重金屬在稻田土壤中的吸附、富集、遷移特征及穩(wěn)定化研究.pdf

1、土壤重金屬污染是目前國內(nèi)外最受關(guān)注的環(huán)境問題之一。農(nóng)田土壤，特別是水稻土中的重金屬一旦超標(biāo)，將對人體健康安全構(gòu)成極大的威脅。了解重金屬在稻田土壤中的遷移和轉(zhuǎn)化特征將有助于合理評估和控制重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為污染土壤的修復(fù)提供重要的理論依據(jù)。目前，相關(guān)研究已在稻田土壤中重金屬的吸附、遷移、形態(tài)轉(zhuǎn)化以及穩(wěn)定化等方面開展了大量的工作，然而，這些研究往往忽略了一些實(shí)際環(huán)境因素對重金屬環(huán)境行為的影響，如土壤結(jié)構(gòu)的空間差異、老化作用、水分條件等。

2、r>　　本研究在充分總結(jié)以往研究成果的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有研究的不足，通過吸附、模擬污染、土柱淋溶以及鈍化實(shí)驗(yàn)，以我國南方地區(qū)分布廣泛且受重金屬污染嚴(yán)重的紅壤水稻土為研究對象，研究了重金屬在稻田土壤中的的吸附、富集、遷移特征及穩(wěn)定化。其中，從土壤結(jié)構(gòu)的不均勻性角度考慮，研究了不同粒徑土壤團(tuán)聚體對重金屬Cu、Zn、Cd的吸附特征，考察了溫度、時(shí)間、pH等因素對吸附性能的影響，并通過選擇性組分去除技術(shù)研究了有機(jī)質(zhì)、氧化鐵（游離鐵和無定形鐵）、氧

3、化錳對吸附的影響;進(jìn)一步研究了實(shí)際污染稻田土壤中重金屬在不同深度土層團(tuán)聚體中的富集及形態(tài)分布規(guī)律;通過培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和土柱淋溶考察了老化作用對重金屬形態(tài)變化的影響，分析形態(tài)與重金屬在土壤中淋溶釋放能力之間的關(guān)系;研究了不同水分條件（70％田間持水、淹水和干濕交替）對常用鈍化劑(生物炭、石灰、磷酸鹽二氫鈣(Ca(H2P04)2)、改性沸石）穩(wěn)定稻田土壤中Cd的效果影響。本研究共設(shè)計(jì)了5個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容，所得到的主要結(jié)論如下:
　　1、

4、溫度、水土比、粒徑大小、時(shí)間和pH都會明顯影響重金屬在稻田土壤中的吸附特征。隨著水土比的增加，稻田土壤對Cu、 Zn、Cd的吸附量增加，但是隨著溫度的上升，土壤對不同重金屬吸附能力的變化趨勢有所不同。不同團(tuán)聚體對重金屬的吸附在時(shí)間過程上存在快速和慢速兩個(gè)階段，pseudo-first和pseudo-second方程能較好地?cái)M合重金屬隨時(shí)間的吸附特征，重金屬在＜0.002 mm粒徑的稻田團(tuán)聚體中的吸附速率最大。Freundlich方程對C

5、u和Zn的等溫吸附特征的擬合效果較好，而Langmuir方程能更好地描述Cd的吸附行為。粘粒級(＜0.002 mm)稻田土壤團(tuán)聚體因?yàn)榫哂懈叩挠袡C(jī)質(zhì)、CEC、游離氧化鐵等組分含量，而表現(xiàn)出對重金屬更強(qiáng)的吸附能力。隨pH的增加，重金屬在稻田土壤團(tuán)聚體中的吸附量上升，＜0.002 mm的團(tuán)聚體中的專性吸附比例較其他粒徑更高。隨pH的上升，Cu的解吸率逐漸下降，而Zn和Cd總體上呈現(xiàn)上升的趨勢。
　　2、不同組分在土壤吸附重金屬的過程

6、中的作用不一致。分別去除不同組分后，不同粒徑的稻田土壤團(tuán)聚體對Cd的吸附行為仍能較好地被Langmuir和Freundlich方程所描述，去除有機(jī)質(zhì)、無定形鐵、氧化錳后，團(tuán)聚體對Cd的吸附量明顯下降，而去除游離氧化鐵后，Cd的吸附量反而上升，去除單位質(zhì)量的組分對Cd吸附量的影響大小順序?yàn)?無定形鐵＞氧化錳＞游離氧化鐵＞有機(jī)質(zhì)。游離氧化鐵和無定形鐵對Cd的解吸影響較大，而有機(jī)物對Cd的解吸影響比較微小，不同粒徑團(tuán)聚體中Cd的解吸能力也有所

7、不同。
　　3、土壤理化性質(zhì)和重金屬的富集在空間縱向尺度上存在明顯的規(guī)律性差異。污染表層稻田土壤理化性質(zhì)隨深度變化明顯，不同深度(0-1、1-5、5-15、15-25cm)土壤pH、游離氧化鐵含量隨深度的增加而增加，而有機(jī)質(zhì)、CEC、電導(dǎo)率、微生物量碳含量則逐漸減少。不同深度脲酶和過氧化氫酶活性分布趨勢相反，其中，過氧化氫酶可能更容易受重金污染屬的影響。隨土壤深度的增加，重金屬的濃度逐漸降低，不同深度的土壤中，Cu和Cd兩種重金屬

8、在2-0.25 mm團(tuán)聚體中的濃度最高，而Zn和Pb則相反，都是在＜0.002 mm團(tuán)聚體中濃度最高，其次為2-0.25 mm團(tuán)聚體。As的濃度也是在＜0.002 mm出現(xiàn)最大值，在0-1和1-5 cm層中，2-0.25 mm粒級土壤顆粒中的As濃度要高于0.25-0.05和0.05-0.002 mm團(tuán)聚體，而在5-15和15-25 cm土層則相反。Hg在不同層不同粒級團(tuán)聚體中的分布無明顯規(guī)律。除Hg外，幾種重金屬都表現(xiàn)出形態(tài)隨深度增加

9、而更加穩(wěn)定的趨勢，僅Cu和Cd在＜0.002 mm團(tuán)聚體中的形態(tài)更加穩(wěn)定的特征。
　　4、老化作用能夠明顯地影響重金屬在土壤中的形態(tài)分布和移動性?？山粨Q態(tài)和弱酸提取態(tài)重金屬的含量隨老化時(shí)間的增加而減少。Power方程能更好地描述老化作用下重金屬有效態(tài)在稻田土壤中的變化規(guī)律，但對重金屬在土柱中的釋放規(guī)律的擬合效果較差。Cu、Zn、Cd在稻田土壤中的遷移能力大小順序?yàn)?Cd＞Zn＞Cu，老化時(shí)間越長，重金屬在在稻田土壤中的遷移能力越弱

10、，老化作用主要通過影響土壤中的可交換態(tài)的含量來影響重金屬的遷移能力。
　　5、不同水分條件會引起土壤理化性質(zhì)的明顯改變并影響鈍化劑對重稻田土壤中金屬的穩(wěn)定化效果。淹水條件下，稻田土的pH值升高，游離氧化鐵和無定形鐵的含量增加，土壤溶液中溶解性的有機(jī)碳和無機(jī)碳的含量上升。不同水分條件對稻田土壤中可交換態(tài)Cd的影響大小順序?yàn)?淹水＞干濕交替＞70％田間持水，淹水處理對弱酸提取態(tài)Cd含量的變化影響較小?？傮w上，生物炭和石灰對Cd的穩(wěn)定化

11、效果要好于Ca(H2PO4)2和改性沸石，淹水條件更利于弱酸提取態(tài)Cd向更穩(wěn)定的可還原態(tài)轉(zhuǎn)化。
　　綜上所述，重金屬在稻田土壤中的吸附、富集、遷移行為是一個(gè)十分復(fù)雜的環(huán)境過程，受到重金屬自身特性、土壤理化性質(zhì)、外界因素的綜合作用，在預(yù)測重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和修復(fù)治理方面必須考慮實(shí)際環(huán)境條件下存在的影響因素。本研究的相關(guān)結(jié)果將有助于更加深入地了解重金屬在稻田土壤中環(huán)境行為，為合理評估和預(yù)測重金屬在實(shí)際環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)提供一定的指導(dǎo)性依據(jù)，并