水稻秸秆烟雾灰分对蔬菜生长和品质及体内多环芳烃含量影响的研究

【摘要】：水稻秸秆是最主要的农作物秸秆之一,焚烧农作物秸秆会产生烟雾和灰分。通过焚烧农作物秸秆获取草木灰作为农家肥进行农业生产,是我国传统农业的生产方式。至今,我国许多农村地区还保留着这种传统生产的方式。焚烧农作物秸秆的现象在我国广大农村地区依然普遍存在；露天焚烧农作物秸秆所产生的烟雾等污染物是多环芳烃(PAHs)的主要来源之一,由于PAHs对环境和人体造成的危害极大而引起世人对它的关注。 本文对用焚烧水稻秸秆产生的烟雾和灰分中的PAHs种类及含量和亚硝酸盐含量进行分析,研究了水稻秸秆烟雾及其烟雾溶解液和稻草灰对蔬菜生长和品质及蔬菜体内PAHs种类及含量的影响,并初步探讨了几种中草药对用烟雾溶解液制成的人工模拟酸雨酸度的中和作用和对土壤中PAHs净化作用的效果。主要研究结果如下： 1.将焚烧水稻秸秆产生的烟雾溶解于蒸馏水中,制成烟雾溶解液,烟雾溶解液呈酸性,其酸度随烟雾含量的增加而增强。烟雾溶解液和稻草灰中均含有萘、苊烯、菲、芴、苊、葸、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、屈、苯并(b)荧葸、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-c,d)芘及苯并(g,h,i)二萘嵌苯等15种PAHs,且稻草灰中还含有亚硝酸盐(以NaNO2计),含量为13.9mg/kg。烟雾溶解液中多数PAHs挥发或降解速度较快,尤其是苯并(b)荧葸、苯并(k)荧蒽、茚并(1,2,3-c,d)芘及苯并(g,h,i)二萘嵌苯等4种PAHs的挥发或降解速度特别快。 2.在实验室条件下,研究了焚烧水稻秸秆产生的烟雾的不同的熏蒸时间(0、2、4、6、8h/d对豌豆芽生长、品质及其体内PAHs种类及含量的影响。结果表明：所有烟雾熏蒸的豌豆芽的株高均显著矮于CK,表明烟雾熏蒸明显抑制豌豆芽的伸长生长。烟雾熏蒸处理对豌豆芽的单株重没有明显的影响；所有烟雾熏蒸时间处理的豌豆芽体内的总糖和蛋白质含量均比CK的高,表明在一定的烟雾熏蒸时间内,烟雾熏蒸在一定程度上能提高豌豆芽体内的总糖和蛋白质的含量。豌豆芽体内粗脂肪含量随着烟雾熏蒸时间的增加而呈减少的趋势；所有烟雾熏蒸处理对豌豆芽粗纤维含量没有明显的影响；较短时间(2、4、6h/d)的烟雾熏蒸有利于豌豆芽体内可溶性固形物含量的提高,较长时间(8h/d)的烟雾熏蒸则抑制豌豆芽体内可溶性固形物的形成。所有烟雾熏蒸处理的豌豆芽中,都检测到15种PAHs,而在CK中只检测到7种PAHs的存在,豌豆芽体内的PAHs总含量和平均PAHs含量随烟雾熏蒸时间的增加呈增加的趋势,表明在烟雾熏蒸胁迫下,有利于豌豆芽对PAHs的吸收,最终导致豌豆芽内PAHs的积累,造成豌豆芽PAHs污染。 3.在实验室和盆栽试验条件下,研究稻草灰不同施用量对绿豆芽(2、4、6、8g/盘)和菜心(90、180、270、360g/盆)生长、品质及其体内PAHs种类及含量的影响。结果表明：稻草灰施用量能在一定程度上促进绿豆芽的伸长生长,而抑制其增粗生长。随着稻草灰施用量的增大,一定程度上抑制了绿豆芽体内总糖的合成。在稻草灰处理的绿豆芽体内共检测出11种PAHs。稻草灰处理能使绿豆芽体内的菲、芴、苊、葸、荧葸、芘、苯并(a)葸及屈等含量显著增加,使绿豆芽受到PAHs的污染。稻草灰施用量对绿豆芽体内PAHs的总量有显著的影响,当稻草灰施用量为2g/盘时,绿豆芽吸收的PAHs总量最高(37.77μg/kg),而随着稻草灰施用量的增加,绿豆芽体内的PAHs总含量逐渐减少,但仍显著高于CK；稻草灰施用量一定程度上促进菜心的伸长生长,而抑制其增粗生长；随着稻草灰施用量的增大,一定程度上抑制了菜心体内总糖的合成。在稻草灰处理的菜心体内共检测出12种PAHs。稻草灰施用量对菜心体内PAHs的总含量有明显的影响,随着稻草灰施用量增加,菜心体内PAHs的总含量先升后降,当稻草灰施用量为360g/时,菜心体内PAHs的总含量仅为3.22μg/kg,明显低于CK (18.34μg/kg)。以上研究结果表明当土壤中的PAHs的总含量增大到一定限度时,反而阻碍了菜心对PAHs的吸收。 4.在实验室和盆栽试验条件下,研究水稻秸秆烟雾溶解液浓度对绿豆芽和菜心生长、品质及其体内PAHs种类及含量的影响。结果表明：烟雾溶解液浓度对绿豆芽的生长没有显著影响。当用烟雾溶解液原液处理时,菜心单株重、根重及根冠比与CK呈显著性差异,烟雾溶解液浓度对菜心的茎径和株高无明显影响。所有烟雾溶解液浓度处理的绿豆芽的粗脂肪含量均比CK的高；烟雾溶解液不同浓度能一定程度地增加绿豆芽体内的粗纤维含量。烟雾溶解液浓度对绿豆芽的蛋白质和可溶性固形物等含量无显著影响；烟雾溶解液浓度对绿豆芽体内PAHs的总含量有显著影响,其中以2倍稀释液处理时,绿豆芽体内的PAHs总含量最高(5.96μg/kg)。烟雾溶解液浓度一定程度上抑制菜心体内总糖和粗脂肪的合成,烟雾溶解液不同浓度处理的菜心对各种PAHs的吸收量无明显规律。 5.在实验室条件下,探讨了中草药对用烟雾溶解液制成的人工模拟酸雨的酸度中和作用和对土壤中PAHs净化作用的效果。对人工模拟酸雨酸度中和作用的试验表明,大青叶煎煮液对人工模拟酸雨的酸度有很好的中和作用,其处理从第0d开始,pH值(6.5)就明显高于CK的pH值(5.2),第4d时的pH值为7.1,达到中性水平,随后逐渐变成弱碱性,第8d到第40d,pH值均维持在7.8左右的弱碱性水平；板蓝根煎煮液对人工模拟酸雨的酸度不但没有中和作用,反而加剧了人工模拟酸雨的酸化,处理过后pH值反而降低,从第O d到第6d,pH值由4.6降到4.1；甘草煎煮液对人工模拟酸雨酸度的中和作用较板蓝根煎煮液的强,但比大青叶煎煮液的弱,且需要较长时间,效果缓慢,处理后40d,pH值才上升到中性状态。研究结果表明大青叶煎煮液能有效中和人工模拟酸雨的酸度,并在短时间内使人工模拟酸雨达到弱碱性状态,是改良和治理酸性土壤的途径之一。 对土壤中PAHs净化作用的试验结果表明,在金银花煎煮液处理的土壤中,在被检测到的16种PAHs含量中,有11种PAHs均低于CK的含量,这11种PAHs总含量和平均PAHs含量都低于CK,且差异显著,16种PAHs总含量和平均PAHs含量比CK的低,但差异不显著；在丁香煎煮液处理的土壤中,在被检测到的15种PAHs中,有7种PAHs含量明显低于CK,这7种PAHs总含量和平均PAHs含量都比CK的低,且差异显著,16种PAHs总含量和平均PAHs含量比CK的低,但差异不显著。在蒸馏水浸泡处理的土壤中,除3种PAHs的含量低于CK外,其余13种PAHs的含量均等于或高于CK的含量,PAHs总含量和平均PAHs含量均高于CK。研究结果表明,金银花和丁香的煎煮液对土壤中的PAHs有明显的降解和净化作用,而蒸馏水的作用效果则不明显。本研究首次开展了利用中草药煎煮液对人工模拟酸雨的酸度的中和作用和对土壤中PAHs净化作用的研究,并发现有明显的效果,开启了综合治理土壤PAHs污染的新途径和新思路。 【关键词】：水稻秸秆 烟灰 多环芳烃 污染 蔬菜 生长 品质
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S63;S38
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-16
• 1 文献综述16-31
• 1.1 我国焚烧农作物秸秆的历史成因、现状与危害16-20
• 1.1.1 焚烧农作物秸秆的历史成因16
• 1.1.2 焚烧农作物秸秆的现状16-17
• 1.1.3 焚烧农作物秸秆对环境造成的负面影响17-19
• 1.1.3.1 浪费资源17
• 1.1.3.2 损伤地力17
• 1.1.3.3 导致局部生态环境恶化17-18
• 1.1.3.4 对整体农业生态环境的影响18-19
• 1.1.4 焚烧农作物秸秆对人体健康的危害19-20
• 1.2 减少焚烧农作物秸秆危害的途径20-21
• 1.3 多环芳烃(PAHs)的种类、性质、来源及危害21-26
• 1.3.1 PAHs的种类和性质21-23
• 1.3.2 PAHs的来源23-24
• 1.3.3 PAHs的危害24-26
• 1.3.3.1 PAHs的生物毒性24
• 1.3.3.2 PAHs在植物体内的分布和对植物生长及品质的影响24-26
• 1.3.3.3 对PAHs的风险评价26
• 1.4 PAHs的降解和治理26-29
• 1.4.1 自然降解26-27
• 1.4.2 物理和化学方法27
• 1.4.3 植物降解27-28
• 1.4.4 微生物降解28-29
• 1.5 蔬菜产品的质量安全及PAHs残留问题29
• 1.6 本研究的目的和意义29-31
• 1.6.1 本研究的目的29-30
• 1.6.2 本研究的意义30-31
• 2 水稻秸秆烟雾灰分中PAHS的种类及含量和亚硝酸盐的含量31-43
• 2.1 材料与方法31-35
• 2.1.1 材料31
• 2.1.2 方法31-35
• 2.1.2.1 烟雾收集装置31-32
• 2.1.2.2 烟雾溶解液的制备32
• 2.1.2.3 烟雾溶解液中PAHs的测定32-33
• 2.1.2.4 烟雾溶解液中PAHs衰减的测定33-34
• 2.1.2.5 烟雾溶解液的pH值的测定34
• 2.1.2.6 稻草灰中PAHs的检测34
• 2.1.2.7 稻草灰中亚硝酸盐的检测34
• 2.1.2.8 烟雾溶解液和稻草灰中的PAHs含量百分比的相关分析34-35
• 2.2 结果与分析35-41
• 2.2.1 烟雾溶解液中PAHs的种类及含量35-36
• 2.2.2 烟雾溶解液中PAHs的衰减36-38
• 2.2.3 烟雾溶解液的pH值38
• 2.2.4 稻草灰分中PAHs的种类及含量38-39
• 2.2.5 稻草灰分中亚硝酸盐的含量39-40
• 2.2.6 烟雾溶解液和稻草灰中的PAHs含量百分比的相关性40-41
• 2.3 结论与讨论41-43
• 3 水稻秸秆烟雾对豌豆芽生长、品质及其体内PAHS种类及含量的影响43-59
• 3.1 材料与方法44-46
• 3.1.1 材料44
• 3.1.2 方法44-46
• 3.1.2.1 种子浸种及催芽44
• 3.1.2.2 烟雾采集及熏蒸处理设计44-45
• 3.1.2.3 植株样本采集与检测45-46
• 3.1.2.4 烟雾熏蒸时间与豌豆芽品质的相关性分析46
• 3.1.2.5 烟雾熏蒸时间与豌豆芽体内PAHs种类及含量的相关性分析46
• 3.1.2.6 豌豆芽体内PAHs总含量与几种PAHs含量的相关分析46
• 3.1.2.7 数据分析46
• 3.2 结果与分析46-54
• 3.2.1 烟雾熏蒸时间对豌豆芽生长的影响46-47
• 3.2.2 烟雾熏蒸时间对豌豆芽品质的影响47-48
• 3.2.3 烟雾熏蒸时间与豌豆芽品质的相关性分析48
• 3.2.4 烟雾熏蒸时间对豌豆芽体内PAHs种类及含量的影响48-50
• 3.2.5 烟雾熏蒸时间对豌豆芽体内PAHs种类及含量的相关性分析50-53
• 3.2.6 豌豆芽体内PAHs总含量与几种PAHs含量的相关分析53-54
• 3.3 结论与讨论54-59
• 4 水稻秸秆灰分对豆芽和菜心生长、品质及其体内PAHS种类及含量的影响59-71
• 4.1 材料与方法59-61
• 4.1.1 供试品种和土壤59-61
• 4.1.2 绿豆芽生长试验61
• 4.1.3 菜心盆栽试验61
• 4.1.4 绿豆芽体内几种PAHs含量与其粗脂肪含量的Pearson相关分析61
• 4.2 结果与分析61-67
• 4.2.1 稻草灰施用量对绿豆芽生长的影响61-62
• 4.2.2 稻草灰施用量对绿豆芽品质的影响62-63
• 4.2.3 稻草灰施用量对绿豆芽体内PAHs种类及含量的影响63-64
• 4.2.4 绿豆芽体内几种PAHs含量与其粗脂肪含量的Pearson相关性64-65
• 4.2.5 稻草灰施用量对菜心生长的影响65
• 4.2.6 稻草灰施用量对菜心品质的影响65-66
• 4.2.7 稻草灰施用量对菜心体内PAHs种类及含量的影响66-67
• 4.3 结论与讨论67-71
• 5 水稻秸秆烟雾溶解液对豆芽和菜心生长、品质及其体内PAHS种类及含量的影响71-86
• 5.1 材料与方法71-73
• 5.1.1 材料71
• 5.1.2 方法71-73
• 5.1.2.1 烟雾溶解液的制备及处理设计71-72
• 5.1.2.2 烟雾溶解液对绿豆芽和菜心的处理72
• 5.1.2.3 绿豆芽和菜心样本的采集及品质分析72
• 5.1.2.4 绿豆芽体内萘含量与其株高的Pearson相关性分析72
• 5.1.2.5 绿豆芽体内苯并(a)芘含量与其PAHs总含量的相关性分析72-73
• 5.1.2.6 菜心体内苯并(a)芘含量与其PAHs总含量的相关性分析73
• 5.2 结果与分析73-81
• 5.2.1 烟雾溶解液对绿豆芽生长、品质及PAHs种类及含量的影响73-77
• 5.2.1.1 烟雾溶解液浓度对绿豆芽生长的影响73
• 5.2.1.2 烟雾溶解液浓度对绿豆芽品质的影响73-74
• 5.2.1.3 烟雾溶解液浓度对绿豆芽体内PAHs种类及含量的影响74-75
• 5.2.1.4 绿豆芽体内萘含量与其株高的Pearson相关性75-76
• 5.2.1.5 绿豆芽体内苯并(a)芘含量与其PAHs总含量的相关性76-77
• 5.2.2 烟雾溶解液对菜心生长、品质及其体内PAHs种类及含量的影响77-81
• 5.2.2.1 烟雾溶解液浓度对菜心生长的影响77-78
• 5.2.2.2 烟雾溶解液浓度对菜心品质的影响78-79
• 5.2.2.3 烟雾溶解液浓度对菜心体内PAHs种类及含量的影响79-81
• 5.2.2.4 菜心体内苯并(a)芘含量与其PAHs总含量的相关性81
• 5.3 结论与讨论81-86
• 6 中草药对用烟雾溶解液制成的人工模拟酸雨酸度的中和作用和对土壤中PAHS净化作用的初步研究86-97
• 6.1 材料与方法87-89
• 6.1.1 材料87-88
• 6.1.2 方法88-89
• 6.1.2.1 中草药煎煮液的制备88
• 6.1.2.2 人工模拟酸雨的制备88
• 6.1.2.3 中和人工模拟酸雨酸度的处理设计88
• 6.1.2.4 净化土壤中PAHs的处理设计88-89
• 6.2 结果与分析89-94
• 6.2.1 不同中草药处理对人工模拟酸雨酸度的中和作用89-91
• 6.2.2 不同中草药处理对土壤中PAHs的净化作用91-93
• 6.2.3 中草药处理对土壤各种PAHs含量比例的影响93-94
• 6.3 结论与讨论94-97
• 7 全文结论与讨论97-117
• 7.1 水稻秸秆烟雾灰分中PAHs种类及含量和亚硝酸盐的含量97-99
• 7.1.1 结论97
• 7.1.2 讨论97-99
• 7.2 水稻秸秆烟雾对豌豆芽生长、品质及其体内PAHS种类及含量的影响99-103
• 7.2.1 结论99
• 7.2.2 讨论99-103
• 7.3 水稻秸秆灰分对豆芽和菜心生长、品质及其PAHs种类及含量的影响103-107
• 7.3.1 结论103-104
• 7.3.2 讨论104-107
• 7.4 水稻秸秆烟雾溶解液对豆芽和菜心生长、品质及其体内PAHs种类及含量的影响107-112
• 7.4.1 结论107
• 7.4.2 讨论107-112
• 7.5 中草药对用烟雾溶解液制成的人工模拟酸雨酸度的中和作用和对土壤中PAHs净化作用的初步研究112-115
• 7.5.1 结论112
• 7.5.2 讨论112-115
• 7.6 本文研究的特色和创新点115
• 7.7 后续研究设想115-117
• 致谢117-118
• 参考文献118-133
• 实用新型专利133
• 发表的主要论文133
• 参加的学术活动133-135
• 附实用新型专利证书135

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莫让大脑“烟雾”飘    本报记者江南雪　特约记者张国清

“和平”烟雾下的“台独”告白    彭维学

严防烟雾锁省城    记者 吴兴安 吴永红

水稻秸秆烟雾灰分对蔬菜生长和品质及体内多环芳烃含量影响的研究    诸卫平

我国土壤和大气中多环芳烃分布特征和大尺度数值模拟    马万里

城市植物叶片PAHs特性及对土壤微生物与酶的影响    黄勇

煤热解过程中PAHs的形成及其催化裂解特性    董洁

典型河口湿地/海湾多环芳烃多介质迁移机制研究    汪祖丞

表面活性剂对PAHs微生物界面行为的影响及调控机制    张栋

阳离子表面活性剂对PAHs在土壤—作物间迁移的阻控作用及机制    吕黎

环境中有机污染物的有机地球化学及其光催化降解研究    王儒威

吉林省典型城市大气颗粒物中PAHs分布特征研究    张子宜

嘉陵江重庆段多环芳烃及溶解性有机质的污染特征及源解析    蔡文良

原煤中可抽提多环芳烃（PAHs）及其热解特性    焦海丽

淮河中下游水生态系统中PAHs的生物地球化学研究    赵彩平

南京冬季雾天PM_(10)、PM_(2.5)中PAHs特征及其与气象条件的关系    顾凯华

滦河和漳卫南运河流域多环芳烃的污染特征和生态风险评价    曹治国

土壤中多环芳烃类化合物检测技术的研究    张茜

成都东郊大气颗粒物（TSP）中多环芳烃（PAHs）的污染研究    邓琼

上海市室内灰尘中PAHs污染特征、来源及生态风险评价    彭欢

土壤多环芳烃（PAHs）污染对氨氧化菌及微生物群落结构的影响研究    刘杰

两株芘高效降解菌的分离、鉴定及相关降解特性的初步研究    范媛媛

焦化工业场地土壤的PAHs污染特征及微生物修复应用    马栋