重慶紫色土中砷含量分布及主要行為特征研究.pdf

1、砷是土壤中重金屬的組成元素，除土壤背景外，大氣和水體等環(huán)境要素中的砷均可通過各種途徑轉(zhuǎn)移到土壤中，造成砷在土壤中的富集，反之，土壤中砷也可以經(jīng)各種化學(xué)遷移、生物吸附等過程從土壤中移出。因此，研究不同土壤中砷的背景水平和砷在土壤中的遷移、富集規(guī)律及其影響因子，對(duì)合理利用和保護(hù)土壤這種不可再生資源具有重要意義。目前，盡管針對(duì)重慶地區(qū)紫色母巖及其發(fā)育的各種紫色土中砷含量水平、分布已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)，但是，對(duì)砷在不同成土母巖及不同利用方式下

2、紫色土剖面中的分布、遷移、富集，特別是土壤各種理化因素如磷.砷競(jìng)爭(zhēng)吸附等對(duì)紫色土砷含量分布特征的影響缺乏系統(tǒng)研究。對(duì)此，本文以重慶地區(qū)主要紫色母巖發(fā)育的紫色土壤為對(duì)象，研究重慶紫色土剖面及其下伏母巖砷的含量水平和分布遷移特征，以期掌握砷在不同地質(zhì)時(shí)期紫色土中的遷移和富集規(guī)律，進(jìn)一步探明成土條件、土壤發(fā)育程度對(duì)紫色土中砷含量水平的影響，明確砷在紫色土中的主要化學(xué)行為特征，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)重慶地區(qū)紫色土砷的含量水平和環(huán)境特征提供理論依據(jù)。本研究在

3、對(duì)土壤全砷測(cè)定預(yù)處理方法改進(jìn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)采至重慶市墊江、江津、永川、合川、忠縣等18個(gè)區(qū)縣不同紫色母質(zhì)、不同利用方式的紫色土壤剖面中砷含量水平、分布規(guī)律及其影響因子進(jìn)行了系統(tǒng)比較研究，取得如下結(jié)論： (1)采用HNO3-H2SO4-V2O5改進(jìn)I法作為土壤全砷測(cè)定的預(yù)處理方法，其測(cè)定結(jié)果重現(xiàn)性好，砷元素流失少，變異系數(shù)小，加標(biāo)回收率高，預(yù)處理過程操作簡(jiǎn)單，消解時(shí)間短，40 min左右可將土壤樣品消解完全，消解過程中產(chǎn)生酸霧少

4、，對(duì)消解室環(huán)境污染小。適宜做土壤全砷測(cè)定的簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的預(yù)處理方法。 (2)重慶市紫色土表層(0～20cm土層)全砷含量范圍在3.42～18.0 mg·kg-1之間，平均含量為10.6 mg·kg-1；略低于我國(guó)土壤表層全砷的背景含量(11.2 mg·kg-1)，是世界土壤中全砷平均含量(5.00mg·kg-1)的2倍多。紫色土中間層(20～40cm土層)全砷含量范圍在2.85～18.91 mg·kg-1之間，平均含量為10

5、.7mg·kg-1；紫色土深層(>40cm土層)全砷含量范圍在2.03～18.8mg·kg-1之間，平均含量為10.7mg·kg-1。低于我國(guó)深層土壤全砷的背景含量(11.5mg·kg-1)。重慶市紫色土表層全砷含量的分布特征為從西北向東南方向砷含量水平呈現(xiàn)逐漸由高變低的趨勢(shì)，重慶市西北方向各區(qū)縣紫色土表層全砷含量水平是東南方向各區(qū)縣的2～3倍，紫色土表層全砷含量水平較多集中在7.50～12.5 mg·kg-1區(qū)間。 (3)土地

6、利用方式不同，砷在重慶市紫色土剖面中分布規(guī)律存在明顯差異。總體來看，旱地紫色土壤剖面中，全砷分布規(guī)律為耕作層>心土層>底土層，砷在耕作層中富集較明顯；水田紫色土壤剖面為母質(zhì)層>犁底層>表層，砷元素在母質(zhì)層土體中輕微富集；水旱輪作為中間層>母質(zhì)層>耕作層；園地母質(zhì)層>表層>中間層，各層次間砷含量水平變化不大。 (4)重慶市侏羅系地質(zhì)時(shí)期的4種紫色母巖中，砷的平均含量變化規(guī)律為遂寧組母巖(13.4 mg·kg-1)>蓬萊鎮(zhèn)組母巖(8

7、.80 mg·kg-1)>自流井組母巖(7.34 mg·kg-1)>沙溪廟組母巖(4.83 mg·kg-1)；相同類型不同巖性的紫色母巖，砷平均含量變化規(guī)律為泥(頁>巖>泥砂巖>砂巖。 (5)成土母質(zhì)是決定紫色土中砷元素豐都及分布規(guī)律的關(guān)鍵因素。研究結(jié)果表明，紫色母巖砷含量與其發(fā)育的紫色土剖面A層、B層和C層砷含量均達(dá)到極顯著性水平相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為R.A=0.903**、RB=0.907**和RC=0.941**(n=18)

8、，均大于t0.01=0.575(n=18)，并呈現(xiàn)出相關(guān)系數(shù)由母質(zhì)層(C層)向耕作層(A層)依次遞減的規(guī)律。 (6)土壤基本理化性質(zhì)也影響著紫色土中全砷含量水平，土壤全氮、速效鉀、堿解氮含量與土壤全砷含量均呈顯著性正相關(guān)，但誤差通經(jīng)系數(shù)(Pye=0.783)表明土壤全氮、速效鉀、堿解氮含量為土壤全砷含量分布的次要影響因素。 (7)土壤全鐵、全錳及全鋅含量與土壤全砷含量均呈極顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為R=0.494**、

9、R=0.593**和R=0.346**(t0.01=0.267 n=88)，土壤全銅與全砷含量無顯著性相關(guān)關(guān)系(R=0.068 n=88)，鐵作為造巖元素和土壤砷伴生成礦元素之一，其與土壤全砷含量的相關(guān)性最高，土壤中全鐵分布規(guī)律可間接反應(yīng)土壤全砷分布規(guī)律。 (8)砷、磷的等溫吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程描述，在酸性、中性和石灰性紫色土砷、磷的最大吸附量分別為1428.6、1250.0、1111.1和3

10、22.6、357.1、434.8mg·kg-1；砷、磷動(dòng)力學(xué)吸附分為快慢兩個(gè)階段，快速吸附階段為交換反應(yīng)所控制，該段吸附可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模擬其動(dòng)態(tài)，慢吸附反應(yīng)與土壤專性吸附有關(guān)，滿足Elovich方程。解吸過程中砷、磷的解吸量均隨著濃度的增加而增大。砷難于解吸，易解吸砷量占吸附砷量的比例在10％～29％之間；相比砷而言，磷較易于解吸，易解吸磷量占吸附磷量的比例在11％～50％之間。砷、磷共存時(shí)砷的吸附速度與吸附量均降低，土壤溶液中磷的