DOM对汞在土壤—水—气界面释放的影响

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溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)是陆地生态系统和水生生态系统中一种很活跃的重要化学组分,是环境中重要的天然有机配位体和吸着载体。所以它能影响到土壤和水体中微量无机、有机污染物的迁移活性和环境行为。研究发现,DOM作为天然有机配位体,它所含有的羧基、羰基、氨基和羟基等活性功能团,可以与水体、土壤和沉积物通过离子交换、吸附、络合、螯合、絮凝、沉淀、氧化还原等一系列反应,影响金属离子在环境中的形态、迁移转化规律和最终归趋。基于DOM的这些特性,它无疑会影响到土、水系统中Hg2+的环境行为特征,从而会影响地表汞的自然释放过程。为此,本文选择重庆两种主要土壤——黄壤和中性紫色土进行模拟试验,研究添加不同DOM(腐殖土提取DOMH、稻草提取DOMR和猪粪提取DOMP)对黄壤、中性紫色土汞行为的影响,以及汞在土壤-水-气界面的迁移转化规律。通过吸附和解吸试验,来研究不同DOM对不同类型土壤对汞的吸附-解吸影响,以期为探讨土壤汞释放的机理提供理论基础,以及淹水后水库、湖泊、水稻田等汞污染的风险评价和预测提供依据。研究结果显示:两种供试土壤黄壤与中性紫色土中,无论是添加DOMH、DOMR还是DOMP溶液,都会使Hg2+的最大吸附量和吸附率明显降低。黄壤添加DOMH处理的最大吸附量仅为250μg/g,与对照(CK)相比Hg2+的吸附量减少了40%,黄壤中添加DOMH、DOMR、DOMP,Hg2+的最大吸附量降低幅度为40%~22.6%;与黄壤类似,在中性紫色土中添加DOMH、DOMR、DOMP溶液也同样使Hg2+的吸附明显减少,其降低幅度分别为43.3%、34.4%和27.6%。且三种不同的DOM处理平均吸附量分别为:DOMH<DOMR<DOMP<CK。这一结果表明,由于DOM具有较强的络合能力,与土壤胶体竞争吸附了Hg2+离子,从而降低了土壤对Hg2+的吸附量。同时,由于不同的DOM对Hg2+离子具有不同的络合能力,因而它们对土壤吸附Hg2+的影响也不尽相同。用Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程对两种添加不同DOM处理的土壤汞的等温吸附过程进行模拟,结果发现,三个方程拟合的r值均达100%的显著水平。从Freundlich方程中可看出,添加不同的DOM都不同程度的降低了土壤对Hg2+的吸附作用力,但不同DOM处理之间作用力的降低的差异不明显。用动力学方程拟合土壤汞的吸附过程结果表明,黄壤添加不同DOMH、DOMR、DOMP均使的其吸附反应速率有所降低,但不同DOM处理之间没有明显的规律;与黄壤相似,中性紫色土在添加不同DOM使其吸附速率均显著降低。用动力学方程拟合土壤汞的吸附过程。淹水后上覆水汞浓度都有峰值点,而且添加的DOM量越高上覆水汞浓度越大。黄壤在添加相同水平的不同DOM处理中,DOMH处理的上覆水汞溶出量均要略高于添加DOMR、DOMP的处理,其中H4处理的上覆水汞溶山率最高达465 ng/L;对于中性紫色土,和黄壤相似,添加相同水平的不同DOM处理中,DOMH处理的上覆水汞溶出量均要略高于添加DOMR、DOMP的处理,其中DOMH的H4处理的上覆水汞溶出率最高达577 ng/L。黄壤与紫色土都随着添加DOM浓度增加其上覆水的DOM浓度相应增大且上覆水DOM浓度为:DOMH>DOMR>DOMP>CK。其中,同水平处理中中性紫色土上覆水中DOM的浓度要高于黄壤。影响上覆水汞浓度的的因素溶解性有机质、pH、电导率、Eh和DO中,DO、pH和电导率则与上覆水汞浓度呈显著性负相关,说明这三者在汞从土壤向水体溶出的过程中,起着至关重要的作用:而DOM与Eh的相关性不是很明显,但并不能说明它们与汞向水体的释放无关。淹水后水-气界面汞释放量均随添加DOM的量增加而相应减少。黄壤和中性紫色土的CK处理,其释放量均要高于添加DOM的处理,且同水平下DOMR与DOMP处理汞通量释放的区别不明显,但DOMH处理则明显低于前两者。在试验中的监测因子中,DOM对汞通量释放相关性不明显,而太阳辐射量对汞释放量的影响在淹水期间表现较明显。其中,黄壤的各个处理相关性最显著,而紫色土的DOMH处理要相对差一些;温度的变化对汞释放量在整个过程中对汞释放量的影响都不明显:上覆水pH的变化和上覆水的电导率与汞释放量有很好的负相关,且黄壤的各处理上覆水pH与汞释放量相关性很好,而中性紫色土的处理相关性要差一些;上覆水溶解氧和汞释放量呈负相关,黄壤各处理的相关性要优于中性紫色土,说明溶解氧对汞在水体中的转化形态影响较大。外源DOM存在下淹水过程对土壤总汞的影响较大。黄壤的各个处理汞释放量大于中性紫色土的各个处理。模拟试验后各处理的土壤汞含量都有所降低,但是各处理的土壤总汞的损失量(L)均大于估算的汞释放量(F)。
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