溶解性有机质对重金属在土壤中吸附和迁移的影响
溶解性有机质对重金属在土壤中吸附和迁移的影响
李小孟;孟庆俊;高波;冯启言;张英杰银行从业资格考试证书申请
【摘 要】溶解性有机质（ DOM)是土壤中最具有活性的组分，可以与重金属发生吸附、解吸、络合等一系列作用，对重金属的迁移转化、生物有效性等产生一系列重要影响。通过实验研究溶解性有机质对重金属吸附和迁移的影响。吸附实验表明，重金属Cu、Pb、Cr、Cd在土壤中吸附能力是不同的，土壤对重金属吸附能力的大小顺序为Pb> Cu > Cr > Cd。土柱实验表明，重金属Cu、Pb、Cd、Cr在土壤中的迁移规律相似，均为前期淋出液重金属含量较低，后期随时间的增大而增大，当达到吸附饱和后浓度趋于稳定。但不同重金属迁移速率各不相同，这与吸附实验结果相符。溶解性有机质的存在对重金属迁移的影响主要体现在迁移速率上，其穿透时间比去除有机质的情况短，有机质的存在有利于重金属离子向下迁移，但当达到饱和后对重金属迁移浓度影响不显著。%Dissolved organic matter ( DOM) was the most active component in soil. DOM in soil may conduct a series of important influences on the bioavailability of heavy metals through the reaction as adsorption, desorption and complexation. The effect of dissolved organic matter on the adsorption and migration of hea
vy metals Cu, Pb, Cd, Cr have been determined by the soil column experiment. The adsorption experiments shows that the adsorption capacity of heavy metals Cu, Pb, Cr, Cd in soil are different, and the range of the soil adsorption capacity is Pb>Cu>Cr>Cd. By comparing the presence of DOM of isothermal adsorption experiments, it is found that DOM has inhibition on adsorption of soil to heavy metals. The soil column experiment results shows that the heavy metal Cu, Pb, Cd, Cr has the same migration patterns in soil, which all previous leaching liquid low heavy metal content, and then increases with time, the stable after reaching the adsorption saturation concentration. But migration rates-for different heavy metal are different. At the presence of DOM, to the migration rate of heavy metal is increased, and the penetration time become shorter. While, when saturated, the effect is not significant.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2016(016)034
【总页数】6页(P314-319)
【关键词】溶解性有机质;土壤;重金属;吸附;迁移
【作 者】李小孟;孟庆俊;高波;冯启言;张英杰
【作者单位】中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221116;中国矿业大学环境与测绘学院，徐州221116
【正文语种】中 文
【中图分类】X511
随着社会的发展，工农业生产水平的提高，产生了大量的工业废弃物，造成了工业污染，其中最严重的污染之一就是重金属污染。土壤是生命赖以生存的基础，重金属污染会致使土壤肥力下降，进而影响到农业的进步以及人类的生存环境甚至人类的健康[1]。
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重金属污染有两大特点，一是为不可分解性，即重金属污染物很难被吞食或被生物分解，甚至部分重金属还可以在生物体内转化，成为毒性更为强烈的物质；另一个特点是复合污
染性，即一般被污染的土壤通常都是由两种及两种上的重金属元素组合而成产生的复合污染。DOM是一种土壤内部最活跃最重要的组分之一，它可以通过吸附、离子交换、络合、螯合等作用与土壤中金属发生一系列的化学反应，这样的一系列的反应可以概括为吸附-解吸平衡[2]。研究表明，DOM在土壤中的吸附作用可能有以下几种形式：静电吸附、表面络合作用、配位体交换、疏水作用、氢键作用、阳离子键桥作用等[3]。吸附-解吸平衡可以用DOM在土壤中对应的吸附系数来进行有关的代换与表示，对应的数值大小则体现了DOM在固水两相间迁移的方向和最终的平衡状态[4]。但现阶段，这类表示方式的具体形式依旧不是十分完善。土壤中有机质一般都含有羧基和羟基，因此富含这两种活性功能团的DOM也是其中的一种。在DOM进入土壤之后，通过DOM中金属离子影响土壤中的吸附作用，进而使土壤中重金属的水溶性和迁移性得到有效的改善和提高[5]。
DOM对土壤中重金属的作用既可以存在促进作用，也可以出现抑制作用。其影响机理主要是DOM的酸碱缓冲和络合作用，其具体表现主要与土壤类型及DOM的来源有关。陈同斌等[6]的研究表明：在酸性土壤中，DOM以促进为主；在中性土壤中，DOM主要表现为抑制作用；在碱性土壤中，DOM表现为抑制作用。DOM有利于重金属的迁移也引起了很多学者的关注，在一些水体中，他们发现DOM和重金属之间有显著的相关性，DOM的存在
能影响重金属的吸附量[7]，由于DOM中也含有大量的官能团，因此和重金属能形成稳定的有机结合物，而DOM是可溶的，能够随水流快速地移动，所以被DOM结合的重金属也被带出而不会被土壤颗粒物吸附[8]。
文章分析Cu、Pb、Cr、Cd在有无DOM的情况下在土壤中的吸附特性，采取土柱淋滤实验，比较重金属离子穿透土柱的时间及出水含量，研究溶解性有机质对重金属在土壤中吸附和迁移的影响。
黄到让你那里滴水1.1 实验材料
实验用土采集于淮南矿区农田土壤，采样时刮去表层的杂草，用采土铲采集0～15 cm左右深度的样品，密封袋封存，运回实验室处理。将土壤样品风干，剔除植物根、沙砾等杂物，研磨，过1 mm筛，保存于密封袋中备用。
1.2 实验方法
1.2.1 土壤中DOM提取及荧光特性测试
将土壤样品用超纯水(水土比5∶1)溶解，恒温振荡(220 r/min)连续24 h，再通过离心机(4 000 r/min)离心20 min，取上清液过0.45 μm的滤膜，低压抽滤得到DOM溶液，用三维荧光光谱仪分析荧光特性。三维荧光光谱扫描在Aqualog-UV-NIR型荧光光谱分析仪中进行，仪器采用150 W的疝气灯作为激发光源，参数设置为PMT电压=700 V；信噪比>2 000∶1；带通：Ex=5 nm，Em=5 nm；响应时间设为自动；吸光准确性：±0.01AU(0～2AU)；扫描速度：1 200 nm/min,扫描波长范围λex=200～800 nm,λem=240～800 nm,扫描光谱进行仪器自动校正。数据使用Origin 8.0软件进行处理，以超纯水作为空白校正水的拉曼散射。
1.2.2 土壤中重金属含量及理化性质测试
土壤中重金属含量测试委托中国科技大学采用ICP-AES方法测定了其中的金属元素。射频功率1 100 W，等离子气16 L/min，辅助气1.2 L/min，雾化气1.0 L/min；试样流量1.5 mL/min；积分时间0.5 s；读数延迟30 s。晶黄果
1.2.3 土壤重金属吸附实验
称取0.5 g去除DOM的土样7份分别于50 mL锥形瓶中，分别加入一定量的重金属溶液15 m
L，再加入15 mL制备的DOM溶液(含0.01 mol/L的NaN3以抑制微生物对DOM溶液的降解)，对照组加入15 mL去离子水，使重金属溶液的浓度梯度为300、400、500、600、800、1 000 mg/L。另取一个50 mL锥形瓶中加入300 mg/L的重金属溶液30 mL，以测试仪器对重金属的吸附量。将锥形瓶置于(25±2) ℃恒温振荡箱中振荡吸附，振荡频率为200 r/min。在吸附平衡后取出，用慢速定性滤纸过滤，收集滤液，贴好标签，于ICP-OES上测试重金属含量，并用差减法计算土壤中的重金属的吸附量。电影女星
1.2.4 土壤中重金属迁移实验
土柱采用内径为8 cm，柱高80 cm，其中填装土柱总高55 cm，填充土样高度35 cm，土柱填装自上而下依次为封水层(5 cm石英砂)，配水层(脱脂棉5 cm)，工作层(实验土壤35 cm)，过滤层(脱脂棉5 cm)和承托层(5 cm石英砂)。工作层采用土壤与石英砂按1∶1的比例混合填充。
1.3 数据处理方法
吃什么对胃好实验所得数据采用Excel进行处理，三维荧光数据的采用Origin 8.0进行统计分析。
2.1 土壤性质分析
土壤中的各项指标显示着土壤的不同性质，从表1中可以看出，实验土壤的pH为8.1呈弱碱性，有机质含量为13.54 g/kg。通过与本地土壤背景值比较中可以发现，Pb，Cr，Cd的含量均超过背景值，其中实验土壤中Cd和Cu的含量与背景值的差距较大，约是背景值的1.9倍和1.8倍。因此在本实验中选取Cu、Pb、Cr和Cd 4种重金属来研究其吸附与迁移特性。
测定土壤中溶解性有机质的三维荧光特性发现，不同位置的荧光峰代表了不同的荧光组分，土壤样品主要含有4种组分，分别为属于类蛋白质的类氨酸和类酪氨酸以及属于类腐殖质的类富里酸和类腐殖酸。
根据这4个荧光组分的激发/发射波长曲线可以确定这四个组分的类型[9—11](表2)。分别是PeakA类富里酸荧光峰，PeakC类腐殖质荧光峰，PeakB同类酪氨酸荧光峰，PeakD峰为类氨酸荧光峰。
土壤中腐殖质荧光峰A、C是由腐殖质中的羧基、羰基等官能团有关，并且其荧光峰反映了由富里酸、腐殖酸所形成的荧光峰值；类蛋白荧光峰B、D主要反映了由生物降解产生的酪
氨酸、氨酸所形成的荧光峰值，与DOM中的芳环氨基酸结构有关。从不同组分的峰强中可以看出样品土壤中的类腐殖质的含量占绝大部分，类蛋白质的含量极少约占1.24%。
2.2 DOM在土壤中对重金属吸附的影响
重金属在土壤中的吸附的影响可以通过土壤重金属吸附实验表明，由图2可以看出，在有无DOM的情况下，土壤对重金属的吸附作用是相似的，即随着平衡溶液中重金属质量浓度的增大而增大的，增大的趋势是逐渐降低的。这表明土壤对重金属的吸附量与吸附平衡后的溶液的平衡浓度有关，且随着浓度的增加，土壤对重金属的吸附的量近似为一个定值，即土壤对重金属的最大吸附量[12]。从图2中可以看出，实验土壤对Cu、Pb、Cd、的吸附能力的大小顺序为Pb>Cu> Cr>Cd，且对Pb的吸附能力远大于其他重金属，这与刘晶晶[12]的研究相符。加入DOM后能影响重金属在土壤中的吸附均表现为对重金属吸附的抑制作用，在平衡浓度为400 mg/L是DOM对金属吸附的抑制作用增大。不添加DOM时土壤对重金属Cu、Pb、Cr、Cd的最大吸附量依次为22.03、38.75、16.18、16.27 mg/g，而加入DOM后土壤对重金属Cu、Pb、Cr、Cd的最大吸附量依次为18.88、37.22、14.92、14.28 mg/g。所以，实验结果可以说明DOM对土壤吸附重金属Cu、Pb、Cd、Cr有抑制的作用。

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