有机污染胁迫下土壤功能抵抗力与恢复力的表征与影响因素分析开题报告

1. 研究目的与意义

1.研究的背景

20世纪30年代以来，人工合成有机化学品的生产和大量化学品利用对现代发展产生了重大作用，有机污染也随着人类对有机化学品的利用越来越严重。现今大量未经处理的固体废弃物、污水向农田转移,过量的化肥与毒害污染物逐年在土壤中残留[1]。其中有机农药的滥用导致农田土的污染以及多环芳烃的土壤污染危害极其严重。

多环芳烃是广泛存在于环境中的持久性有机污染物，也是最早被发现的世界公认的致癌污染物之一。土壤作为一种重要的环境介质，是环境中多环芳烃的储藏库和中转站。土壤中的多环芳烃能通过接触直接进入人体，或在一定条件下进入大气水体和生物等其他介质，直接或间接的危害人体健康，其浓度水平及主要特征能反映出区域内的污染状况和主要来源等信息。现有研究表明，储煤厂，焦化厂，发电厂，钢铁厂等周边地区的土壤多环芳烃污染水平较高。而芘为多环芳烃中具有强致癌的代表性物质[2]，芘还可为有机合成原料，经氧化可制取1,4,5,8-萘四甲酸，用于染料、合成树脂、分散性染料和工程塑料；酰化后可制还原材料艳橙gr及其他多种染料，还可制杀虫剂、增塑剂等。相关报告指出芘在石油开采运输及油污灌溉区含量超出正常值，在大型工业城市土壤中也能发现芘的存在。芘对小麦等农作物根系伸长有抑制作用，对其种子发芽也有减缓作用，对土壤微生物也具有一定的毒性。芘能在植物根系富集，并且对于水体具有极强的危害性。2000年joncopley在nature杂志上公开指出生态学正走向地下,如果忽视了土壤环境微生物多样性及其生态功能研究,这是令人担忧的[3]，芘作为土壤有机污染的代表性物质严重威胁了土壤微生物多样性。土壤有机污染给人来带来的巨大危害，使人们对土壤有机污染方向的研究有了迫切的需要，了解芘污染胁迫情况下土壤功能恢复力与抵抗力的表征与影响因素，是现今研究人员需要要解决的问题。

2. 研究内容和预期目标

1.主要研究内容

添加不同浓度的芘污染胁迫，探讨土壤微生物对于各种浓度的抵抗力和恢复力。测定土壤各理化性质，并分析土壤理化性质，与土壤微生物抵抗力和恢复力之间的相关关系。

2.预期目标

3. 研究的方法与步骤

1研究方法

当土壤刚刚被有机物芘复合污染时，微生物功能受到抑制，微生物群落多样性降低，表现为一定体积内的土壤微生物整体呼吸强度减弱，一段时间后，随着土壤中污染物浓度的降解，形成微生物抗性群落，土壤微生物整体呼吸强度增强。通过对土壤呼吸强弱的研究和时间的关系，来判断土壤微生物对芘的降解效率最佳时期，从而达到实验研究的目的。

供试土壤为苏州市无污染农田土，风干后过2mm尼龙筛，调含水率至15%，保持含水率一个星期静置。土壤由预实验得出6个浓度梯度研究，分别加芘胁迫为10,20,50,100,200,350mg/Kg.取第一天，第三天，第七天，第十五天，第三十天的土样，测定呼吸强度。并测定土壤的各理化性质。分析理化性质和呼吸强度的关系。技术路线如下：

2实验方法

用土壤二氧化碳的释放量计算土壤的抵抗率与回复率

3步骤

①pH值的测定

称取风干土样10g于50mL烧杯中，加入25mL无二氧化碳水，用玻璃棒快速搅动1-2min后静止30min。风干土样pH测定，做三个平行，取平均值。

②含水率的测定

准确称取鲜土样5g（m1）于锡箔纸，包裹完好后放入105℃烘箱中烘烤12小时，称重得m2，利用公式计算：含水率=（m2-m1）/m1100%[16]

③离子交换系数CEC实验：

称取0.500g的土样，加入0.1mol/LBaCl220ml，摇床摇震2h，250rpm，然后离心，3000rpm，离心20min，上清液0.45微米滤膜过滤，稀释一定倍数，ICP-AES测定Ca，Mg，Na，K，Al，Mn和Fe的浓度，最后通过公式计算CEC[17]。

④可溶性有机碳（（DissolvedOrganicCarbon，简称DOC））测定

可溶性有机碳测定：取10g新鲜土样，按照土：水为1∶5的比例混匀，在25℃条件下，以250r/min的速度振荡1h，接着在转速为15000r/min离心10min，上部悬浮液过045μm薄滤膜，过滤液用碳自动分析仪来测定(TOC-Vcph,Shimadzu,Japan)。

⑤碳氮比(C/N)测定

每个反应装置中各取1.00g（干重）土壤样品，冷冻干燥12小时，然后研磨，过0.075mm筛，使用元素分析仪(型号TOC-VWP)测得碳氮比[18]。

⑥底物诱导呼吸速率实验：

土壤被随机进行二种方式处理：（一）控制，无扰动施加；（二）芘胁迫，芘单质溶入丙酮溶液加入土壤中（芘量分别为：10，20，50，100，200，350mg/Kg；15%含水量土重），将含水率从15%调至18%。6种不同芘浓度胁迫土壤和无干扰施加的土壤分别取12g，置于塑料瓶中（250毫升）同时将土壤含水率控制在18%。然后均向装有12g土壤的瓶中加入30mg/g葡萄糖。将装有5ml0.2mol/L的NaOH溶液的玻璃瓶放置在250毫升的塑料瓶中，用于捕捉土壤有机质矿化所生成的二氧化碳。塑料瓶密封，并在28℃下培养12小时。塑料瓶从培养箱中取出后，迅速将NaOH液体转移至100ml三角瓶中，加入2ml1mol/L的BaCl2溶液，再加两滴酚酞，用0.05mol/L的HCl滴定。每组处理有三个重复，另取3个瓶子不加土壤作为空白。为了便于说明时间，第0天是当铜胁迫被应用的时间。分别在加入铜胁迫后第1，3，15，30和60天进行测定。

4. 参考文献

[1]中国科学院地学部.东南沿海经济快速发展地区环境污染及其治理对策.地球科学进展,2003,18(4):493-496.

[2]郑天凌，骆苑蓉，曹晓星.高分子量多环芳烃苯并[a]芘生物降解研究进展[j].应用与环境生物学报，2006，12(6)：884-890.

[3]copleyj.ecologygoesunderground.nature,2000,406:452-454.

5. 计划与进度安排

（1）2022年2月1日-2022年4月1日：文献综述；

（2）2022年3月1日-2022年4月2日：预实验，确定实验方法；

（3）2022年4月3日-2022年5月3日：呼吸实验，土壤理化性质测定；