1、1四 川 农 业 大 学 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 开 题 报 告毕 业 论 文 （ 设 计 ）题 目酸 度 与 腐 殖 酸 对 土 壤 吸 附 铜 的 影 响 研 究选 题 类 型 基 础 型 课 题 来 源 自 选 项 目学 院 生 命 科 学 与 理 学 院 专 业 应 用 化 学指 导 教 师 吴 明 君 职 称 副 教 授姓 名雍 小 龙年 级2008级学 号200861871 立 题 依 据土 壤 是 人 类 赖 以 生 存 的 主 要 自 然 资 源 之 一 ， 也 是 人 类 生 态 环 境的 重 要 组 成 部 分 。 土 壤 是 指 陆 地 表 面 具 有
2、 肥 力 、 能 够 生 长 植 物 的 疏松 表 层 ， 其 厚 度 一 般 在 2 m左 右 。 土 壤 不 但 为 植 物 生 长 提 供 机 械 支撑 能 力 ， 并 能 为 植 物 生 长 发 育 提 供 所 需 要 的 水 、 肥 、 气 、 热 等 肥 力要 素 1。 铜 是 一 种 普 遍 存 在 的 元 素 ， 它 有 自 然 源 和 人 为 源 两 种 。 大部 分 的 自 然 源 来 自 岩 石 圈 含 铜 矿 物 质 和 岩 石 圈 风 化 产 生 的 土 壤 。 人为 源 主 要 是 冶 炼 尾 矿 ， 工 业 废 水 和 公 共 处 理 设 施 等 将 大 量 的
3、铜 排 放到 环 境 中 ， 造 成 土 壤 和 水 体 的 污 染 对 植 物 和 动 物 具 有 重 要 的 生 理 功能 2。 铜 对 植 物 和 动 物 具 有 重 要 的 生 理 功 能 ， 但 是 铜 过 量 又 会 对 其产 生 毒 害 。 铜 是 植 物 生 长 发 育 必 需 的 微 量 营 养 元 素 ， 铜 的 许 多 营 养功 能 与 其 以 酶 结 合 参 与 的 氧 化 一 还 原 反 应 有 关 。 铜 能 促 进 作 物 光 合作 用 及 其 体 内 蛋 白 质 的 累 积 ， 对 作 物 品 质 有 很 大 贡 献 ； 铜 影 响 碳 水2化 合 物 、 脂
4、肪 和 氮 的 代 谢 3。 有 关 动 物 体 内 铜 素 缺 乏 而 导 致 病 害 的研 究 也 多 见 报 导 。 铜 也 是 人 体 必 需 的 营 养 元 素 ， 现 已 发 现 人 体 内30种 以 上 的 酶 和 蛋 白 质 中 含 有 铜 4。 但 是 铜 作 为 一 种 环 境 污 染 元 素 ，过 量 排 放 到 环 境 中 ， 对 植 物 的 生 长 又 会 产 生 危 害 。 随 着 工 业 、 城 市污 染 的 加 剧 及 农 用 化 学 物 质 种 类 、 数 量 的 增 加 ， 导 致 大 量 的 重 金 属元 素 (镉 、 铅 、 铬 、 铜 )进 入 土 壤
5、 ,严 重 的 污 染 了 土 壤 6。目 前 ， 世 界 各 国 的 土 壤 均 存 在 着 不 同 程 度 的 重 金 属 污 染 ， 例 如 ，德 国 某 冶 炼 厂 附 近 的 土 壤 中 含 铅 300-2900mg/kg， 而 在 矿 区 附 近 严重 污 染 的 土 壤 中 铅 含 量 可 高 达 5000 mg/kg(一 般 土 壤 铅 的 背 景 值 在2-200mg/kg之 间 ， 平 均 为 1020mg/kg) 7。 从 我 国 污 灌 区 普 查 结 果看 ， 在 2000多 万 亩 灌 溉 农 田 中 ， 受 重 金 属 污 染 的 农 田 已 达 1359万多 亩
6、 ， 污 染 范 围 之 大 ， 引 起 了 人 们 的 高 度 重 视 8。 当 前 我 国 区 域 农业 环 境 恶 化 与 农 产 品 重 金 属 污 染 现 象 十 分 严 重 ， 特 别 是 在 一 些 经 济发 达 地 区 。 许 多 地 方 粮 食 、 蔬 菜 、 水 果 等 食 物 中 镉 、 铬 、 砷 、 铅 等重 金 属 含 量 接 近 临 界 值 和 超 标 ， 多 数 是 由 于 工 业 污 水 灌 溉 造 成 的 。据 统 计 ， 重 金 属 含 量 超 标 的 农 作 物 种 植 面 积 约 占 污 染 物 超 标 农 作 物种 植 面 积 的 80 以 上 ，
7、尤 其 是 铅 、 镉 、 汞 、 铜 及 其 复 合 污 染 最 为 突出 9。 重 金 属 在 土 壤 中 积 累 的 初 期 ， 具 有 累 积 性 、 隐 蔽 性 和 滞 后 性 、不 可 逆 转 性 等 特 点 10。 我 国 北 方 的 广 大 的 污 灌 区 ， 土 壤 都 呈 弱 碱 性 。碱 性 环 境 下 重 金 属 在 土 壤 中 的 沉 淀 和 吸 附 量 增 加 ， 大 量 的 重 金 属 没有 被 淋 洗 到 深 层 土 壤 而 滞 留 在 表 土 层 中 。 如 此 一 来 ， 虽 然 地 下 水 遭受 重 金 属 污 染 的 可 能 性 大 大 减 少 ， 但
8、是 土 壤 中 的 重 金 属 大 量 富 集311。 因 此 研 究 重 金 属 在 土 壤 中 的 运 移 行 为 迫 在 眉 睫 。自 二 十 世 纪 的 七 八 十 年 代 以 来 ， 许 多 学 者 针 对 沉 积 物 和 土 壤 中重 金 属 形 态 的 提 取 和 分 离 ， 建 立 了 大 量 的 方 法 ， 国 内 也 有 专 家 对 土壤 中 重 金 属 的 形 态 进 行 了 研 究 12。 土 壤 中 重 金 属 形 态 的 化 学 分 析 法是 依 据 不 同 浸 取 能 力 的 提 取 剂 分 别 提 取 出 与 土 壤 颗 粒 有 着 不 同 结 合力 的 化 学
9、 形 态 并 测 定 其 浓 度 而 建 立 起 来 的 13。 在 选 择 提 取 剂 时 ，研 究 者 都 试 图 模 拟 自 然 环 境 中 的 或 一 些 人 为 因 素 引 起 改 变 的 环 境 条件 。 常 用 的 提 取 剂 有 中 性 的 电 解 质 ， 如 MgCl2， CaCl2； 弱 酸 的 缓冲 溶 液 ， 如 醋 酸 或 草 酸 ； 螯 合 试 剂 ， 如 EDTA， DTPA； 还 原 性 试剂 ， 如 NH2OHHCl； 氧 化 性 试 剂 ， 如 H2O2； 以 及 强 酸 ， 如HCl， HNO3， HClO4， HF。 电 解 质 、 弱 酸 以 及 螯
10、合 试 剂 主 要 以 离 子交 换 的 方 式 将 金 属 元 素 释 放 出 来 ， 而 强 酸 和 氧 化 剂 则 以 破 坏 土 壤 基质 的 方 式 释 放 出 金 属 元 素 14。土 壤 中 重 金 属 的 移 动 性 主 要 是 由 土 壤 的 吸 附 特 性 所 控 制 ， 因 而影 响 土 壤 吸 附 性 质 的 因 素 如 土 壤 的 粘 粒 含 量 、 pH、 有 机 质 、 Eh、碳 酸 盐 含 量 及 铁 铝 氧 化 物 等 性 质 也 影 响 着 重 金 属 在 土 壤 中 的 滞 留 能力 和 移 动 性 15。 Kookana等 研 究 了 土 壤 溶 液 组
11、 成 对 Cu2+运 移 的 影 响 ，结 果 表 明 Cu在 土 壤 中 的 移 动 性 很 大 程 度 上 受 离 子 浓 度 和 离 子 类 型 的影 响 。 在 溶 液 离 子 强 度 较 低 的 条 件 下 ， 稍 微 增 大 Ca2+的 浓 度 ， Cu2+的 运 移 性 就 有 显 著 的 增 强 ， 这 与 王 立 仙 等 的 研 究 相 吻 合 。 Daniel等 也 研 究 了 不 同 Cu浓 度 条 件 下 的 土 柱 出 流 实 验 ， 表 明 在 低 浓 度 条 件下 (10-5M)吸 附 是 线 性 的 ， 运 移 过 程 受 吸 附 速 率 限 制 的 影 响 ；
12、 在 较 高4浓 度 条 件 下 (10-3M)， 吸 附 的 非 线 性 占 主 导 地 位 ， 运 移 过 程 不 受 速率 限 制 的 影 响 。 武 玫 玲 将 土 壤 中 铜 离 子 的 专 性 吸 附 ， 按 其 解 吸 条 件区 分 为 松 结 合 铜 (可 为 NH4Cl解 吸 )和 紧 结 合 铜 (仅 能 被 HCl解 吸 )两种 。 紧 结 合 铜 受 平 衡 溶 液 铜 浓 度 影 响 很 小 ， 所 占 据 的 吸 附 点 对Cu2+有 较 强 亲 和 力 。 松 结 合 铜 则 随 平 衡 铜 溶 液 浓 度 增 大 而 增 加 。 究其 原 因 可 能 由 于 紧
13、 结 合 铜 对 铜 的 吸 持 力 强 ， 在 较 低 浓 度 范 围 内 即 可达 到 最 大 值 16。2 研 究 的 主 要 内 容通 过 改 变 土 壤 腐 殖 酸 的 含 量 ， 再 分 别 改 变 其 酸 度 ， 达 到 吸 附 平衡 后 ， 在 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 上 测 其 吸 光 值 ， 建 立 吸 附 等 温 式Q=K1/n， 以 吸 附 量 对 浓 度 作 图 即 可 制 的 室 温 下 不 同 腐 殖 酸 含 量 不同 pH 条 件 下 土 壤 对 铜 的 吸 附 等 温 线 ， 从 而 得 到 不 同 条 件 下 土 壤 对铜 的 吸 附 的 影 响
14、 ， 为 处 理 环 境 中 的 铜 污 染 提 供 有 力 的 依 据 。 本 实验 首 次 通 过 条 件 实 验 来 确 定 土 壤 吸 附 铜 达 到 平 衡 的 最 佳 时 间 ， 首 次以 酸 度 梯 度 来 描 述 酸 度 对 土 壤 的 吸 附 影 响 ， 用 数 学 函 数 公 式 和 图 形来 形 象 的 描 述 酸 度 对 土 壤 吸 附 铜 的 关 系 。3 研 究 方 案3.1 实 验 材 料 与 仪 器3.1.1 土 样 两 份 （ 一 份 加 腐 殖 酸 ， 一 份 不 作 任 何 处 理 ） 铜 标 准液 NaNO3 H2SO4 NaOH 腐 殖 酸 3.1.2
15、 主 要 仪 器5原 子 吸 收 分 光 光 度 计 恒 温 振 荡 器 离 心 机 酸 度 计 聚 乙烯 塑 料 瓶原 子 吸 收 测 定 条 件 ： 波 长 ： 324.7nm； 灯 光 流 （ 1mA） ； 光 普 通带 ： 20； 增 益 粗 调 ： 0； 燃 气 ： 乙 炔 ； 助 燃 气 ： 空 气 ； 火 焰 类 型 ：氧 化 型3.2 实 验 方 法3.2.1 标 准 曲 线 的 绘 制 吸 取 铜 标 准 溶 液 配 制 成 阶 梯 浓 度 ， 然 后 在 原 子 吸 收 分 光 光 度 计上 测 定 吸 光 度 ， 根 据 吸 光 度 与 浓 度 的 关 系 绘 制 标 准
16、 曲 线 。3.2.2 土 壤 对 铜 的 吸 附 平 衡 时 间 的 测 定取 两 份 不 同 土 壤 加 入 铜 标 准 液 在 室 温 下 分 别 震 荡10、 20、 40、 60、 90、 120min 离 心 ， 测 吸 光 度 ， 根 据 实 验 数 据 绘制 铜 浓 度 和 土 壤 对 铜 的 吸 附 量 对 反 应 时 间 的 关 系 曲 线 ， 确 定 吸 附 平衡 时 间 。3.2.3 条 件 实 验 ： 土 壤 对 铜 的 吸 附 量 的 测 定两 份 土 样 分 别 加 入 不 同 酸 度 的 铜 标 准 液 ， 震 荡 平 衡 后 ， 吸 取 上清 液 ， 定 容
17、， 用 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 测 定 吸 光 度 。3.2.4 空 白 试 验另 取 一 份 土 样 ， 不 加 腐 殖 酸 ， 也 不 改 变 其 酸 度 ， 加 入 铜 标 准 液 ，震 荡 平 衡 后 测 其 吸 光 值 。3.2.5 加 标 回 收 试 验6待 样 品 振 荡 吸 收 平 衡 后 ， 吸 取 上 清 液 ， 加 入 已 知 量 的 标 准 铜 液 ，测 其 吸 光 值 。 4 预 期 研 究 结 果4.1 确 定 土 壤 吸 附 铜 的 最 佳 条 件通 过 研 究 找 出 土 壤 对 铜 吸 附 平 衡 时 间 。4.2 建 立 标 准 曲 线 和 吸
18、附 等 温 线建 立 标 准 曲 线 ， 线 性 相 关 r达 到 3个 9； 回 收 率 达 到 99%以 上 ，以 吸 附 量 对 浓 度 作 图 即 可 制 的 室 温 下 不 同 pH条 件 下 土 壤 对 铜 的 吸附 等 温 线 。5 论 文 进 度 安 排第 一 阶 段 ： 2010.12-2011.3， 题 目 选 择 及 构 思第 二 阶 段 ： 2011.3-2011.4， 撰 写 开 题 报 告 并 准 备 开 题 报 告 答 辩 。第 三 阶 段 ： 2011.5-2011.7， 进 行 试 验第 四 阶 段 ： 2011.8-2011.9， 对 本 项 研 究 进 行
19、 讨 论 、 分 析 、 评 估 、整 理 、 撰 写 论 文 。参 考 文 献1 李 天 杰 ， 宫 世 国 等 土 壤 环 境 化 学 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ，1995 131 1332 Prohaska J R Biochemical cha 19es in copper denciency Joumal 7of Nutrition Biochemistrx 1990 1： 452 4613 H MarschneL 李 春 俭 等 高 等 植 物 的 矿 质 营 养 M北 京 ： 中 国 农业 大 学 出 版 社 ， 2001.232 2414 阮 喜 云 ， 钟 士
20、江 ， 刘 庆 勇 等 铜 过 量 的 表 现 国 外 医 学 、 医 学 地理 分 册 ， 1999， 4： 157 1695 袁 可 能 植 物 营 养 元 素 的 土 壤 化 学 北 京 ： 科 学 出 版 社 ，1983 4226 陈 维 新 主 编 农 业 环 境 保 护 北 京 ： 农 业 出 版 社 ， 1995 131p7 Maiz， M V Esnaola E Mjllan EValu“on of heaVy metal aVailability in continatedsoils by a short sequential extraction procedure The
21、 Science of 1_0tal Environment， 1997， 2006： 107 1158 陈 怀 满 ， 郑 春 荣 中 国 土 壤 重 金 属 污 染 现 状 与 防 治 对策 AMBIO： 人 类 环 境 杂 志 ， 1999， 28(2)： 130-1349 曹 尧 东 ， 孙 波 ， 宗 良 纲 ， 汤 勇 辉 丘 陵 红 壤 重 金 属 复 合 污 染 的空 间 变 异 分 析 土 壤 ， 2005， 37(2)： 140-14610 刘 清 ， 王 子 健 ， 汤 鸿 霄 重 金 属 形 态 与 生 物 毒 性 及 生 物 有 效 性关 系 的 研 究 进 展 环
22、境 科 学 ， 1996， 1： 89 9211 章 明 奎 污 染 土 壤 中 重 金 属 的 优 势 流 迁 移 环 境 科 学 学 报 ，2005， 25(2)： 192-19712 徐 仁 扣 ， 肖 双 成 ， 蒋 新 ， 吴 建 军 ， 谢 丹 pH对 Cu(II)和 Pb(II)8在 可 变 电 荷 土 壤 表 面 竞 争 吸 附 的 影 响 土 壤 学 报 ，2006， 43(5)： 871-87413 王 维 君 ， 邵 宗 臣 ， 何 群 红 壤 黏 粒 对 Co、 Cu、 Pb和 Zn吸 附 亲和 力 的 研 究 土 壤 学 报 ， 1995， 32(2)： 167-17
23、814 邹 献 中 ， 徐 建 民 ， 赵 安 珍 ， 季 国 亮 可 变 电 荷 土 壤 中 铜 离 子 的解 吸 土 壤 学 报 ， 2004， 410)： 68-7315 林 青 . 土 壤 中 重 金 属 Cu、 Cd、 Zn、 Pb 吸 附 及 迁 移 的 实 验 研 究 ,硕 士 学 位 论 文 ， 青 岛 大 学 ， 200816 王 艮 梅 ， 周 立 祥 水 溶 性 有 机 物 在 土 壤 剖 面 中 的 分 馏 及 对ClI迁 移 的 作 用 环 境 科 学 ， 2006， 27(6)： 1229-1234指 导 教 师 意 见指 导 教 师 签 名 ： 年 月 9日 注 ： 1. 选 题 类 型 ： 基 础 型 、 应 用 型 、 应 用 基 础 型 、 调 研 型 ；2. 课 题 来 源 ： 国 家 级 项 目 、 省 部 级 项 目 、 横 向 合 作 项 目 、 校 级 项目 、 自 选 项 目 ；
