金冬冬研究生開題報告

1、貴 州 師 范 大 學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文開題報告 論 文 題 目 不同添加物料對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 4201320000483 導(dǎo)師姓名、職稱 王濟（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)狀分析及本實驗研究的背景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)境保護部和國土資源部發(fā)布了中國土壤污染狀況調(diào)查公報。

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。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、有機材料等等改變重金屬的形態(tài)、毒性以及對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，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入土壤溶液，進而進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 90%，而 Cu 的有機結(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,施用有機肥/Rekulter0與施用無機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 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力解吸，解吸后的重金屬和表面活性劑膠團締合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驗中，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，去除Cd、Cu、Zn和Pb時，去除率可達到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，土壤中Cd、Cu、Pb和Zn的去除率分別達77.7%、40.5%、24.5%和20%。并且，均對以離子交換態(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，研究了在Cd, Pb,Zn污染的土壤上，石灰對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鎘污染土壤pH值、土壤鎘形態(tài)變化及作物對鎘的吸收等的影響。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個單位，旱作條件下土壤pH提高幅度為0.32.0個單位;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)和殘渣態(tài)鎘含量顯著增加，進而引起了水稻和蘿卜對鎘的吸收量降低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重金屬的吸收12。1.3本

11、實驗研究的背景對貴州貴陽市烏當(dāng)、白云、花溪及清鎮(zhèn)四個區(qū)域菜園土壤重金屬Hg、Pb、As、Cr、Cd污染現(xiàn)狀進行了調(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)，對其蔬菜重金屬進行測定。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對貴州菜園土壤重金屬形態(tài)進行分析發(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，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較高，商業(yè)區(qū)各重金屬污染元素的含量相對較低，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，對貴陽市不同功能區(qū)的土壤進行重金屬檢測發(fā)現(xiàn)：工業(yè)區(qū)相對較高。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，通過正交試驗設(shè)計方法，研究不同的材料組合對土壤重金屬形態(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，選擇出前期實驗得出修復(fù)材料最優(yōu)比例通過正交設(shè)計的方法設(shè)計出不同的實驗組別，室內(nèi)培養(yǎng)實驗土壤。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，得出有機材料對降低土壤重金屬的最佳組合。2.2.2模擬大田種植 通過盆栽試驗驗證對土壤的基本理化性質(zhì)（如酸堿性、團粒結(jié)構(gòu)、氧化物）、養(yǎng)分狀況（如有機質(zhì)、腐殖酸、N、P、K）等方面的影響，從而對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，研究添加物料的作用效果和不同基質(zhì)，探討作用機理。結(jié)合盆栽試驗，研究有機材料優(yōu)化配施比例的作用效果。3、擬采取的研究方法、實驗方案及可行性分析3.1研究方法3.1.1室內(nèi)試驗 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后稱取適量土樣測定：測量指標(biāo)：1測定土壤 pH 值、2土壤養(yǎng)分（有機質(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)測量找出添加材料對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個平行實驗。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 2008,27(2):488- 492。汞鎘鉛復(fù)合污染菜地施用石灰對菜心及土壤的影響）.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個月后收獲蔬菜樣品，同時取盆中部分土壤樣品待分析。測量指標(biāo)：1測定土壤 pH 值、 2土壤養(yǎng)分（有機質(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：本研究有城市近郊菜地重金屬減控技術(shù)研究項目經(jīng)費支持，為研究的順利實施提供經(jīng)濟條件。 （3）實驗器材：本研究相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測將在中科院地球化學(xué)所完成

19、，地化所具有該實驗所需全部器材及設(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）實驗場地：學(xué)院有相關(guān)盆栽實驗場地和實驗室供本研究使用。 （5）本人論文指導(dǎo)老師長期從事土壤重金屬相關(guān)研究，對本研究的進行有很大的指導(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）在實際操作中，儀器的精確度

20、不高，將影響實驗的成果。 （2）由于實驗方法選擇和實驗操作人為因素造成實驗數(shù)據(jù)存在一定的誤差。 三、論文寫作進度安排研究進度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2015年10月2014年12月 收割進行土壤重金屬和蔬菜重金屬測定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1全國土壤污染狀況調(diào)查公報,中國環(huán)境報.20142 MULLIGANCN, YONGRN, GIBBSBF, etal. Metal removalfrom contaminated so

21、il and sediments by the biosurfactant surfactinJ.Environmental Science and Technology, 1999, 33: 3 812-3 820.3 MULLIGANCN, YONGRN, GIBBSBF. On the use ofbiosurfactant for the removal of heavy metals from oil-contaminatedsoilsJ. Environmental Progress, 1999, 18(1): 50-54.4 MALAKUL P, SRINIVASAN KR, W

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