土壤重金属Cu、Ni的植物毒性及生态风险评价.pptx
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土壤重金属Cu、Ni的植物毒性及生态风险评价.pptx
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黄锦孙专业:
环境科学研究方向:
农田土壤重金属污染修复技术,土壤重金属Cu、Ni的植物毒性及生态风险评价,1/45,汇报内容,研究背景研究内容研究结果结论与展望致谢,2/45,研究背景,我国土壤Cu、Ni污染来源,工业活动,畜禽粪便和有机肥施用,杀菌剂施用,化肥施用,污水灌溉,农田土壤,工业废水、矿山废水等,3/45,研究背景,国内土壤重金属毒理学和风险评价研究滞后;环境质量标准缺乏毒理学数据;过去方法不尽合理,国内外土壤重金属研究文献统计(20002005)(马义兵,未发表),4/45,研究背景,国内土壤重金属环境质量标准是基于短期盆栽试验结果忽视了室内短期盆栽试验和长期田间试验的差别,老化对田间Cu、Ni毒性阈值的影响(XYGuo,2010),5/45,汇报内容,研究背景研究内容研究结果结论与展望致谢,6/45,主要内容和方案框图,田间试验,Cu、Ni毒害及累计规律,盆栽实验,测定生物量,Cu、Ni含量,计算田间实验毒性阈值,小麦、玉米、水稻、油菜的生物量,比较研究,土壤Cu和Ni植物毒害的室内和田间实验差别,干湿交替影响,盆栽毒性阈值,干湿交替实验,土样采集处理,大麦根伸长测试,土壤相关参数测定,毒性变化,研究内容-技术路线,7/45,研究内容-研究目标,8/45,研究内容-田间试验,土壤:
潮土,水稻土,红壤作物:
小麦,油菜,玉米,水稻土壤处理:
添加CuCl2,NiCl2(2007年),8水平,各重复2次测定指标:
测定秸秆和籽粒生物量,测定秸秆和籽粒Cu、Ni浓度,计算EC10,EC50和EC90,注:
EC10、EC50和EC90分别指,与对照相比植物生长受到10%、50%和90%抑制时壤中外源Cu或Ni的添加剂量。
9/45,研究内容-田间试验,10/45,研究内容-盆栽实验,土壤:
潮土,水稻土,红壤植物:
小麦,油菜,玉米,水稻试验方法:
轮作作物与当地相同,栽培6周后测定地上部生物量。
求出不同植物EC10,EC50和EC90。
与田间比较,观察Cu、Ni毒性阈值的差别,分析可能机理。
11/45,研究内容-盆栽实验,小麦、油菜盆栽培养情况,12/45,研究内容-干湿交替实验,土样分别经过0、1、3个干湿交替周期处理,根据ISO-11269
(1),测量栽培5天后大麦的根长,求出EC10,EC50,EC90所需测定的土壤参数:
1)土壤溶液的pH,EC,DOC浓度2)连续提取的Cu、Ni的水溶态、可交换态、EDTA结合态的浓度找出其相关性,做出多元回归方程,13/45,研究内容-干湿交替实验,保持最大持水量60%,稳定7天,取1700g,40C烘干至恒重,新鲜土样2000g,(0)取300g,大麦根伸长,测定参数,干湿交替处理,
(1)取300g,大麦根伸长,测定参数,(3)取300g,大麦根伸长,测定参数,14/45,研究内容-干湿交替实验,土壤干湿交替处理时间,15/45,研究内容-干湿交替实验,16/45,研究内容-干湿交替实验,部分大麦根伸长实验,17/45,汇报内容,研究背景研究内容研究结果结论与展望致谢,18/45,研究结果-CuNi毒害与累积(小麦),随着土壤中CuNi的添加剂量的增加,小麦籽粒和秸秆的生物量逐渐减小,土壤Cu和Ni的添加对田间小麦籽粒和秸秆生物量的影响(祁阳),19/45,研究结果-CuNi毒害与累积(小麦),田间试验小麦的重金属毒性阈值(mg.kg-1).(祁阳)(括号内的数值为在95%置信区间内阈值的范围.),土壤添加高于106mg.kg-1的Cu或高于51.3mg.kg-1的Ni使小麦植株死亡Cu、Ni的添加剂量分别为19.5和27.4mg.kg-1时,小麦发生中毒症状,20/45,研究结果-CuNi毒害与累积(小麦),小麦地上部分中Cu的累积(mgkg-1)(德州),Cu在小麦秸秆中的积累随土壤添加量的增加而增加;而在籽粒中,Cu的累积量在达到一个值以后趋于稳定,21/45,研究结果-CuNi毒害与累积(小麦),1591,Ni在小麦籽粒和秸秆中的累积量随着土壤中Ni的添加量增加,浓度不断上升,小麦地上部分中Ni的累积(mgkg-1)(德州),22/45,研究结果-CuNi毒害与累积(油菜),田间试验的重金属毒性效应(mg.kg-1).(嘉兴)(括号内的数值为在95%置信区间内阈值的范围.),油菜籽粒对Cu和Ni的毒性均比秸秆敏感。
相同浓度的Ni对油菜的毒害作用显著大于Cu;,23/45,研究结果-CuNi毒害与累积(油菜),油菜地上部分中Cu、Ni的累积(mgkg-1)(嘉兴),当土壤Cu、Ni浓度高于某一值(约100mgkg-1)时,对Cu、Ni在油菜体内的累积含量趋于稳定;在油菜体内,Cu秸秆Cu籽粒,而Ni籽粒Ni秸秆。
24/45,研究结果-CuNi毒害与累积(水稻),田间试验水稻的重金属毒性阈值(mg.kg-1).(嘉兴)(括号内的数值为在95%置信区间内阈值的范围.),水稻秸秆和籽粒对Cu和Ni毒性的敏感程度相近(低浓度时秸秆比籽粒敏感);Cu、Ni对油菜的毒害作用相近。
25/45,研究结果-CuNi毒害与累积(水稻),水稻地上部分中Cu、Ni的累积(mgkg-1)(嘉兴),水稻对Cu的累积先增加后降低(在400-800mgkg-1出现峰值);秸秆Cu的平均含量为籽粒的2.23倍,可见Cu更容易在水稻秸秆中累积。
秸秆11.8mgkg-1,籽粒5.3mgkg-1,籽粒Ni的含量变化符合Mitscherlich方程(r2=0.994,n=7,p0.001);秸秆Ni的含量随着土壤外源Ni的增加而线型增加(r2=0.908,n=7,p0.001),26/45,研究结果-CuNi毒害与累积(水稻),小结1、随着土壤中CuNi的添加剂量的增加,作物籽粒和秸秆的生物量逐渐减小。
2、德州土壤中使小麦出现中毒症状(10%减产)的土壤Cu浓度为323mg.kg-1,Ni的毒性在德州土壤中已经失活;祁阳土壤中使小麦出现中毒症状(10%减产)的土壤Cu浓度为19.5和27.4mg.kg-1,油菜为79和34mg.kg-1,水稻为142和221mg.kg-1.3、随土壤Cu、Ni浓度的增加,小麦对Cu,水稻对Ni的累积在籽粒中先增加后稳定,在秸秆中为线性增加;Cu、Ni在油菜籽粒和秸秆中的累积规律都为先增加后趋于稳定;Cu在水稻籽粒和秸秆中的累积量先增加后减小;Ni在小麦籽粒和秸秆中都呈线性增加。
27/45,研究结果-老化作用,2008-2010年重金属对小麦毒性的变化(以祁阳为例),28/45,研究结果-老化作用,2007-2009年重金属对水稻毒性的变化(嘉兴),29/45,研究结果-老化作用,小结德州和祁阳土壤中外源Cu的毒性先增强,再降低,外源Ni在德州土壤中生物毒性迅速失活,而在祁阳土壤中毒性增加;在嘉兴土壤中外源Cu、Ni对油菜的毒性先增强后趋于稳定,而对水稻的毒性不断降低。
外源Cu、Ni进入土壤后,其毒性变化的规律并非随着时间的增加而呈简单的减小,与土壤性质、受试植物类型有关。
30/45,研究结果-干湿交替实验,土壤溶液pH值的变化与干湿交替周期数无明显关系;土壤溶液电导率随周期数先增加后降低;土壤溶液DOC浓度随干湿交替周期数先降低后增加;,31/45,研究结果-干湿交替实验,占土壤全Cu量17.86%-53.33%,32/45,研究结果-干湿交替实验,大麦根伸长实验数据,经过3个周期的干湿交替处理,大麦根伸长毒性测试的EC50不断增大,说明Cu发生老化,毒性降低。
33/45,研究结果-干湿交替实验,小结3个实验点位的土壤经过干湿交替处理之后,土壤孔隙水pH、电导率(EC)和土壤孔隙水可溶性有机质浓度(DOC)并无明显规律。
3个周期的干湿交替处理对Cu、Ni的形态分布无明显影响,经过干湿交替处理,土壤外源CuNi的生物毒性变化无明显规律。
34/45,研究结果-田间和盆栽比较,田间和温室盆栽实验用log-logistic方程进行拟合,得出的Cu的剂量效应曲线比较。
35/45,研究结果-田间盆栽比较,结果:
1)以盆栽试验EC10作为指标对田间Cu污染进行生态风险评价时,对Cu毒害风险的评价不会出现显著差别。
2、以相同方法得出的EC50作为评价指标时,则会显著低估土壤中Cu对田间小麦、油菜、玉米和水稻生长的毒害。
根据log-logistic方程进行拟合计算得出的Cu的毒性阈值比较,36/45,研究结果-田间盆栽比较,田间和温室盆栽实验用log-logistic方程进行拟合,得出的Ni的剂量效应曲线比较。
37/45,研究结果-田间盆栽比较,根据log-logistic方程进行拟合计算得出的Ni的毒性阈值比较,结果:
以实验室盆栽方式评价土壤外源Ni污染时,会显著低估土壤中Ni对祁阳田间小麦、玉米以及嘉兴油菜的毒害,而会高估Ni对嘉兴水稻的毒害。
38/45,小结以实验室盆栽试验EC10作为指标对田间Cu污染进行生态风险评价时,对Cu毒害风险的评价不会出现显著差别;以相同方法得出的EC50作为评价指标时,则会显著低估土壤中Cu对田间小麦、油菜、玉米和水稻生长的毒害。
以实验室盆栽方式评价土壤外源Ni污染时,会显著低估土壤中Ni对祁阳田间小麦、玉米以及嘉兴油菜的毒害,而会高估Ni对嘉兴水稻的毒害。
研究结果-田间盆栽比较,39/45,研究结果-全文结论,40/45,
(1)随着土壤中CuNi的添加剂量的增加,作物籽粒和秸秆的生物量逐渐减小;小麦对Cu,水稻对Ni的累积在籽粒中先增加后稳定,在秸秆中为线性增加,小麦对Cu和水稻对Ni的吸收机制相类似,均有阻止重金属在生殖部位中过量积累的机制;Cu、Ni在油菜籽粒和秸秆中的累积增加后稳定于相应值,说明油菜有阻止重金属Cu、Ni在植株中过量累积的机制;Cu在水稻籽粒和秸秆中的累积量先增加后减小,过量的Cu可能干扰了水稻对营养元素的吸收,高浓度的Cu、Ni将影响水稻植株的正常发育;
(2)德州、祁阳和嘉兴土壤中外源Cu、Ni对小麦、油菜、玉米和水稻的毒性,随着老化时间的增加呈现出不同变化规律。
外源Cu、Ni进入土壤后,其毒性变化的规律并非随着时间的增加而呈简单的减小,与土壤性质、受试植物类型有关。
(3)3个实验位点的土壤经过干湿交替处理之后,土壤孔隙水pH、电导率(EC)和可溶性有机质浓度(DOC)的变化并无明显规律。
3个周期的干湿交替处理对Cu、Ni的形态分布及生物毒性无明显影响。
(4)以实验室盆栽试验EC50作为评价指标时,则会显著低估土壤中Cu对田间小麦、油菜、玉米和水稻的毒害和Ni对祁阳田间小麦、玉米以及嘉兴油菜的毒害,而有可能会高估Ni对嘉兴水稻的毒害。
41/45,研究结果-全文结论,研究展望,
(1)目前环境中的Cu、Ni污染伴随着其他种类型重金属的污染,通过单一重金属研究所得的结论并,很难适用于实际污染的风险评价,故下一步可考虑研究Cu、Ni与其它重金属复合污染的风险评价;
(2)本研究由于条件准备不足,未对土壤溶液中大量离子如Ca2+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、,CO32-、SO42-、NO3-、HCO3-等的浓度以及Cu2+、Ni2+离子活度与重金属生物有效性的关系展开研究,后来者可进一步深入进行研究;(3)在进行田间试验和实验室实验差别研究时,本研究采用经过老化之后的田间土壤进行对比研究。
因部分类型土壤类型中Ni的有效性已经降低,实验结果存在不完整性。
故下一步进行其他重金属田间和实验室实验差别研究时,建议在重金属添加的初期采集土壤做对比试验;(4)下一步可尝试用除小麦、油菜、玉米、水稻之外的其它作物作为受试植物进行风险评价研究,以丰富土壤Cu、Ni污染风险评价的数据,提高其适用范围。
42/45,文章成果,1、土壤中外源CuNi在大田小麦中的积累及其毒性研究;黄锦孙,韦东普*,郭雪雁,马义兵.环境科学.2、FieldevidenceofcadmiumavailabilitytovegetablesdecreasedbyimmobilizingamendmentswithzincfertilizationinaCd-contaminatedcalcareoussoil;J.X.Yang,Q.Ding,J.S.Huang,Y.B.Zuo,D.P.Wei,S.B.Chen,Y.B.Ma*.EnvironmentalPollution.,43/45,致谢,44/45,ThankYou!
45/45,
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- 土壤 重金属 Cu Ni 植物 毒性 生态 风险 评价