土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化的分子形態(tài)研究.pdf

1、重金屬是農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品中的重要污染物，重金屬在土壤礦物、生物等界面的遷移和形態(tài)轉(zhuǎn)化決定其在土壤圈中的歸趨和生態(tài)效應(yīng)。近年來，隨著環(huán)境分子科學(xué)的發(fā)展和研究方法的突破，從分子水平深入認(rèn)識(shí)重金屬污染物在環(huán)境介質(zhì)中的反應(yīng)機(jī)制成為環(huán)境科學(xué)新的研究熱點(diǎn)。本論文在傳統(tǒng)分析方法的基礎(chǔ)上，通過引入同步輻射X射線吸收光譜技術(shù)(SRXAS)，對(duì)重金屬在粘土礦物、土壤顆粒和植物根一土界面的分子形態(tài)進(jìn)行了一些探討，主要研究結(jié)論如下：
　　 明確了C

2、u在蒙脫石和赤鐵礦表面結(jié)合的分子形態(tài)。在蒙脫石和赤鐵礦表面，Cu原子赤道平面上的四個(gè)水分子被O原子取代，形成Cu-0配位。在蒙脫石表面，Cu除了與片層邊緣0原子配位吸附外，還形成多核沉淀；在赤鐵礦表面，Cu除與O原子結(jié)合外，還存在兩種可能的結(jié)合形態(tài)，分別是形成內(nèi)層配位和表面沉淀。通過草酸、Cu耐性植物海州香薷(Elsholtzia splendens)根分泌物、Cu耐性微生物(Pseudomonasputida CZ1)對(duì)礦物表面Cu結(jié)

3、合分子形態(tài)影響研究表明，草酸和海州香薷根分泌物將赤鐵礦和蒙脫石表面的Cu沉淀轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸結(jié)合態(tài)，在礦物表面表現(xiàn)出活化作用；Cu的耐性微生物CZ1促進(jìn)了Cu在赤鐵礦和蒙脫石中的吸附，且形成穩(wěn)定性更好的Cu沉淀物，在礦物表面表現(xiàn)出固定作用，在CZl作用下，赤鐵礦和蒙脫石表面吸附的部分Cu轉(zhuǎn)化為草酸酸和氨基酸絡(luò)合態(tài)。
　　 突破了傳統(tǒng)的土壤重金屬形態(tài)分析方法，對(duì)Cu在污染土壤中結(jié)合的分子形態(tài)及其轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行量化。以礦區(qū)污染土壤為材料，

4、以硫化物結(jié)合態(tài)、礦物吸附態(tài)、腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)的Cu為參比，通過不同分子形態(tài)Cu的同步輻射X射線吸收光譜特征分析，證明土壤中Cu含量大小依次為腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)、赤鐵礦結(jié)合態(tài)、水鐵礦結(jié)合態(tài)、硅酸鹽礦物結(jié)合態(tài)和硫化物結(jié)合態(tài)；在根分泌物影響下，土壤溶液中以草酸和根分泌物類似絡(luò)合態(tài)Cu為主，土壤中水合離子態(tài)Cu顯著下降，表明海州香薷根分泌物對(duì)土壤溶液中的Cu具有絡(luò)合穩(wěn)定作用；硫處理顯著促進(jìn)了土壤的酸化，硫處理后土壤中水溶態(tài)Cu含量顯著上升，土壤溶液中85

5、.5％的Cu以有機(jī)酸類似絡(luò)合態(tài)存在。
　　 揭示了土壤中的Cu、Pb、As以膠體顆粒態(tài)遷移的規(guī)律，并對(duì)土壤可移動(dòng)膠體顆粒中Cu的分子形態(tài)進(jìn)行了探討。以諸暨礦區(qū)和上虞礦區(qū)污染土壤中的Cu、Pb、As為研究對(duì)象，通過土柱模擬淋溶實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土壤重金屬在遷移過程中，逐漸向膠體顆粒富集，并隨之遷移，證明土壤中重金屬遷移的主要形態(tài)是膠體吸附態(tài)，而不是水溶態(tài)。通過SEM和TEM-EDX分析，發(fā)現(xiàn)土壤中可移動(dòng)顆粒主要由硅酸鹽礦物和有機(jī)質(zhì)及鐵鋁氧

6、化物膠結(jié)物組成，在膠體顆粒表面，存在一些含F(xiàn)e氧化物和重金屬硫化物的納米顆粒；通過同步輻射X射線吸收光譜分析，證實(shí)可移動(dòng)膠體顆粒中有機(jī)質(zhì)、Fe氧化物是重金屬的主要運(yùn)移載體，并對(duì)不同分子形態(tài)的Cu含量進(jìn)行了定量。
　　 揭示了在海州香薷根-土界面Cu的分子形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律。通過同步輻射X射線吸收光譜技術(shù)分析，海州香薷根系活動(dòng)對(duì)Cu的分子形態(tài)產(chǎn)生了較大的影響，在海州香薷根際區(qū)域，根分泌物促進(jìn)了赤鐵礦吸附態(tài)Cu的溶解，Cu主要與根分泌物中