長時間尺度下土壤組分互作對外源銅分布的影響.pdf

1、重金屬污染是影響我國糧食安全與生產(chǎn)、危害人民健康和限制社會可持續(xù)發(fā)展的重大障礙。近年來，我國土壤重金屬污染事故時有發(fā)生，己引起政府和公眾的廣泛關(guān)注。銅是植物生長所需要的微量元素，但過量的銅會對植物生長產(chǎn)生危害。土壤是由礦物、有機物及微生物等固相組分組成的復(fù)雜體系，這些固相組分的數(shù)量、組成及表面特性等決定著重金屬的化學(xué)行為、有效性和歸宿。本研究選取紅壤、褐土及黑土，添加秸稈或秸稈+工程菌(Pseudomonas putida X4/pIM

2、E)與土壤組分發(fā)生相互作用后輸入外源銅，土壤培養(yǎng)24個月，每4個月取樣1次。利用傳統(tǒng)化學(xué)分析和現(xiàn)代儀器分析如同步輻射(C NEXAFS、SR-FTIR)等對土壤進行銅形態(tài)分析、有機碳含量及組成分析和鐵氧化物含量的測定等。探究土壤組分互作及老化效應(yīng)對外源銅在土壤組分上分布的影響，明確長時間尺度下Cu化學(xué)形態(tài)的動態(tài)變化過程。為不同類型土壤中銅污染的風(fēng)險評估提供理論支撐。主要結(jié)果如下:
　　(1)考察了外源有機物、微生物進入土壤后對有機

3、碳含量和組成的影響。秸稈、秸稈+工程菌分別顯著提高了紅壤、褐土和黑土中總有機碳、腐殖酸和可溶性有機碳含量;培養(yǎng)8個月內(nèi)紅壤、褐土及黑土中可溶性有機氮較對照處理分別下降4.1倍-7.2倍、0.6倍-1.3倍和1.6倍-7.9倍，可能是秸稈、秸稈+工程菌使微生物活性增強，大量消耗可溶性有機氮;隨后可溶性有機氮在紅壤和褐土中分別增加7.4％-170％和11.0％-160％。三種土壤中有機碳類型均以脂肪碳、羧基碳和烷氧碳形式存在，占總有機碳含量

4、的60％以上。秸稈處理提高三種土壤中烷氧碳/脂肪碳比值;降低紅壤中有機碳的芳香性，增強黑土中有機碳芳香性。黑土胡敏酸的C/O比在前16個月較對照增加，C/H比在培養(yǎng)的第16-24個月降低，說明秸稈使黑土胡敏酸脂肪性增加，芳香性降低。
　　(2)明確了鐵氧化物含量變化及與有機物的相關(guān)性。紅壤中游離鐵含量最高，黑土中非晶型鐵和絡(luò)合鐵含量最高。加入秸稈、秸稈+工程菌后顯著降低三種土壤中非晶型鐵含量。前20個月，非晶型鐵含量在三種土壤呈增

5、加趨勢，在20-24個月含量降低。非晶型鐵氧化物含量與各類型有機碳含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)。Fep/Fed在三種土壤中隨時間逐漸增加，即鐵氧化物在有機質(zhì)上的絡(luò)合程度增加。同步輻射紅外實驗的結(jié)果顯示:三種土壤中粘粒礦物和鐵氧化物與脂肪碳位置分布的相關(guān)性最高;秸稈促進紅壤中有機碳與鐵氧化物的結(jié)合，降低褐土中粘粒礦物、鐵氧化物與有機碳的相關(guān)性;老化效應(yīng)可提高紅壤和褐土中有機碳與粘粒礦物、鐵氧化物的相關(guān)性，黑土中結(jié)果相反。
　

6、　(3)揭示了外源銅形態(tài)的動態(tài)變化過程。紅壤中，銅主要以專性吸附態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化態(tài)形式存在，占總銅含量的73.7％-89.7％。褐土在培養(yǎng)后的4個月，銅以碳酸鹽結(jié)合態(tài)和腐殖酸結(jié)合態(tài)形式存在，占到全銅含量的81.8％;此后，褐土中銅主要以碳酸鹽結(jié)合態(tài)、腐殖酸結(jié)合態(tài)及鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)形式存在，占到總銅含量的83.6％-90.5％。黑土中腐殖酸結(jié)合態(tài)銅含量高達55.0％-73.9％。秸稈、秸稈+工程菌提高三種土壤中水溶態(tài)銅含量，可能

7、是形成Cu與可溶性有機物形成絡(luò)合物，增加了Cu的溶解性;降低交換態(tài)和專性吸附態(tài)/碳酸鹽結(jié)合態(tài)銅含量。三種土壤不同處理中均為殘渣態(tài)Cu含量隨時間逐漸增加。
　　(4)得到銅移動性隨時間的動態(tài)變化及秸稈、秸稈+工程菌在不同土壤中降低銅移動性可持續(xù)時間和效率最高時期。黑土中銅移動系數(shù)最低(6.4-9.2)，與黑土中高有機質(zhì)含量和粘粒含量有關(guān)。銅的移動系數(shù)在三種土壤中均為前20個月逐漸下降，第24個月增加?？赡茉蚴歉乘岷头蔷丸F氧化物

8、含量在培養(yǎng)后的第24個月減小及鐵氧化物在有機質(zhì)上的絡(luò)合程度提高。加入秸稈、秸稈+工程菌后均可以降低銅的移動性，且秸稈在紅壤、褐土及黑土中促進銅移動性下降的效率最高時期分別為12個月、12個月和8個月;工程菌僅在紅壤培養(yǎng)后8個月內(nèi)對降低銅有效性的效率高于秸稈處理。秸稈、秸稈+工程菌在紅壤、褐土及黑土中起作用的時間分別為16個月、24個月和大于24個月。
　　(5)提出了不同類型土壤銅形態(tài)的主控因素。土壤理化性質(zhì)和各形態(tài)銅的多元線性逐