【摘 要】
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土壤重金属污染是日益严重的环境问题,而水稻土的Cd污染由于水稻能吸收富集土壤中的Cd而备受关注。重金属Cd对土壤环境造成的威胁,不仅与总量相关,与重金属在土壤中的形态占比和转化也息息相关。腐殖酸是土壤有机质的重要活性组分且含有多种官能团,能为重金属提供吸附位点,因而成为修复土壤Cd污染的重要物质。不同的水分管理方式对土壤中Cd的活性也有重要影响。因此,本研究以水稻土为研究对象,以腐殖酸的重要组分富
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土壤重金属污染是日益严重的环境问题,而水稻土的Cd污染由于水稻能吸收富集土壤中的Cd而备受关注。重金属Cd对土壤环境造成的威胁,不仅与总量相关,与重金属在土壤中的形态占比和转化也息息相关。腐殖酸是土壤有机质的重要活性组分且含有多种官能团,能为重金属提供吸附位点,因而成为修复土壤Cd污染的重要物质。不同的水分管理方式对土壤中Cd的活性也有重要影响。因此,本研究以水稻土为研究对象,以腐殖酸的重要组分富里酸（FA）和胡敏酸（HA）为研究材料,通过一次平衡法,分析了它们对土壤中Cd吸附解吸特性的影响。同时运用室内培养实验,研究了不同水分条件和腐殖酸添加对土壤中重金属Cd形态分布、各形态之间相互转变以及交换态Cd转变速率的影响。主要得到如下结论:1)水稻土对Cd的吸附为非线性,低浓度区域范围内,吸附量随溶液中Cd离子浓度的增加而逐渐增大,达到一定浓度之后,吸附量慢慢趋于平稳,用Langmuir和Freundlich方程能较好的描述该吸附过程。FA的添加可以抑制土壤对Cd的吸附和解吸,而HA的添加则促进土壤对Cd的吸附,抑制对Cd的解吸,且效果与各自用量呈正相关。Cd在所研究水稻土中的吸附动力学分为快速吸附和慢速吸附两个过程,准一级和准二级动力学方程可较好描述该吸附动力学过程,且准一级动力学方程的描述效果更佳,添加HA和FA都可提升土壤对Cd的吸附速率。2)培养实验结束后,交换态Cd在各形态中占比最大。相同腐殖酸处理水稻土中各形态Cd较CK相应形态分布的变化,75%田间持水量时最小,干湿交替时其次,而在淹水时,交换态Cd（EXC-Cd）、有机结合态Cd（OM-Cd）和残渣态Cd（RES-Cd）较CK相应形态分布的变化比另外两者的更大,而碳酸盐结合态Cd（CAR-Cd）和铁锰氧化物结合态Cd（IMOX-Cd）的则更小。水分条件相同时,FA的加入使水稻土EXC-Cd和OM-Cd增加,CAR-Cd、IMOX-Cd和RES-Cd减少;HA的加入使Cd的EXC-Cd、CAR-Cd、IMOX-Cd和RES-Cd均减少,OM-Cd增加。不同水分管理方式和不同腐殖酸处理对水稻土中Cd各形态分布变化的影响有所差异。3)水稻土中Cd的培养过程分为前30天的快速反应阶段和后60天的慢速反应阶段。快速反应阶段,土壤中EXC-Cd占比均随时间的延长快速减少,OM-Cd和RES-Cd随时间的延长快速增加。土壤中IMOX-Cd在75%田间持水量和干湿交替时,随时间的增长快速增加,而在淹水时则缓慢增加。75%田间持水量时,CAR-Cd前15天小幅增加,后15天小幅减少;干湿交替时,前10天小幅增加,后20天小幅减少;淹水时,随时间的延长小幅增加。三种水分管理方式下,各形态Cd的比例变化整体上都呈现出,EXC-Cd的比例变化最显著,OM-Cd其次,再次是RES-Cd,接着是IMOX-Cd,CAR-Cd的变化最小。4)培养过程中,FA的加入均使土壤中EXC-Cd减少得更慢,IMOX-Cd和RES-Cd增加得更慢,OM-Cd增加得更快;在75%田间持水量和干湿交替时,FA的加入使水稻土中CAR-Cd先增加得更慢,后减少得更快,而在淹水时,则使之增加得更慢。HA的处理使土壤中EXC-Cd减少得更快,对其他形态Cd占比变化的影响与FA的处理基本一致。与HA的处理相比,在75%田间持水量时,FA的处理对土壤中EXC-Cd、OM-Cd和RES-Cd的变化幅度影响更强;在干湿交替的水分条件下,对土壤中EXC-Cd、IMOX-Cd、OM-Cd和RES-Cd的变化幅度影响更强;在淹水时,FA的处理对土壤中对土壤中EXC-Cd、IMOX-Cd和OM-Cd转变的影响更明显,而对其余两种形态的Cd转变的影响相对更弱。5)培养过程中,快速反应阶段的EXC-Cd的变化可以较好的用扩散方程的一个解析解ln Ce=A+BT进行拟合回归分析。在相同腐殖酸处理条件下,EXC-Cd在水稻土中的转变速率总体上都呈现出在淹水时最快,干湿交替时的其次,75%田间持水量时的最慢。添加FA使EXC-Cd的转变速率减小,而HA的加入使EXC-Cd的转变速率增大,且变化效果与添加量呈正相关。6)FA会活化土壤中的Cd,而HA会钝化土壤中的Cd;与其他两种水分条件相比,Cd在淹水条件下更容易达到稳定状态。
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