土壤重金属的植物毒性及生态风险评价报告.ppt
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1、黄黄锦孙锦孙 专专 业业:环环境科学境科学研研 究究 方方 向:向:农农田土壤重金属田土壤重金属污污染修复技染修复技术术 土壤重金属土壤重金属Cu、Ni的植物毒性的植物毒性及生态风险评价及生态风险评价1/45汇报内容汇报内容n研究背景研究背景n研究内容研究内容n研究结果研究结果n结论与展望结论与展望n致谢致谢2/45研究背景研究背景农业活动农业活动我国土壤我国土壤Cu、Ni污染来源污染来源农产品农产品人体人体 农作物农作物工业活动工业活动畜禽粪便和有机畜禽粪便和有机肥施用肥施用 杀菌剂施用杀菌剂施用化肥施用化肥施用 污水灌溉污水灌溉农田土壤农田土壤工业废水、矿山废水等工业废水、矿山废水等3/4
2、5研究背景研究背景n 国内土壤重金属毒理学和风险评价研究滞后;n 环境质量标准缺乏毒理学数据;n 过去方法不尽合理国内外土壤重金属研究文献统计(国内外土壤重金属研究文献统计(20002005)(马义兵,未发表)马义兵,未发表)4/45研究背景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忽视了室内短期盆栽试验和长期田间试验的差别室内短期盆栽试验和长期田间试验的差别老化对田间老化对田间Cu、Ni毒性阈值的影响(毒性阈值的影响(X Y Guo,2010)5/45汇报内容汇报内容n研究背景研究背景n研究内容研究内容n研究结果研究结果n结
3、论与展望结论与展望n致谢致谢6/45主要内容和方案框图田间试验田间试验Cu、Ni毒害及毒害及累计规律累计规律盆栽实验盆栽实验测定测定生物生物量,量,Cu、Ni含含量量计算计算田间田间实验实验毒性毒性阈值阈值小麦、小麦、玉米、玉米、水稻、水稻、油菜油菜 的的生物量生物量比比较较研研究究土壤土壤Cu和和Ni植物毒害的室内和田植物毒害的室内和田间实验差别间实验差别干湿干湿交替交替影响影响盆栽毒性阈值盆栽毒性阈值干湿交替实验干湿交替实验土样采集处理土样采集处理大大麦麦根根伸伸长长测测试试土土壤壤相相关关参参数数测测定定毒性变化毒性变化研究内容研究内容-技术路线7/45研究内容研究内容-研究目标1.1.
4、研究研究CuCu、NiNi对小麦、油菜、水稻的对小麦、油菜、水稻的毒害作毒害作用用及在及在秸秆和籽粒中的累积规律秸秆和籽粒中的累积规律4.发现土壤外源发现土壤外源Cu、Ni在田间和实验室中在田间和实验室中毒毒性阈值的差别及机理性阈值的差别及机理。比较及优化不同的生。比较及优化不同的生态风险评价方法态风险评价方法研研究究目目标标3.了解了解干湿交替模式下干湿交替模式下土壤性质的变化、外土壤性质的变化、外源源Cu、Ni的形态和植物毒性的变化的形态和植物毒性的变化2.2.研究田间外源研究田间外源CuCu、NiNi的老化对小麦、油菜、的老化对小麦、油菜、玉米、水稻的玉米、水稻的毒性变化规律毒性变化规律
5、8/45研究内容研究内容-田间试验田间试验土壤:土壤:潮土,水稻土,红壤潮土,水稻土,红壤作物:作物:小麦,油菜,玉米,水稻小麦,油菜,玉米,水稻土壤处理:土壤处理:添加添加CuClCuCl2 2,NiCl,NiCl2 2(2007年年),),8 8水平,各重复水平,各重复2 2次次测定指标:测定指标:测定秸秆和籽粒生物量,测定秸秆和籽粒测定秸秆和籽粒生物量,测定秸秆和籽粒CuCu、NiNi浓度,计算浓度,计算EC10EC10,EC50EC50和和EC90EC90 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
6、研究内容-田间试验祁阳德州嘉兴各32小区10/45研究内容研究内容-盆栽实验盆栽实验土壤:土壤:潮土,水稻土,红壤潮土,水稻土,红壤植物:植物:小麦,油菜,玉米,水稻小麦,油菜,玉米,水稻试验方法:试验方法:轮作作物与当地相同,栽培轮作作物与当地相同,栽培6 6周后测定地周后测定地上部生物量。求出不同植物上部生物量。求出不同植物ECEC1010,ECEC5050和和ECEC9090。与田间。与田间比较,观察比较,观察CuCu、NiNi毒性阈值的差别,分析可能机理。毒性阈值的差别,分析可能机理。11/45研究内容研究内容-盆栽实验盆栽实验小麦、油菜盆栽培养情况12/45研究内容研究内容-干湿交替
7、实验干湿交替实验n土样分别经过土样分别经过0、1、3个干湿交替周期处理,根据个干湿交替周期处理,根据ISO-11269(1),测量栽培测量栽培5天后大麦的根长天后大麦的根长,求出求出EC10,EC50,EC90n所需测定的土壤参数:所需测定的土壤参数:1)土壤溶液的)土壤溶液的pH,EC,DOC浓度浓度 2)连续提取的)连续提取的Cu、Ni的的水溶态、可交换态、水溶态、可交换态、EDTA结合态的结合态的浓度浓度n找出其相关性,做出多元回归方程找出其相关性,做出多元回归方程13/45研究内容研究内容-干湿交替实验保持最大持水量保持最大持水量60%,稳定稳定7天天取取1700g,40C烘烘干至恒重
8、干至恒重新鲜土样新鲜土样2000g保持最大持水量保持最大持水量60%,稳定,稳定7天天40C烘干至恒重烘干至恒重40C烘干至恒重烘干至恒重(0)取)取300g,大,大麦根伸长,测定参麦根伸长,测定参数数干湿交替处理(1)取)取300g,大,大麦根伸长,测定参麦根伸长,测定参数数(3)取)取300g,大,大麦根伸长,测定参麦根伸长,测定参数数14/45研究内容研究内容-干湿交替实验土壤干湿交替处理时间土壤干湿交替处理时间15/45研究内容研究内容-干湿交替实验16/45研究内容研究内容-干湿交替实验CKCu1Cu7Cu2Cu3Cu5 Cu6Cu4山东德州大麦根伸长培养大麦根伸长培养部分大麦根伸长
9、实验部分大麦根伸长实验17/45汇报内容汇报内容n研究背景研究背景n研究内容研究内容n研究结果研究结果n结论与展望结论与展望n致谢致谢18/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(小麦)毒害与累积(小麦)l 随着土壤中随着土壤中CuCu NiNi的添加的添加剂量的增加剂量的增加,小麦籽粒和秸秆的小麦籽粒和秸秆的生物生物量逐渐减小量逐渐减小土壤土壤Cu 和和Ni 的添加对田间小麦籽粒和秸秆的添加对田间小麦籽粒和秸秆生物量生物量的影响的影响(祁阳)(祁阳)19/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(小麦)毒害与累积(小麦)田间试验小麦的重金属毒性阈值田间试验小麦的重金属毒性阈值(mg.kg-
10、1).(祁阳)祁阳)(括号内的数值为在括号内的数值为在95%置信区间内阈值的范围置信区间内阈值的范围.)l土壤添加高于土壤添加高于106 mg.kg-1的的Cu 或高于或高于51.3 mg.kg-1的的Ni 使小麦使小麦植株死亡植株死亡l Cu、Ni的添加剂量分别为的添加剂量分别为19.5 和和27.4 mg.kg-1时,小麦发生中时,小麦发生中毒症状毒症状重金属籽粒秸秆EC10EC50EC90EC10EC50EC90Cu55.7(33.393.3)77.1(59.3100)106(84.5135)19.5(10.137.8)57.4(43.975.0)168(102278)Ni41.0(9.
11、35180)45.9(24.187.3)51.3(42.162.5)27.4(16.944.4)41.7(34.850.1)63.6(48.284.0)20/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(小麦)毒害与累积(小麦)小麦地上部分中小麦地上部分中Cu 的累积的累积(mgkg-1)(德州)(德州)土壤Cu浓度籽粒Cu含量秸秆Cu含量0 05.235.234.55 4.55 50507.587.585.57 5.57 1001007.227.225.76 5.76 2002006.796.796.25 6.25 4004006.016.017.18 7.18 80080010.5110.51
12、9.26 9.26 1600160010.3510.3512.95 12.95 3200320010.3510.3518.92 18.92 lCu 在小麦秸秆中的积累在小麦秸秆中的积累随土壤添加量的增加而增加;随土壤添加量的增加而增加;l而在籽粒中而在籽粒中,Cu的累积量在达到一个值以后趋于稳定的累积量在达到一个值以后趋于稳定21/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(小麦)毒害与累积(小麦)1591Ni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,浓度不断上升土壤Ni浓度籽粒Ni含量秸秆Ni含量0 00.160.163.083.0850501.261.263.463.461001
13、001.761.763.783.782002003.603.603.323.324004004.344.344.294.298008008.578.576.116.111600160012.1412.148.588.583200320025.3325.3326.1926.19小麦地上部分中Ni的累积(mgkg-1)(德州)22/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(油菜)毒害与累积(油菜)重重金金属属籽粒籽粒秸秸秆秆EC10EC50EC90EC10EC50EC90Cu79(36172)241(171340)735(3671473)153(42560)380(192753)946(39622
14、55)Ni41(2761)63(5276)97(58164)34(1578)81(33196)194(241575)田间试验的重金属毒性效应田间试验的重金属毒性效应(mg.kg-1).(嘉兴)嘉兴)(括号内的数值为在括号内的数值为在95%置信区间内阈值的范围置信区间内阈值的范围.)油菜籽粒对油菜籽粒对Cu和和Ni的的毒性均比秸秆敏感毒性均比秸秆敏感。相同浓度的相同浓度的Ni对油菜的对油菜的毒害作用显著大于毒害作用显著大于Cu;23/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(油菜)毒害与累积(油菜)油菜地上部分中Cu、Ni的累积(mgkg-1)(嘉兴)当土壤当土壤CuCu、NiNi浓度高于某一值
15、(约浓度高于某一值(约100 100 mgkgmgkg-1-1 )时,对)时,对CuCu、NiNi在油菜体内的在油菜体内的累积含量趋于稳定;累积含量趋于稳定;在油菜体内,在油菜体内,CuCu秸秆秸秆 CuCu籽粒籽粒,而,而NiNi籽粒籽粒NiNi秸秆秸秆。24/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(水稻)毒害与累积(水稻)重金属重金属籽粒籽粒秸秸秆秆EC10EC50EC90EC10EC50EC90Cu286(221372)435(400474)661(476918)142(99203)327(278375)736(564959)Ni324(198528)433(360521)578(25
16、21327)221(145337)382(333438)661(480910)田间试验水稻的重金属毒性阈值田间试验水稻的重金属毒性阈值(mg.kg-1).(嘉兴)嘉兴)(括号内的数值为在括号内的数值为在95%置信区间内阈值的范围置信区间内阈值的范围.)水稻秸秆和籽粒对水稻秸秆和籽粒对Cu和和Ni毒性的敏感程毒性的敏感程度相近(低浓度时度相近(低浓度时秸秆比籽粒敏感);秸秆比籽粒敏感);Cu、Ni对油菜的毒对油菜的毒害作用相近。害作用相近。25/45研究结果研究结果-CuNi毒害与累积(水稻)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
17、400-800 mgkg-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11.8 mgkg-1籽粒5.3 mgkg-1籽粒籽粒Ni的含量变化符的含量变化符合合Mitscherlich方程方程(r2=0.994,n=7,p 0.001););秸秆秸秆Ni的含量随着土的含量随着土壤外源壤外源Ni的增加而线的增加而线型增加(型增加(r2=0.908,n=7,p 891(-)-(-)毒性降低毒性降低毒性降低毒性降低29/45研究结果研究结果-老化作用老化作用n小结n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
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