典型土壤和沉积物中植酸的释放和吸附解吸行为研究

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植酸(Phytic Acid)含P量28%,在植物体内广泛存在,被认为是植物体内磷的存储库。单胃动物,如猪和鸡等体内缺乏植酸酶,使得饲料中植酸磷不能被利用,而随畜禽粪进入环境。因此,沉积物中大量存在的植酸无论是对于植物的磷营养,还是农业面源污染的来源都占有重要的地位,明确植酸在土壤环境中的迁移和转化,以及与水体富营养化的关系,对了解其在土壤环境和水环境的潜在危险具有重要意义。本文从温室大棚建立的微宇宙实验装置和室内吸附动力学两个方面研究了植酸在农业面源污染中迁移循环规律及其在我国三种代表性土壤中的环境行为。本论文主要得到以下结果:1.通过采用微宇宙实验模拟沉积物中植酸磷的释放与水体富营养化的关系,研究结果表明,添加植酸的实验组水质要差于未添加植酸的试验组,这种趋势尤其表现在水质总磷浓度上,添加植酸后水体总磷浓度明显大于对照20.83%-30.77%,说明添加植酸促进了底泥中磷向水体中的释放,增加了水体富营养化。添加植酸后水体COD平均提高24.87%,水体pH在较小范围内有所提高,对而水体Cond和DO影响较小。2.研究了沉水植物菹草(Potamogeton crispus)和挺水植物水芹(Oenanthe decumbens)两种不同生态类型植物对微宇宙实验装置中富营养水体的修复作用。结果表明,种植菹草的水体TP平均为0.021mg/1低于水芹0.030mag/1,在植物磷吸收贡献率方面菹草好于水芹,其中菹草对水质磷吸收贡献率为62.02%-84.31%,而水芹对水质磷吸收贡献率在39.33%~53.34%,与相关研究相比,本研究中水生植物磷吸收的贡献率相对较高。与菹草相比,水芹组水质COD平均下降12.15%,对水体有很好的净化,两种不同植被对pH、Cond等的影响较小。3.底泥中添加植酸,平均增加总磷14.95%,显著增加总有机磷25.86%,而无机磷的变化没有达到显著水平。添加植酸显著增加了中稳活性有机磷的含量,秋冬和春夏两季分别增加74.86%和66.28%,植酸的添加也在一定程度降低了底泥中活性有机磷的含量,秋冬和春夏两季分别降低48.24%和39.14%。4.两种水生植物对底泥各形态磷影响显著,表现为菹草高于水芹,其中总磷高出4.33%,总无机磷高出12.13%,总有机磷表现相反的趋势,水芹高于菹草3.76%。5.秋冬季底泥植酸的利用率较低,利用率在26.7%-34.7%之间,而到了春夏季底泥植酸的利用率较高,其值均在44.31%以上,其中最大值达到了64.4%,水芹菜底泥试验组对植酸的吸收利用率都在六成以上,而种植菹草组对植酸的的利用率在四成左右,表明水芹对植酸的利用率大于菹草。6.采用批处理试验,研究了植酸在我国三种典型土壤(山东褐土、湖北灰潮土、江西红壤)上的吸附解吸行为。结果表明,植酸在三种土壤上的吸附动力学可用第一动力学方程、Elovich方程、双常数方程等较好拟合,三种土壤对植酸的吸附速度为:红壤>褐土>灰潮土;解吸动力学也可用上述三种动力学方程进行拟合,三种土壤植酸的解吸速度:灰潮土>褐土>红壤。三种土壤对植酸的等温吸附曲线可用Freundlich方程和Langmuir方程拟合,三种土壤对植酸的最大吸附量为:红壤>褐土>灰潮土。环境温度对植酸的吸附表现为25℃>15℃C>35℃>5℃,pH对植酸的吸附表现为:中性>酸性>碱性,此外去除土壤有机质,可以提高土壤对植酸的吸附能力。
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