴陽市蔬菜地、鉛鋅礦區(qū)的土壤和不同功能區(qū)的土壤均有不同程度的污染，而且，在菜園中，以Hg、Cr、As為主，在鉛鋅礦區(qū)中，以Cd為主，除此以外，對(duì)貴陽市不同功能區(qū)的土壤進(jìn)行重金屬檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：工業(yè)區(qū)相對(duì)較高。所以，尋求適合的調(diào)控措施迫在眉睫。二、研究方案1本研究的特色與創(chuàng)新之處本研究本在分析已有土壤重金屬修復(fù)

14、技術(shù)的基礎(chǔ)上，選取不同性質(zhì)的修復(fù)材料，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究不同的材料組合對(duì)土壤重金屬形態(tài)及植物有效性的影響。2、研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題2.1研究的目標(biāo) 通過添加不同性質(zhì)的物料，探討不同的物料組合對(duì)土壤重金屬形態(tài)及植物有效性的影響，以期獲得適宜的菜田土壤重金屬調(diào)控新途徑。2.2研究的內(nèi)容2.2.1室內(nèi)模擬研究通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，選擇出前期實(shí)驗(yàn)得出修復(fù)材料最優(yōu)比例通過正交設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)組別，室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)土壤。室內(nèi)土壤培養(yǎng)后通過分析土壤中pH 值、土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀）、土壤有效態(tài)（鎘、鉻、鉛） 、CEC (離子交換量)、土壤重金屬其他形態(tài)、重金屬鐵鋁氧化物、土

15、壤粘粒含量，得出有機(jī)材料對(duì)降低土壤重金屬的最佳組合。2.2.2模擬大田種植 通過盆栽試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)土壤的基本理化性質(zhì)（如酸堿性、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、氧化物）、養(yǎng)分狀況（如有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、N、P、K）等方面的影響，從而對(duì)土壤中重金屬的形態(tài)及遷移的影響，優(yōu)化土壤調(diào)理劑配方。選取易對(duì)重金屬富集的葉類蔬菜（白菜）、莖類蔬菜（芹菜）、果類蔬菜（西紅柿)、根類蔬菜（蘿卜）2.3關(guān)鍵性問題通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，研究添加物料的作用效果和不同基質(zhì)，探討作用機(jī)理。結(jié)合盆栽試驗(yàn)，研究有機(jī)材料優(yōu)化配施比例的作用效果。3、擬采取的研究方法、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析3.1研究方法3.1.1室內(nèi)試驗(yàn) 稱取1mm篩的風(fēng)干重金屬污染土壤,分別按上述

16、添加量向土壤中添加風(fēng)干過 100 目篩的改良劑并充分混勻,調(diào)節(jié)該混勻土壤含水量為田間持水量的 65%.然后,稱取100g 已調(diào)節(jié)含水量的混勻土壤置于 500mL 塑料瓶中,將塑料瓶置于恒溫箱中,在 25下恒溫培養(yǎng),培養(yǎng)過程中保持土壤含水量為田間持水量的 65%.分別在培養(yǎng) 10,20,30,40,50,60后稱取適量土樣測(cè)定：測(cè)量指標(biāo)：1測(cè)定土壤 pH 值、2土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀）、3土壤有效態(tài)（鎘、鉻、鉛） 4 CEC (離子交換量) 5 土壤重金屬其他形態(tài) 6 重金屬鐵鋁氧化物 7土壤粘粒含量通過這些指標(biāo)測(cè)量找出添加材料對(duì)影響土壤重金屬有效態(tài)的最佳組合3.1.2模擬大田試驗(yàn)稱取過5

17、mm篩的風(fēng)干重金屬污染土壤,分別按上述添加量向土壤中添加過100目篩的改良劑并充分混勻,調(diào)節(jié)該混勻土壤含水量為田間持水量的 65%.將土壤分裝入塑料盆, 每盆 5 kg, 盆的規(guī)格為: 直徑35.5 cm, 深 12 cm。并分別向每盆添加配制的重金屬溶液。每組設(shè)置2個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。定期向每盆中加入基本等量的去離子水, 保持土壤水分含量為田間持水量的65%左右。平衡培養(yǎng) 10 d 后, 向每個(gè)盆中加入等量的肥料:2.17g尿素，0.77g磷酸氫鈉，1.02g硫酸鉀作為基肥。（參考農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2008,27(2):488- 492。汞鎘鉛復(fù)合污染菜地施用石灰對(duì)菜心及土壤的影響）.繼續(xù)澆水平衡

18、培養(yǎng)7 d 后播種。每盆播種約10粒, 待幼苗生長穩(wěn)定后間苗,每盆留 3株。培養(yǎng)3個(gè)月后收獲蔬菜樣品，同時(shí)取盆中部分土壤樣品待分析。測(cè)量指標(biāo)：1測(cè)定土壤 pH 值、 2土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀）、 3土壤有效態(tài)（鎘、鉻、鉛） 4 CEC (離子交換量) 5 土壤重金屬其他形態(tài) 6 重金屬鐵鋁氧化物 7土壤粘粒含量 3.2可行性分析 （1）資料收集：本研究得到貴陽市蔬菜辦大力支持，提供關(guān)于蔬菜基地分布、土壤類型、蔬菜類型等方面的數(shù)據(jù)。 （2）研究經(jīng)費(fèi)：本研究有城市近郊菜地重金屬減控技術(shù)研究項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持，為研究的順利實(shí)施提供經(jīng)濟(jì)條件。 （3）實(shí)驗(yàn)器材：本研究相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)將在中科院地球化學(xué)所完成

19、，地化所具有該實(shí)驗(yàn)所需全部器材及設(shè)備。除此以外，部分缺少的資料獲取途徑有：圖書館查閱、網(wǎng)上下載、書店購買；向有關(guān)職能部門借閱、老師和朋友尋求幫助。 （4）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地：學(xué)院有相關(guān)盆栽實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)室供本研究使用。 （5）本人論文指導(dǎo)老師長期從事土壤重金屬相關(guān)研究，對(duì)本研究的進(jìn)行有很大的指導(dǎo)作用。4研究條件和可能存在的問題4.1研究條件 （1）學(xué)校資料室，網(wǎng)上圖書館擁有比較齊全的資料作研究參考。 （2）國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究，提供了豐富的理論基礎(chǔ)、研究方法和技能。 （3）本人導(dǎo)師與學(xué)院其他老師學(xué)術(shù)精湛、知識(shí)淵博，在研究與寫作過程中可以提供指導(dǎo)。4.2可能存在的問題 （1）在實(shí)際操作中，儀器的精確度

20、不高，將影響實(shí)驗(yàn)的成果。 （2）由于實(shí)驗(yàn)方法選擇和實(shí)驗(yàn)操作人為因素造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的誤差。 三、論文寫作進(jìn)度安排研究進(jìn)度2015年6月 采取高背景的土樣、購買蔬菜種子、開題答辯2015年7月2013年9月 盆栽種植、室內(nèi)試驗(yàn)2015年10月2014年12月 收割進(jìn)行土壤重金屬和蔬菜重金屬測(cè)定2015年01月 數(shù)據(jù)整理、分析2016年02月2016年04月 論文寫作2016年05月 論文答辯四、主要參考文獻(xiàn)1全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào),中國環(huán)境報(bào).20142 MULLIGANCN, YONGRN, GIBBSBF, etal. Metal removalfrom contaminated so

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