1. 研究目的与意义
1.1 课题研究背景
草甘膦是目前世界上用量最大的除草剂，而草甘膦的大量使用造成了土壤板结、土壤污染、以及土壤肥力下降等一系列函待解决的土壤问题，大面积的中轻度农田污染土壤急需进行修复，环境保护部部长陈吉宁在全国人大常委会第二十次会议上提出将出台实施《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”）。但国外流行的弃耕修复、生物提取修复等技术，不适合我国人多耕地少背景下的大面积中轻度重金属污染农田，因此需要开展经济、环保、不影响正常耕作的污染土壤修复途径。针对我国现状的修复技术需要更好的发掘。目前国内使用的是原位化学固化/稳定化法，这种方法的优势在于效果好、易操作、深度不受限。原理：通过一定的机械力在原位向污染介质中添加固化剂/稳定化剂，在充分混合的基础上，使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用，将污染土壤固封为结构完整的具有低渗透系数的固化体，或将污染物转化成化学性质不活泼形态，降低污染物在环境中的迁移和扩散。必要性：适用于污染土壤，可处理农药/除草剂、石油或多环芳烃类、多氯联苯类以及二噁英等有机化合物。
草甘膦是一种常用的水溶性除草剂 , 又称镇草宁，农达，膦甘酸。其纯品为非挥发f的溶解度为1.2％，不溶于一般有机溶剂，其异丙胺盐完全溶解于水，广泛应用于农业生产中。草甘膦的广谱高效 ,主要基于它具有极好的内吸传导性能。草甘膦经茎、叶吸收后在植物体内的木质部和韧皮部中迅速传导 ,传导速度主要受植株年龄、土壤含水量、气温与相对湿度以及药剂中的助剂类型等诸多因素的影响和制约。一般而言 ,植物受作用后 ,24～28 h 内即传导至根部、叶部 ,一年生杂草在 2～4 d ,多年生杂草在 7～10 d 即呈明显的受害症状:失绿 ,发黄 ,枯萎和死亡 。众所周知，除了杀灭杂草以外，草甘膦的次要作用机制之一，就是它往往会导致植物被机遇性土壤病原体所感染。草甘膦的主要作用模式，就是阻止氨基酸合成，随后抑制植物生长所必需的蛋白质的合成。还有一种补充的作用模式便是，在这种情况下，它会让植物更容易受到土壤中的微生物（以及任何一种病原体）的侵害。其主要原因就在于，植物需要合成能够抵御土壤病原体的其他化合物，而在这些化合物中，氨基酸同样也是不可或缺的基本成分。这样一来（因为草甘膦抑制氨基酸合成），植物更容易受到土壤中多种微生物的攻击和感染。微生物降解是除草剂在土壤中转变的主要途径，草甘膦微生物降解的主要产物是ampa，最终产生水、co2与磷酸。草甘膦在土壤中降解半衰期差异很大，从数日到数月或年。主要的影响因素为：土壤的ph、有机质含量、金属阳离子fe3 和al3 、阴离子po43-等。
2. 研究内容和预期目标
本课题主要研究内容：
（1）通过对土壤污染前后的ph、cec、重金属含量、有机质的测定，探明草甘膦对土壤基本理化性质的影响。
（2）通过分析修复前后土壤中草甘膦的残余量的变化，并绘制出土壤中草甘膦的残余量和修复时间的折线图，分析酵素渣、生物炭对草甘膦污染土壤的修复效果。
3. 研究的方法与步骤
3.1 课题拟采用的研究方法
通过实验研究法，得到数据，通过一个或多个变量的变化（修复材料种类和浓度）来评估修复材料对草甘膦污染土壤的草甘膦残余量产生的效应。实验的主要目的是建立修复材料的使用和土壤修复之间的因果关系，即预先提出酵素渣、生物炭对草甘膦污染土壤的有修复效果的假设，然后通过实验操作来进行检验。
3.2 课题拟采用的步骤
（1）生物炭和酵素渣的制备
将风干、粉碎过60目孔径筛的秸秆、芦苇装人陶瓷坩埚中，轻轻压实，盖好后放人马弗炉中，以20℃·min-1升温至350℃，保持180min，冷却至室温后取出炭化产物，磨细过100目孔径筛备用。
将清洗好的果蔬放入塑料桶内，按照1；1；10的比例加水和白糖，发酵过程中每天需拧开盖子放气直至发酵完成约一个月时间，常温下密封存放3个月。将已经完成的酵素捞出，沥干水分，放入烘箱中烘干，冷却至室温后取出，磨细过100目孔径筛备用。
-
待测土壤的预处理
将待培养的土样放入培养桶中，按照10g/kg的含量将草甘膦溶液加入桶中，均匀混合至土壤无明显块状物且土壤不过分松软，放在在阴凉处，每隔一天用水壶适量喷一些水，保持土壤湿润，培养2周时间。
处理过的土壤，一部分用来直接测量理化性质，一部分用来加修复材料，修复材料种类和比例如下表，加入后搅拌均匀并每隔几天用水壶适量喷一些水，保持土壤湿润，培养8周时间。培养后的一周、二周、五周、八周，分别取样测量其理化性质和草甘膦残余量。
| 修复材料种类 | 酵素渣A | 酵素渣B | 活性炭A | ck |
| 加入比例 | 5% | 10% | 5% | 0 |
（3）土壤理化性质测定
3.1土壤pH的测定
监测方法：ph计检测
实验方案 ：1.实验的试剂和溶液 （当未注明时，所用试剂均为分析纯试剂，水均为蒸馏水或相应纯度的水。）：pH=4.01标准缓冲溶液（将l0．21g邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4，分析纯，105℃烘干)溶于1000m1蒸馏水中。）， pH=6.87标准缓冲溶液（将3．39g磷酸二氢钾(KH2PO4，分析纯，45℃烘干)和3．53g无水磷酸氢二钠(Na2HP4，分析纯，45℃烘干)溶于1000m1蒸馏水中。）， pH=9.18标准缓冲溶液（称取3．80g硼砂(Na2B4O7·10H2O）溶于1000ml煮沸冷却的蒸馏水中。装瓶密封保存。）1mol/L氯化钾溶液,0．01mol/L氯化钙溶液.
2.实验仪器 ：pH计或酸度计；pH复合电极(或pH玻璃电极和甘汞标准电极)。
3.分析步骤 ：将土壤样品风干磨细过2mm筛，称取5g样品于50ml烧杯中，加入25ml无二氧化碳的蒸馏水或1mol／L氯化钾溶液(酸性土壤)，或0．01mol／L氯化钙溶液(中性和碱性土壤)，用玻璃棒剧烈搅拌1-2min，静置30min，以备测定。此时应注意实验室氨气和挥发性酸雾的影响。
按仪器说明书开启pH计(或酸度计)，选择与土壤浸提液pH值接近的pH标准缓冲溶液(酸性的用pH=4.01缓冲溶液，中性的用pH=6.87缓冲溶液，碱性的用pH=9.18缓冲溶液)作为标准，校正仪器指示的pH值与标准值一致。将pH计的复合电极(或pH玻璃电极和甘汞标准电极)插入土壤浸提液中，轻轻转动烧杯，读出pH值。每份样品测定后，用蒸馏水冲洗电极，并用滤纸将水吸干。用pH计读出的pH值并记录数据，至少测量3次。
土壤重金属含量的测定
3.2土壤中Cu、Zn、Fe、Mn、Pb 含量的测定
监测方法：火焰原子吸收法
实验方案：1.实验的试剂和溶液 （当未注明时，所用试剂均为分析纯试剂，水均为蒸馏水或相应纯度的水。）：1、硝酸：优级纯；2、氢氟酸：优级纯；3、高氯酸：优级纯； 4、金属标准贮备溶液，1.000mg/mL：称限1.0000g（精确至0.0002g）光谱纯金属于50mL烧杯中，加入硝酸溶液20mL ，温热，待完全溶解后，转至1000mL容量瓶中，用水定容至标线，摇匀。5、混合标准溶液：用移液管移取标准贮备液（1.000mg/mL）置于100mL容量瓶中，用0.2%HNO3稀释至标线，摇匀，配成的混合标准溶液每毫升含Cd、Cu、Pb、Zn、Fe分别为10.0、50.0、100、20.0微克（铜浓度1mg/L，铅浓度2mg/L,锌浓度0.5mg/L，铁浓度2mg/L）。6、5%HNO3、蒸馏水
2.实验仪器 ：
(1）污泥取样器、电热板、塑料瓶；
(2）漏斗、滤纸、比色管、玻璃棒；
(3）空气—乙炔火焰原子化器；
(4）铜、铅、铁、锌、锰、铁等空心阴极灯；
(5）原子吸收分光光度计。
工作条件：
测定波长：324.8nm(Cu)、283.3nm(Pb)；213.8nm(Zn)
火焰类型：空气-乙炔，氧化型，蓝色火焰。
2、适测浓度范围：0.05—5mg/L(Cu)、
0.2—10mg/L(Pb)、 0.05—1mg/L(Zn)
3.分析步骤 (1）污泥样品的预处理：a.把采集的污泥样品分别倒在塑料纸上，进行风干。b.挑出其中的残根等杂物。c.用四分法弃取土壤（留下四分之一)。d.用筛子（尼龙筛网为100目）和研钵（白陶瓷制）对留下的污泥样品进行反复地过筛-研磨，去除2mm以上的沙粒。
(2）样品的消解：a.准确称取约1.00g土样于150mL磨口三角瓶中，用少许水润湿。 b.加入20mL王水（5mLHNO3 15mLHCl），接上冷凝管，在电热板上加热回流至约1小时至溶液呈现淡黄色。c.取下冷凝管，在通风柜中将酸赶至近干，然后取下冷却。d.加入5%HNO310mL溶解残渣，过滤纸50mL比色管中，用蒸馏水滴定至标线。
(3）标准曲线的绘制： a.用移液管分别移取0、0.50、1.00、1.50、2.00mL的标准溶液（镉浓度0.1mg/L）和0、0.25、0.50、0.75、1.00mL的混合标准溶液（铜浓度1mg/L，铅浓度2mg/L,锌浓度0.5mg/L，铁浓度1mg/L）于5只50mL比色管中，并加入2mL5%HNO3，定容至标线，摇匀。b.再取一支试管，移取2mL5%HNO3至该试管中，用蒸馏水滴定至标线。以该溶液作为空白样，标定曲线零点。按照浓度由低到高顺序，让仪器依次吸取标准溶液进行测定，得出各浓度标准溶液的吸光度值并制定标准曲线。
(4）土壤样品的测定：本实验采用标准曲线法，按绘制标准曲线条件测定试样溶液的吸光度，扣除全程序空白吸光度，从标准曲线上查得并计算金属的含量。
3.3土壤中As、Cd含量的测定
监测方法：TCLP提取法
实验方案 ：
1.实验试剂和设备
①试剂水：使用符合待测物分析方法标准中要求的纯水。
②冰醋酸：优级纯
③1mol/L的盐酸溶液、1mol/L的硝酸溶液、1mol/L的氢氧化钠溶液
④振荡设备：转速为30±2r/min的翻转振荡装置（KYZ型全自动翻转式振荡器）
⑤过滤设备：真空过滤器或者正压过滤器（容积≧1L）
⑥滤膜：玻璃滤膜或者微孔滤膜，孔径0.6-0.8um
⑦PH计：在25℃时，精度为±0.05PH
⑧实验天平：精度为±0.01g
⑨烧杯或者锥形瓶：玻璃，500mL
⑩筛：孔径为9.5mm
-
实验步骤
1、提取剂的配制
将5.7 mL冰醋酸溶入500 mL 去离子水中，再加入1 mol/L的NaOH 64.3 mL 定容至1 L，用1 mol/L的HNO3或1 mol/L的NaOH 调节溶液pH 值，使之保持在4.93±0.05范围。
将5.7 mL 冰醋酸溶入去离子水中，定容至1 L，保持溶液pH 值在2.88±0.05 范围。
2、含水率的测定
称取50-100g样品置于具盖容器中，在105℃的条件下烘干，恒重至两次称量值的误差小于±1%，计算样品的含水率。
样品中含有初始液相时，应将样品进行压力过滤，再测定滤渣的含水率，并根据总样品量计算样品的干固体百分比。
进行含水率测定后的样品，不得用于浸出毒性试验。
3、样品的破碎
样品的颗粒应该可以通过9.5mm孔径的筛，对于较大的颗粒可通过破碎、切割或者研磨降低粒径。 4.确定使用的浸提剂
取5.0g样品至500mL烧杯或者锥形瓶中，加入96.5mL的去离子水，用磁力搅拌5min，测定PH，如果PH5.0,用浸提剂1， 如果PH5.0，用浸提剂2。
4、浸取步骤
如果样品中含有初始液相时，应用压力过滤器和滤膜对样品过滤。干固体百分比小于5%的，所得到的初始液相即为浸出液，直接进行分析。干固体百分比大于或等于5%时，将滤渣按如下操作浸出，初始液相与浸出液相合并后进行分析。
称取75-100g样品，置于2L提取瓶中，根据样品的含水率，按液固比为20:1（L/Kg）计算出所需的浸提剂的体积，加入浸提剂，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30±2r/min,于23±2℃下震荡18±2h。在震荡过程中有气体产生时，应该定时的在通风橱中打开提取瓶，释放过度的压力。 5.3在压力过滤器上安装好滤膜，用稀硝酸淋洗过滤器和滤膜，弃掉淋洗液，过滤收集浸取液。
-
使用相关仪器测定浸取剂中有毒物质的含量，如对于一般的重金属使用原子吸收光谱法进行测定。
3.4土壤中阳离子交换量的测定
监测方法：氯化钡一硫酸强迫交换法
实验方案：
1.实验的试剂和溶液 （当未注明时，所用试剂均为分析纯试剂，水均为蒸馏水或相应纯度的水。）：
A、氯化钡溶液：称取60g氯化钡(BaCl·2HO)溶于水中，转移至500ml容量瓶中，用蒸馏水定容。
B、0．1％酚酞指示剂(W／V)：称取0．1g酚酞溶于100m190％的乙醇溶液中。
C、硫酸溶液(0．ImolL。1)：移取5．36ml浓硫酸至1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度后，用标准氢氧化钠溶液标定浓度。
D、标准氢氧化钠溶液(O．1 molL)：称取2g氢氧化钠溶解于500ml煮沸后冷却的蒸馏水中，其浓度需要标定。
2.实验仪器 ：
容量瓶 500ml 碱式滴定管 铁架台 锥形瓶 玻璃棒 移液管 离心机
3.分析步骤
3.1称取过2mm筛孔土样2g至100ml离心管，向管中加入30mlBaCl(0．5mol/L)溶液，用带橡皮头玻璃棒搅拌3—5min后，以3000r／min转速离心至下层土壤紧实为止。弃其上清液，再加30mlBaCl溶液，重复上述操作。
3.2在离心管内加50ml蒸馏水，用橡皮头玻璃棒搅拌3—5min后，离心沉降，弃其上清液。重复数次，直至无氯离子(用硝酸银溶液检验)。
3.3移取25.00ml O.1mol/L(浓度需标定)的硫酸溶液至离心管中，搅拌分散土壤，用振荡机振荡15min后，将离心管内溶液全部过滤人250ml锥形瓶中用蒸馏水冲洗离心管及滤纸数次，直至无硫酸根离子(用氯化钡溶液检验)。
3.4在锥形瓶中，加l一2滴酚酞指示剂，再用0．1mol/L浓度需标定)标准氢氧化钠溶液滴定，溶液转为红色并数分钟不褪色为终点。
3.5土壤有机质的测定
监测方法：低温外热重铬酸钾氧化-比色法
方法原理：
在一定温度下（100℃，90min）用重铬氧化土壤中有机碳，部分Cr6 被还原为绿色的Cr3 ，用比色法测定Cr3 的吸光质。以葡萄糖标准溶液中碳氧化液为标准阶，进行比色测定，计算土壤中有机碳并换算成有机质含量。
仪器设备：电热恒温箱；分光光度计
试剂：
1. 重铬酸钾溶液（与3.1.3一致）
2. 硫酸
3. 有机碳标准溶液[5g/L]：称取葡萄糖1.375g至水，定容至100mL。
操作步骤：称1.000g过0.149mm筛的风干样（有机质量在1%~4%的土壤），若含量低的土壤，称样可加大到2.00g，腐殖土为0.10g，放入50mL普通试管(50mL处有标记)中，加5mL重铬酸钾溶液和5mL硫酸摇匀，（同时作无土样空白）放入100℃恒温箱中，90min后放冷水浴中冷却，用注射器分两次加水至50mL，摇匀停放3h或过夜（也可用沉淀离心机使土样沉清），取上清液比色，用1cm光径比色杯在590nm波长测定吸收值。用空白样液调比色零点。
标准曲线的绘制：
吸收有机碳标准溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mL分别放入7个50mL试管中，补加水至3.0mL,然后按土样测定操作进行测定，相应的含碳量分别为0.0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0mg，用空白液调比色零点，以其测定的吸光值为纵坐标，相应含碳量为横坐标，绘制标准曲线。3.2.5 结果计算
O.M=（m1×1.724×1.08）/（m×103）×100
式中：O.M——土壤有机质的质量分数，%
m1——由标准曲线查出的土样含碳量，mg
m——土样质量，g
（4）土壤中草甘膦残余量的测定
监测原理：通过测量在酸性介质中草甘膦与亚硝酸钠作用生成草甘膦亚硝基衍生物（该化合物在243nm处有最大吸收峰）来测定吸光度，便于对土壤中草甘膦定量。
监测方法：紫外分光光度法
提取方法：碱性溶液提取法、醋酸提取法
实验方案 ：
1.实验的试剂和溶液 （当未注明时，所用试剂均为分析纯试剂，水均为蒸馏水或相应纯度的水。）： 硫酸溶液：50％（V/V）； 硝酸溶液：50％（V/V）；
溴化钾溶液：250g／L或碘化钾加淀粉指示剂； 亚硝酸钠溶液：14g／L（称取约0.28g亚硝酸钠（精确至0.001g），溶于20mL水中，该溶液使用时现配。 ）； 草甘膦农药标准样品：≥99.8％。
2.实验仪器 ：
紫外分光光度计： 石英比色皿：1cm； 移液管：1，2，5mL； 容量瓶：100，250mL。
3.分析步骤
3.1标准曲线的绘制
3.1-1标准样溶液的配制
称取约0.30g草甘膦标准品（精确至0.0002g）。置于200mL烧杯中，加60mL水，缓缓加热溶解，冷至室温，定量转移至250mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。此溶液使用时间不得超过20d。
3.1-2 亚硝基化
精确吸取草甘膦标准样溶液0.8，1.1，1.4，1.7，2.0mL于5个100mL容量瓶中，同时另取1个100mL容量瓶作试剂空白。
在上述各容量瓶中分别加入5mL蒸馏水、0.5mL硫酸溶液、0.1mL溴化钾溶液、0.5mL亚硝酸钠溶液。加入亚硝酸钠溶液后应立即将塞子塞紧，充分摇匀。放置20min。然后用水稀释至刻度，摇匀，最后将塞子打开，放置15min。注意亚硝基化反应温度不能低于15℃ 。
3.2分光光度测定
接通紫外分光光度计的电源，启开氘灯预热20min，调整波长在243nm处，以试剂空白作参比，用石英比色皿进行吸光度测量。
3.3 绘制标准曲线
以吸光度为纵坐标，相应的标准样溶液的体积为横坐标，确定各点连成直线。
3.4 草甘膦污染土样的分析
称取约0.20g试样（精确至0.0002g），置于200mL烧杯中。加60mL水，缓缓加热溶解，趁热用快速滤纸过滤，仔细冲洗滤纸，将滤液接至250mL容量瓶中，冷至室温，稀释至刻度，摇匀。
精确吸取2.0mL试样溶液于100mL容量瓶中，亚硝基化后加入上述溶液再进行分光光度的测定。
3.5 分析结果的计算
草甘膦百分含量（X1）按式
（1）计算： X1＝c1·V1/c2·V2×100………………………………………………（1）
式中：c1── 标样溶液中草甘膦浓度，mg／mL；
V1── 标准曲线上与试样吸光度相对应的标样溶液的体积，mL；
c2── 试样溶液的浓度，mg／mL；
V2── 吸取试样溶液的体积，mL。
4. 参考文献
[1]孙立思. 土壤和沉积物中草甘膦的检测方法[d].南京理工大学,2017.
[2]尹衍成. 草甘膦和cd(Ⅱ)在三种矿物表面共吸附机理初探[d].华中农业大学,2016.
[3]周垂帆,李莹,张晓勇,俞元春.草甘膦毒性研究进展[j].生态环境学报,2013,22(10):1737-1743.
5. 计划与进度安排
（1）2022年3月5日~2022年3月20日 接受毕业设计任务书，查阅资料，编写开题报告，翻译外文翻译。
（2）2022年3月21日~2022年4月30日 开展相关实验，分析实验数据，编写论文初稿
（3）2022年5月1日~2022年5月31日 完善实验及数据分析，毕业论文定稿
