土壤铜锌老化过程及其影响因素的研究

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采集我国性质不同的三种典型土壤——湖南祁阳的红壤、浙江嘉兴的黄泥土和北京昌平的褐土,人工制成铜锌单一与复合污染土壤。通过室内培养与盆栽试验,研究铜锌进入土壤后的老化动力学过程;并在红壤和黄泥土上,研究了铜锌不同添加量、水分、pH、改良剂和作物对土壤铜锌有效性的影响,取得如下主要结果:1.三种土壤中,有效态铜锌含量随着老化时间的延长而降低。在初始老化时间内,无论是单一污染还是复合污染处理,有效态铜锌含量迅速下降,30天后便会保持一个稳定而缓慢的降低趋势。以锌单一污染为例,在2-30天内,红壤有效态锌含量由106.09mg·kg-1下降到57.70mg·kg-1,降低量约占添加量的12.1%;在30-360天内,红壤有效态锌含量由57.70mg·kg-1下降到54.19mg·kg-1,降低量约占添加量的0.9%。在2-30天内,黄泥土有效态锌含量由51.02mg·kg-1下降到26.51mg·kg-1,降低量约占添加量的6.1%;在30-360天内,黄泥土有效态锌含量由26.51mg·kg-1下降到18.14mg·kg-1,降低量约占添加量的2.1%。在2-30天内,褐土有效态锌含量由36.69mg·kg-1下降到22.57mg·kg-1,降低量约占添加量的2.8%;在30-360天内,褐土有效态锌含量由22.57mg·kg-1下降到20.31mg·kg-1,降低量约占添加量的0.5%。土壤对铜锌的吸附固定和微孔扩散作用可能是铜锌老化的主要机理。2.两种土壤中,有效态铜锌含量均随着添加量的增加呈升高趋势,且复合污染处理中的有效态铜锌要高于单一污染处理,各处理间差异显著(P<0.05)。3.随着土壤含水率的下降,红壤与黄泥土的pH值和有效态铜锌含量无明显变化,各处理间差异不显著(P>0.05)。结果表明,在本试验条件下,不同水分对土壤铜锌的有效性无显著影响。4.两种土壤中,有效态铜锌含量均随着土壤pH的升高而降低。在相同pH条件下,复合污染处理有效态铜锌含量要高于单一污染处理,其中红壤铜单一与复合污染处理间差异显著(P<0.05),而红壤锌单一与复合污染处理间差异不显著(P>0.05)。经过酸碱调节后使红壤与黄泥土具有相同的pH值,两种土壤中有效态铜锌含量无显著差异。结果表明,pH是影响土壤重金属有效性的关键因素。5.施用改良剂后,土壤pH值显著升高,其中红壤pH值的增幅较大。红壤施用石灰,可使土壤pH值平均提高2.1个单位;施用重钙和沸石,可使pH值平均提高1.7—1.8个单位。黄泥土施用石灰、重钙和沸石,土壤pH值可平均提高0.8、0.5和0.6个单位。三种改良剂对土壤pH值的修复作用大小依次为:石灰>沸石>重钙。与对照相比,施入改良剂后土壤有效态铜锌含量显著下降。在施用的三种改良剂中,均为石灰的效果最佳、重钙最差,其大小顺序为:石灰>沸石>重钙。结果表明,改良剂是通过提高土壤pH值来降低铜锌的有效性。两种土壤中,复合污染处理有效态铜锌含量要高于单一污染处理,其中铜单一与复合污染处理间差异显著(P<0.05),而锌单一与复合污染处理间差异不显著(P>0.05)。结果表明,在本试验条件下,与铜相比锌在土壤中更加稳定,更容易被土壤吸附而固定;而从重金属复合作用来看,锌受彼此间竞争作用的影响较小。6.在两种供试土壤上,四种作物中铜锌含量及富集系数的大小顺利与土壤有效态铜锌含量完全相反。无论是对照处理还是铜锌单一与复合污染处理,种植作物后土壤pH值均无明显变化,四种作物处理间的差异不显著(P>0.05)。结果表明,作物对土壤铜锌有效性的影响并不只是通过提高土壤pH值来降低有效态铜锌的含量,对重金属铜锌的吸收富集作用是降低其有效性的主要机理。7.通过水分、pH、改良剂和作物等环境因素对土壤铜锌有效性的影响研究,得出pH是影响土壤铜锌老化的关键因子。随着土壤pH的升高,重金属铜锌发生了明显的共沉淀作用,大多以沉淀态的形式存在于土壤中,有效性显著下降。添加少许改良剂,可以提高铜锌污染土壤的pH值,从而降低铜锌的有效性,加快其老化进程。此外,试验结果表明,复合污染土壤中的有效态铜锌含量均高于单一污染处理,可见重金属离子间的相互作用也是影响其老化的重要因素及机理。
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