黑土—蔬菜體系中鍺的傳輸動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、鍺作為重要的半導(dǎo)體材料和超導(dǎo)體材料被廣泛地應(yīng)用，同時(shí)鍺也是石油化工中的重要原料，這些行業(yè)排放的廢水中含有大量的鍺。植物從土壤中吸收重金屬，重金屬又通過(guò)食物鏈從植物進(jìn)入人體。因此，土壤中重金屬不僅對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育和果實(shí)的產(chǎn)量與品質(zhì)產(chǎn)生影響，而且與人體的健康密切相關(guān)。蔬菜，尤其是葉菜已成為許多國(guó)家當(dāng)今最重要的食品之一，其消費(fèi)量與日俱增。因此，研究了土培條件下，鍺對(duì)眷白菜、櫻桃蘿卜、豌豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響；并初探了鍺在黑土-蔬菜體內(nèi)的遷移和積累

2、規(guī)律。 本文采用HNO3-H3PO4-H2O2消解體系處理蔬菜樣品，建立了微波等離子炬原子發(fā)射光譜(MPT-AES)測(cè)定蔬菜中微量鍺的方法，并對(duì)各相關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：在微波功率80W，負(fù)高壓800V，分析線波長(zhǎng)265.118nm，等離子體工作氣(Ar)流量0.50L/min，載氣(Ar)流量0.90L/min條件下測(cè)定蔬菜樣品中鍺含量，檢出限28.70ng/mL，回收率92.77％-95.60％，變異系數(shù)小于4.

3、00％。本方法具有操作簡(jiǎn)便、樣品用量少、檢出限低、靈敏度高、氣體能耗少等優(yōu)點(diǎn)。 本文還對(duì)黑土吸附鍺的影響因素來(lái)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：時(shí)間、有機(jī)質(zhì)、溫度和pH均影響土壤對(duì)鍺的吸附。隨時(shí)間的延長(zhǎng)土壤吸附鍺量增加，在2.5h基本達(dá)到吸附平衡。有機(jī)質(zhì)的加入使土壤對(duì)鍺的吸附量增加。隨溫度的升高，吸附量降低，平衡液鍺濃度隨溫度的升高而增大，描述土壤對(duì)鍺的吸附特性的溫度影響可以用Langmuir方程、Freund¨ch方程和Temkin方程來(lái)描

4、述，其中以Langmuir方程與本試驗(yàn)最為吻合，系數(shù)0.9985～0.9992；最大吸鍺量(Xm)排列順序?yàn)?5℃＞25℃＞35℃；土壤吸附系數(shù)(K)，排列順序?yàn)?5℃＞25℃＞35℃，可見(jiàn)，15℃時(shí)土壤對(duì)鍺的吸附能力最強(qiáng)，吸附量也最大。通過(guò)不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算出的吸附活化能Ev、吸附活化焓(△Hy)、吸附活化自由能(△Gv)、吸附活化熵(△Sy)的結(jié)果表明，土壤吸附鍺的反應(yīng)是放熱的化學(xué)反應(yīng)，吸附不能自由進(jìn)行，吸附反應(yīng)使體系

5、混亂度降低，有序性提高，使土壤與鍺的作用空間更加合理。同一pH值條件下，土壤對(duì)鍺的吸附量隨溶液鍺添加濃度升高而增加；在同一鍺添加濃度下，土壤對(duì)鍺的吸附量順序?yàn)椋簆H9＞pH6＞pH3，在溶液pH3～9范圍內(nèi)，平衡液鍺濃度與土壤吸附量具有明顯的等溫吸附關(guān)系，用Freundlich方程擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)為0.9957～0.9993。 本文通過(guò)室外盆栽試驗(yàn)，研究了鍺對(duì)葉菜類(lèi)中的春白菜、根菜類(lèi)中的櫻桃蘿卜和果菜類(lèi)中的豌豆的生長(zhǎng)發(fā)育的

6、影響；并初探了鍺在黑土-蔬菜體系中的遷移和積累規(guī)律。 試驗(yàn)結(jié)果表明：低濃度的鍺對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育具有促進(jìn)作用，高濃度的鍺則具有抑制或毒害作用。不同品種蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育受鍺影響程度不同，同一品種蔬菜不同部位對(duì)鍺的積累程度也不同。 在種子萌發(fā)期，高濃度的鍺如50mg/kg的鍺延緩蔬菜種子的萌發(fā)；100mg/kg的鍺抑制蔬菜種子的萌發(fā)，導(dǎo)致發(fā)芽率降低。低濃度的鍺能使蔬菜幼苗粗壯，高濃度的鍺如100mg/kg使幼苗枯萎、甚至根部腐爛

7、、枯死。高濃度的鍺對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育具有抑制或毒害作用，使葉綠素受到破壞，游離脯氨酸、丙二醛以及根系過(guò)氧化物酶活性增加。豌豆在鍺含量超過(guò)50mg/kg時(shí)便開(kāi)始出現(xiàn)葉片邊緣變黃甚至整個(gè)葉片變黃，株高矮、莖瘦弱，開(kāi)花少、作果率低且扁莢多，根部無(wú)根瘤的形成、呈現(xiàn)褐色、斷裂甚至根部壞死的現(xiàn)象。高濃度的鍺使櫻桃蘿卜隨生長(zhǎng)周期的延長(zhǎng)葉片逐漸開(kāi)始呈現(xiàn)黃色、葉片變窄、變小；塊根部分木質(zhì)化強(qiáng)度增大，使得根部老化硬結(jié)、植物根系活力被嚴(yán)重抑制，使得植物無(wú)法利用

8、基質(zhì)中的養(yǎng)分，從而導(dǎo)致明顯減產(chǎn)。土壤中鍺濃度為100mg/kg時(shí)也能使春白菜出現(xiàn)葉片變小、變黃，根部硬化、產(chǎn)量降低等現(xiàn)象。 低濃度的鍺對(duì)櫻桃蘿卜和豌豆的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的促進(jìn)作用，使它們長(zhǎng)勢(shì)旺盛，使生物量增加。在30mg/kg時(shí)，豌豆的根、莖、葉、豆莢分別較對(duì)照增加3.33％、21.82％、16.73％、11.91％，總量增加14.46％；櫻桃蘿卜地上部鮮重為60.80g/盆，較對(duì)照增加12.80％；塊根鮮重為67.42g/盆，

9、較對(duì)照增加66.06％，總生物量較對(duì)照增加35.68％。高濃度的鍺對(duì)豌豆和櫻桃蘿卜的生長(zhǎng)發(fā)育開(kāi)始具有抑制或毒害作用，使生物量降低。當(dāng)鍺添加量為100mg/kg時(shí)，豌豆的根、莖、葉、豆莢分別較對(duì)照降低16.33％、17.49％、16.06％、12％；櫻桃蘿卜的地上部鮮重為50.60g/盆，較對(duì)照降低6.17％；塊根鮮重為22.70g/盆，較對(duì)照降低44.09％，總生物量降低22.43％。5、10、30、50mg/kg的鍺均對(duì)春白菜的生長(zhǎng)發(fā)

10、育有一定的促進(jìn)作用，使春白菜的生物量有所增加，而后逐漸表現(xiàn)出抑制作用。100mg/kg時(shí)，春白菜鮮重為143.65g/盆，較對(duì)照降低11.95％。以鍺使蔬菜減產(chǎn)10％為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，豌豆、櫻桃蘿卜、春白菜盆栽中鍺的臨界值分別為92.42mg/kg，62.39mg/kg，96.43mg/kg。 不同蔬菜其富集系數(shù)不同：豌豆＞櫻桃蘿卜＞春白菜；同種蔬菜的不同部位其富集系數(shù)也不同。蔬菜各器官中鍺濃度的分布規(guī)律：豌豆：根＞莖＞葉＞豆莢；櫻桃蘿