【摘要】：防治和修復(fù)土壤有機(jī)污染、保障土壤環(huán)境安全、以實(shí)現(xiàn)土壤資源的可持續(xù)利用是當(dāng)前全球關(guān)注的一個焦點(diǎn)。研究有機(jī)污染物在土壤中的環(huán)境行為及作用原理,搞清土壤組分與有機(jī)污染物的相互作用關(guān)系,解決有機(jī)污染土壤根際修復(fù)中關(guān)鍵的科學(xué)及技術(shù)問題,可為針對性地發(fā)展經(jīng)濟(jì)高效的土壤有機(jī)污染防治和修復(fù)實(shí)用技術(shù)提供理論依據(jù)。 黑炭是自然界的一種天然吸附劑,由于具有較大比表面積,對多環(huán)芳烴等持久性有機(jī)污染物質(zhì)的吸附、解吸、遷移、轉(zhuǎn)化、降解、殘留等環(huán)境行為有著重大影響。論文在評述有機(jī)污染物的黑炭吸附行為研究現(xiàn)狀、闡述有機(jī)污染土壤微生物修復(fù)的影響因素、修復(fù)過程中的黑炭效應(yīng)及黑炭修復(fù)機(jī)理的基礎(chǔ)上,以典型的疏水性有機(jī)化合物(HOCs)多環(huán)芳烴類有機(jī)污染物菲為研究對象,圍繞其在土壤不同組分的非線性吸附特征、控制條件下的消減動態(tài)、以及微生物學(xué)響應(yīng)規(guī)律等方面展開研究,主要結(jié)果如下： 供試的9種土壤的理化性質(zhì)差異甚大,是從南到北呈現(xiàn)出明顯變化趨勢的地帶性土壤。Freundlich方程可以更好地?cái)M合地帶性土壤對菲的吸附數(shù)據(jù),土壤對菲的吸附均表現(xiàn)出非線性。土壤有機(jī)質(zhì)組分是影響土壤中菲吸附行為的重要因子,尤其是胡敏酸(HA)對菲的吸附能力起主導(dǎo)作用,但同時也受到無機(jī)組分及其性質(zhì)(陽離子交換量、Ald含量)的影響。數(shù)據(jù)分析顯示文獻(xiàn)中報道的KOC值只適用于有機(jī)質(zhì)含量中等的土壤,因此認(rèn)為在應(yīng)用線性經(jīng)驗(yàn)常數(shù)及其推測KOC值等系數(shù)來表征吸附劑的吸附特性時須小心謹(jǐn)慎,在較低和較高的溶質(zhì)濃度下,基于簡單線性分配假說的推論可能導(dǎo)致對菲吸附行為的預(yù)測產(chǎn)生巨大偏差。 添加黑炭后,土壤對菲的吸附數(shù)據(jù)均可用Freundlich和DRDM兩種方程進(jìn)行擬合,結(jié)果表明兩種方程都能較好地描述菲的吸附行為,黑炭的添加大大增加了土壤對菲的吸附能力。大部分Freundlich方程擬合的吸附等溫線都呈非線性,表征非線性程度的n值均小于1。而線性方程幾乎不適用于描述添加黑炭的土壤對菲的吸附行為。隨著黑炭含量的增加,黑炭對土壤吸附菲的貢獻(xiàn)率隨之增加,當(dāng)土壤中有機(jī)質(zhì)含量較低時,添加黑炭對地帶性土壤吸附菲的過程起主導(dǎo)作用。黑炭添加量為1%時,黑炭基本上控制了低有機(jī)質(zhì)含量土壤對菲的吸附行為。 以往大量研究表明,隨著黑炭添加量的增加,其Freundlich擬合參數(shù)中表征非線性的n值呈逐步降低趨勢,即黑炭添加量越大,非線性程度越高。我們的研究結(jié)果表明,對于大部分的供試土壤來說,隨著黑炭添加比例的增加,n值確實(shí)持續(xù)降低,但是對于有機(jī)質(zhì)較高的土壤,其本身含碳類有機(jī)分子就多,土壤中主導(dǎo)非線性吸附的“硬碳”類有機(jī)質(zhì)與添加的黑炭之間產(chǎn)生競爭吸附,掩蔽了對菲吸附的總體位點(diǎn),從而出現(xiàn)了在有機(jī)質(zhì)較高的土壤中,較高黑炭添加量并沒有導(dǎo)致n值進(jìn)一步下降這一結(jié)果。 菲的土壤解吸等溫線均能用Freundlich模型進(jìn)行較好的擬合,菲在同一黑炭添加量下吸附與解吸擬合參數(shù)存在差異,表明菲在添加黑炭土壤上解吸不是吸附的簡單可逆過程。結(jié)果表明菲在各土壤中的滯后系數(shù)HI基本大于0,反映了菲在各土壤中的解吸均存在一定程度的滯后性。菲在有機(jī)質(zhì)較低的南方土壤中的解吸滯后較小,而在有機(jī)質(zhì)較高的北方土壤上的解吸滯后性略強(qiáng)。遲滯系數(shù)基本上隨著黑炭添加量的增加而升高,表明土壤添加黑炭后,吸附的菲被解吸的難度增加,解吸遲滯作用逐步加強(qiáng)。 黑炭的添加顯著降低了菲在紅壤和黑土中的消解速率。同時,黑炭添加到有機(jī)質(zhì)含量及主要粘土礦物成分存在較大差異的紅壤和黑土后,由于兩者之間不同粘土礦物組分與黑炭形成特異的復(fù)合體,對菲的吸附／固持位點(diǎn)產(chǎn)生不同影響,從而導(dǎo)致了紅壤和黑土之間菲可提取態(tài)殘留的差異,即紅壤中黑炭添加量較高而菲的可提取態(tài)殘留卻較低這一特異性現(xiàn)象。 紅壤與黑土兩種土壤的磷脂脂肪酸主成分分析結(jié)果表明,在培養(yǎng)試驗(yàn)中,時間因子是影響微生物群落結(jié)構(gòu)變異的首要因子,而黑炭添加占次要地位。但兩種土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)變異存在一定的差異。黑土磷脂脂肪酸主成分分析表明,第一主成分變異值占總變異的66.7%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第二主成分變異值得11.0%,表明在菲脅迫下,時間因子對黑土微生物群落結(jié)構(gòu)變異的影響占絕對主導(dǎo)地位。而紅壤中第一主成分變異值38.7%與第二主成分變異值27.0%相差不是很明顯。由此說明,對于不同的土壤,可能由于其自身固有微生物群落的明顯差異,導(dǎo)致黑炭添加情況下菲脅迫的微生物學(xué)變異機(jī)制也存在本質(zhì)上的差異。黑土中較高含量的有機(jī)質(zhì)組分對菲的固持／鎖定可能是導(dǎo)致以上差異的根本原因。此外,研究還表明革蘭氏陽性菌相對于革蘭氏陰性菌、真菌和放線菌來說來說,較易受菲污染脅迫的影響,真菌和放線菌可能在降解土壤中菲的過程中起主要作用。
【圖文】：

腺普的測定、計(jì)算土壤呼吸活性的二氧化碳釋放量的測定等)時，由于被提取物或衍生物分子被黑炭強(qiáng)烈吸附而影響測定結(jié)果。因此，我們往往低估了黑炭改良土壤中各類指標(biāo)的數(shù)值。因此，解釋此類試驗(yàn)數(shù)據(jù)時必須謹(jǐn)慎。(7)黑炭對污染物脅迫下微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，以及利用黑炭是否能夠應(yīng)用于工程微生物對目標(biāo)污染物的修復(fù)過程，由于受到研究手段及檢測技術(shù)的限制，迄今相關(guān)研究不多見。此外，黑炭的施用對土壤吸附非極性有機(jī)化合物的能力有重要影響，如黑炭添加會降低有機(jī)污染物的生物有效性、毒性以及遷移程度，降低殺蟲劑和除草劑的效果等。此外，土壤中老化黑炭對殺蟲劑和除草劑的吸附能力有限，無法長時間影響其效率。黑炭進(jìn)入土壤后將緩慢氧化并與其他土壤組分緊密相連，盡管目前對這些進(jìn)程的時間跨度尚未可知，但已知黑炭部分氧化產(chǎn)生的梭基對土壤陽離子交換量(CEC)有貢獻(xiàn)。1.4目標(biāo)污染物菲的研究背景

(2003)的方法計(jì)算當(dāng)C。 =0.05Sw時黑炭對菲吸附的相對貢獻(xiàn)率。具體方法為:選取在C。二 0.05Sw時各土壤菲的吸附量，將添加黑炭與未添加黑炭土壤對菲的吸附量之差視為黑炭的吸附量。結(jié)果如圖3一1所示，在O%到1%量范圍內(nèi)，量的增加，，黑炭的貢獻(xiàn)率隨著黑炭添加量的增加而上升�？偟膩砜�，的黑炭添加隨著黑炭含主導(dǎo)整體吸附特性的成分由土壤向黑炭轉(zhuǎn)變。在0.2%低黑炭水平下，土壤7、8和9三種土壤由于其較高的有機(jī)質(zhì)含量，黑炭的貢獻(xiàn)率低于20%，尤其是土壤1
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X132;X172

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本文編號：2635445