典型矿区重金属污染特性及其土壤酶活性研究

论文摘要

土壤是环境的重要组成部分,位于自然环境的中心位置,承担着环境中大约90%的来自各方面的污染物质。土壤酶是土壤新陈代谢的重要因素,参与包括土壤生物化学过程在内的自然界物质循环,重金属通过各种途径进入土壤后,与土壤酶产生相互作用,直接影响到土壤环境质量,因此土壤酶可作为土壤环境质量条件影响的指示剂。本文以德兴铜矿尾矿库周边农田土壤为研究对象,通过重金属元素的含量和形态分析,在对该区污染情况进行评价的基础上,揭示了土壤中重金属元素的污染来源和特征,探索重金属与土壤酶活性之间关系,并通过实验室模拟条件推导出重金属污染对土壤酶活性的定量抑制规律。该地区农田土壤重金属综合污染指数较高,土壤环境已处于重度污染等级,单项污染指数表明Cu和Cd的含量严重超标,处于重度污染等级,Ni达到轻度污染程度。而Zn、Pb和Cr还处于安全级。通过形态分析得出Cu主要存在于有机结合态、Zn主要存在于残渣态,而Cd则主要为可交换态,易发生迁移。应用Hakanson潜在生态风险指数法、相关分析、主成分分析法对该地区土壤Cu、Zn、Ni、Pb、Cr和Cd复合污染特征进行研究,定量确定了铜矿尾矿库潜在生态风险程度、主要污染因子和潜在生态风险因子。铜矿尾矿库周边土壤受到不同程度的重金属的污染;各重金属潜在生态风险参数由高至低顺序为Cd＞Cu＞Pb＞Ni＞Cr＞Zn,Cd是主要潜在生态风险因子;该地区平均潜在生态风险污染指数超过600,具有极高的潜在生态风险。对德兴铜矿尾矿库周边地区土壤酶活性进行研究,该地区周边土壤酶活性受到不同程度的抑制,采用主成分分析技术,建立了复合污染土壤总体酶活性指标,并通过与重金属信息系统的主成分方程相比较,按总体酶活性指标划分与实际重金属污染状况基本一致,进一步说明采用酶活性构筑的土壤信息系统的总体酶活性来表征土壤重金属复合污染状况是可行的。在实验室模拟条件下发现Cu、Cd对土壤脲酶具有不同程度的抑制作用,尤其是Cu、Cd复合污染对土壤脲酶的抑制作用最大。土壤脲酶活性呈现出随着重金属浓度的增加而降低的现象,脲酶活性的大小在一定程度上可反映土壤受重金属污染的程度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 重金属污染来源及污染现状
• 1.1.1 重金属污染来源
• 1.1.2 矿山开采过程中重金属污染现状
• 1.2 重金属环境行为
• 1.2.1 土壤重金属的元素形态分布
• 1.2.2 重金属迁移转化
• 1.2.3 重金属的生物可利用性
• 1.3 重金属污染评价
• 1.3.1 土壤重金属元素的背景值
• 1.3.2 土壤重金属元素临界值作为评价标准
• 1.3.3 以有效量表示的毒性临界值
• 1.3.4 以相关酶活性的生化指标表示毒性临界值
• 1.3.5 以相关植物为代表的生态评价方法
• 1.4 土壤酶与重金属相互关系
• 1.4.1 土壤酶来源与分类
• 1.4.2 土壤酶的作用及作用机理
• 1.4.3 重金属对土壤酶活性的影响
• 1.5 研究展望
• 1.6 课题研究意义、研究内容
• 1.6.1 研究背景及意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 研究技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 样品采集与处理
• 2.3 实验试剂与仪器
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 土壤理化性质测定
• 2.4.2 土壤重金属元素测定
• 2.4.3 土壤重金属形态分析
• 2.4.4 土壤酶活性测定
• 2.5 数据处理与分析
• 3 德兴铜矿尾矿库周边地区重金属污染状况及生态风险评价
• 3.1 土壤重金属分布状况
• 3.2 土壤重金属污染评价
• 3.2.1 Nemerow综合污染评价指数评价
• 3.2.2 土壤重金属潜在生态风险评价
• 3.3 重金属污染特性分析
• 3.4 本章小结
• 4 污染土壤重金属形态分布研究及生物活性
• 4.1 土壤重金属含量及DTPA提取有效态含量
• 4.2 土壤中铜、锌、镉的形态分布特征
• 4.3 重金属各形态与重金属总量之间的关系
• 4.4 pH对重金属形态分布的影响
• 4.5 土壤重金属生物活性
• 4.6 本章小结
• 5 尾矿库周边土壤重金属对土壤酶活性影响
• 5.1 污染场地土壤酶活性状况
• 5.1.1 供试土壤酶活性
• 5.1.2 重金属复合污染与土壤酶活性间关系
• 5.2 尾矿库土壤总酶活性指标
• 5.3 以土壤酶活性指标划分污染等级与重金属污染划分等级的比较
• 5.4 本章小结
• 6 铜和镉及其复合污染对土壤脲酶活性影响的定量表征研究
• 6.1 材料与方法
• 6.2 实验设计
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 重金属对土壤脲酶活性定抑制率的影响
• 6.3.2 重金属浓度对土壤脲酶活性关系
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 8 问题不足及研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文与申请的专利及获奖情况
• 致谢