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个旧鸡街农作物食品安全现状及整治技术

作　者: 肖青青
导　师: 王宏镔
学　校: 昆明理工大学
专　业: 环境科学
关键词: 重金属 食品安全 土壤改良 分级形态 生理生化
分类号: X53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


伴随矿产资源的开采、选矿和冶炼,耕作土壤中重金属污染日趋严重并危及食品安全和人体健康。重金属污染土壤的治理周期长,难度大,探索低吸收植物种类或品种在污染土壤上种植,是一条在污染区发展农业生产的现实途径。本研究首先通过对云南个旧鸡街农作物食品安全现状进行野外调查,考察其重金属污染状况,筛选对重金属具不同吸收能力的植物种类或品种；之后进行室内盆栽实验,设计Pb、Zn、Cu、Cd复合污染正交实验研究低吸收种类[蚕豆(ViciafabaL.)、豌豆(Pisum sativum L.)]和高吸收种类[莴苣(Lactuca sativa L.)、薄荷(Mentha arvensis L.)]对重金属排斥或吸收的生理生化机理,并通过一系列改良措施[调节土壤pH值(8、8.5、9)、添加腐殖酸(2、5、10 g.kg-1)、添加硫化物(2、5、10 g·kg-1)和添加含Ca2+化合物(2、5、10 g·kg"1)处理]降低高吸收种类(莴苣、薄荷)可食部分对重金属的吸收,以达到安全合理利用污染农田的目的。此外,还考察了改良措施对高吸收种类(莴苣、薄荷)生理生化指标[株高、光合色素、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、可溶性糖、根系活力等]的影响以及改良措施对土壤环境质量的影响。结果表明：1.研究区土壤重金属Pb、Zn、Cu、Cd含量均值分别为1185.48±490.72、628.87±175.58、453.50±129.11、7.50±5.40 mg·kg-1,均超出《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准；研究区土壤中重金属Pb、Cu、Cd的二乙三胺五乙酸(DTPA)提取态与总量呈极显著正相关(p<0.01),Zn的DTPA提取态与总量呈显著正相关(p<0.05)；研究区土壤肥力情况较好。2.研究区采集的农作物中Pb含量均超出食品安全限量标准；Zn含量除豌豆、蚕豆、大米(Oryza.sativa L.)和玉米(Zea mays L.)外,其余作物均超标；莴苣、芥菜(Brassica juncea (L.) Czem. et Coss.)、薄荷、白菜(Brassica rapa L. glabra Regel)中Cu含量超标；Cd含量除豌豆、蚕豆、甘蓝(Brassica oleracea L. var. capitata L.)外均超标。比较而言,莴苣、薄荷、芥菜不适合在污染区继续种植,甘蔗(Saccharum officinarum Linn.)、大米(水稻)较为适合继续种植,豌豆、韭菜(A.schoenoprasum L.)、青花菜(B.oleracea L.var. italica Plench)、花椰菜(Brassica oleracea L. var. botrytis L.)、甘蓝、蚕豆、红萝卜(Raphanus sativus L.)、葱(A. fistulosum L.)、朝天椒(Capsicum annuum L.)、土豆(Solanum tuberosum L.)、玉米基本适合种植,厚皮菜(Beta vulgaris L. var. ciclaKoach)、白菜、青菜基本上不适合继续种植。3.正交复合污染条件下,重金属在高吸收种类薄荷和低吸收种类蚕豆叶片亚细胞结构中分布情况不同。蚕豆叶片亚细胞结构中除Cd的分布在各配方间有差异,Pb、Zn、Cu均主要集中在细胞壁及未破碎残渣(F1)；Pb、Zn、Cu、Cd在薄荷亚细胞中的分布随正交设计配方浓度的不同而各有差异。对薄荷而言,不同Pb浓度对其叶片中Pb、Cu、Cd含量有极显著影响,但对Zn含量无显著影响；不同Zn、Cu浓度对其叶片中Pb、Zn、Cu、Cd含量均有极显著影响；不同Cd浓度对其叶片中Cd含量有极显著影响,对Pb、Zn含量有显著影响,对Cu含量无显著影响；对蚕豆而言,不同Pb浓度对其叶片Cd含量有极显著影响,对Pb、Zn含量有显著影响,对Cu含量无显著影响；不同Zn浓度对其叶片中Pb、Cu、Cd含量有极显著影响,对Zn含量有显著影响；不同Cu浓度对其叶片中Pb、Zn含量有极显著影响,对Cu、Cd含量无显著影响；不同Cd浓度对其叶片中Zn、Cd含量有极显著影响,对Pb、Cu含量无显著影响。4.对于高吸收种类薄荷而言,能使叶片中Zn、Cu和Cd含量均最低的重金属组合是配方2[对照Pb(不添加)、低等浓度Zn(200 mg·kg-1)、低等浓度Cu(100 mg-kg-1)、低等浓度Cd(5 mg·kg-1)],使Pb含量最低的是配方10[中等浓度Pb(800 mg·kg-1)、低等浓度Zn(200 mg·kg-1)、高等浓度Cu(800 mg·kg-1)、中等浓度Cd(10 mg·kg-1)]。对于低吸收种类蚕豆而言,能使叶片中Cu和Cd含量均最低的是配方6[低等浓度Pb(400mg·kg-1)、低等浓度Zn(200 mg·kg-1)、对照Cu(不添加)、高等浓度Cd(20mg·kg-1)],能使Pb含量最低的是配方4[对照Pb(不添加)、高等浓度Zn(1000 mg·kg-1)、高等浓度Cu(800 mg·kg-1)、高等浓度Cd(20 mg·kg-1)]、配方8[低等浓度Pb(400 mg·kg-1)、高等浓度Zn(1000 mg·kg-1)、中等浓度Cu(400 mg·kg-1)、低等浓度Cd(5 mg·kg-1)]和配方9[中等浓度Pb(800 mg·kg-1)、对照Zn(不添加)、中等浓度Cu(400 mg·kg-1)、高等浓度Cd(20 mg·kg-1)],能使Zn含量最低的是配方2。5.复合污染条件下,对于高吸收种类莴苣和薄荷而言,不同Pb、Cd浓度对其POD、SOD活性影响极显著,不同Zn浓度对其叶绿素含量、POD、SOD活性影响极显著,不同Cu低度对其株高影响极显著。对于低吸收种类豌豆和蚕豆而言,不同Pb浓度对其株高、叶绿素含量、SOD活性影响极显著,不同Zn浓度对其SOD活性影响显著。对于高吸收种类薄荷而言,不同Pb、Zn、Cu、Cd浓度均对其根系活力影响极显著,而对于低吸收种类蚕豆而言,只有不同Cu、Cd浓度对其根系活力影响极显著。6.对于高吸收种类薄荷和莴苣而言,改良措施下其叶片中Cu主要集中在细胞核、叶绿体为主的成分(F2),Pb、Zn、Cd均主要集中在细胞壁及未破碎残渣部分(F1)改良措施下,薄荷和莴苣在pH调节为9、腐殖酸添加量为5 g·kg-1条件下,植物叶片中Pb、Zn、Cu、Cd含量显著低于其他处理水平；含Ca2+化合物添加量为1 0 g·kg-1条件下植物叶片中Pb、Cd含量显著低于其他处理水平,添加量为5 g·kg-1。条件下植物叶片中Zn、Cu含量显著低于其他处理水平；含硫化合物添加量为5 g·kg-1条件下植物叶片中Pb、Zn、Cd含量显著低于其他处理水平。7.改良措施下,薄荷和莴苣在土壤pH调节为8.5条件下,其叶绿素含量均显著高于对照,在pH调节为8条件下,其根系活力均显著高于对照；在腐殖酸添加量为5、10g.kg-1条件下,其叶绿素含量均显著高于对照,在腐殖酸添加量为5 g·kg-1条件下,其SOD活性显著高于其他处理水平,在腐殖酸添加量为10 g·kg-1条件下,其根系活力均显著高于对照；在含Ca2+化合物添加量为10 g·kg-1条件下,其叶绿素和类胡萝卜素含量均显著高于对照,其POD活性、根系活力显著高于其他处理水平,在含Ca2+化合物添加量为5 g·kg-1条件下,其可溶性糖含量显著高于对照；在硫化物添加量为5 g·kg-1条件下,其CAT、SOD、POD可溶性糖含量、根系活力均显著高于其他处理水平。8.改良措施后土壤中Pb、Zn、Cu、Cd分级形态存在一定差异,Pb、Cd的形态主要为铁锰氧化态,Zn、Cu的形态主要为残渣态。通过改良措施后,种植莴苣和薄荷土壤中DTPA提取态Pb含量在添加腐殖酸和含Ca2+化合物处理条件下显著低于对照处理；DTPA提取态Zn含量在添加含Ca2+化合物10 g·kg-1条件下显著低于对照处理。腐殖酸添加量为2、10 g·kg-1条件下和硫化物添加量为10 g·kg-1条件下,土壤pH明显高于对照；调节pH为9或含Ca2+化合物添加量为2 g·kg-1条件下,两种作物种植土壤中全氮含量明显高于对照。

全文目录


摘要  3-6
Abstract  6-10
图表清单  10-13
目录  13-18
第一章 绪论  18-25
  1.1 研究的目的和意义  18-20
    1.1.1 研究目的  18-19
    1.1.2 研究意义  19-20
  1.2 主要研究内容  20-23
    1.2.1 研究内容  20-21
    1.2.2 研究方案  21
    1.2.3 技术路线图  21-23
  1.3 研究工作执行情况  23
  1.4 预期研究目标和创新点  23-25
    1.4.1 预期研究目标  23
    1.4.2 创新点  23-25
第二章 文献综述  25-35
  2.1 土壤重金属污染  25-26
    2.1.1 土壤重金属污染  25
    2.1.2 重金属污染对农作物的影响  25-26
  2.2 植物对重金属的抗性机制  26-28
    2.2.1 区室化作用  26-27
    2.2.2 植物螯合肽  27
    2.2.3 类金属硫蛋白  27-28
    2.2.4 护酶系统  28
  2.3 国内外农田重金属污染现状  28-30
    2.3.1 国外农田重金属污染现状简况  28
    2.3.2 国内农田重金属污染现状简况  28-30
  2.4 土壤重金属污染防治措施  30-33
    2.4.1 工程措施  30-31
    2.4.2 物理化学修复措施  31
    2.4.3 化学修复措施  31-32
    2.4.4 农业修复措施  32
    2.4.5 生物修复措施  32-33
  2.5 国内外土壤重金属污染修复研究简况  33-34
  2.6 本研究的主要思路  34-35
第三章 材料与方法  35-41
  3.1 野外调查方法  35-37
    3.1.1 采样地点概况  35
    3.1.2 植物和土壤样品采集  35-37
    3.1.3 样品处理  37
  3.2 室内盆栽实验设计  37-39
    3.2.1 正交实验  37-38
      3.2.1.1 供试植物  37
      3.2.1.2 试验处理  37-38
    3.2.2 改良措施盆栽实验  38-39
      3.2.2.1 供试植物  38
      3.2.2.2 试验处理  38-39
  3.3 测定方法  39-40
    3.3.1 重金属含量的测定  39
    3.3.2 植物生理生化指标的测定  39-40
    3.3.3 土壤基本理化性质的测定  40
  3.4 数据处理  40-41
第四章 个旧鸡街农作物食品安全现状的野外调查  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 结果与分析  41-50
    4.2.1 土壤理化性质及肥力情况  41-42
    4.2.2 土壤重金属污染现状  42-44
    4.2.3 农作物生长情况  44
    4.2.4 农作物食品安全现状  44-47
    4.2.5 农作物聚类分析  47-48
    4.2.6 农作物与土壤中重金属含量的关系  48-50
  4.3 讨论  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章 盆栽复合污染条件下农作物对重金属的吸收  52-65
  5.1 引言  52
  5.2 结果与分析  52-62
    5.2.1 薄荷对Pb、Zn、Cu、Cd的吸收特征  53-57
      5.2.1.1 Pb在植物叶片细胞中分布情况  53
      5.2.1.2 Zn在植物叶片细胞中分布情况  53-54
      5.2.1.3 Cu在植物叶片细胞中分布情况  54-55
      5.2.1.4 Cd在植物叶片细胞中分布情况  55
      5.2.1.5 正交设计方差分析  55-57
    5.2.2 蚕豆对Pb、Zn、Cu、Cd的吸收特征  57-62
      5.2.2.1 Pb在植物叶片细胞中分布情况  57-58
      5.2.2.2 Zn在植物叶片细胞中分布情况  58-59
      5.2.2.3 Cu在植物叶片细胞中分布情况  59
      5.2.2.4 Cd在植物叶片细胞中分布情况  59-60
      5.2.2.5 正交设计方差分析  60-62
  5.3 讨论  62-63
  5.4 本章小结  63-65
第六章 盆栽条件下重金属复合污染对农作物生理生化的影响  65-94
  6.1 引言  65-66
  6.2 结果与分析  66-90
    6.2.1 重金属污染对农作物株高的影响  66-69
    6.2.2 重金属污染对农作物叶片光合色素的影响  69-78
      6.2.2.1 莴苣叶片中光合色素含量  69-71
      6.2.2.2 薄荷叶片中光合色素含量  71-73
      6.2.2.3 豌豆叶片中光合色素含量  73-75
      6.2.2.4 蚕豆叶片中光合色素含量  75-78
    6.2.3 重金属污染对农作物叶片CAT活性的影响  78-80
    6.2.4 重金属污染对农作物叶片POD的影响  80-83
    6.2.5 重金属污染对农作物叶片SOD的影响  83-85
    6.2.6 重金属污染对农作物叶片可溶性糖的影响  85-88
    6.2.7 重金属污染对农作物根系活力的影响  88-90
  6.3 讨论  90-91
  6.4 本章小结  91-94
第七章 改良措施对农作物重金属吸收和生理生化的影响  94-113
  7.1 引言  94-95
  7.2 结果与分析  95-110
    7.2.1 改良措施对农作物重金属吸收的影响  95-101
      7.2.1.1 莴苣、薄荷中的Pb  95-96
      7.2.1.2 莴苣、薄荷中的Zn  96-98
      7.2.1.3 莴苣、薄荷中的Cu  98-99
      7.2.1.4 莴苣、薄荷中的Cd  99-101
    7.2.2 改良措施对农作物生理生化的影响  101-110
      7.2.2.1 改良措施对农作物株高的影响  101-102
      7.2.2.2 改良措施对农作物叶片光合色素的影响  102-105
      7.2.2.3 改良措施对农作物叶片CAT的影响  105-106
      7.2.2.4 改良措施对农作物叶片POD的影响  106-107
      7.2.2.5 改良措施对农作物叶片SOD的影响  107-108
      7.2.2.6 改良措施对农作物叶片可溶性糖含量的影响  108-109
      7.2.2.7 改良措施对农作物根系活力的影响  109-110
  7.3 讨论  110-111
  7.4 本章小结  111-113
第八章 改良措施对土壤环境质量的影响和污染区合理耕作模式预估  113-129
  8.1 引言  113
  8.2 结果与分析  113-127
    8.2.1 改良措施对土壤环境质量的影响  113-122
      8.2.1.1 土壤重金属含量的变化  113-120
      8.2.1.2 土壤基本理化性质的变化  120-122
    8.2.2 污染区合理耕作模式预估  122-127
      8.2.2.1 污染区土壤重金属污染现状  122
      8.2.2.2 污染区农作物食品安全现状  122
      8.2.2.3 低吸收农作物筛选  122-124
      8.2.2.4 采用改良措施  124-126
      8.2.2.5 改善农耕条件  126-127
      8.2.2.6 应用展望  127
  8.3 讨论  127-128
  8.4 本章小结  128-129
第九章 结论与建议  129-132
  9.1 结论  129-131
  9.2 建议  131-132
致谢  132-133
参考文献  133-144
附录A 攻读学位期间发表论文目录  144-145
附录B 攻读硕士期间参与的科研项目  145

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 土壤污染及其防治
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