洛克沙胂在土壤中的环境行为研究

论文摘要

洛克沙胂（Roxarsone,ROX）是一种含砷的畜禽饲料添加剂,因其具有抗菌、促生长和提高饲料转化率等作用,在我国广泛应用。ROX进入动物体内后,大多会以原形态随粪便排出。ROX作为有机砷形态,了解其在土壤环境中的转化和移动性,对了解ROX的生物毒性和对土壤环境的潜在危险具有重要意义。本文从野外田间调查、室内吸附动力学和土柱淋洗等三个方面研究了ROX的污染现状及其在我国3种典型土壤（山东褐土、湖北灰潮土、江西红壤）中的环境行为。主要研究结果如下：1.通过对武汉市典型设施菜地土壤砷污染情况进行调查,结果表明,设施菜地土壤受到了不同程度的砷污染。设施菜地土壤砷含量平均值为16.39 mg·kg-1,略超出武汉市土壤砷背景值（15.00mg·kg-1。砷污染分布的特点是越靠近市区的设施菜地,土壤砷含量越高。不同利用类型土壤剖面中砷含量变化趋势不同,超过施用粪肥五年以上历史的江夏和黄陂土壤剖面中,60～80cm深度处的砷含量是表层土壤（0～20cm）的1.76倍和2.25倍,而其他土壤剖面中60～80cm深度处砷含量最高为0～20cm的78.1%。2.采用单因子污染评价和内梅罗污染指数方法分析方法评估了武汉市居民健康风险,结果表明,武汉市本地蔬菜砷污染处于清洁水平,蔬菜砷含量37.21μg·kg-1没有超过无公害蔬菜砷含量要求（0.5mg·kg-1）。外地蔬菜和本地蔬菜砷含量没有显著性差异。根据蔬菜对砷的富集系数不同,应用聚类法将检测蔬菜分为三个不同的富砷类型：高富集砷组（韭菜、油菜、菜薹和萝卜）；中富集砷组（辣椒、黄瓜、大白菜、菠菜和大葱）；低富集砷组（丝瓜、茄子、苦瓜、豇豆、番茄、冬瓜、瓠瓜、小白菜、芹菜、甘蓝、苋菜）。3.在室内条件下,采用批处理研究,揭示了不同土壤理化性质条件下,ROX在土壤中的吸附特点。结果表明,不同土壤对ROX的吸附能力不同,江西红壤中ROX添加浓度为50mg.kg-1,1h即达到吸附饱和水平；而湖北灰潮土和山东褐土ROX添加浓度为1 mg·kg-1,48h才达到吸附平衡。不同粒径土壤对ROX吸附能力顺序是（<2μm）>（2～50μm）>（>50μm）；在3<pH<11范围内,三种供试土壤对ROX的吸附能力均随pH的升高而降低；去除土壤有机质（OM）有利于对ROX的吸附；外加磷源将会和ROX竞争在土壤上的吸附位点,从而降低ROX的吸附量。4.采用模拟土柱试验,模拟在人工降雨条件下,ROX在土壤剖面中的分布及降解情况。结果表明：在7d淋洗周期内,检测到灰潮土和褐土的穿透曲线（Breakthrough Curve, BTC）,灰潮土浓度峰值在28h左右出现,为9.36mg·L-1；褐土浓度峰值在43h左右出现,为1.15 mg·L-1；红壤土柱中没有ROX淋洗出,说明土壤对ROX的吸附解吸能力直接影响ROX在土壤中的迁移。三种类型土柱淋洗过程中均检测到三价砷（As（Ⅲ））和五价砷（As（V）））的存在。灰潮土土柱中,在87h左右检测到As（Ⅲ）和As（V）,褐土土柱中,分别在68h和81h左右检测到As（Ⅲ）和As（V）,红壤土柱淋溶液在35h左右检测到As（Ⅲ）。5.淋洗结束后,检测土壤柱剖面中ROX及降解产物的分布,发现不同土壤类型及不同深度ROX及降解产物分布不同。灰潮土土柱中ROX浓度随深度的增加而增加；褐土和红壤中ROX浓度均随深度增加而降低。三种类型土柱中均检测到As（Ⅴ）、As（Ⅲ）和二甲基胂（DMA）。灰潮土和褐土两种土柱中As（V）浓度随深度增加先升高后降低；As（Ⅲ）浓度随深度的增加而增加。灰潮土在20～30cm段检测到DMA,褐土在15-30cm段检测到DMA。红壤中,As（V）主要集中在0～5cm处,是25-30cm处浓度的2.70倍。红壤中As（Ⅲ）浓度变化趋势和另两种土壤相似,浓度随深度先升高后降低,在15-30cm土壤段检测到DMA。6.对剖面土壤砷形态分级分析可知,ROX淋洗后,显著增加土壤柱中铁锰氧化物结合态和残留态砷,褐土土柱中交换态含量上升,和对照相比有显著性差异,说明ROX经土柱淋洗后可能会提高土壤中砷的有效态含量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 土壤中的砷的来源及其环境危害
• 1.1 土壤中砷的来源
• 1.1.1 大气沉降
• 1.1.2 污水和污泥
• 1.1.3 兽药、农药和化肥
• 1.2 土壤中砷的存在形式及影响因素
• 1.2.1 土壤中砷的主要存在形式
• 1.2.2 土壤环境对砷存在形式的影响
• 1.3 砷对土壤环境的危害
• 1.3.1 砷对农作物的危害
• 1.3.2 砷对土壤微生物的危害
• 1.3.3 砷对水环境的潜在危险
• 2 洛克沙胂在土壤中的环境行为
• 2.1 ROX的生态毒性
• 2.2 ROX在土壤中的迁移转化
• 2.2.1 ROX在土壤中的吸附
• 2.2.2 ROX在土壤中的降解转化
• 2.3 ROX的检测方法
• 第二章 研究背景、研究内容与意义
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究内容和技术路线
• 第三章 武汉市典型设施菜地土壤和蔬菜砷污染调查及居民健康风险评价
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 样品采集及处理
• 2.1.1 土壤样品采集与预处理方法
• 2.1.2 蔬菜样品采集与处理
• 2.2 化学分析方法
• 2.3 评价方法
• 2.3.1 设施菜地土壤砷污染评价
• 2.3.2 设施菜地蔬菜砷污染评价方法
• 2.3.3 居民健康风险评价
• 2.4 数据处理及统计分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 表层土壤中砷含量分布及污染评价
• 3.2 剖面土壤中砷含量分布
• 3.3 武汉市设施菜地蔬菜砷污染评价
• 3.4 居民健康风险评价
• 4 讨论
• 5 小结
• 第四章 不同土壤理化性质对洛克沙胂（ROX）吸附的影响
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 材料
• 2.2 ROX在土壤中的吸附和解吸实验
• 2.3 土壤粒径、土壤有机质、磷含量和溶液pH对ROX吸附的影响实验
• 2.4 化学分析方法
• 2.5 数据统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 ROX在土壤中吸附动力学
• 3.2 土壤吸附ROX的解吸动力学
• 3.3 ROX土壤上的等温吸附
• 3.4 土壤粒径对ROX在土壤中吸附的影响
• 3.5 pH对土壤吸附ROX的影响
• 3.6 土壤中有机质对ROX等温吸附的影响
• 3.7 外加磷源对ROX吸附的影响
• 4. 讨论
• 5. 结论
• 第五章 洛克沙胂（ROX）在土柱中淋溶、分布和降解研究
• 1. 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 土柱的制备
• 2.2.2 土柱淋溶试验
• 2.3 化学测定项目及分析方法
• 2.3.1 ROX及降解产物分析方法
• 2.3.1.1 As（Ⅲ）、DMA、MMA和As（Ⅴ）的LC-HG-AFS检测方法
• 2.3.1.2 LC-HG-AFS标准曲线和线性范围
• 2.3.1.3 As（Ⅲ）、DMA、MMA和As（Ⅴ）土壤回收率
• 2.3.2 土柱剖面中砷形态化学分级测定
• 2.4 数据统计分析方法
• 3. 结果与分析
• 3.1 ROX在土柱中的淋溶曲线
• 3.3 降解产物在土柱中的淋溶曲线
• 3.4 ROX在土柱中的分布
• 3.5 降解产物在土柱中的分布
• 3.6 土柱剖面中砷形态分级
• 4. 讨论
• 5. 结论
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 实验总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢