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外最受關注的環(huán)境問題之一。農田土壤，特別是水稻土中的重金屬一旦超標，將對人體健康安全構成極大的威脅。了解重金屬在稻田土壤中的遷移和轉化特征將有助于合理評估和控制重金屬的環(huán)境風險，為污染土壤的修復提供重要的理論依據(jù)。目前，相關研究已在稻田土壤中重金屬的吸附、遷移、形態(tài)轉化以及穩(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際環(huán)境因素對重金屬環(huán)境行為的影響，如土壤結構的空間差異、老化作用、水分條件等。

2、r>　　本研究在充分總結以往研究成果的基礎上，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驗，以我國南方地區(qū)分布廣泛且受重金屬污染嚴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，從土壤結構的不均勻性角度考慮，研究了不同粒徑土壤團聚體對重金屬Cu、Zn、Cd的吸附特征，考察了溫度、時間、pH等因素對吸附性能的影響，并通過選擇性組分去除技術研究了有機質、氧化鐵（游離鐵和無定形鐵）、氧

3、化錳對吸附的影響;進一步研究了實際污染稻田土壤中重金屬在不同深度土層團聚體中的富集及形態(tài)分布規(guī)律;通過培養(yǎng)實驗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。本研究共設計了5個相關的實驗研究內容，所得到的主要結論如下:
　　1、

4、溫度、水土比、粒徑大小、時間和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。不同團聚體對重金屬的吸附在時間過程上存在快速和慢速兩個階段，pseudo-first和pseudo-second方程能較好地擬合重金屬隨時間的吸附特征，重金屬在＜0.002 mm粒徑的稻田團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)稻田土壤團聚體因為具有更高的有機質、CEC、游離氧化鐵等組分含量，而表現(xiàn)出對重金屬更強的吸附能力。隨pH的增加，重金屬在稻田土壤團聚體中的吸附量上升，＜0.002 mm的團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，去除有機質、無定形鐵、氧化錳后，團聚體對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，去除單位質量的組分對Cd吸附量的影響大小順序為:無定形鐵＞氧化錳＞游離氧化鐵＞有機質。游離氧化鐵和無定形鐵對Cd的解吸影響較大，而有機物對Cd的解吸影響比較微小，不同粒徑團聚體中Cd的解吸能力也有所

7、不同。
　　3、土壤理化性質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，而有機質、CEC、電導率、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團聚體中的濃度最高，而Zn和Pb則相反，都是在＜0.002 mm團聚體中濃度最高，其次為2-0.25 mm團聚體。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。可交換態(tài)和弱酸提取態(tài)重金屬的含量隨老化時間的增加而減少。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為:Cd＞Zn＞Cu，老化時間越長，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碳和無機碳的含量上升。不同水分條件對稻田土壤中可交換態(tài)Cd的影響大小順序為: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。總體上，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、遷移行為是一個十分復雜的環(huán)境過程，受到重金屬自身特性、土壤理化性質、外界因素的綜合作用，在預測重金屬的環(huán)境風險和修復治理方面必須考慮實際環(huán)境條件下存在的影響因素。本研究的相關結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，為合理評估和預測重金屬在實際環(huán)境中的風險提供一定的指導性依據(jù)，并