重金属镍污染土壤的生态风险评价

重金属镍污染土壤的生态风险评价

刘艳

【摘要】：镍具有良好的性能，可制不锈钢，抗腐蚀合金，陶瓷制品，电池等等，在石油、汽车、食品加工、模具、印刷、纺织、医疗等工业领域中都得到了很广泛地应用。在我国四川、甘肃、新疆、云南等地均有镍矿分布。镍是生物必需的微量元素之一，也是具有潜在毒性的元素，土壤中微量的镍可以刺激植物生长，过量的镍能阻滞植物生长发育，导致植物生长不良，对植物造成危害，直至死亡。镍可以在植物体内积蓄，当积蓄超出正常含量的植物进入食物链时，就会影响动物乃至人类的健康。镍粉尘通过呼吸道进入人体后可出现肺出血浮肿、脑白质出血、毛细血管壁脂肪变性并发呼吸障碍以及呼吸系统癌症。而裸露矿渣、尾矿不同程度的侵蚀，将进一步污染水体、土壤和空气，破坏生态平衡，形成镍污染严重的生态环境，造成不可挽回的局面。本试验从土壤中重金属镍对植物的毒害和植物对其的抗性比较入手，观测镍对植物幼苗生长状态的影响，借鉴国外土壤重会属毒性生态风险评价方法，初步研究了植物对土壤中重金属镍含量的响应，为我国镍污染区以及其他重金属污染区的水土保持植物措施配置和工程绿化技术的植物种选取选用等提供理论参考依据，有助于更好的提高植物措施成效和工程绿化效果。研究结果表明：(1)从九种植物在不同镍浓度下的生长状态变化得出：潮土中水稻和架豆镍中毒浓度在75mg／kg左右；芹菜、小白菜、大麦、芥菜镍中毒浓度在150mg／kg左右；菠菜、青椒和番茄镍中毒浓度在300mg／kg左右。红壤中芹菜、小白菜、架豆和番茄镍中毒浓度在12.5mg／kg左右；菠菜镍中毒浓度应在25mg／kg左右；水稻、大麦、芥菜和青椒镍中毒浓度在50mg／kg左右。 (2)潮土和红壤不同浓度镍处理后均影响了西芹，小白菜，水稻，菠菜，大麦，芥菜，架豆，番茄，青椒九种植物种子的萌发率。土壤中低浓度(潮土150mg／kg，红壤12.5mg／kg)的镍对不同植物的种子萌发率影响较小，萌发率均在80％以上，随着土壤中镍浓度的增加，种子萌发率逐渐降低；种子萌发后，根的生长也不同程度的受到了抑制，外观表现为幼苗生长的延缓或停滞，土壤中镍浓度越大，作用越明显，抑制效应越强。九种植物对重会属镍毒害作用均表现出一定的耐性。通过九种植物萌发率和生长状况的比较，大麦种子萌发最好，耐性更强，后期生长随镍浓度的增加表现出不同的生长状况，连续性好，能很好的反应出镍对植物的毒害效应，因此大麦作为检测重金属镍毒害毒性效应的进一步试验—根伸长试验的指示植物是适宜的。(3)重金属镍对不同土壤不同植物的抑制浓度(EC1 0、EC50、EC90)各不相同，种间差异较大。EC50变化差异远小于EC10变化差异，红壤的EC10值在6.45-52.8mg／kg之间，EC50值在11-71.8mg／kg之间；潮土的EC10值在8.97-362mg／kg之间，EC50值在6 9-362mg／kg之间。重金属镍对不同土壤不同植物的半抑制浓度EC50与从形态变化推断出的植物镍中毒浓度非常接近，表明EC50能很好的预测镍污染土壤中导致植物镍中毒的镍浓度。(4)除水稻外，红壤上生长的所有植物生长状态都不是很好，说明土壤性质本身就对植物生长有一定的影响。而且，除水稻外，红壤上生长的所有植物的EC10和EC50均小于潮土，即山东潮土上生长的植物镍中毒浓度高于湖南红壤，说明山东潮土对重金属镍的毒害缓释作用强于湖南红壤，重金属镍对植物生长的生态毒性效应受土壤的某些理化性质影响。潮土上生长的架豆是最敏感的植物种类，EC50为69mg／kg。番茄是抗性最强的植物种类，EC50为362mg／kg。红壤上生长的小白菜和番茄是最敏感的植物种类，EC50分别为11mg／kg和11.2mg ／kg，水稻是抗性最强的植物种类，EC50为71.8mg／kg。(5)潮土、水稻土、红壤等3种土壤根伸长抑制率与镍浓度均呈显著线性相关关系，根伸长抑制率与镍浓度呈对数相关，相关系数在0.97以上。大麦在3

种土壤中对镍毒性的敏感程度不同，不同的土壤处理方法大麦受害毒性阈值浓度差异也不同。镍毒性是酸性红壤土最强，石灰性潮土最弱。同一浓度下，两种土壤处理方法镍毒性均是湖南＞浙江＞山东，即同一浓度下，随着pH的增大，大麦根伸长抑制率减小，镍毒性减小。通过此研究，除了可以了解和借鉴国外土壤重金属毒性和生态风险评价研究的方法外，其结果也为我国镍污染区以及其他重金属污染区土壤研究和植被恢复中选用植物种提供理论方法依据。

【关键词】：镍土壤植物毒性风险评估

【学位授予单位】：北京林业大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2007

【分类号】：X825

【目录】：

摘要3-5

ABSTRACT5-9

引言9-10

1 文献综述10-18

1.1 土壤重金属污染10-12

1.1.1 污染类型10

1.1.2 污染方式10-11

1.1.3 污染的化学机理11

1.1.4 重金属对植物的影响和危害11-12

1.2 土壤中镍污染12-14

1.2.1 自然土壤中镍的特性12-13

1.2.2 镍对植物的影响13-14

1.2.3 植物镍吸收14

1.3 重金属污染土壤的生物修复14-18

1.3.1 植物修复法15

1.3.2 微生物修复法15-18

2 研究方案18-21

2.1 研究内容18

2.2 研究目标18

2.3 技术路线及研究方法18-21

3 植物对土壤重金属镍的毒害和抗性比较研究21-31

3.1 试验材料21-22

3.1.1 供试材料21

3.1.2 仪器试剂21-22

3.1.2.1 仪器21

3.1.2.2 试剂配置21-22

3.1.3 土壤基本性状22

3.2 试验方法