植酸在不同沉積物、礦物材料和土壤中的行為研究.pdf

1、隨著我國養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展，含有豐富植酸的禽畜廢棄物大量進(jìn)入環(huán)境。同時(shí)，工業(yè)的高速發(fā)展和不合理施肥導(dǎo)致我國土壤中重金屬的污染問題日益嚴(yán)峻，造成農(nóng)田荒蕪、水體污染的現(xiàn)象屢見不鮮，嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。植酸作為優(yōu)良的螫合劑和抗氧化劑在食品、化工和重金屬污染治理方面表現(xiàn)著不可忽視的作用。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，植酸的測(cè)定技術(shù)日臻成熟為研究植酸在環(huán)境中的行為提供了有力手段。近年來，植酸與環(huán)境介質(zhì)中重金屬的作用已成為研究熱點(diǎn)

2、。本研究通過野外調(diào)查，探討了典型農(nóng)田和淡水生態(tài)系統(tǒng)中植酸酶的分布特點(diǎn)，磷素及植酸的分布行為和賦存形態(tài);通過實(shí)驗(yàn)室批處理實(shí)驗(yàn)，研究了植酸在礦物材料和土壤界面的吸附解吸特性及其重金屬結(jié)合形態(tài)的變化特征;采用小麥土壤盆栽試驗(yàn)，研究了As污染土壤上植酸對(duì)植物體抗氧化酶系統(tǒng)和重金屬在植物體內(nèi)的分布變化的影響。獲得的主要結(jié)果如下:
　　(1)自然湖泊梁子湖不同沉積物中，IP（Inorganic Phosphorus）含量占TP(TotalPh

3、osphorus)的40-71％，而OP(Organic Phosphorus)的含量比較低，僅占13％-45％。梁子湖入水口處IP的含量分布表現(xiàn)為，0.8 m以上沉積物部分為HCl-P≈NaOH-P，而0.8 m以下沉積物部分為HCl-P＞NaOH-P，而在出水口的趨勢(shì)相反。OP組分在梁子湖和月湖中都表現(xiàn)為MLOP＞MROP＞LOP。
　　(2)分析磷素在不同年代沉積物中的積累特征發(fā)現(xiàn)，在2ka.BP以來TP和植酸含量不斷增加，

4、在2-4 ka.BP之間先迅速增加而后趨于穩(wěn)定，而8.6 ka.BP之前(4.5m以下)磷的含量處于較低水平，這一結(jié)果表明，沉積物中TP和植酸的含量變化可以較準(zhǔn)確的反映沉積物中磷的輸入歷史。
　　(3)在城市湖泊月湖中，表層沉積物中TP的含量居民生活干擾區(qū)(YH1)明顯高于非生活干擾區(qū)(YH2)。月湖沉積物中IP的NaOH-P基本相當(dāng)，但在居民生活干擾區(qū)表層HCl-P含量明顯高于非干擾區(qū)。月湖沉積物中OP主要是MLOP，各組分表現(xiàn)

5、為MLOP＞LOP，MROP。月湖沉積物中植酸含量和植酸酶的活性隨深度的增加而逐漸降低，在表層土壤中（1m以上）生活干擾區(qū)植酸含量和植酸酶的活性均大于非干擾區(qū)。研究結(jié)果還表明在城市湖泊中的磷主要富集于表層沉積物中。
　　(4)農(nóng)田土壤剖面磷素的分布特征分析表明，農(nóng)田土壤磷素均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的淋溶并在土層中、深層積累的特征。梁子湖周邊兩種土壤（水稻土和旱地油菜）剖面的磷素積累特征基本一致，表現(xiàn)為磷素分別在表層（0.4m以上）和下層（1.

6、4m以下）積累，而水稻土下層磷素積累明顯高于油菜田土壤。與沉積物不同，梁子湖區(qū)土壤IP含量NaOH-P＞HCl-P，而Q4母質(zhì)發(fā)育的2種菜地土壤（長江沿岸）為HCl-P＞NaOH-P。與湖泊沉積物有機(jī)磷組分變化類似，土壤的有機(jī)磷亦表現(xiàn)出MLOP＞LOP，MROP的含量，其中MLOP含量變幅較大，是土壤有機(jī)磷的活躍形態(tài)。但各種土壤LOP和MROP的含量比湖泊沉積物顯著提高。值得注意的是，農(nóng)田土壤植酸含量明顯低于湖泊沉積物的植酸含量，但植酸

7、酶活性與湖泊沉積物基本相當(dāng)。
　　(5)植酸與重金屬以及礦物材料之間作用的批處理研究表明，植酸、重金屬離子和礦物材料相互作用顯著影響環(huán)境中重金屬的界面行為。四種礦物材料（鋼渣、含鐵錳礦、蒙脫石、針鐵礦）對(duì)3種重金屬(Cd、As、Zn)的最佳吸附溫度為25℃，吸附飽和時(shí)間為24h，四種礦物中鋼渣和鐵錳礦對(duì)重金屬的吸附效果最佳。植酸與Cd和As的絡(luò)合吸附過程降低了重金屬在礦物材料表面的吸附作用，其中對(duì)As、Cd吸附影響最大的蒙脫石，植

8、酸濃度為2mM時(shí)蒙脫石對(duì)As和Cd的吸附率分別降低了100％和53％。而植酸與Zn的絡(luò)合沉淀過程反而增加了Zn與礦物材料的吸附作用，在四種礦物材料中，植酸的添加增加了礦物對(duì)Zn的吸附。
　　(6)植酸、重金屬及不同類型土壤之間的相互作用研究發(fā)現(xiàn)，添加植酸降低四種土壤（紅壤、灰潮土、褐土、黑土）對(duì)重金屬Cd和As的吸附，其中以紅壤和灰潮土最為明顯;同時(shí)植酸對(duì)四種土壤重金屬的解吸率最高可達(dá)98.8％。隨著添加植酸濃度的上升，Zn的吸附

9、率升高而解吸率下降，且低于Cd和As的解吸率。
　　(7)培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，加入植酸后，在酸性紅壤和黑土中，四種金屬As、Cd、Pb和Zn中隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長有效態(tài)含量逐漸升高，而堿性土壤灰潮土和褐土中四種重金屬的有效態(tài)逐漸下降。重金屬形態(tài)分析結(jié)果表明，Cd，Pb，Zn以可還原態(tài)和可交換態(tài)變化較大，而As以專性吸附、非專性吸附和殘?jiān)鼞B(tài)的變化最大。
　　(8)在As污染土壤中，添加植酸可促進(jìn)小麥生長。小麥體內(nèi)As的累積隨著植酸