基于DGT技术的土壤铅生物有效性评价研究.PDF
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1、2 0 1 8 年 9 月 农 业 机 械 学 报 第 4 9 卷 第 9 期 d o i : 1 0 . 6 0 4 1 / j . i s s n . 1 0 0 0 鄄 1 2 9 8 . 2 0 1 8 . 0 9 . 0 3 1 基 于 D G T 技 术 的 土 壤 铅 生 物 有 效 性 评 价 研 究 代 允 超 1 , 2 摇 张 育 林 1 , 2 摇 吕 家 珑 1 , 2 ( 1 . 西 北 农 林 科 技 大 学 资 源 环 境 学 院 , 陕 西 杨 凌 7 1 2 1 0 0 ; 2 . 农 业 部 植 物 营 养 与 农 业 环 境 重 点 实 验 室 , 陕
2、西 杨 凌 7 1 2 1 0 0 ) 摘 要 : 采 集 我 国 1 5 个 省 份 的 耕 作 土 壤 进 行 盆 栽 试 验 , 通 过 外 源 添 加 不 同 浓 度 梯 度 的 P b 并 种 植 小 白 菜 , 比 较 梯 度 薄 膜 扩 散 技 术 ( D i f f u s i v e g r a d i e n t s i n t h i n 鄄 f i l m s , D G T ) 与 传 统 化 学 方 法 ( 土 壤 溶 液 法 、 E D T A 法 、 H A c 法 、 C a C l 2 法 和 全 量 法 ) 评 价 土 壤 中 P b 生 物 有 效 性
3、。 简 单 回 归 分 析 表 明 , 各 评 价 方 法 测 定 的 土 壤 P b 含 量 与 小 白 菜 P b 含 量 都 呈 显 著 相 关 关 系 , 但 D G T 技 术 相 关 性 ( R 2 = 0 郾 9 7 ) 最 高 。 通 过 逐 步 多 元 线 性 回 归 分 析 , 融 合 土 壤 p H 值 、 有 机 碳 ( O C ) 含 量 、 阳 离 子 交 换 量 ( C E C ) 、 粘 粒 含 量 等 土 壤 基 本 理 化 性 质 , 建 立 多 元 回 归 模 型 , 结 果 表 明 : 各 传 统 评 价 方 法 融 合 了 p H 值 、 O C 含
4、量 等 土 壤 性 质 , R 2 较 对 应 的 简 单 回 归 分 析 有 所 提 高 , 都 能 用 于 评 价 土 壤 P b 的 生 物 有 效 性 , 但 通 过 D G T 技 术 所 构 建 的 模 型 方 程 ( R 2 = 0 郾 9 7 , p 0 郾 0 1 ) 几 乎 不 受 土 壤 性 质 的 影 响 , 且 较 传 统 化 学 方 法 相 关 性 更 高 , 因 此 , D G T 技 术 是 一 种 可 以 用 于 评 价 土 壤 中 P b 生 物 性 的 较 优 方 法 。 关 键 词 : 小 白 菜 ; 铅 ; 生 物 有 效 性 ; 梯 度 薄 膜 扩
5、散 技 术 ; 传 统 化 学 方 法 中 图 分 类 号 : S 1 3 2 ; X 5 3 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 0 鄄 1 2 9 8 ( 2 0 1 8 ) 0 9 鄄 0 2 6 7 鄄 0 8 收 稿 日 期 : 2018 06 23 摇 修 回 日 期 : 2018 07 19 基 金 项 目 : 农 业 部 公 益 性 行 业 科 研 专 项 ( 200903015 ) 、 “ 十 二 五 冶 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 2015 B A D 22 B 02 ) 和 陕 西 省 科 技 创 新 统 筹 项 目 ( 2016
6、K T Z D N Y 03 01 ) 作 者 简 介 : 代 允 超 ( 1988 ) , 男 , 讲 师 , 主 要 从 事 土 壤 环 境 化 学 和 农 业 生 物 环 境 研 究 , E 鄄 m a i l : da i y c 2018 163 . c o m 通 信 作 者 : 吕 家 珑 ( 1962 ) , 男 , 教 授 , 博 士 生 导 师 , 主 要 从 事 土 壤 化 学 和 环 境 化 学 研 究 , E 鄄 m a i l : l j l l l nw s ua f . e du . c n A s s e s s m e n t B io a v a ila
7、b ilit y o f L e a d in S o ils B a s e d o n D if f u s iv e G r a d ie n t in T h in 鄄 f ilm s T e c h n iq u e D A I Y un chao 1 , 2 摇 Z H A N G Y u l i n 1 , 2 摇 L 譈 J i al ong 1 , 2 ( 1 . C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t , N o r t h w e s t A l ead ; bi oavai l ab
8、i l i t y ; d i f f us i ve gr adi ent s i n t h i n 鄄 f i l m s ; t r adi t i onal chem i cal m e t hod0 摇 引 言 近 年 来 , 随 着 工 业 和 经 济 的 快 速 发 展 , 带 来 了 严 重 的 环 境 污 染 问 题 , 土 壤 重 金 属 污 染 就 是 其 中 之 一 。 土 壤 铅 ( P b ) 污 染 因 其 长 期 持 久 性 和 对 生 物 体 的 不 可 逆 影 响 , 一 直 是 当 前 研 究 的 热 点 之 一 1 。 研 究 表 明 , P b 单
9、质 虽 不 溶 于 水 , 但 其 化 合 物 溶 解 性 较 强 , 会 随 着 食 物 链 被 植 物 、 动 物 和 人 体 吸 收 , 对 生 态 环 境 、 食 品 安 全 和 人 体 健 康 造 成 威 胁 2 。 为 了 确 保 农 产 品 生 产 的 安 全 性 , 对 土 壤 中 P b 的 生 物 有 效 性 评 估 尤 为 重 要 。 目 前 关 于 评 价 土 壤 中 P b 生 物 有 效 性 的 方 法 有 很 多 , 但 还 没 有 一 种 方 法 被 普 遍 接 受 和 应 用 。 相 关 学 者 在 评 估 土 壤 中 重 金 属 的 生 物 有 效 性 方
10、面 也 做 了 很 多 相 关 研 究 , 传 统 的 评 价 重 金 属 的 生 物 有 效 性 方 法 包 括 同 位 素 稀 释 交 换 法 、 化 学 提 取 法 和 自 由 离 子 活 度 法 等 3 - 5 。 这 些 传 统 方 法 多 是 以 平 衡 理 论 为 依 据 , 没 能 完 全 考 虑 重 金 属 离 子 在 植 物 根 土 壤 界 面 处 的 消 耗 以 及 消 耗 后 所 诱 导 的 土 壤 液 相 固 相 间 的 离 子 补 充 6 , 化 学 提 取 过 程 难 以 避 免 重 金 属 离 子 的 重 新 分 配 和 再 吸 收 , 这 可 能 导 致 结
11、果 误 差 7 。 另 外 , 重 金 属 在 土 壤 中 的 生 物 有 效 性 还 与 其 在 土 壤 中 存 在 的 形 态 、 土 壤 性 质 及 作 物 种 类 等 有 关 。 研 究 表 明 , 土 壤 基 本 理 化 性 质 , 如 p H 值 、 阳 离 子 交 换 量 ( C E C ) 、 粘 粒 含 量 和 有 机 碳 ( O C ) 含 量 等 都 会 影 响 植 物 的 重 金 属 吸 收 8 - 9 , 当 研 究 重 金 属 在 土 壤 中 的 生 物 有 效 性 时 , 要 综 合 考 虑 土 壤 性 质 对 重 金 属 生 物 有 效 性 的 影 响 。 近
12、年 来 , 梯 度 薄 膜 扩 散 技 术 ( D G T ) 被 引 入 作 为 评 估 土 壤 中 重 金 属 生 物 有 效 性 的 新 型 技 术 1 0 。 D G T 技 术 的 原 理 是 基 于 菲 克 第 一 扩 散 定 律 , 即 在 单 位 时 间 内 通 过 单 位 垂 直 截 面 积 的 扩 散 物 质 流 量 与 该 截 面 处 的 物 质 浓 度 成 正 相 关 关 系 。 D G T 技 术 是 一 项 模 拟 植 物 从 土 壤 吸 收 重 金 属 的 过 程 , 并 通 过 连 续 从 土 壤 中 吸 收 化 学 物 质 来 评 估 生 物 有 效 性 的
13、技 术 。 该 技 术 不 仅 反 映 了 土 壤 溶 液 中 的 重 金 属 含 量 , 还 能 反 映 重 金 属 离 子 在 从 土 壤 固 相 向 土 壤 液 相 间 的 动 态 供 应 , 从 而 有 效 地 测 定 土 壤 固 相 中 重 金 属 向 液 相 的 动 态 补 给 的 化 学 过 程 1 1 - 1 2 。 D G T 技 术 已 经 用 于 评 价 土 壤 或 沉 积 物 中 植 物 对 多 种 重 金 属 的 生 物 有 效 性 及 吸 收 特 性 , 如 评 价 镉 ( C d ) 、 砷 ( A s ) 在 黑 麦 草 、 甘 蔗 中 的 生 物 有 效 性
14、, 并 取 得 了 不 错 的 效 果 1 1 - 1 6 。 但 也 有 学 者 研 究 发 现 , D G T 在 评 价 某 些 植 物 对 某 些 重 金 属 生 物 有 效 性 时 效 果 并 不 好 1 7 。 小 白 菜 作 为 我 国 大 量 消 费 的 蔬 菜 , 其 根 系 发 达 且 茎 部 较 短 , 对 重 金 属 的 吸 收 转 运 能 力 较 强 1 8 , 小 白 菜 的 安 全 生 产 关 乎 人 类 健 康 , 但 在 用 D G T 技 术 对 小 白 菜 中 P b 的 生 物 有 效 性 评 价 上 还 没 有 相 关 研 究 。 基 于 以 上 分
15、析 , 本 研 究 在 我 国 1 5 个 省 份 采 集 不 同 理 化 性 质 的 耕 作 土 壤 , 外 源 添 加 重 金 属 P b 模 拟 P b 污 染 土 壤 , 以 小 白 菜 为 研 究 对 象 , 通 过 盆 栽 试 验 , 比 较 D G T 技 术 和 传 统 化 学 方 法 评 价 土 壤 中 P b 的 生 物 有 效 性 。 首 先 使 用 简 单 回 归 分 析 , 得 出 植 物 P b 含 量 和 各 种 评 价 方 法 测 定 的 土 壤 P b 含 量 之 间 的 线 性 相 关 关 系 , 但 简 单 回 归 分 析 不 能 反 映 土 壤 性 质
16、对 P b 生 物 有 效 性 的 影 响 , 然 后 将 土 壤 性 质 纳 入 回 归 分 析 , 通 过 逐 步 多 元 线 性 回 归 来 探 讨 , 得 出 小 白 菜 P b 含 量 与 土 壤 P b 含 量 、 土 壤 性 质 之 间 的 相 关 关 系 , 建 立 融 合 土 壤 基 本 理 化 性 质 的 逐 步 多 元 回 归 模 型 方 程 , 比 较 各 方 法 评 价 土 壤 中 P b 生 物 的 有 效 性 , 为 评 价 土 壤 P b 的 生 物 有 效 性 提 供 一 定 的 理 论 依 据 。 1 摇 材 料 与 方 法 1 郾 1 摇 供 试 土 壤
17、采 集 我 国 1 5 个 省 份 理 化 性 质 差 异 较 大 的 土 壤 , 采 样 深 度 为 0 2 0 cm , 土 壤 样 品 风 干 后 过 2 0 目 尼 龙 筛 , 供 土 壤 基 本 理 化 性 质 测 定 。 分 析 方 法 参 照 土 壤 农 化 分 析 1 9 。 使 用 湿 酸 消 解 法 ( H N O 3 H F H C l O 4 ) 对 供 试 土 壤 样 品 进 行 消 解 处 理 , 浸 提 液 使 用 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 ( H i t achi z 2000 型 , 日 本 ) 测 量 其 中 的 总 P b 含 量 。 供 试 土
18、 壤 基 本 理 化 性 质 见 表 1 。 1 郾 2 摇 试 验 布 置 和 样 品 分 析 通 过 盆 栽 试 验 , 将 外 源 P b ( 硝 酸 铅 P b N O 3 ) 加 入 到 15 个 省 份 的 土 壤 样 品 中 ( 每 盆 装 2 k g 土 壤 ) 。 根 据 G B 15618 19 95 土 壤 环 境 质 量 标 准 2 0 二 级 土 壤 标 准 限 定 的 P b 含 量 , 设 置 3 个 P b 处 理 : C K 、 T 1 、 T 2 , 外 源 添 加 P b 的 量 分 别 为 0 、 2 00 、 4 00 m g / kg , 每 个 处
19、 理 做 3 次 重 复 , 将 所 有 盆 栽 进 行 随 机 排 列 , 并 置 于 自 然 条 件 下 , 老 化 3 个 月 。 在 此 期 间 , 使 用 蒸 馏 水 补 水 , 使 土 壤 含 水 率 保 持 在 田 间 最 大 持 水 量 的 80 % 。 待 土 壤 老 化 和 均 一 化 后 , 在 每 盆 土 壤 中 加 入 含 有 0 郾 30 g N ( 尿 素 ) 、 0郾 10 g P ( C a ( H 2 P O 4 ) 2 ) 和 0郾 20 g K ( K 2 SO 4 ) 的 基 肥 。 待 种 子 萌 发 后 , 根 据 长 势 , 每 盆 将 幼 苗
20、定 苗 成 2 株 。 整 个 生 长 期 间 用 去 离 子 水 保 持 土 壤 含 水 率 在 田 间 最 大 持 水 量 的 8 0 % 左 右 , 以 保 障 小 白 菜 的 正 常 生 长 。 生 长 6 0 d 后 收 获 小 白 菜 , 首 先 用 自 来 水 洗 涤 植 物 样 品 , 然 后 用 去 离 子 水 洗 涤 , 擦 干 , 称 鲜 质 量 。 将 洗 净 的 植 物 样 品 9 0 益 杀 青 后 6 5 益 干 燥 至 恒 质 量 , 粉 粹 , 在 密 封 高 压 系 统 下 用 H N O 3 H 2 O 2 对 植 物 样 品 进 行 消 化 , 然 后
21、用 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 测 量 植 物 样 品 8 6 2 农 摇 业 摇 机 摇 械 摇 学 摇 报 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2 0 1 8 年摇 摇 摇 表 1 摇 供 试 土 壤 基 本 理 化 性 质 T a b . 1 摇 B a s i c p r o p e r t i e s o f s e l e c t e d s o i l 编 号 采 样 点 pH 值 O C 质 量 比 / ( g kg - 1 ) C a C O 3 质 量 比 / ( g kg - 1 ) C E C 质 量 摩 尔 浓 度 / ( c
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- 关 键 词:
- 基于 DGT 技术 土壤 生物 有效性 评价 研究
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