【摘要】：我國土壤環(huán)境質量標準(GB 15618-1995)已經(jīng)實施20多年,標準的制定采用生態(tài)環(huán)境效應法,對土壤-植物體系而言,主要基于80、90年代的短期盆栽試驗和田間調查等,隨著時間的發(fā)展逐漸顯現(xiàn)出一些不足來(主要問題:年代久、樣點少),總體來說,我國關于特定場地、位點的土壤環(huán)境基準值的研究較多,但針對大面積農(nóng)田土壤的研究并不多。本文旨在通過重金屬鎘、鉛對小麥的毒性試驗,研究我國8個小麥品種對不同濃度重金屬的富集系數(shù),不同土壤類型上小麥各部位對重金屬的轉運,影響籽粒富集重金屬的主要土壤因子以及與富集系數(shù)的量化關系,可根據(jù)生態(tài)環(huán)境效應法推導保護各個小麥品種的土壤重金屬臨界閾值。另外利用物種敏感性分布法,結合各小麥品種籽粒的重金屬富集系數(shù)及預測模型,建立基于土壤理化性質參數(shù)的鎘、鉛的土壤閾值模型,為小麥食品安全及我國鎘、鉛的土壤環(huán)境質量基準及標準的制定提供參考依據(jù)。1.供試小麥品種篩選:兩種代表性土壤(酸、堿)、全國8個小麥主栽品種、盆栽。(1)首先通過研究重金屬對我國小麥產(chǎn)區(qū)8個主要品種的影響試驗,獲得了各品種籽粒對鎘、鉛的富集系數(shù)及敏感性程度,結果表明無論小麥種植在酸性紅壤還是堿性X土上,同一土壤上不同品種對重金屬的富集能力差異較大,8個品種籽粒鎘、鉛的富集系數(shù)相差大約2、2.4倍,綜合兩種土壤上8個品種的研究結果發(fā)現(xiàn)陜西小麥品種小偃22對鎘、鉛中度敏感。2.生態(tài)環(huán)境效應法推導各小麥品種的土壤環(huán)境閾值:小麥籽粒重金屬毒性預測模型的推導、種間外推法(1)采集全國多個省份小麥產(chǎn)區(qū)的農(nóng)田土壤(鎘、鉛分別為15、17種)種植小麥品種小偃22,通過添加外源鎘、鉛的方式進行盆栽試驗,基于不同的富集系數(shù)計算方法(全量法、外源法),建立小麥籽粒重金屬的富集系數(shù)與土壤理化性質的多元回歸方程,結果表明土壤性質對小麥籽粒富集重金屬影響較大,pH和有機碳(OC)含量是影響小麥籽粒富集鎘、鉛的主要因素,pH可以解釋鎘富集系數(shù)變異的61.7%-79.6%,而pH和OC兩因子能解釋鉛富集系數(shù)變異的66%-80%。(2)采用種間外推的理論,將小偃22的籽粒重金屬富集系數(shù)預測模型外推至其他7個品種,證明了小麥重金屬毒性預測模型外推的可行性,以此獲得其他品種的毒性預測模型,對兩種土壤(紅壤、X土)上各品種籽粒金屬富集系數(shù)預測效果良好,大體徘徊在實測富集系數(shù)的2倍變化范圍內,外源法的預測效果整體略微優(yōu)于全量法。依據(jù)生態(tài)環(huán)境效應法將小麥的重金屬國家食品限量標準代入方程,反推出保護各個品種的土壤重金屬閾值,方法較為靈活。3.生態(tài)風險評估法推導小麥的土壤環(huán)境安全閾值:富集系數(shù)歸一化、選擇合適的累積概率分布函數(shù)、土壤重金屬閾值方程推導(1)基于各個品種籽粒重金屬富集系數(shù)預測方程,將紅壤、X土上8個品種籽粒的鎘、鉛富集系數(shù)歸一化至各標準土壤情景中(pH和OC),結果表明歸一化后各品種富集系數(shù)的種內變異程度顯著降低,與鎘、鉛處理(低、高濃度)8個品種毒性數(shù)據(jù)未歸一化前相比,種內變異分別減小了5.13-7.9,2.39-2.96倍(綜合全量法、外源法),說明歸一化處理可以減小土壤性質的影響,應用物種敏感性分布法前對毒理學數(shù)據(jù)的歸一化處理可解決因數(shù)據(jù)來自不同試驗條件而對計算土壤閾值帶來的影響。(2)比較不同累積概率分布函數(shù)(BurrⅢ、Log-normal、Log-logistic、Gamma)擬合8個品種鎘、鉛土壤臨界值的精確度,結果表明無論在酸性、中性、堿性土壤上,BurrⅢ函數(shù)擬合優(yōu)度均為最佳(綜合全量法、外源法)。對鎘處理而言,低累積概率下各函數(shù)擬合效果整體接近,尤其Log-normal、Log-logistic計算結果幾乎完全相同,BurrⅢ函數(shù)計算結果居中;對鉛處理而言,低累積概率下4種函數(shù)擬合結果偏差稍大,BurrⅢ函數(shù)計算結果較為寬松。(3)基于小麥籽粒重金屬富集系數(shù)的毒性預測模型,利用BurrⅢ構建不同標準土壤情景下中國8個小麥品種鎘、鉛土壤閾值的物種敏感性曲線,最終建立基于生態(tài)風險概率分布的土壤鎘、鉛閾值模型,結果表明不同重金屬污染濃度下各模型計算土壤閾值與國家土壤環(huán)境質量二級標準總體接近,制定鎘、鉛土壤環(huán)境質量基準時外源法略微優(yōu)于全量法,計算結果稍大于全量法�；谕寥酪蜃又贫ǖ倪B續(xù)閾值方程較現(xiàn)行的根據(jù)土壤酸堿性分段制定的標準更科學,可以為我國種植小麥的土壤重金屬污染標準的制定提供理論依據(jù)。
【圖文】：

擬合（圖 3.5）建立關于保護小麥的土壤 CpH4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5ogLC5H-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0Ay= 0.2x -1.766R2= 1Cy = 0.189x1+0.901x2 -2.6132

4.50.60.8LogOC4.50.6LogOC圖 5.5 不同標準土壤 Pb 閾值與理化性質的關系. 5.5 Relationship between the Pb threshold of different standared soil scenarios andphysicochemical properties表 5.2 基于保護小麥的土壤 Pb 安全閾值的建議
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X53
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本文編號：2608932