贵池富硒区伴生重金属及其生物效应研究

论文摘要

自然环境中，Se是一个分散性元素，并在土壤环境中的分布并不均匀，因而在世界范围内形成了不同的富硒带与缺硒区。我国是一个缺Se大国，大部分地区土壤缺Se，并且约2/3的人口存在不同程度上的Se摄入不足。在此现状下，进行合理并安全地补硒，对既满足了人体Se需求的同时，又能保护人体生理健康具有重要意义，无疑Se的生物转化是一条良好途径。土壤中经生物转化再通过食物链传递进入人体的Se，是人类获得足硒安全有效的硒源。因此作为拥有难得天然富硒资源的地区，为生物补硒提供了优越的自然资源，并为我国Se的自然形态研究以及开发利用创造了良好条件。土壤Se资源的开发必须注意安全问题，伴随着土壤Se在土壤—生物系统的迁移，重金属也会沿着食物链传递，因而土壤重金属的含量、分布及迁移效率也会对富硒农产品的安全性产生重要影响。由于重金属在土壤中会不断蓄积，且性质稳定又难以降解，能够通过食物链危害作物的产量与品质，最终会对人体健康产生不利影响。因此，在富硒土壤资源的利用上须时刻关注重金属的潜在危害性。安徽省池州市贵池区有着广阔的富硒资源开发前景，开展贵池区富硒资源的研究对提高区域人体Se水平有着重要的意义。但是开发土壤Se资源必须同时综合考虑危害人类健康的重金属的含量及分布，本文通过对土壤环境、生物（水稻）样品中Se和重金属As、Cd、Hg含量特点及分布规律的研究，探讨了研究区内Se及重金属的富集特征，并通过相关性研究分析了Se与重金属之间含量上的内在联系，在此基础上，利用地质累积指数法、内梅罗综合指数法以及尝试性的将二者结合来评价区内重金属的污染现状和污染程度；并利用灰色关联法分析判定重金属与Se的关联程度大小；依据富硒土壤重金属污染特征对根际土和水稻籽实中Se和重金属的含量进行了分析，从而对研究区域内Se和重金属生物利用性和迁移特征作出初步评估，以期为本区富硒资源开发提供基础研究。主要研究结果如下：1、Se与重金属As、Cd、Hg的空间分布特征研究区内富硒土壤含Se量均值达0.589mg/kg，定义为富硒地区，其区域分布主要为秋浦河沿岸地区以及东南部山区丘陵地带，分别发育于第三纪河流冲积物和由基岩风化形成的沉积物，分布广泛。在土壤剖面上，Se的分布特征表现为表聚型。形态分析结果显示：腐殖酸态、强有机态、残渣态Se是最主要的存在形态。土壤重金属中Cd与土壤Se水平空间分布较为一致，土壤质量标准中以Ⅲ类、超Ⅲ类级土壤分布为主；As以Ⅰ、Ⅱ类土壤为主，分别分布在中部、东南部地区和秋浦河以北地区；Hg元素则主要是Ⅰ类土壤广泛分布，其他类别土壤含量极少。土壤剖面上Cd、Hg含量都呈现随土壤深度的增加而减少的特征，而As则相反，且Cd的表层富集趋势较As、Hg明显。2、Se与重金属As、Cd、Hg的生物效应通过对研究区域内水稻及对应根际土的采集分析，足硒水平以上样品占总样品数的52.56%，富硒水平以上的占19.23%，并无缺乏水平样品；水稻籽实中重金属Hg污染程度较小，而Cd总体上生物污染也不显著，但As含量很高，超标样品占总样品的80%。根际土中Se含量大都在中Se限度以上，算数平均值为0.514mg/kg，已达到富硒标准；根际土重金属污染状况继承了表层重金属含量特点，表现为Cd污染性含量超标。植物体内重金属含量与土壤重金属含量有一定关系，同时也取决于植物对重金属的富集能力，生物富集系数的大小顺序为：Cd＞Se＞Hg＞As，表明所采水稻籽实中Cd的富集能力较高。且相关性分析显示Cd—Se之间相互作用较强，伴生现象显著。3、富硒区重金属污染评价基于地质累积指数法、内梅罗综合指数法和地质累积—内梅罗综合指数法的多种评价结果比较，多数土壤样品受到一定程度的重金属协同污染，处于轻度污染范围，三种污染物中Cd的贡献比最高，与Se关联程度也最大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 Se的发现与研究进程
• 1.2 Se的主要生物学意义
• 1.3 我国土壤Se元素区域分布概况
• 1.4 土壤中的Se含量及形态特征
• 1.5 土壤中的重金属
• 1.6 土壤重金属污染评价方法
• 第二章 引言
• 2.1 选题依据
• 2.2 研究目的及意义
• 2.3 研究区自然背景
• 第三章 研究内容与研究方案
• 3.1 研究目标与内容
• 3.2 研究方案与技术路线
• 第四章 研究区表层土壤Se、As、Cd、Hg的含量特点与分布特征
• 4.1 表层土壤Se富集分布特征
• 4.2 表层土壤重金属As、Cd、Hg的含量及分布特征
• 4.3 表层土壤Se与As、Cd、Hg的相关性分析
• 4.4 小结
• 第五章 土壤剖面Se、As、Cd、Hg的富集分布特征
• 5.1 土壤剖面Se垂向分布特征
• 5.2 土壤剖面重金属As、Cd、Hg的垂向分布特征
• 5.3 土壤剖面Se与As、Cd、Hg的相关性分析
• 5.4 小结
• 第六章 土壤环境质量及污染程度评价
• 6.1 单因子指数评价
• 6.2 地质累积指数法评价
• 6.3 内梅罗及其改进后的环境综合指数评价
• 6.4 灰色关联分析法重金属评价
• 6.5 各种评价结果对比
• 6.6 小结
• 第七章 土壤—水稻系统元素迁移特征分析
• 7.1 根际土、水稻元素含量特点
• 7.2 根际—水稻系统重金属含量水平
• 7.3 土壤—水稻系统元素迁移富集特征
• 7.4 小结
• 第八章 主要结论及存在问题
• 8.1 主要结论
• 8.2 存在问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 成果清单