土壤重金屬的植物毒性及生態(tài)風(fēng)險評價報告(ppt 46頁).ppt

1、黃錦孫 專 業(yè)：環(huán)境科學(xué) 研 究 方 向：農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù),土壤重金屬Cu、Ni的植物毒性及生態(tài)風(fēng)險評價,1/45,匯報內(nèi)容,研究背景 研究內(nèi)容 研究結(jié)果 結(jié)論與展望 致謝,2/45,研究背景,我國土壤Cu、Ni污染來源,工業(yè)活動,畜禽糞便和有機(jī)肥施用,殺菌劑施用,化肥施用,污水灌溉,農(nóng)田土壤,工業(yè)廢水、礦山廢水等,3/45,研究背景,國內(nèi)土壤重金屬毒理學(xué)和風(fēng)險評價研究滯后； 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)缺乏毒理學(xué)數(shù)據(jù)； 過去方法不盡合理,國內(nèi)外土壤重金屬研究文獻(xiàn)統(tǒng)計（20002005）(馬義兵，未發(fā)表）,4/45,研究背景,國內(nèi)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是基于短期盆栽試驗結(jié)果 忽視了室內(nèi)短期盆栽試驗和

2、長期田間試驗的差別,老化對田間Cu、Ni毒性閾值的影響（X Y Guo,2010）,5/45,匯報內(nèi)容,研究背景 研究內(nèi)容 研究結(jié)果 結(jié)論與展望 致謝,6/45,主要內(nèi)容和方案框圖,田間試驗,Cu、Ni毒害及累計規(guī)律,盆栽實驗,測定生物量，Cu、Ni含量,計算田間實驗毒性閾值,小麥、玉米、水稻、油菜 的生物量,比較研究,土壤Cu和Ni植物毒害的室內(nèi)和田間實驗差別,干濕交替影響,盆栽毒性閾值,干濕交替實驗,土樣采集處理,大麥根伸長測試,土壤相關(guān)參數(shù)測定,毒性變化,研究內(nèi)容-技術(shù)路線,7/45,研究內(nèi)容-研究目標(biāo),8/45,研究內(nèi)容-田間試驗,土壤：潮土，水稻土，紅壤 作物：小麥，油菜，玉米，水稻

3、 土壤處理：添加CuCl2,NiCl2（2007年），8水平，各重復(fù)2次 測定指標(biāo)：測定秸稈和籽粒生物量，測定秸稈和籽粒Cu、Ni濃度，計算EC10，EC50和EC90,注：EC10、 EC50和 EC90分別指，與對照相比植物生長受到10%、50%和90%抑制時壤中外源Cu或Ni的添加劑量。,9/45,研究內(nèi)容-田間試驗,10/45,研究內(nèi)容-盆栽實驗,土壤：潮土，水稻土，紅壤 植物：小麥，油菜，玉米，水稻 試驗方法：輪作作物與當(dāng)?shù)叵嗤耘?周后測定地上部生物量。求出不同植物EC10，EC50和EC90。與田間比較，觀察Cu、Ni毒性閾值的差別，分析可能機(jī)理。,11/45,研究內(nèi)容-盆栽實

4、驗,小麥、油菜盆栽培養(yǎng)情況,12/45,研究內(nèi)容-干濕交替實驗,土樣分別經(jīng)過0、1、3個干濕交替周期處理，根據(jù)ISO-11269(1), 測量栽培5天后大麥的根長, 求出EC10， EC50 ， EC90 所需測定的土壤參數(shù)： 1）土壤溶液的pH，EC，DOC濃度 2）連續(xù)提取的Cu、Ni的水溶態(tài)、可交換態(tài)、EDTA結(jié)合態(tài)的濃度 找出其相關(guān)性，做出多元回歸方程,13/45,研究內(nèi)容-干濕交替實驗,保持最大持水量60%，穩(wěn)定7天,取1700g，40C烘干至恒重,新鮮土樣 2000g,（0）取300g，大麥根伸長，測定參數(shù),干濕交替處理,（1）取300g，大麥根伸長，測定參數(shù),（3）取300g，大

5、麥根伸長，測定參數(shù),14/45,研究內(nèi)容-干濕交替實驗,土壤干濕交替處理時間,15/45,研究內(nèi)容-干濕交替實驗,16/45,研究內(nèi)容-干濕交替實驗,部分大麥根伸長實驗,17/45,匯報內(nèi)容,研究背景 研究內(nèi)容 研究結(jié)果 結(jié)論與展望 致謝,18/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（小麥）,隨著土壤中CuNi的添加劑量的增加,小麥籽粒和秸稈的生物量逐漸減小,土壤Cu 和Ni 的添加對田間小麥籽粒和秸稈生物量的影響（祁陽）,19/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（小麥）,田間試驗小麥的重金屬毒性閾值(mg .kg -1).（祁陽） （括號內(nèi)的數(shù)值為在95%置信區(qū)間內(nèi)閾值的范圍.）,土壤添加高于1

6、06 mg .kg -1的Cu 或高于51.3 mg .kg -1的Ni 使小麥植株死亡 Cu 、Ni的添加劑量分別為19.5 和27.4 mg .kg -1時，小麥發(fā)生中毒癥狀,20/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（小麥）,小麥地上部分中Cu 的累積（mgkg-1 ）（德州）,Cu 在小麥秸稈中的積累隨土壤添加量的增加而增加； 而在籽粒中，Cu的累積量在達(dá)到一個值以后趨于穩(wěn)定,21/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（小麥）,1591,Ni在小麥籽粒和秸稈中的累積量隨著土壤中Ni的添加量增加，濃度不斷上升,小麥地上部分中Ni的累積（mgkg-1 ）（德州）,22/45,研究結(jié)果-CuNi

7、毒害與累積（油菜）,田間試驗的重金屬毒性效應(yīng)(mg .kg -1).（嘉興） （括號內(nèi)的數(shù)值為在95%置信區(qū)間內(nèi)閾值的范圍.）,油菜籽粒對Cu和Ni的毒性均比秸稈敏感。 相同濃度的Ni對油菜的毒害作用顯著大于Cu；,23/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（油菜）,油菜地上部分中Cu、Ni的累積（mgkg-1 ）（嘉興）,當(dāng)土壤Cu、Ni濃度高于某一值（約100 mgkg-1 ）時，對Cu、Ni在油菜體內(nèi)的累積含量趨于穩(wěn)定； 在油菜體內(nèi)，Cu秸稈Cu籽粒，而Ni籽粒Ni秸稈。,24/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（水稻）,田間試驗水稻的重金屬毒性閾值(mg .kg -1).（嘉興） （括號

8、內(nèi)的數(shù)值為在95%置信區(qū)間內(nèi)閾值的范圍.）,水稻秸稈和籽粒對Cu和Ni毒性的敏感程度相近（低濃度時秸稈比籽粒敏感）； Cu、Ni對油菜的毒害作用相近。,25/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（水稻）,水稻地上部分中Cu、Ni的累積（mgkg-1 ）（嘉興）,水稻對Cu的累積先增加后降低（在400-800 mgkg-1出現(xiàn)峰值） ； 秸稈Cu的平均含量為籽粒的2.23倍，可見Cu更容易在水稻秸稈中累積。,秸稈11.8 mgkg-1,籽粒5.3 mgkg-1,籽粒Ni的含量變化符合Mitscherlich方程（r2 = 0.994, n=7, p 0.001）； 秸稈Ni的含量隨著土壤外源Ni的

9、增加而線型增加（r2 = 0.908, n=7, p 0.001 ）,26/45,研究結(jié)果-CuNi毒害與累積（水稻）,小結(jié) 1、隨著土壤中CuNi的添加劑量的增加,作物籽粒和秸稈的生物量逐漸減小。 2、德州土壤中使小麥出現(xiàn)中毒癥狀（10%減產(chǎn)）的土壤Cu濃度為323 mg .kg -1 ， Ni的毒性在德州土壤中已經(jīng)失活；祁陽土壤中使小麥出現(xiàn)中毒癥狀（10%減產(chǎn)）的土壤Cu濃度為19.5 和27.4 mg .kg -1，油菜為79 和34 mg .kg -1，水稻為142 和221 mg .kg -1. 3、隨土壤Cu、Ni濃度的增加，小麥對Cu，水稻對Ni的累積在籽粒中先增加后穩(wěn)定，在秸稈

10、中為線性增加;Cu、Ni在油菜籽粒和秸稈中的累積規(guī)律都為先增加后趨于穩(wěn)定；Cu在水稻籽粒和秸稈中的累積量先增加后減?。籒i在小麥籽粒和秸稈中都呈線性增加。,27/45,研究結(jié)果-老化作用,2008-2010年重金屬對小麥毒性的變化 （以祁陽為例）,28/45,研究結(jié)果-老化作用,2007-2009年重金屬對水稻毒性的變化 （嘉興）,29/45,研究結(jié)果-老化作用,小結(jié) 德州和祁陽土壤中外源Cu的毒性先增強(qiáng)，再降低，外源Ni在德州土壤中生物毒性迅速失活，而在祁陽土壤中毒性增加； 在嘉興土壤中外源Cu、Ni對油菜的毒性先增強(qiáng)后趨于穩(wěn)定，而對水稻的毒性不斷降低。 外源Cu、Ni進(jìn)入土壤后，其毒性變化

11、的規(guī)律并非隨著時間的增加而呈簡單的減小，與土壤性質(zhì)、受試植物類型有關(guān) 。,30/45,研究結(jié)果-干濕交替實驗,土壤溶液pH值的變化與干濕交替周期數(shù)無明顯關(guān)系; 土壤溶液電導(dǎo)率隨周期數(shù)先增加后降低; 土壤溶液DOC濃度隨干濕交替周期數(shù)先降低后增加;,31/45,研究結(jié)果-干濕交替實驗,占土壤全Cu量17.86%-53.33%,32/45,研究結(jié)果-干濕交替實驗,大麥根伸長實驗數(shù)據(jù),經(jīng)過3個周期的干濕交替處理，大麥根伸長毒性測試的EC50不斷增大，說明Cu發(fā)生老化，毒性降低。,33/45,研究結(jié)果-干濕交替實驗,小結(jié) 3個實驗點位的土壤經(jīng)過干濕交替處理之后，土壤孔隙水pH、電導(dǎo)率（EC）和土壤孔隙

12、水可溶性有機(jī)質(zhì)濃度（DOC）并無明顯規(guī)律。 3個周期的干濕交替處理對Cu、Ni的形態(tài)分布無明顯影響，經(jīng)過干濕交替處理，土壤外源CuNi的生物毒性變化無明顯規(guī)律。,34/45,研究結(jié)果-田間和盆栽比較,田間和溫室盆栽實驗用log-logistic方程進(jìn)行擬合，得出的Cu的劑量效應(yīng)曲線比較。,35/45,研究結(jié)果-田間盆栽比較,結(jié)果： 1）以盆栽試驗EC10作為指標(biāo)對田間Cu污染進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價時，對Cu毒害風(fēng)險的評價不會出現(xiàn)顯著差別。 2、以相同方法得出的EC50作為評價指標(biāo)時，則會顯著低估土壤中Cu對田間小麥、油菜、玉米和水稻生長的毒害。,根據(jù)log-logistic方程進(jìn)行擬合計算得出的Cu

13、的毒性閾值比較,36/45,研究結(jié)果-田間盆栽比較,田間和溫室盆栽實驗用log-logistic方程進(jìn)行擬合，得出的Ni的劑量效應(yīng)曲線比較。,37/45,研究結(jié)果-田間盆栽比較,根據(jù)log-logistic方程進(jìn)行擬合計算得出的Ni的毒性閾值比較,結(jié)果： 以實驗室盆栽方式評價土壤外源Ni污染時，會顯著低估土壤中Ni對祁陽田間小麥、玉米以及嘉興油菜的毒害，而會高估Ni對嘉興水稻的毒害。,38/45,小結(jié) 以實驗室盆栽試驗EC10作為指標(biāo)對田間Cu污染進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價時，對Cu毒害風(fēng)險的評價不會出現(xiàn)顯著差別；以相同方法得出的EC50作為評價指標(biāo)時，則會顯著低估土壤中Cu對田間小麥、油菜、玉米和水稻

14、生長的毒害。 以實驗室盆栽方式評價土壤外源Ni污染時，會顯著低估土壤中Ni對祁陽田間小麥、玉米以及嘉興油菜的毒害，而會高估Ni對嘉興水稻的毒害。,研究結(jié)果-田間盆栽比較,39/45,研究結(jié)果-全文結(jié)論,40/45,（1）隨著土壤中CuNi的添加劑量的增加,作物籽粒和秸稈的生物量逐漸減小； 小麥對Cu，水稻對Ni的累積在籽粒中先增加后穩(wěn)定，在秸稈中為線性增加，小麥對Cu和水稻對Ni的吸收機(jī)制相類似，均有阻止重金屬在生殖部位中過量積累的機(jī)制; Cu、Ni在油菜籽粒和秸稈中的累積增加后穩(wěn)定于相應(yīng)值，說明油菜有阻止重金屬Cu、Ni在植株中過量累積的機(jī)制； Cu在水稻籽粒和秸稈中的累積量先增加后減小，過

15、量的Cu可能干擾了水稻對營養(yǎng)元素的吸收，高濃度的Cu、Ni將影響水稻植株的正常發(fā)育； （2）德州、祁陽和嘉興土壤中外源Cu、Ni對小麥、油菜、玉米和水稻的毒性，隨著老化時間的增加呈現(xiàn)出不同變化規(guī)律。外源Cu、Ni進(jìn)入土壤后，其毒性變化的規(guī)律并非隨著時間的增加而呈簡單的減小，與土壤性質(zhì)、受試植物類型有關(guān) 。,(3) 3個實驗位點的土壤經(jīng)過干濕交替處理之后，土壤孔隙水pH、電導(dǎo)率（EC）和可溶性有機(jī)質(zhì)濃度（DOC）的變化并無明顯規(guī)律。 3個周期的干濕交替處理對Cu、Ni的形態(tài)分布及生物毒性無明顯影響。 (4) 以實驗室盆栽試驗EC50作為評價指標(biāo)時，則會顯著低估土壤中Cu對田間小麥、油菜、玉米和水

16、稻的毒害和Ni對祁陽田間小麥、玉米以及嘉興油菜的毒害，而有可能會高估Ni對嘉興水稻的毒害。,41/45,研究結(jié)果-全文結(jié)論,研究展望,（1）目前環(huán)境中的Cu、Ni污染伴隨著其他種類型重金屬的污染，通過單一重金屬研究所得的結(jié)論并，很難適用于實際污染的風(fēng)險評價，故下一步可考慮研究Cu、Ni與其它重金屬復(fù)合污染的風(fēng)險評價； （2）本研究由于條件準(zhǔn)備不足，未對土壤溶液中大量離子如Ca2+、Na+、K+、Mg2+、Al3+、,CO32-、SO42-、NO3-、HCO3-等的濃度以及Cu2+、Ni2+離子活度與重金屬生物有效性的關(guān)系展開研究，后來者可進(jìn)一步深入進(jìn)行研究； （3）在進(jìn)行田間試驗和實驗室實驗差別研究時，本研究采用經(jīng)過老化之后的田間土壤進(jìn)行對比研究。因部分類型土壤類型中Ni的有效性已經(jīng)降低，實驗結(jié)果存在不完整性。故下一步進(jìn)行其他重金屬田間和實驗室實驗差別研究時，建議在重金屬添加的初期采集土壤做對比試驗； （4）下一步可嘗試用除小麥、油菜、玉米、水稻之外的其它作物作為受試植物進(jìn)行風(fēng)險評價研究，以豐富土壤Cu、Ni污染風(fēng)險評價的數(shù)據(jù)，提高其適用范圍。,42/45,文章成果,1、土壤中外源CuNi在大田小麥中的積累及其毒性研究 ；黃錦孫,韋東普*,郭雪雁,馬義兵 .環(huán)境科學(xué). 2、Field evidence of cadmi