菜园土壤中汞形态及其活性的研究

论文摘要

随着工农业以及城市化的快速发展，菜园土壤及蔬菜中越来越严重的汞污染引起了人们的关注。土壤中的汞以多种化学形态赋存，不同形态的汞具有不同的生物活性，并对蔬菜等植物产生不同的生物学效应。因此，准确测定菜园土壤和蔬菜中汞含量，提取和测量土壤中汞的存在形态并评价其活性，对控制蔬菜的汞污染、提高蔬菜的食用安全性具有很重要的意义。本学位论文建立了菜园土壤及蔬菜中汞的同位素稀释电感耦合等离子体质谱（ID-ICP-MS）测定方法；采用改进的Tessier连续提取法对土壤中汞形态进行提取与分析，应用同位素标记法研究菜园土壤中汞形态及其生物活性。本学位论文分为四部分：第1章，较详细综述了汞污染的危害，菜园土壤汞的污染状况，土壤中汞含量和形态的研究方法，以及土壤中汞生物有效性的研究方法。第2章，建立了菜园土壤中微量汞的ID-ICP-MS测定方法。考察了仪器参数及测量条件对汞同位素比值RHg(202Hg/200Hg)测量的影响，根据同位素比值测量误差的传递因子优化了富集同位素稀释剂(202Hg>98%)的加入量，并以铊同位素比值(205Tl/203Tl)校正了RHg(202Hg/200Hg)测量时发生的质量歧视效应。利用所建立的ID-ICP-MS方法测定了杨树叶（GBW07604）和湖积物（GBW07423）两种标准参考物中汞的含量，回收率分别为112%和100%。结果表明：ID-ICP-MS具有准确度高、精密度好等优点，且样品前处理简便，可用于土壤及蔬菜等样品中微量及痕量汞的准确测量。第3章，研究了菜园土壤中汞的形态及其活性。通过盆栽试验及改进的Tessier连续提取法，研究在不同盆栽阶段蔬菜根系土壤中各形态汞的变化，以评价土壤中汞形态的生物活性。结果表明：土壤中不同形态的汞含量之和明显低于直接消解的总汞；土壤中汞的形态主要以残渣态形态存在，而一般认为具有生物活性的水溶态和交换态仅占总量的0.28%-1.55%。在蔬菜盆栽过程中，残渣态汞的含量基本不变，说明该形态很稳定，不易被蔬菜利用；水溶态汞含量显著增加，说明该形态活性很强，易被蔬菜利用；而胡敏酸结合态汞含量显著减少，说明该形态具有较大的活性和潜在的生物可利用性；其余形态的汞含量呈现一定程度的减少，说明这些形态也具有一定的生物可利用性，但土壤中这些形态的含量较少，对蔬菜吸收土壤汞的贡献总体不大。第4章，利用同位素标记方法研究菜园土壤中汞形态及其活性。通过在土壤中加入一定量的富集202Hg对土壤中的汞形态进行标记，并进行盆栽试验，利用改进的Tessier连续提取法研究不同盆栽阶段根系土壤中汞形态，并评价其生物活性。结果表明：在蔬菜盆栽过程中，残渣态的比值RHg(202Hg/200Hg)基本不变，说明该形态稳定性强、不易向其它形态转化；水溶态和交换态的RHg(202Hg/200Hg)显著降低，比值减少了40.1%-75.7%，说明这两个形态具有很强的活性和生物可利用性；而黄腐酸结合态和胡敏酸结合态的RHg(202Hg/200Hg)分别发生显著的增加和显著的减少，说明这两个形态也具有较大的活性或具有较大的潜在的生物可利用性；其余形态的RHg(202Hg/200Hg)也有一定幅度变化，但这些形态的含量低，因此，可以推断土壤中这些形态汞对蔬菜吸收土壤汞的贡献较少。从第3章和第4章的研究结果可看出，同位素标记法和原子荧光定量法对土壤中水溶态汞、黄腐酸结合态汞和铁锰氧化物结合态汞的研究结果存在差异。其原因可能是：由于土壤中这三个汞形态的含量很低，在定量这三个汞形态的过程易产生较大的误差；而用同位素标记法，在形态含量较低的情况下仍然可以获得同位素比值的准确信息，因此，用同位素标记法可获得更加可靠和准确的信息，可以较客观地反映各形态汞在盆栽过程的生物活性。综上所述，稳定同位素标记法能够快速、直观和准确地研究土壤中汞形态及其活性。通过对土壤中汞形态及其活性的研究，为进一步治理和控制蔬菜的汞污染提供了科学的实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 汞污染及其危害
• 1.2 菜园土壤中汞的污染及其来源
• 1.2.1 菜园土壤中汞的污染
• 1.2.2 菜园土壤中汞的污染来源
• 1.3 常见蔬菜中汞的污染
• 1.4 样品中微量汞的测定方法
• 1.4.1 样品的消解方法
• 1.4.2 微量汞的测量方法
• 1.5 土壤中汞形态及其生物有效性的研究方法
• 1.5.1 土壤中汞形态
• 1.5.2 土壤中生物有效性汞
• 1.6 论文选题依据和本研究的主要内容
• 1.6.1 选题依据
• 1.6.2 本论文研究的主要内容
• 第2章 菜园土壤及蔬菜中微量汞的同位素稀释测量方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验部分
• 2.2.1 仪器
• 2.2.2 试剂
• 2.2.3 同位素稀释法（ID）计算公式
• 2.2.4 样品预处理方法
• 2.2.5 测定方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 质谱干扰
• 202Hg)加入量的优化'>2.3.2 同位素稀释剂(²⁰²Hg)加入量的优化
• 202Hg 试剂质量浓度的标定'>2.3.3 汞富集同位素²⁰²Hg 试剂质量浓度的标定
• 2.3.4 方法的检出限
• 2.3.5 方法的回收率
• 2.3.6 ID-ICP-MS 与 AFS 方法的比较
• 2.3.7 蔬菜样品中微量汞的 ID-ICP-MS 测定结果
• 2.3.8 土壤样品中汞的 ID-ICP-MS 测定结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 菜园土壤中汞形态及活性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 仪器
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 供试土壤
• 3.2.4 蔬菜盆栽实验
• 3.2.5 土壤中汞形态提取与测定
• 3.2.6 土壤和蔬菜中汞含量的测定
• 3.2.7 数据处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单一试剂萃取土壤中活性汞的结果
• 3.3.2 土壤中汞形态的分布特征
• 3.3.3 外源汞在土壤中的形态分布
• 3.3.4 蔬菜盆栽过程中土壤汞形态的变化
• 3.3.5 蔬菜生物量及汞的吸收情况
• 3.4 本章小结
• 第4章 菜园土壤中汞形态及其生物活性的同位素标记研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 仪器
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 供试土壤
• 4.2.4 蔬菜盆栽试验
• 4.2.5 土壤中汞形态的提取
• 202Hg/²⁰⁰Hg)的测定'>4.2.6 土壤中不同形态汞及蔬菜 RHg(²⁰²Hg/²⁰⁰Hg)的测定
• 4.2.7 数据处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 土壤中汞形态分布的同位素标记研究
• 4.3.2 盆栽过程中土壤各形态汞标记同位素的变化特征
• 4.3.3 蔬菜吸收土壤中汞的同位素标记研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 菜园土壤及蔬菜中微量汞的同位素稀释测量方法
• 5.1.2 菜园土壤中汞形态及活性的研究
• 5.1.3 土壤中汞形态及其生物活性的同位素标记研究
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文