不同结合相之梯度薄膜扩散科技(dgt)评价土壤重金属生物有效化

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1、不同结合相之梯度薄膜扩散科技(DGT)评价土壤重金属生物有效化第一章绪论1.1研究背景随着人口的增长和工业化进程的加快，农村环境迅速恶化，污水灌溉、农用化学物质的增加、污泥和城市垃圾农用等原因造成农业生态领域的重金属污染日益严重（仲维科等,2001）。我国农田的重金属污染问题日益严重，据统计，目前我国受镉、铅、砷、铬等重金属污染的面积近2000万hm2，其中仅Cd污染农田面积约27.86万hm2，大田作物每年生产Cd含量超标的农产品达14.6亿千克（曹仁林等,1999;魏树和等,2004）。重金属在土壤中的累积不但对农产品质量产生威胁，影响到植物、动物的生长和发育，而且还可以通过食物

2、链进入人体，危害到人类的生存和健康（姜利兵等,2007;黄立章等，2009）。大量研究表明土壤中生物有效态重金属的含量与植物体内的重金属含量密切相关，土壤重金属的生物有效性高低决定了植物对重金属吸收量的多少，而植物是重金属进入人类食物链，危害人体健康的的重要途径（Melaughlin等,2000；Li等,2007），因此探寻表征污染土壤中重金属的生物有效性的准确方法是土壤环境科学领域里的一个热点问题。据报道，以往的研究往往以土壤总重金属的含量作为评价的标准来评价土壤重金属污染程度（Li等,1998;Sauve等,2000）。对土壤重金属总量的研究，可以帮助了解重金属污染土地的状况，但

3、是土壤中重金属的毒性、生物有效性、存在状态以及迁移能力却不能通过重金属总量有效地预测出来，因此土壤重金属总量也不能作为评估它们对生物影响的充分标准（Luoma,1989;范英宏等,2008）。一般认为生物有效态重金属是指土壤中理化性质活泼，能够被生物所吸收利用，对环境产生潜在影响的那部分重金属（Tokaliogly等,2000）。目前有很多研究土壤中重金属生物有效性的监测方法，但是这些传统技术往往没有考虑重金属在土壤中固-液两相之间的迁移过程，并且往往存在缺点与不足，导致了通用性差，区域适用性不强，从而影响了生物有效性在风险评价和污染治理等工作中的应用，因此亟待研究准确表征土壤重金属

4、的生物有效性的新技术和新方法。1.2影响土壤重金属生物有效性的因素生物有效性的概念首次在水环境中提出，Benson等（1994）认为它是污染物在生物传输或生物反应中被利用的程度，之后生物有效性的概念被扩展到土壤和沉积物等固体环境中。不同研究方向的学者对环境污染物生物有效性的认识有不同的看法，目前并没有统一的定义。王仲文（2002）总结认为生物学上的生物有效性概念侧重于环境污染物通过细胞膜进入生物体，而化学上的生物有效性概念认为是环境污染物能否被生物体吸收以及其存在的潜在毒性。McCarthy和Mackay（1993）强调生物有效性包括以生理学作用为驱动机制的吸收过程和以物理化学作用驱

5、动机制的解吸过程这两个截然不同阶段的动态过程。Nelson（1993）则认为重金属的生物有效性应该由间接的毒性数据或生物体浓度数据来评价，指的是能够对生物体产生毒性效应或被生物吸收的重金属形态，包括毒性和生物可利用性。因为重金属的生物有效性受生物体自身和周围环境的影响，而且涉及生物、物理和化学等各个方面，因此无论是基于化学的还是生物学概念，它们都将生物体与周围环境联系起来进行综合考虑，研究生物体与环境重金属的一种潜在的相互关系。1.2.1土壤中的重金属总量尽管许多研究表明土壤重金属总量与重金属的生物有效性及产生的毒性之间并没有很好的相关性，但是土壤中重金属总量对于研究重金属生物有效性

6、的作用是不可替代的。不仅土壤重金属的各种赋存状态与总量之间具有很好的相关性，而且在土壤重金属总量在一定的情况下还可以评估重金属元素的生物有效性。Sauve等（1997）通过对68种土壤中Cu的分析发现土壤Cu总量与可交换态Cu、水溶态的Cu之间具有很好的相关性，而且还发现总量和pH组成决定Cu2+活度的两个重因素。通过对铅矿周围土壤中Pb的分析，Davies（1992）发现土壤中Pb总量与萝卜叶中Pb的含量的相关性很好，研究表明土壤中Pb总量可用来评估它的生物有效性。1.2.2土壤溶液的pH很多研究表明土壤的pH值显著影响了土壤中重金属生物有效性。土壤溶液的pH不仅决定各种土壤中矿物

7、质的溶解度，而且还影响土壤溶液中各种重金属离子在固相上的吸附程度（余涛等,2008）。在对酸性砂土中Cd的吸附现象进行研究研究时，Boekhold等（1993）发现每当pH增加0.5个单位时，Cd的吸附就增加1倍。廖敏等（1999）则发现，Cd的吸附量以及吸附能力随着pH的升高而急剧上升，最终发生沉淀。土壤溶液中重金属离子活度也会受土壤溶液pH的影响，Temminghoff等（1997）的研究表明当土壤溶液由pH3.9升至pH6.6时，溶液中有机铜则由30