1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
一、研究背景[1]
当前，土壤污染问题愈发严重，土壤重金属污染对农业生态造成的后果严重，引起了政府的高度重视[1]。近年来，随着绿色无公害农产品、有机农产品的大量生产，土壤质量的好坏尤为重要。近年来我国主要的蔬菜产地土壤重金属都有一定程度的污染，主要体现在铅、镉、砷、汞的富集。重金属会随生物链进入人体，若在土壤中长期残留，则会对人类健康造成很大危害。因此，了解我国主要蔬菜产地的重金属污染状况是为未来的修复环境中的重金属污染打下重要基础。
二、国内外研究动态
农业土壤中重金属的存在是主要的环境问题，对地球上的生命构成巨大威胁。重金属进入食物链涉及许多人类健康风险。各种物理，化学和生物技术正在用于从土壤中去除重金属[2-3]。
从植物健康的角度来看，众所周知，重金属可分为两类。 植物需要一些金属作为适当的植物生长必需的微量营养素，例如极低浓度的锌，铜，铁，锰和镍。但是，这些金属的含量过高对植物有毒，并可能导致生长抑制，土壤质量恶化，产量下降和食品质量差，对人类和动物具有潜在的健康风险[4]。 尽管某些金属和准金属本质上是重金属，但在植物中却没有已知的生物学功能，例如砷（As），铬（Cr），银（Ag），镉（Cd），铅（Pb），硒（Se）和汞（Hg）。重金属通过自然和人为来源进入农业生态系统[5]。自然来源中，土壤是最主要的重金属来源，在地壳中[2]，有95％由精巧的岩石和约5％的沉积岩组成。 在前者中，玄武岩中的重金属含量通常较高，例如钴，镉，锌，铜和镍，而后者中，源自有机和无机细粒沉积物的页岩中含有大量的金属元素。即锌，铜，锰，镉和铅。通常，这些重金属以碳酸盐，硫化物，氧化物或盐的形式存在于大多数土壤中。人为来源中工业和农业领域的发展是导致土壤中重金属污染增加的重要因素，采矿和冶炼活动是农业生态系统中重金属的重要来源。使用含金属的物质或肥料也对土壤中的重金属含量产生了作用。为了实现可持续的农作物生产，必须在土壤中施用某些金属特别是锌以及其他磷肥或对植物叶片进行叶面喷施作为必需的微量营养素。为了控制害虫和疾病，必须大规模使用不同的化学物质（如杀虫剂，杀真菌剂和除草剂），这也是一些元素（如Cu，As，Zn和Fe等）的重要来源[6]。
重金属一旦进入农业生态系统，将对人类生命造成极大危害[7]。某些重金属表现出对植物的耐受力的双重性，如铁，铜，锌和锰，在低浓度时通过改善植物的生长和产量而受益，因此有利于整个食物链联系。但是，较高浓度的这些金属和其他非必需元素（如上所述）不仅会对植物健康造成破坏性影响，而且可能对包括人类在内的其他生物具有有害潜力。重金属会影响植物的各种生理和生化过程，并可能将植物的生长和细胞死亡抑制到临界水平。这种生长减少的原因可能是光合作用速率和叶绿素含量降低。重金属毒性可能导致植物中ROS产量的增加而引起细胞膜损伤以及生物分子和细胞器的破坏[8]。
由于动物和人类的许多相关健康风险，重金属在食物链中的进入特别令人关注。这些元素有剧毒，即使在非常低的浓度下也有可能造成严重破坏。镉是众所周知的致突变和致癌物质，可干扰人体中的钙（Ca）代谢，可引起高钙尿症，肾衰竭和严重贫血。铅中毒可能导致肾功能衰竭，心血管疾病，并导致儿童智力下降，短期记忆丧失，协调问题和学习能力下降。砷酸形式的砷类似于磷酸酯，参与细胞磷酸化和ATP合成等细胞过程。汞可对人类产生抑郁、焦虑、疲劳、视力障碍、肾脏损害等不适的生理反应[2]。
土壤中各主要重金属元素的来源如下：
| 重金属 | 来源 |
| 镉 | 磷酸盐岩，塑料稳定剂，油漆和颜料，水泥工业，电站，金属工业 |
| 铬 | 钢铁业，皮革业，受污染的生物固体和肥料，粉煤灰 |
| 铅 | 使用含铅燃料，电池，除草剂和杀虫剂、城市交通 |
| 镍 | 金属工业，厨房用具，手术器械，电池和钢合金 |
| 砷 | 农药，木材防腐剂 |
| 汞 | 采矿，燃煤，手术器械，医疗废物 |
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| 锌 | 农药和化肥 |
| 铜 | 磷矿石，锌肥 |
其中，重金属元素大部分是从来自近些年蓬勃发展的钢铁工业，金属冶炼厂，金属精炼厂，铸造厂和水泥工业等不同点源的排放物的干、湿沉积物中进入土壤，这是导致土壤重金属积累的关键因素[9]。同时，局部地区兴起的采矿活动使土壤更易遭受重金属的污染。
三、课题意义及应用前景
土壤的重金属含量是关乎到生态环境和农业生产的重要问题。我国是一个农业大国，全国各地都有大量的蔬菜产地，而现阶段工业的快速发展使得我国主要蔬菜产地都有一定的重金属污染，主要体现在Pb、As、Hg、Cd的富集，一旦其随生物链进入人体，将会对人体健康造成很大威胁[10]。本实验通过对从全国各地东北、西北、华东、华南、华中、西南、黄淮海约54处实验站从土壤采样点取样的重金属污染区的土壤进行消煮分析测定其Pb、As、Hg、Cd的含量，与国家标准土壤中的重金属元素含量进行比对，分析各实验站的蔬菜产地采样点的土壤污染状况。通过此实验课了解全国几个主要的蔬菜产地的土壤重金属污染程度，为后续对土壤重金属污染的植物修复的研究起到重要的参考。2. 研究的基本内容和问题
一、研究内容及目标
对来自全国东北、西北、华东、华南、华中、西南、黄淮海约54个地区的蔬菜产区的实验站提供的若干土壤样本以及连带的部分蔬菜样，利用微波消解仪进行消解处理。再利用原子荧光质谱仪对样品中pb、as、hg、cd的含量进行测定，与国家标准土壤中重金属元素进行比对，分析蔬菜产区的污染状况。
3. 研究的方法与方案
一、研究方法
1.土壤：放于阴凉地晾干，晾干后充分混匀，取样，研磨，依次通过5目、20目和100目的不锈钢筛网。每份土样于万分之一天平下称取0.3g放于消煮管中，使用微波消解仪消煮，每根消煮管中加入10ml混酸（hno3:hclo4=4:1）于220℃条件下消煮，得到的消煮液用于测定cd、pb含量；或加入10ml王水（hcl：hno3=3:1）于180℃下消煮，得到的消煮液用于测定hg、as含量。
2.蔬菜样：取部分蔬菜产地遗留的蔬菜样，如辣椒、白菜、胡萝卜等分析其富集重金属的能力。将样本用去离子水洗净，处理完毕后放置于50℃烘箱中烘干至恒重。每份样品于万分之一天平下称取0.2g放入消煮管中用电热消解仪消煮，每根消煮管中加入3ml混酸（hno3:hclo4=87:13）于180℃下消解，所得消解液用于测定cd、pb含量；加入3ml王水（hcl：hno3=3:1）于120℃下消解，所得消解液用于测定hg含量；加入3ml混酸（hno3:hclo4=87:13）于120℃下消解，所得消解液用于测定as含量。
4. 研究创新点
利用重金属元素分析消解仪对四种重金属元素进行定量分析，通过比对进行污染状况的判定
5. 研究计划与进展
2019.09-2020.1：查阅相关文献，掌握实验室分析测定重金属含量的技术，了解国标法测定分析重金属元素。了解我国主要蔬菜产地重金属污染研究动态。整理各试点的土壤及部分蔬菜样本。
2020.2-2020.5：对各试点的土壤样本和部分蔬菜样本进行消解处理，分析其重金属离子（以重金属Cd、As、Hg、Pb为主要分析对象）的含量指标，其数据与国家标准含量进行比对，判断该蔬菜产区的污染情况及可能对生态环境造成的影响。分析统计数据，撰写论文，准备答辩。
