微塑料在典型农田土壤中的分布特征及其对雌激素环境行为的影响

论文价格:150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:硕博论文网 点击次数:
论文字数:33563 论文编号:sb2024011220383351738 日期:2024-01-15 来源:硕博论文网

本文是一篇工程硕士论文,本次调研区域所有点位样本中聚氯乙烯(PVC-MPs)的占比最大,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-MPs)和聚氨酯(PU-MPs)次之,PVC-MPs在江门市农用地土壤中分布最广(检出率 > 95%)、丰度最高(60~4872 个·kg-1)。
1  绪论
1.1  新污染物
1.1.1  新污染物的分类及特点
新污染物是指由人类活动造成的已明确存在的新兴污染物[1, 2]。目前,国际上对新污染物的分类主要包括[2, 3]:环境内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs)、微塑料(Microplastics,MPs)和抗生素(Antibiotic)、持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)等。新污染物具有种类繁多、污染程度不断增加,同时还具有五大特征[4]:(1)污染隐蔽性、(2)环境持久性、(3)危害多样性、(4)来源广泛性、(5)治理复杂性。
1.1.2  新污染物的污染和危害
1.1.2.1  EDCs
我国对EDCs的研究起步较早,在2001年的“863计划”中就有关于EDCs筛选及控制技术研究的立项。但近年来国内外的研究结果显示出EDCs污染情况仍较为严峻,在我国的长江[5]、黄河[6]、渤海[7]等以及太平洋[8]、大西洋[9]等地区水域中均检测到EDCs,其中种类最多的达到40多种(渤海)、浓度高达3421 ng·L-1(长江河口),在垃圾处理厂、污水处理厂等处理环节中EDCs的含量也达到了µg·L-1[10, 11]。EDCs的浓度更多只是在ng·L-1或µg·L-1,即使这样对生物体也会产生很多不良影响,如损害动物的生殖、免疫和神经系统等[12-14],通过食物链进入人体后会诱发各个组织器官、系统的各种疾病[15, 16]。
1.1.2.2  抗生素
抗生素在人类生产生活和农牧业中应用广泛,主要是用于疾病预防、治疗和促进生长等方面,但随之也出现滥用现象[17, 18]。而人类和畜禽养殖使用的抗生素会随代谢作用排除体外[19],进入水体和农田土壤中[20-22]。有研究发现,在养殖场附近水域中,枯水期抗生素浓度是丰水期4倍左右,地表水含量高于地下水,而抗生素污染主要是人类活动导致;在许多畜禽排泄物中也检测到抗生素的踪迹[23, 24]。水环境中抗生素的存在能引起动植物的中毒、扰乱微生物生长和繁殖、改变微生物群落结构等不良影响[25, 26]。同时对居民饮水安全[27]、人类健康以及生态环境等方面产生危害[22]。
.......................
1.2  环境中的微塑料和雌激素
1.2.1  微塑料
1.2.1.1  环境中MPs的来源
已知环境中MPs的来源有温室覆盖物、塑料薄膜、灌溉水、大气沉降以及含塑料化肥(污泥或生物废物堆肥)的使用等。地膜覆盖在20世纪引进到我国,对作物产量、水分保持、保温防虫等方面有重要作用,但使用不合理、难回收和不易降解等原因,导致残留地膜污染严重,对环境、农作物生长和畜牧养殖都会带来负面影响[53]。对此,我国陆续出台了相关文件,主要目的是能科学使用地膜、提高回收率。同时研究发现,MPs还可以通过有机肥、灌溉水、大气沉降等方式进入土壤中[54, 55]。工业的发展使得污水量增多,从而产生大量的污泥,集约化养殖的快速发展同样产生大量的畜禽粪污,污泥和粪污所含的有机质、氮和磷等十分丰富,因此当作化肥来使用。并且MPs并不能通过污水处理系统,而污水经过处理后作为灌溉水也是MPs进入环境的途径之一。
1.2.1.2  MPs的污染现状
研究发现MPs广泛存在于环境[29-32]甚至是人体内[33-35];在我国黄土高原发现MPs含量不到0.54 mg·kg-1[56],西南地区(云南)土壤中MPs达到7100~41965 个·kg-1[38];美国一公园绿地土壤中MPs在334~3068 个·kg-1[57],墨西哥某园地中PE颗粒数量为0.87±1.9 个·g-1[58];可以发现,在许多耕地、工业园、景区和公园都有的MPs存在[59-61],表明土壤环境受到MPs污染严重。在少有人为活动高原地区地表水中MPs含量约483~892 个·m-3、沉积物MPs含量约287~450 个·m-2[62],在美国某州的地下水中MPs污染的丰度最高为15200 个·m-3[63];爱尔兰的一些污水处理厂的污泥中MPs丰度在4196~15385 个·kg-1[55],在我国东莞的大气中每天沉降MPs约175~313 个·m-2[54]。这些存在于地下水、地表水、沉积物和大气中的MPs,通过灌溉、大气沉降、径流等途径汇入土壤中,而土壤中MPs会被动植物摄入吸收,在富集作用下大量MPs通过食物链进入人体[64]。而且MPs可以作为载体吸附环境污染物,这些污染物被间接转移到生物体内[65]。
............................
2  实验材料和方法
2.1  实验试剂和仪器

工程硕士论文怎么写
工程硕士论文怎么写

......................
2.2  实验设计
2.2.1  农田环境微塑料分布
2.2.1.1 样品采集
调研区域选择广东省江门市新会区(见表2.3),对农田密集区域内的旱地和水田土壤进行采样,采样点更多分布在谭江和西江两侧,分析微塑料在不同类型耕作农用地中分布特征研究,对比不同类型农业土壤中微塑料丰度差异。

工程硕士论文怎么写
工程硕士论文怎么写

.........................
3 典型农用地土壤中MPs的分布特征................................17
3.1 土壤中MPs的丰度和分布...................................17
3.1.1 不同类型土壤中微塑料的分布.......................19
3.1.2 不同粒径微塑料的分布...................................21
4 PE-MPs对雌激素的吸附特征................................25
4.1 雌激素在PE-MPs上的吸附行为..............................25
4.1.1 吸附动力学................................25
4.1.2 等温吸附线....................................28
5 PE-MPs对土壤中雌激素降解的影响...............................34
5.1 土壤中雌激素的降解.............................34
5.1.1 PE-MPs对土壤中雌激素降解的影响.........................34
5.1.2 土壤中雌激素降解率变化...................................36
5  PE-MPs对土壤中雌激素降解的影响
5.1 土壤中雌激素的降解
5.1.1  PE-MPs对土壤中雌激素降解的影响
图5.1 显示了土壤中雌激素在为期30 天的模拟实验中的降解情况。两组处理组中E1的降解过程表现出三个阶段,先增加后快速降解再缓慢降解,17α-E2、17β-E2、E3、DES则在前期快速降解后变得相对平缓。E1在前期的增加是由于17α-E2、17β-E2和17α-EE2在脱氢或者生物好氧等作用能转化为E1,从而导致E1含量上升(见图5.2)。CK中E1含量上升导致17α-EE2同步升高,17α-EE2又向17α-E2和17β-E2发生转化导致加入雌激素片刻含量有升高。E1含量上升主要是在前面1 天,到第5天时CK中E1含量减少了3.11 mg·kg-1。而处理0.5%PE 中E1在第5 天含量仍高达2.12 mg·kg-1,相较于CK高出1.69 mg·kg-1;8~22天之间E1含量降低了1.75 mg·kg-1。E1在后续的一周实验期间CK和0.5%PE中差异不大,降解率最终相差0.17 mg·kg-1。可以发现在一个月的模拟实验中,PE-MPs对土壤中E1降解的影响主要是在2~22天,最终残留浓度相对CK更高。17α-EE2的降解变化与E1相似,第2天开始降解速度减缓,到第8天金降解了0.2 mg·kg-1,同样到第22天与CK中含量相差在0.1 mg·kg-1左右。17α-E2、17β-E2、E3和DES在土壤中降解规律基本一致,到第2天含量均不足0.1 mg·kg-1;其中17β-E2含量在第3~8天上升,根据几种雌激素的转化关系E1、17α-E2和17α-EE2均可向17β-E2发生转化,可以看出17α-EE2在期间有小幅度的下降再上升,17β-E2的增加主要是受17α-EE2的影响。

工程硕士论文参考
工程硕士论文参考

.................................
6  结论和展望
6.1  结论
(1)  农用地土壤中MPs污染情况
本次调研所有点位的样本中,PVC-MPs是江门市农用地土壤中分布最广、丰度最高;水源灌溉对土壤环境的MPs含量有一定程度的影响;粒径20~100 μm 的MPs在土壤中分布更广含量更高。该区域MPs风险指数等级较高,IV 级风险占到82.98%,PVC-MPs由于其危害系数极高作为主要贡献者;从土壤的MPs污染负荷指数来看,该调研区域基本属于 Ⅰ 类污染,整体来看污染较轻。
(2)  PE-MPs对雌激素的吸附行为
准二级动力学模型对雌激素在PE-MPs上的动力学吸附过程拟合效果最好,PE-MPs对雌激素的吸附分为前期快速吸附、后期缓慢吸附,吸附过程以表面吸附为主。初始浓度增加会影响动力学吸附平衡时间和不同雌激素吸附量占比,同时会促进表面吸附反应进行。Freundlich模型拟合雌激素在PE-MPs上的等温吸附效果最好(R2 > 0.94),PE-MPs对雌激素的吸附过程为多相多层的非均匀表面吸附。6种雌激素在PE-MPs上的吸附主要以物理吸附为主,化学键的作用对人工合成类雌激素吸附过程有一定影响,而对天然雌激素基本没有作用。根据对雌激素在PE-MPs上吸附的位点能量拟合结果,复合体系中雌激素在PE-MPs上的位点能量整体向高位能区发生偏移,其中DES更易被PE-MPs吸附。
参考文献(略)


如果您有论文相关需求,可以通过下面的方式联系我们
点击联系客服
QQ 1429724474 电话 18964107217