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基于跳虫毒性实验的镉（Cd）生态阈值研究
【摘要】：随着经济、农业和工业的迅速发展,我国环境质量问题越来越严重,其中土壤镉污染问题尤为严峻。我国现行《土壤环境质量标准》(GB)中关于镉标准的规定比较宽泛,未考虑到不同地区土壤性质不同、不同地区人群暴露途径不同等实际因素的影响,故迫切需要制定满足需要的新的镉标准。而在新的镉标准制订前,研究镉在不同土壤上的吸附和从生物毒性实验的角度获得不同土壤的镉生态阈值具重要意义。本文从我国14个省的18个地区采集18种具有代表性的田间土壤,另外从江苏采集21种土壤,研究镉在这39种土壤上的吸附行为,并用Langmuir吸附等温式模型拟合吸附等温线。结果表明,镉在不同性质土壤上的吸附量差异很大,最大吸附量的变化范围是655.5-4145mg/kg,土壤性质是影响镉在土壤中迁移转化的主要因素。镉在土壤上的吸附量与土壤pH值、有机质、黏粒含量等因素密切相关,土壤pH值越大,有机质、黏粒含量越高,镉在土壤上的吸附量也越大。本文研究2,3-吡啶二羧酸和咪唑-4,5-二羧酸两种离子液体对Cd2+在四种不同性质土壤上吸附的影响。结果表明,离子液体的存在显著影响了Cd2+在土壤中的吸附。与对照相比,添加1mmol/L2,3-吡啶二羧酸使得Cd2+在武进漂洗型水稻土、吴县潴育型水稻土、南京黄褐土和宜兴棕红壤四种土壤上的最大吸附量分别降低209、834、667和509mg/kg,而添加1mmol/L咪唑-4,5-二羧酸使Cd2+在武进漂洗型水稻土、吴县潴育型水稻土、南京黄褐土和宜兴棕红壤四种土壤上的最大吸附量分别降低226、54、124和81mg/kg,2,3-吡啶二羧酸对Cd2+在供试土壤上吸附量的影响显著大于咪唑-4,5-二羧酸。基于离子选择电极分析了平衡液中自由态Cd2+含量,发现两种离子液体都能与Cd2+络合,从而降低平衡液中Cd2+含量,其中2,3-吡啶二羧酸与Cd2+的络合能力大于咪唑-4,5-二羧酸。当两种离子液体进入环境,会使Cd2+在土壤上的吸附量变少,更容易进入食物链。白符跳是一种广泛应用于毒性实验的跳虫,本文研究了镉在18种不同类型田间土壤中对白符跳的急性毒性和慢性毒性。急性毒性实验中,合肥水稻土中的镉对白符跳的半数致死浓度LC5o为881.85 mg/kg。其他17种土壤中,镉对白符跳的LC5o值均大于1000 mg/kg,这是由白符跳的回避行为导致的。急性毒性实验表明土壤性质可能影响镉对成年跳虫的毒性,并可为慢性毒性实验提供依据。慢性毒性实验中,不同类型土壤镉对白符跳幼虫的影响差异较大,镉抑制白符跳幼虫存活率的毒性生态阈值EC50范围为50.12-271.73mg/kg,镉在湘乡土中表现的毒性最强,在宁波土中表现的毒性最弱,这表明土壤中镉对白符跳的毒性与土壤性质有关。将镉的毒性生态阈值ECso与18种土壤的理化性质进行多元相关性分析,发现镉的毒性生态阈值ECso与土壤理化性质相关性不显著,这与国外研究结果相同。但当土壤镉浓度为500mg/kg时,成虫相对死亡率和幼虫相对抑制率与土壤pH、有机质和黏粒含量具有相关性,幼虫相对抑制率=144.644-8.161pH-0.276OM+0.219Clay (P=0.009 0.05,R2=0.549),成虫相对死亡率=159.82-11.007pH-0.377OM+0.118Clay (P=0.002 0.05,R2=0.643) (OM为实验土壤有机质含量,Clay为黏粒含量)。土壤pH越大、有机质含量越高,土壤中镉对白符跳幼虫的毒性就越低。
【关键词】：
【学位授予单位】：安徽大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2016【分类号】：X171.5【目录】：
中文摘要3-5Abstract5-10第一章 绪论10-26 1.1 我国土壤镉污染现状与来源10-12 1.2 镉污染的危害12-15
1.2.1 镉对植物的危害12
1.2.2 镉对微生物的危害12-13
1.2.3 镉对动物和人类的危害13-15 1.3 影响镉在土壤中迁移转化的因素15-17
1.3.1 土壤性质15-16
1.3.2 重金属、有机物等因素16
1.3.3 新兴污染物离子液体16-17 1.4 我国现行土壤镉标准存在的问题17-19 1.5 土壤跳虫概况19-23
1.5.1 土壤跳虫的种类和分布19-20
1.5.2 土壤跳虫在生态系统中的作用20-21
1.5.3 土壤跳虫在土壤污染物生态风险评价中的应用21-23 1.6 本研究的目的、内容和技术路线23-26第二章 镉在不同性质土壤上的吸附26-36 2.1 材料与方法26-30
2.1.1 供试土壤和试剂26-30
2.1.2 主要实验仪器30
2.1.3 Cd在不同性质土壤上的等温吸附实验30 2.2 结果与讨论30-34 2.3 小结34-36第三章 两种离子液体对镉在四种土壤上吸附的影响36-48 3.1 材料与方法36-39
3.1.1 供试土壤和试剂36-38
3.1.2 主要实验仪器38
3.1.3 两种离子液体阳离子物质对Cd在土壤上吸附的影响38
3.1.4 平衡液中自由态镉离子的测定38-39 3.2 结果与讨论39-46
3.2.1 2,3-吡啶二羧酸对Cd~(2+)在供试土壤上吸附的影响39-42
3.2.2 咪唑-4,5-二羧酸对Cd~(2+)在供试土壤上吸附的影响42-43
3.2.3 平衡液中自由态镉离子的测定43-46 3.3 小结46-48第四章 基于跳虫急性毒性实验的土壤镉生态阈值48-56 4.1 材料与方法49-50
4.1.1 供试土壤和试剂49
4.1.2 主要实验仪器49
4.1.3 实验跳虫49
4.1.4 实验方法49-50
4.1.5 数据统计和分析50 4.2 结果与讨论50-55 4.3 小结55-56第五章 基于跳虫慢性毒性实验的土壤镉生态阈值56-66 5.1 材料与方法56-57 5.2 数据统计和分析57 5.3 结果与讨论57-64 5.4 小结64-66第六章 结论66-70 6.1 主要结论66-67 6.2 创新点67-68 6.3 论文不足和下一步工作计划68-70参考文献70-82致谢82-84硕士期间撰写和发表的论文84
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