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镉污染在世界范围内广泛存在并日益严重。与其它重金属和有机污染物相比,镉在较低浓度时就可对动植物和人产生毒害作用,且这种危害具有一定的隐蔽性和潜伏性。近年来我国西南地区普遍出现酸雨,它不仅影响植物的生长,还能使土壤中某些有毒重金属的溶解性增加,被作物吸收或随土壤溶液渗入地下水源而进入食物链。长期以来有关镉在环境中的迁移转化及生态效应逐渐成为环境科学研究的热点。
本文以成都市为研究区,选取城郊的代表性土壤为研究对象,采集水稻土和黄壤表层土壤。根据成都近年来的降水特征,配制一定范围pH和不同离子浓度的母液,在室内开展淋滤实验和静态解吸实验,研究模拟酸雨条件下镉在不同类型土壤中的解吸动力学特征,以确定镉在两种土壤中的解吸机理。设计酸雨正交实验考察酸雨中影响土壤镉解吸的主要因素及对镉释放的影响程度。研究成果可预测酸雨作用下土壤重金属镉的污染趋势,并对制定相关污染防治措施具有实际指导意义。
研究结果表明,酸雨促进了土壤中镉的释放。不同类型土壤在同一酸雨条件下,镉的释放速度和最大释放量不同。酸雨pH和主要离子对土壤中镉的解吸有明显影响,但其对土壤的作用和作用程度因土壤类型而异:降低pH、增大SO42-、NO3-、Ca2+和NH4+的浓度都能促进水稻土和黄壤中的镉的释放,但[SO42-]/[NO3-]比值增大,能促进水稻土中镉的释放,抑制黄壤中镉的解吸。
对酸雨条件下两种土壤中镉的释放进行方程模拟,以反三角函数方程效果最佳,多项式方程和双常数方程的拟合度也较好。土壤中镉的释放可分为快反应和慢反应两个阶段。用动力学方程分别模拟两个阶段的解吸数据,结果表明多项式方程、双常数方程和抛物线扩散方程均能描述两个阶段镉的释放过程。在实验设定的酸雨浓度范围内,酸雨中各因素对黄壤中镉解吸的影响与试验方法有关,采用动态淋滤方法,酸雨各因素作用力依次为:pH>[SO42-]>[Ca2+]>[SO42-]:[NO3-],而采用间歇法依次为:pH>[Ca2+]>[SO42-]>[SO422-]:[NO3-],酸雨pH是影响镉解吸的重要因素。酸雨连续淋滤有利于黄壤中镉的释放,间歇振荡法有利于水稻土中镉的解吸。黄壤中镉的解吸量受土壤矿物组成和比表面积共同影响,动态淋滤条件下,土壤组成对镉释放的影响占优势,解吸量大小依次为:80~120目>3~20目>20~80目;间歇法解吸过程中,由于土壤颗粒的碰撞,解吸量大小依次为:80~120目>20~80目>3~20目。