腐殖酸對(duì)土壤汞形態(tài)分配及生物有效性的調(diào)控作用及機(jī)理研究.pdf

1、作為全球性微量有毒重金屬污染物,汞(Hg)在土壤中可被植物吸收,并且通過食物鏈在動(dòng)物及人體內(nèi)富積造成危害。土壤汞的環(huán)境危害作用不僅與其總汞含量有關(guān),更大程度上取決于其形態(tài)分布。在眾多制約土壤汞形態(tài)分布的因子中,土壤有機(jī)質(zhì)是最重要的影響因素之一。腐殖酸是一類廣泛分布于河流、湖泊、海洋、地下水、土壤以及沉積物等介質(zhì)中的天然有機(jī)質(zhì),由于其結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(C=O)、氨基(-NH2)和巰基(-SH)等活性

2、基團(tuán),能與汞進(jìn)行交換吸附和配位螯合作用,從而改變土壤Hg的存在形態(tài)與生物活性。國內(nèi)外關(guān)于腐殖酸與汞相互作用的研究主要集中在配位螯合作用和吸附常數(shù)等機(jī)理方面,而對(duì)于土壤腐殖酸與土壤汞形態(tài)的共存關(guān)系、外源腐殖酸影響下土壤汞的形態(tài)分異、土壤各形態(tài)汞之間相互轉(zhuǎn)化的方向和潛勢以及土壤汞的生物有效性研究尚待深入。為此,本文設(shè)計(jì)了腐殖酸影響下土壤汞形態(tài)分異的室內(nèi)模擬試驗(yàn)和腐殖酸對(duì)土壤汞生物有效性影響的盆栽試驗(yàn)兩相結(jié)合以進(jìn)一步了解土壤汞各形態(tài)的含量、分

3、布、轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)及其環(huán)境生物效應(yīng),并獲得了如下結(jié)果:
　　 腐殖酸對(duì)土壤汞的形態(tài)分配有顯著的影響,且對(duì)各形態(tài)汞的作用均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。添加腐殖酸能促進(jìn)土壤中水溶態(tài)汞、酸溶態(tài)汞和殘?jiān)鼞B(tài)汞向堿溶態(tài)汞及有機(jī)結(jié)合態(tài)汞轉(zhuǎn)化。外源腐殖酸作用下,土壤汞形態(tài)受腐殖酸濃度、汞添加量和土壤類型等多個(gè)因素的影響。
　　 不同腐殖酸濃度對(duì)土壤中各形態(tài)汞的影響不同。添加10mg/kgHgCl2陳化兩個(gè)月后的土壤中,分別加入不同濃度腐殖

4、酸培養(yǎng)15天,結(jié)果表明:酸溶態(tài)汞較對(duì)照(未添加腐殖酸)下降幅度最大的是加1%C腐殖酸的土壤,下降幅度為6.56%;水溶態(tài)汞和殘?jiān)鼞B(tài)汞較對(duì)照下降幅度最大是加1.5%C腐殖酸的土壤,下降的幅度分別為0.32%和12.74%:交換態(tài)汞、堿溶態(tài)汞和有機(jī)結(jié)合態(tài)汞較對(duì)照增加幅度最大是加1.5%C腐殖酸的土壤,增加的幅度分別為1.87%、6.99%和10.20%。
　　 汞添加量對(duì)土壤汞形態(tài)分配具有明顯影響,隨外源汞添加量的增加,以活性較高形

5、態(tài)存在的汞的比例增加。添加1%C腐殖酸陳化兩個(gè)月后的土壤中,分別加入不同濃度的HgCl2培養(yǎng)15天,結(jié)果發(fā)現(xiàn):土壤中酸溶態(tài)和交換態(tài)汞比例隨汞添加量的增加而增加,殘?jiān)鼞B(tài)汞比例隨著汞添加量的增加而下降,當(dāng)汞添加量從0mg/kg增加到50mg/kg時(shí),土壤中交換態(tài)和酸溶態(tài)汞的比例分別增加8.15%和9.42%,殘?jiān)鼞B(tài)汞比例減少11.38%。
　　 不同土壤中腐殖酸對(duì)汞形態(tài)的影響不同。相同腐殖酸加入量條件下,紫色潮土中水溶態(tài)、交換態(tài)和殘

6、渣態(tài)汞的變化幅度較灰棕紫泥和礦質(zhì)黃泥大,礦質(zhì)黃泥中酸溶態(tài)、堿溶態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)汞的變化幅度較灰棕紫泥和紫色潮土大,不同土壤中汞形態(tài)間的轉(zhuǎn)化速度和程度有差異,結(jié)果取決于土壤本身組成和理化性質(zhì)。
　　 在選取的四種動(dòng)力學(xué)模型中,Elovich方程與拋物線方程均能較好地?cái)M合腐殖酸作用下土壤中各形態(tài)汞轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)過程,其中Elovich方程對(duì)水溶態(tài)、酸溶態(tài)、堿溶態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)汞的擬合效果最佳,除水溶態(tài)汞(R2＜0.8)未達(dá)到顯著水

7、平外,其他形態(tài)汞均已達(dá)到顯著水平(R2≥0.8),拋物線方程對(duì)交換態(tài)汞的擬合效果最佳(R2≥0.8)。外源腐殖酸作用下,土壤中各形態(tài)汞轉(zhuǎn)化分配的平均速率不同,其大小關(guān)系為水溶態(tài)汞＜交換態(tài)汞＜酸溶態(tài)汞＜?jí)A溶態(tài)汞＜有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)汞＜?xì)堅(jiān)鼞B(tài)汞,但不同形態(tài)汞轉(zhuǎn)化分配的平均速率均隨時(shí)間的增加而減小。
　　 腐殖酸通過影響汞在土壤固相中的轉(zhuǎn)化與分配,進(jìn)而可以調(diào)控汞在土壤溶液相中的賦存形態(tài)。添加等量(10mg/kgHgCl2)外源可溶性汞,陳化

8、穩(wěn)定兩個(gè)月后,分別加入不同濃度腐殖酸培養(yǎng)60天,轉(zhuǎn)化平衡后,測定相應(yīng)條件下土壤溶液中汞的形態(tài),結(jié)果表明:土壤溶液相中總汞隨腐殖酸含量的增加而下降;腐殖酸對(duì)不同土壤溶液總汞的調(diào)控作用存在差異,當(dāng)腐殖酸添加量從0%C增加到2%C時(shí),紫色潮土溶液相中總汞減少幅度最大(27.56μg/kg),礦質(zhì)黃泥次之(25.74μg/kg),灰棕紫泥最小(21.04μg/kg);不同土壤溶液相中汞主要存在形態(tài)不同,灰棕紫泥以有機(jī)結(jié)合態(tài)為主,占溶液相總汞的5

9、6.6%,紫色潮土和礦質(zhì)黃泥中以離子態(tài)為主,分別占總汞的為51.6%和64.0%,添加腐殖酸能增加土壤溶液中有機(jī)結(jié)合態(tài)汞含量,降低離子態(tài)汞的含量,當(dāng)腐殖酸添加量從0%C增加到2%C時(shí),三種土壤溶液中汞的主要形態(tài)均為有機(jī)結(jié)合態(tài),其中礦質(zhì)黃泥有機(jī)結(jié)合態(tài)汞增加的比例最高,增幅為33.4%。
　　 腐殖酸能抑制土壤汞的生物有效性,增強(qiáng)土壤對(duì)汞的固定能力。添加7mg/kgHgCl2陳化兩周的不同土壤中,加入不同濃度腐殖酸進(jìn)行植物培養(yǎng)一個(gè)月

10、,結(jié)果發(fā)現(xiàn):添加腐殖酸的土壤中植物汞含量與對(duì)照相比均有不同程度下降,土壤殘留汞含量與對(duì)照相比則有不同程度增加,其中植株平均含汞量較對(duì)照下降幅度最大的是紫色潮土,下降幅度為9.83μg/kg,土壤殘留汞較對(duì)照增加幅度最大的是灰棕紫泥,增加幅度為7.90μg/kg。以經(jīng)腐殖酸處理后的土壤中植物吸收的汞含量與未經(jīng)腐殖酸處理的土壤中植物吸收的汞含量的比值表征土壤汞的生物活性系數(shù),不同土壤中汞生物活性系數(shù)存在明顯差異,其中礦質(zhì)黃泥中汞生物活性系數(shù)

11、最大(0.74),灰棕紫泥次之(0.69),紫色潮土最小(0.42),表明腐殖酸對(duì)不同土壤中活性汞的鈍化作用具有明顯差異,其作用的大小關(guān)系為紫色潮土＞灰棕紫泥＞礦質(zhì)黃泥;腐殖酸對(duì)不同植物中活性汞影響不同,其中萵苣植株平均汞含量較對(duì)照下降9.83μg/kg,遠(yuǎn)大于小白菜的下降幅度1.5μg/kg,表明腐殖酸對(duì)萵苣的吸收汞的鈍化作用明顯高于小白菜;腐殖酸濃度和汞添加量對(duì)土壤汞的生物活性具有明顯影響,添加7mg/kgHgCl2陳化兩周的土壤中