典型肥料对大棚土壤释汞的影响及机制研究

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汞(Hg)是环境中毒性最强的重金属之一,能以气态单质在大气中长时间居留,最终沉降到地表生态环境。叶片类蔬菜不仅能通过叶片吸收大气中的汞,还可通过根部转运富集土壤中的汞,最终进入食物链,危害人体健康。因此,本研究模拟建设蔬菜种植大棚,探讨菌肥和腐殖酸肥的利用对大棚土壤释汞通量、土壤总汞及土壤理化性质的影响,并通过吸附实验和材料表征等分析了土壤释汞的机制。主要结论如下:(1)BF和HAF利用过程中,各处理组土壤-大气界面释汞通量随着时间的增加逐渐降低。且随着投加剂量的增加,土壤-大气界面释汞通量逐渐降低。1%-BF、3%-BF和5%-BF处理组的释汞通量均值分别为913.24、766.03和686.37[ng·(m~2·h)-1],由大到小依次为1%-BF>3%-BF>5%-BF;1%-HAF、3%-HAF和5%-HAF处理组的释汞通量均值分别为1188.66、890.32和776.16[ng·(m~2·h)-1],由大到小依次为1%-HAF>3%-HAF>5%-HAF。(2)各处理组土壤总汞浓度随着时间的增加逐渐降低。CK、1%-BF、3%-BF和5%-BF处理组土壤总汞浓度的变化范围分别为31.52~38.52、33.03~38.83、33.41~39.91和33.40~39.48 mg/kg,整体降低值分别为7.00、5.79、6.50、6.07 mg/kg,BF各处理组土壤总汞浓度降低值均低于CK组。1%-HAF、3%-HAF和5%-HAF处理组土壤总汞浓度的变化范围分别为31.32~39.06、29.61~37.78、30.55~37.39mg/kg,整体降低值分别为7.74、8.17、6.84 mg/kg,CK、1%-HAF、3%-HAF处理组土壤总汞浓度降低值最大,5%-HAF处理组土壤总汞浓度降低值最小。表明BF和HAF的施加可有效固定土壤中的汞。(3)随着BF和HAF投加剂量的增加,土壤SOM含量逐渐增加;土壤p H值降低,Eh值增大;此外,通过相关性分析,发现土壤总汞含量、土壤SOM含量、土温是影响本实验土壤-大气界面释汞通量的重要因素。(4)通过吸附实验,可知BF和HAF对汞的吸附过程符合准二级动力学模型,拟合得到的理论吸附量(qe)均为32.89 mg/kg与实验所得数据32.55、32.68 mg/kg基本一致,是以化学吸附为主的快速吸附过程;由等温吸附模型拟合得到的参数,可知HAF对汞的吸附符合Langmuir模型;BF对汞的吸附符合Freundlich模型。此外,对吸附汞前后的材料进行表征分析可知,BF和HAF对汞的吸附机制可能为沉淀作用、物理吸附、离子交换、官能团络合和阳离子-π键配位作用。(5)因BF和HAF中含SOM,其丰富的官能团可与汞发生络合作用,从而抑制土壤-大气界面释汞通量;此外,BF和HAF能与汞发生离子交换、沉淀作用、阳离子-π键配位和物理吸附作用,将其利用于汞污染土壤,可抑制土壤的释汞通量。
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