【摘要】： 通常認(rèn)為，強(qiáng)吸附性污染物的遷移風(fēng)險(xiǎn)是很低的，但關(guān)于它們?cè)谕寥篮统练e物中長距離遷移的報(bào)道卻屢見不鮮。這種現(xiàn)象激發(fā)了關(guān)于促進(jìn)運(yùn)輸(facilitated transport)和優(yōu)勢流(preferential flow)的研究，目前普遍認(rèn)為這是提高污染物在地下環(huán)境中運(yùn)移速度的兩種主要機(jī)制。膠體(包括礦質(zhì)膠體、有機(jī)膠體、生物膠體等)與優(yōu)勢流對(duì)污染物環(huán)境行為影響的研究起源于膠體促進(jìn)的放射性核素的遷移，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)膠體亦能影響其它污染物的遷移。圍繞這一命題國內(nèi)外已展開了大量對(duì)地下環(huán)境中膠體的來源、膠體對(duì)污染物的吸附、膠體促進(jìn)的污染物遷移、膠體的固定的研究。然而，膠體對(duì)污染物在土壤中環(huán)境行為的影響是多方面的。關(guān)于膠體對(duì)土壤吸附污染物的貢獻(xiàn)、膠體對(duì)污染物生物有效性的影響的研究還不多見。另外，對(duì)于在生命活動(dòng)旺盛的土壤中普遍存在的優(yōu)勢流研究也僅停留在室內(nèi)小型土柱或肉眼可見的幾種示蹤劑上，并且鮮有關(guān)于污染物在土壤剖面中究竟如何分布及優(yōu)勢流對(duì)污染物遷移的直接影響的報(bào)道。因此有必要開展對(duì)模擬大孔隙和自然條件下優(yōu)勢流的研究。為此，本文選取Cd作為供試污染物，采用等溫吸附試驗(yàn)、動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)、生物盆栽試驗(yàn)、模擬大孔隙土柱淋洗試驗(yàn)、田間淋洗試驗(yàn)等方法，系統(tǒng)研究了土壤膠體和優(yōu)勢流對(duì)鎘在土壤環(huán)境中的吸附、遷移和生物有效性等環(huán)境行為的影響及其可能機(jī)制。主要結(jié)果如下： 1、黑土、黃棕壤、水稻土、紅壤不同粒級(jí)組分(粘粒2μm，粉粒2～20μm，細(xì)砂粒20～200μm，粗砂粒200～2000μm)對(duì)鎘的吸附均表現(xiàn)為：粘粒粉粒粗砂粒細(xì)砂粒，且粒級(jí)間的差異都達(dá)到顯著水平；各粒級(jí)組分對(duì)鎘的吸附均符合Langmiur方程和Frendlich方程，吸附量最大的粘粒組分對(duì)鎘的平均最大吸附量為202．8±64．6 mmol·kg~(-1)，粉粒、細(xì)砂粒、粗砂粒對(duì)鎘的最大吸附量分別為135．0±39．2mmol·kg~(-1)、47．0±9．4 mmol·kg~(-1)、81．3±33．7 mmol·kg~(-1)，粘粒分別平均是粉粒、細(xì)砂粒、粗砂粒的1．53±0．30倍、4．23±0．67倍、2．57±0．55倍；各組分對(duì)鎘的吸附量之間的差異隨著鎘的濃度增大而增大。各組分對(duì)土壤吸附鎘的貢獻(xiàn)率為：粉粒(52．2±15．3)粘粒(32．3±14．9)細(xì)砂粒(13．8±3．4)粗砂粒(1．7±1．4)(只有紅壤中粘粒粉粒)，土壤80％～90％的鎘吸附在20μm的組分上，粗砂粒的貢獻(xiàn)基本可以忽略不計(jì)。各因素對(duì)吸附的影響大小為：粒級(jí)有機(jī)質(zhì)平衡pH，而游離氧化鐵無顯著影響。建立了最大吸附量和分配系數(shù)與各影響因子的多元回歸方程： 最大吸附量=-239．098+54．935×粒級(jí)賦值+34．261×平衡pH-2．844×游離氧化鐵含量+2．215×有機(jī)質(zhì)含量 分配系數(shù)=-174．182+26．332×粒級(jí)賦值+29．795×平衡pH+1．675×游離氧化鐵含量+1．604×有機(jī)質(zhì)含量 2、黃棕壤不同粒級(jí)組分(粘粒、粉粒、細(xì)砂粒、粗砂粒)對(duì)鎘的吸附動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)研究表明，兩種溫度下(25℃和45℃)各粒級(jí)組分對(duì)鎘的吸附均可分為快反應(yīng)和慢反應(yīng)兩個(gè)階段，0-15min內(nèi)為快反應(yīng)階段，吸附量達(dá)到飽和吸附量的95％以上，此后為慢反應(yīng)階段；隨著溫度由25℃升高到45℃，各組分對(duì)鎘的飽和吸附量增加了4．86％～25．3％；各組分對(duì)鎘的吸附動(dòng)力學(xué)符合拉格朗日假二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附過程以化學(xué)吸附為主；二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附速率常數(shù)表明，隨著各組分粒級(jí)增大，吸附速率降低；在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)隨著溫度升高，吸附速率加快；吸附過程的限速步驟為顆粒間擴(kuò)散；各粒級(jí)組分對(duì)鎘的吸附為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。 3、盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)各處理黑麥草株高、地上部干重、根干重、總生物量都表現(xiàn)為膠體原土去膠組分，膠體上總生物量分別平均是原土和去膠組分的1．31±0．02倍和1．82±0．21倍。(2)黑麥草地上部與根中Cd濃度、地上部與根對(duì)Cd的富集系數(shù)都表現(xiàn)為膠體原土去膠組分，表明Cd的生物有效性膠體原土去膠組分，這主要是各組分的表面性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)含量、pH等的差異引起的。(3)加入EDTA增加了Cd的解吸，導(dǎo)致黑麥草地上部與根中Cd濃度顯著增加，黑麥草地上部干重、根干重、總生物量降低，但植株Cd總量與CK相比還是有所上升。EDTA對(duì)Cd的活化作用受到各處理pH的強(qiáng)烈影響，表現(xiàn)為去膠組分原土膠體，黃棕壤紅壤，EDTA對(duì)各處理植株Cd總量的影響與此吻合。至于地上部與根部Cd濃度對(duì)EDTA的響應(yīng)與上述順序不完全一致則反映了EDTA對(duì)不同組分上黑麥草Cd的遷移系數(shù)的影響差異：EDTA使黃棕壤膠體和原土Cd的遷移系數(shù)顯著增加，而對(duì)黃棕壤去膠組分和紅壤三種基質(zhì)Cd的遷移系數(shù)無顯著影響。(4)兩種土壤在各方面差異顯著，一次平衡試驗(yàn)表明，EDTA濃度為0時(shí)，黃棕壤各組分Cd的解吸率分別表現(xiàn)為膠體和原土約為0，去膠組分組分為10．5±3．5％，紅壤各組分平均為20．8±1．9％�？梢酝茰y這是各處理黑麥草長勢及體內(nèi)Cd濃度差異的直接原因。 4、室內(nèi)人工大孔隙土柱試驗(yàn)結(jié)果表明，大孔隙的存在使Cd的遷移量增加了75％，在10個(gè)孔隙體積內(nèi)大孔隙．對(duì)照處理淋濾液中鎘的濃度平均是對(duì)照處理的106倍。淋洗液中加入膠體和DOM使大孔隙土柱Cd的遷移量分別增加了16％和50％。膠體和DOM對(duì)Cd遷移的促進(jìn)作用在3個(gè)孔隙體積內(nèi)表現(xiàn)得特別明顯，淋出液中鎘的濃度平均分別是不加膠體或DOM的大孔隙處理的2．47(膠體)和2．66倍(DOM)。 5、田間試驗(yàn)結(jié)果表明：土壤剖面具有很大空間變異性，優(yōu)勢流對(duì)Cd的遷移起主導(dǎo)作用；Cd在土壤基質(zhì)中的擴(kuò)散被限制在幾厘米范圍內(nèi)，大孔隙的存在使亮藍(lán)和Cd的遷移距離增加了數(shù)十倍；膠體通過在土壤基質(zhì)毛細(xì)管中的堵塞效應(yīng)和在優(yōu)勢流區(qū)域大孔隙壁上的沉積抑制了Cd在土壤中的遷移(約10 cm)，而DOM與對(duì)照相比使Cd的向下遷移增加了約10-20 cm；三個(gè)剖面中亮藍(lán)濃度與交換性鎘和全鎘濃度間有強(qiáng)烈正相關(guān)關(guān)系，表明亮藍(lán)與Cd在剖面中遷移的優(yōu)勢流路徑非常相似。 總之，膠體對(duì)Cd的強(qiáng)烈吸附作用能在一定程度上控制Cd的生物有效性，進(jìn)而制約Cd進(jìn)入生物圈，從而降低Cd的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)勢流對(duì)Cd的遷移起主導(dǎo)作用，而膠體的不穩(wěn)定性使得其在真實(shí)環(huán)境中對(duì)Cd的促進(jìn)遷移作用具有很大的偶然性和瞬時(shí)性，特別是不飽和多孔介質(zhì)中的復(fù)雜環(huán)境條件對(duì)預(yù)測膠體及污染物的環(huán)境行為將是一巨大挑戰(zhàn)。
【圖文】：

一層均勻的水膜;第二，大孔隙起結(jié)皮。 Rousseauetal.(2004)研究了土壤和淋洗液的物理化學(xué)性質(zhì)(降雨強(qiáng)度、離子強(qiáng)度、初始土壤含水量)對(duì)原狀土柱(直徑0.3m，高0.“m)中自然土壤顆�；罨c遷移的影響(見圖1一2)。當(dāng)淋洗液離子強(qiáng)度最低、滲透速率最高、土壤初始含水量最高時(shí)被活化的膠體最多。蜀 aergaardetal.(2004)研究了不同初始水分含量對(duì)不同粘粒含量土壤中膠體活化的影響，結(jié)果顯示，，控制結(jié)構(gòu)化土壤原位膠體活化過程的首要因素是在進(jìn)行低離子強(qiáng)度降雨時(shí)膠體的分散能力。因此，膠體的原位活化是內(nèi)外因素綜合作用的結(jié)果，膠體活化的機(jī)率與膠體和基質(zhì)的理化性質(zhì)以及礦物學(xué)組成、土壤初始含水量、入滲溶液的強(qiáng)度、離子強(qiáng)度、pH

體在礦物顆粒上的沉積進(jìn)行定量。就像土壤表面，不飽和多孔介質(zhì)中的氣一液界面能夠充當(dāng)膠體顆粒“搜集者”的角色(見圖1一5)。運(yùn)移至氣一液界面的膠體通過表面張力或靜電力被保留。因此，氣一液界面對(duì)膠體的俘獲依賴于pH、離子強(qiáng)度及膠體的表面性質(zhì)。隨著離子強(qiáng)度增加，帶負(fù)電荷的氣一液界面與相同電荷的礦物膠體間的斥力壁壘呈指數(shù)下降，從而使附著條件更有利，氣一液界面對(duì)膠體的俘獲速率加快。與礦物膠體相比，一些具有相對(duì)疏水性表面的疏水性膠體(如細(xì)菌)表現(xiàn)出與氣一液界面更強(qiáng)的親和力。礦物膠體與氣一液界面的親和力取決于膠體的形狀、表面電荷分布，并與膠體的cEc呈反相關(guān)(Denovio，etal.，2004)。膠體的水膜張力俘獲 (filmstraining)通常發(fā)生在水流通道太窄而膠體不能通過的情況下。早期關(guān)于水飽和多孔介質(zhì)中膠體通過孔隙水膜張力濾除的研究表明
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：X53

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 曹存存;紅壤膠體對(duì)鈾（Ⅵ）的吸附性能研究[D];南華大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2588246