论文部分内容阅读
溶解性有机质(DissolVed organic matter,DOM)是土壤中最具有活性的组分。溶解性有机质随着有机肥、家禽粪便等的施用进入土壤后,通过与土壤中重金属发生的一系列吸附、解吸、转化、络合等作用,将对重金属的生物有效性产生一系列重要影响。研究DOM在对重金属在土壤中吸附过程的影响,对于评价有机肥的效应,指导有机肥的施用,研究有机肥与土壤肥力的关系和农业面源污染的防治等方面具有重要意义。本文通过一系列室内实验研究了从秸秆和猪粪中提取的溶解性有机质(DOMw和DOMp)对三种典型土壤(黑土、红壤和潮土)以及不同类型农田土吸附Cu2+和pb2+的影响,采用了元素分析、红外光谱(FTR)、13C固态核磁共振波谱技术(NMR)对两种DOM和DOM-Cu2+及DOM-Pb2+样品进行了表征分析。本文的主要研究结果如下：Cu2+在黑土、红壤和潮土中的等温吸附实验结果表明,Cu2+和pb2+在三种不同类型的土中的吸附能力为潮土>黑土>红壤,平均吸附率的大小为潮土>黑土>红壤。在350 mgL-1浓度条件下,DOMw和DOMp都能促进Cu2+在黑土和红壤中的吸附,抑制Cu2+在潮土中的吸附,无论是促进还是抑制作用,DOMp比DOMw作用更明显：DOMw和DOMp对黑土和潮土吸附pb2+的过程都产生抑制的作用,却促进pb2+在红壤中的吸附。不同浓度DOM对三种土壤吸附Cu2+和pb2+的影响研究发现,随着DOM浓度的增加,这种促进作用减弱,其中在DOMp浓度为200-400之间出现了转折。但随着DOMw和DOMp浓度的增加,两种DOM对Cu2+在潮土中的吸附有越来越明显的抑制作用；随着浓度的增加,DOMw对pb2+在黑土和潮土中的吸附产生明显的抑制作用,而在红壤中,随着DOMw浓度的增加对pb2+的吸附促进作用增强。不同浓度的DOMp对黑土和潮土吸附pb2+的影响总体呈抑制的趋势,随着浓度增加,DOMp对红壤吸附pb2+促进作用逐渐转化为抑制作用。红外光谱分析结果发现,两种DOM都含有-C≡C-H,-COOH,N-H、-OH、-C=O、-NO2、C-O、C-N、和C=C等活性官能团,都是以碳水化合物为主要组成物质,芳香族不饱和物质含量较少。且Cu2+和DOM之间存在互相活化的过程。土壤吸附Cu2+的过程中,Cu2+与DOMp结合后,1400-1650 cm-1之间和500-1000 cm-1之间的吸收峰数目和面积都有明显增加,而与DOMw结合以后主要是增强了1400-1650 cm-1之间的吸收峰,其他区域的峰变化并不明显。DOMw结合pb2+以后的样品在1110 cm-1附近由多聚糖和类多聚糖结构的C-O键伸缩振动形成的峰有所增强,而DOMp结合pb2+以后的样品最明显的变化是1383 cm-1处由C=O和C-O键的伸缩振动或是O-H的变形振动引起的峰稍有增强,土壤吸附pb2+的过程中,2398-2432 cm-1处的峰在结合pb2+后都变得很不明显,说明pb2+在土壤溶液中容易与叁键结合,使这处的特征峰消失。核磁分析表明DOMw和DOMp均含有-CH2-S-(25-45 ppm),-C-O-(60-86 ppm),-COOH(155-185 ppm)等官能团,DOMw中还含有-CH2-N-(40-60 ppm),-C-CΕC-(70-110ppm)和α-卤代醛(170-190 ppm),而DOMp还含有-CH-N-(50-70 ppm),-C=C-(110-150ppm),-CHO(175-210 ppm)。当两种DOM结合Cu2+以后,除了CH3-S-(26 ppm)处的共振峰,说明其他官能团与Cu2+发生了作用,因此不再是核磁共振光谱的特征吸收带。DOMw和与pb2+结合后烷基C有所增加,而烷氧C和芳香C均有所减少,DOMp中含烷基碳,烷氧碳和羧基碳较多,但与pb2+结合后五种结构的C分布均明显减少了,说明DOMp中的官能团更容易与重金属发生络合或者螯合。Cu2+和pb2+在26种农田土中的吸附量范围分别为0.61 mg g-1-2.10 mg g-1和3.26 mgg-1-6.25 mg g-1,其中深圳土对Cu2+和pb2+的吸附量最小,而昭通和天津对CU2+和pb2+的吸附量最大。Cu2+的Kd值与土壤pH值呈指数相关,与游离氧化铁呈多项式相关,与游离氧化铝也都呈多项式相关。而pb2+的Kd值与土壤pH值呈指数相关。加入DOMw和DOMp后对不同土壤中的Cu2+和pb2+吸附的影响不同,两种DOM均促进Cu2+在上海、延吉、徐州、深圳、贵阳,鹰潭、福建、林芝、儋州和公主岭等地的土壤中的吸附,而对Cu2+在其他16种土中的吸附均为抑制作用,且无论是抑制还是促进作用,DOMp的影响都比DOMw的影响更显著。两种DOM都促进pb2+在上海、深圳、鹰潭和儋州土壤中的吸附；而在延吉、徐州、宁波、长沙、贵阳、福建、林芝以及公主岭的土中,DOMw促进pb2+的吸附,而DOMp抑制pb2+在这几种土壤中的吸附；在其他13种土中,两种DOM均抑制pb2+的吸附。