马拉维某地和苏州不同功能区土壤重金属的空间分布比较开题报告

1．研究的背景、目的及意义

研究背景：

在我国，随着工业化、现代化、城镇化的步伐不断加快，环境污染问题一日趋严重，尤其是土壤污染问题更尤为突出，严重影响了农产品的质量安全和人们的身体健康。人们已经越来越重视土壤重金属污染，但是对受到人类活动强烈影响的不同功能区内的重金属污染研究还比较少。在“十三五”规划的总体要求之一就是以改善土壤环境质量为核心，形成政府主导、企业担责、公众参与、社会监督的土壤污染防治体系。

土壤作为环境的重要组成部分，会受到来自工业、农业和生活所排放的含有重金属的废水、化肥、农药以及大气降尘等的污染。而位于非洲中部偏南的马拉维共和国，以种植业为主，土壤情况理应更受关注，但对于马拉维土壤中的重金属的监测却只有为数不多的对烟草、茶叶中重金属含量检测的论文。作为人类赖以生存的正常生产和生活的基础，作为马拉维共和国经济发展的重要基础，土壤环境中的重金属元素含量尤为重要。随着人们环保意识的不断增强，土壤环境问题越来越受到大家的重视，尤其是各个功能区内的土壤重金属污染。

在发展经济的过程中，将各种产业所需要的的资源都集中起来，以便于企业的日常生产，一些化工、造纸、电子、化肥以及运输企业在生产过程中产生的废水、废渣等会进入土壤中，废气中的重金属也会逐渐经过沉降进入到土壤中。长此以往，土壤性质发生变化，土壤环境恶化。

土壤样品的前处理方法有很多，有消解法（如湿法消解、微波消解、全自动消解等）、干灰化法、熔融法等。湿法消解也称酸消解法，主要是指用不同酸或混合酸与过氧化氢或其他氧化剂的混合液，在加热状态下将含有大量有机物的样品中的待测组分转化为可测定形态的方法，它在目前实验室工作中占大多数。干灰化法又称燃烧法或高温分解法，有机样品常采用干法灰化分解，这样制备的试液空白值较低，对微量元素的分析有分析有重要意义。熔融法也可以称为碱消解法，熔融法是在熔剂熔融的高温状态下分解样品，通过复分解反应使被测组分转化为能溶于水或酸的形式，再用水或酸浸取，使其进入溶液。国外许多文献对土壤样品的前处理是采用王水消解法，而我国国家标准多采用混酸完全消解的方法。这些方法各有优缺点，不同的前处理方法直接影响着测定结果的准确性。近年来，微波消解由于其简捷、快速及受基体干扰小而得到广泛应用。

运用ICP-AES测定土壤样品中的铜、锌、镍、铅、铬、镉等重金属时，具有较高的灵敏度、精密度和准确度，测定结果准确可靠，分析过程中的实验条件易于控制，能同时测定多重金属，能够满足土壤分析的要求。缺点是易受干扰，对试剂的纯度要求很高。运用原子吸收分光光度法测定土壤中的重金属含量时，设备简单，易于操作，检测结果的精密度和准确度都能满足要求，得到很好的结果缺点是耗时较多，需要对各个金属分批次进行测定。

土壤重金属污染途径按空间分布方式可划分为点源、线源、面源３种污染方式，目前土壤重金属迁移研究多集中在垂直方向上，该迁移过程主要由人类耕作翻土、灌溉、重力作用下水的淋溶等导致。对于在水平方向上的迁移规律研究较少，目前仅限于受河流侧向压力导致的重金属水平迁移，而在土层表面的迁移规律研究则未见报道。

在单个城市内，土壤重金属的研究主要按照功能区进行比较，城市内不同功能区的土壤重金属含量差异较大。如卓文珊等对广州城区土壤重金属空间分布特征的研究发现土壤重金属综合污染指数的大小次序为老工业区交通区新居住区新开发区商业区老居住区公园；王济等对贵阳市研究表明城区土壤重金属差异较大，不同功能区潜在生态危害程度顺序为工业区公园交通区郊区耕种居民区；姚德等对青岛研究结果表明各种重金属元素含量的分布趋势是西南部及南部沿海较高，中部次之，东部则基本在背景值范围内。

研究目的：

为了实现经济与环境协调可持续性发展，本论文以苏州以高新区和马拉维部分地区为研究范围，研究其不同功能区内土壤中Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、Ni、Mn等重金属的含量以及分布状况。研究人类活动对土壤环境的影响，根据研究结果提出对未来健康可持续发展的一些有益建议。

研究意义：

土壤重金属污染是全世界面临的一个重要环境问题。故有必要对土壤中主要重金属元素(锌、铜、铅和镉等)的状况进行研究，为环境质量现状评价和探究改良土壤提供依据。因此，土壤中的重金属离子的检测手段已成为现代分析化学特别是环境分析化学领域的一个热门研究方向，这对重金属污染土壤的治理和修复有着重大的现实意义。同时，土壤重金属检测是一项长期的工作，对不同的离子检测方法进行比较与总结，以期为研制出灵敏度更高、准确度更好、速度更快的检测方法提供参考。

2．主要研究内容和预期目标

不同地区的土壤有不同的土壤消解方式，方式不同，得到的准确度相差很大，因而土壤的消解方式的优化尤为必要。本研究拟选择5种不同类型的土壤消解方式作为前处理方式，其中三种来自中国，另外两种来自马拉维共和国。消解完成后测定其中7种重金属（Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、Ni、Mn）的浓度，进而分析对比两个国家不同功能区中不同重金属的分布规律。

本论文主要研究内容：

1、分别采集马拉维和苏州高新区各个功能区的土样20个，测定其中重金属的含量

2、根据实验的测定结果，比较分析不同功能区内不同重金属的分布规律。

本研究的预期目标：

1、选定不同国家不同地区土壤消解的最佳方法；

2、了解不同功能区内不同重金属的分布规律并由GIS绘图；

3、评价研究区内土壤环境质量状况；分析总结不同功能区内重金属的分布规律，提出较为合理的建设意见。

3．拟采用的研究方法、步骤

本论文研究主要是利用火焰原子吸收光谱法测定不同功能区内7种重金属的浓度（Cu、Pb、Cr、Cd、Zn、Ni、Mn）具体的研究步骤由以下几点构成：

1、土样的采集：

从不同的功能区（工业区、商业区、居住区、市政与公共服务区、工业区

风景游览区与城市绿地、特殊功能区等。）采集土样，采样地点另附图详细表示。土样采集过程中分别取上中下三层，更加准确。

2、土样前处理：

①将采集来的土样散开放在滤纸上自然风干，这个过程大约需要十天左右的时间。随后将干泥研磨并过120目筛，放入自封袋中待用。

②消解：

湿法消解：准备马拉维和苏州高新区各两份，每份称取土样0.200g的土样各五个，贴上标签，分别为“Method1”“Method2”“Method3”“Method4”“Method5”，并将其置于聚四氟乙烯杯，加入少量的蒸馏水润湿。

Method1：在杯中加入5ml浓硝酸，把杯子放在通风橱中的加热板上低温100℃加热。当杯中的液体蒸发至只剩约2-3ml时，取下稍微冷却，再加入5ml高氯酸，3ml氢氟酸，中温加热。当杯中冒白烟时加盖，继续加热使黑色有机物分解，当液体快要蒸干的时候若杯中有机物还未消解完（溶液不澄清，有杂质），则继续重复上述加酸步骤即添加5ml高氯酸，3ml氢氟酸，中温加热直到杯中的有机物完全消解，溶液澄清透明为止。

Method2：在杯中加入15ml浓盐酸和5ml浓硝酸即20ml王水，把杯子放在通风橱中的加热板上低温100℃加热。当杯中的液体蒸发至只剩约2-3ml时，取下稍微冷却，再加入3ml氢氟酸，中温加热。当杯中冒白烟时加盖，继续加热使黑色有机物分解，当液体快要蒸干的时候若杯中有机物还未消解完（溶液不澄清，有杂质），则继续重复上述加酸步骤即添加3ml氢氟酸，中温加热直到杯中的有机物完全消解，溶液澄清透明为止。

Method3：在杯中加入15ml浓硝酸，把杯子放在通风橱中的加热板上低温100℃加热。当杯中的液体蒸发至只剩约2-3ml时，取下稍微冷却，再加入5ml双氧水，中温加热。当杯中冒白烟时加盖，继续加热使黑色有机物分解，当液体快要蒸干的时候若杯中有机物还未消解完（溶液不澄清，有杂质），则添加3ml氢氟酸，中温加热直到杯中的有机物完全消解，溶液澄清透明为止。

Method4：在杯中加入2ml高氯酸和12ml氢氟酸，把杯子放在通风橱中的加热板上低温100℃加热。当杯中的液体蒸发至只剩约2-3ml时，取下稍微冷却，再加入8ml氢氟酸，中温加热。当杯中冒白烟时加盖，继续加热使黑色有机物分解，当液体快要蒸干的时候若杯中有机物还未消解完（溶液不澄清，有杂质），则添加2ml高氯酸，5ml纯水，中温加热直到杯中的有机物完全消解，溶液澄清透明为止。

Method5：在杯中加入12ml浓硫酸、5ml浓硝酸和1.5ml纯水，把杯子放在通风橱中的加热板上低温100℃加热。当杯中的液体蒸发至只剩约2-3ml时，取下稍微冷却，再加入3ml浓硝酸，中温加热。当杯中冒白烟时加盖，继续加热使黑色有机物分解，当液体快要蒸干的时候若杯中有机物还未消解完（溶液不澄清，有杂质），则继续重复上述加酸步骤即添加3ml浓硝酸，中温加热直到杯中的有机物完全消解，溶液澄清透明为止。

最后，将杯子分别取下冷却，用1:8的稀硝酸将消解液过滤定容到50ml的比色管中，待测。（由测定结果取的最优方法，之后试验进行过程中仅需要使用最优方案即可）

3、测定：

（1）含水率的测定

称取5.0g样品于表面皿或小烧杯中，置于保温箱中105℃恒温烘干2个小时后，取出测重，再次烘干两个小时直至恒重。烘干前后差值即为含水量，差值的百分比即为含水率。

（2）样品中重金属含量测定

重金属贮备液配置：

称取0.5g的重金属，放在烧杯中加入0.5%的稀硝酸溶解，如果不能完全溶解可以在加热板上加速溶解，完全溶解后用0.5%的稀硝酸定容至500ml的容量瓶中。重金属标准贮备液的浓度为1000ppm，即1000μg/ml。

标准曲线：

取5个50ml的比色管，分别在其中加入0、5、10、25、50、100μL的标准贮备液，用蒸馏水定容至50ml，定容后各比色管中Cu、Cr、Pb、Ni、Zn的浓度分别为0、0.1、0.2、0.5、1、2μg/ml，Cd浓度分别为0、0.05、0.1、0.25、0.5、1μg/ml，Mn浓度分别为0、0.2、0.4、1、2.5、5μg/ml。用火焰原子吸收法测出其吸光度并拟合出浓度与吸光度的关系曲线，从而得到浓度和吸光度值的线性回归方程。

样品中重金属含量测定：

样品同时做三组平行样，一个空白样，在同样的条件下消解定容测定。（1）将消解并定容的未知样通过ICP-AES测定其特征光谱的强度，得出其浓度值。（2）将消解并定容的未知样通过火焰原子吸收光度计测定其吸光度值，并带入对应的标准曲线得到其浓度值C，根据计算公式算出土样中的重金属含量。

土壤重金属含量计算公式：

X————样品中的重金属含量，mg/kg

C————样品定容后的重金属浓度，μg/ml

C₀————空白样中的重金属浓度，μg/ml

V————样品定容的体积，50ml

M————样品干重，g

η————样品含水率，%

取最优处理方案。

4、分析：

通过对不同功能区内不同重金属含量的测定结果的分析，比较各重金属在不同功能区的含量值，结合相关标准评价相关土壤质量，得到不同功能区内重金属分布规律，结合相关区域的底图绘制相应的GIS图示，最终对这些不同功能区提出合理处理处置改进建议看法。

4．主要参考文献

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5．具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

开学后第1－2周，外文翻译、资料查阅

第2－3周，资料查阅、上机培训、撰写开题报告

第4-5周，提交开题报告、初步试验

第6－11周，实验、数据分析

第12周，开始撰写论文、补充实验

第13－15周，提交论文、查重

第15－16周，提交论文终稿、论文答辩