湿地土壤及植物对硝基苯、苯胺的吸附与净化模拟研究

来源 :中国科学院东北地理与农业生态研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fghngfhfg
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本文以硝基苯和苯胺为对象,研究湿地土壤的吸附特征以及湿地植物芦苇对硝基苯和苯胺的吸收净化能力。不同类型湿地土壤对硝基苯和苯胺的吸附能力均表现为泥炭土>泥炭腐殖质沼泽土>草甸白浆土,泥炭沼泽土和草甸沼泽土0~10 cm土壤>10~20 cm土壤。硝基苯在湿地土壤中的吸附以物理吸附为主,其吸附行为可以用Linear和Freundlich型吸附等温式描述。湿地土壤对苯胺的吸附行为主要是通过疏水分配作用和阳离子交换作用完成,可以较好地用Freundlich型吸附等温式描述。吸附常数Kf与湿地土壤的理化性质相关性分析表明,硝基苯吸附系数与土壤有机质含量呈线性关系,苯胺的吸附系数与有机质含量呈极显著正相关,与阳离子交换量呈显著正相关。不同类型湿地土壤对硝基苯和苯胺的解吸能力均表现为草甸白浆土的解吸率最大。   湿地土壤不同有机组分对硝基苯和苯胺的吸附等温线经拟合后均符合Freundlich模型。土壤不同有机组分对硝基苯和苯胺的吸附表现为非线性特征,其吸附过程与有机质含量和结构有关。硝基苯和苯胺在湿地土壤中的吸附主要受腐殖酸、易氧化有机质组分和脂类化合物的影响,其中腐殖酸对硝基苯和苯胺具有最大的吸附容量;脂类化合物表现为与硝基苯、苯胺竞争土壤有机质结构中的吸附位点,去除脂类化合物后残余物的吸附量增大;矿物组分对硝基苯和苯胺的吸附是次要的,吸附容量仅为2.31 mg·kg-1和3.63 mg·kg-1。硝基苯和苯胺的Koc值分别按如下顺序增加:碱提取残余物<原始土<过氧化氢氧化残余物<苯/甲醇提取残余物,原始土<苯/甲醇提取残余物<过氧化氢氧化残余物<碱提取残余物。   草甸白浆土在不同浓度DOM条件下,对硝基苯和苯胺的吸附等温线均符合Freundlich模型。随DOM浓度的提高,土壤对硝基苯和苯胺的吸附系数Kf值先增大后减小,DOM浓度为23.54 mg DOC·L-1时,促进了土壤对硝基苯和苯胺的吸附,而高浓度的DOM通过竞争土壤表面的吸附位点,明显抑制了土壤对硝基苯和苯胺的吸附。相同浓度DOM条件下,土壤对硝基苯的吸附系数大于苯胺。DOM能够与硝基苯、苯胺竞争土壤固相表面的吸附位点,随着土壤释放更多的DOM,土壤固相本身对污染物的吸附作用增强。硝酸铵和尿素可以影响硝基苯、苯胺在土壤中的吸附作用。硝酸铵、尿素与硝基苯同时输入土壤后,土壤对硝基苯的吸附能力降低,而6 d后加入硝基苯,其吸附能力为硝酸铵处理>对照>尿素处理。与硝基苯不同,未经预培养与培养6 d后,土壤对苯胺的吸附能力均表现为尿素处理>对照>硝酸铵处理,经过6 d培养后,与未经预培养相比对照和硝酸铵处理苯胺的Kf值降低,而经尿素培养后Kf值升高。   湿地土壤受硝基苯、苯胺污染后,前期微生物量碳明显降低;高浓度硝基苯和苯胺(10、100 mg·kg-1)对土壤呼吸前期表现为促进作用,后期表现为抑制作用,随硝基苯和苯胺浓度的提高,作用强度和作用时间有所加剧和延长,7 d后,100 mg·kg-1浓度的硝基苯对土壤呼吸的抑制作用大于苯胺。硝基苯对土壤脲酶影响不显著,5 d后表现为弱的激活作用,浓度为1、10 mg·kg-1的苯胺对脲酶活性一直表现为弱的激活作用,浓度为100 mg·kg-1的苯胺对脲酶活性表现为抑制作用。硝基苯和苯胺污染后湿地土壤过氧化氢酶活性的变化趋势与对照类似,硝基苯、苯胺对土壤过氧化氢酶活性没有影响。   湿地植物芦苇能够加速水体中硝基苯的降解(起始浓度分别为4.68,10.64和19.19 mg·L-1)。种有芦苇的水体中硝基苯降解半衰期为1.85 d,5 d后硝基苯的平均降解率为88.10%,而无植物对照水体中硝基苯降解半衰期为2.59 d,5 d后硝基苯的平均降解率为75.11%。芦苇根和茎叶中硝基苯含量均随处理浓度的增加而增加,高浓度硝基苯处理芦苇根中硝基苯含量明显大于茎叶中的含量,0~5 d内,芦苇茎叶中硝基苯浓度先增加,由于植物的代谢和挥发作用之后逐渐降低。芦苇能吸收水体中的硝基苯,可用于含硝基苯污水的净化。水体中苯胺(起始浓度分别为4.56,11.49和15.81 mg·L-1)降解迅速,前期种有芦苇的水体中苯胺浓度明显低于对照,到培养第3 d种有芦苇与无植物对照处理的水体中苯胺浓度均低于检测限。芦苇根和茎叶中苯胺含量均随处理浓度的增加而增加,根中苯胺含量明显大于茎叶中的含量,0~5 d内,芦苇根中苯胺浓度先增加,到第3 d达到最大值后降低,而苯胺在芦苇茎叶中的含量较少。芦苇吸收水体中的苯胺后大部分蓄积于芦苇根部,少部分向茎叶部转移而降解。
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