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吸附到土壤固相是有机污染物进入土壤环境后经历的最重要的物理化学过程,决定了污染物之后的迁移转化行为,在一定程度上也决定着污染物对人类健康和自然环境的生态风险;近年来人们发现,土壤中有机污染物的可提取性、迁移性和生物有效性随着老化过程进一步下降。因此研究有机污染物在土壤环境中长周期的吸附/解吸行为及其生物有效性机理具有重要的理论和现实意义。本研究结合国家自然科学基金项目“土壤中被锁定有机污染物的形成机理及生态风险研究”,以刚性结构的芘作为目标污染物,采用物化性质不同的6种土壤,对芘的吸附/解吸行为、生物有效性与化学有效性进行了研究,定性定量地探讨土壤吸附滞留能力和污染物有效性之间的共通性、影响污染物有效性的因素以及表征有效性方法之间的差异。
论文主要的研究内容及结论包括:(Ⅰ)土壤对芘的短期吸附/解吸行为研究。污染物吸附速率很快,而解吸是相对较慢的过程;土壤有机质含量高于1%时,土壤对芘的吸附滞留能力与有机质含量正相关,而有机质含量小于1%时,黏粒含量对土壤的吸附滞留能力起着重要作用。(Ⅱ)土壤对芘的长期吸附/解吸行为研究。土壤中芘的吸附/解吸存在快过程和慢过程两个阶段;延长吸附平衡时间,吸附平衡常数(Kd)有不同程度的增加,有机质含量高于1%时,Kd值增加量随有机质含量增加而降低,有机质含量低于1%时,黏粒含量越高,Kd值增加量越大;土壤有机质含量决定着慢过程的吸附和解吸量;不考虑老化作用,土壤有机质对不可逆吸附室容量的贡献明显高于黏粒的贡献。(Ⅲ)土壤中芘对蚯蚓的生物有效性研究。蚯蚓吸收芘的速率很快,10d内其富集达到稳定态;土壤对芘滞留能力越强,蚯蚓积累芘的量越低,这说明土壤对污染物的吸附/解吸行为决定了其之后的生态风险;老化明显降低芘的生物有效性。(Ⅳ)Tenax辅助快解吸、丁醇和超临界流体萃取表征污染物的化学有效性研究。在三种提取过程中,Tenax辅助快解吸方法在不改变土壤性质的前提下提取出土壤中的污染物,丁醇明显改变土壤结构和性质,而超临界萃取对土壤性质的改变不明显;对于实际污染土壤,超临界流体萃取和Tenax辅助快解吸较为适合预测污染物的生物有效性。
通过本论文的研究,为正确诊断土壤污染、确定土壤修复适度终点、开发快速的表征污染物的生物和化学有效性方法提供了一定的实验和理论基础。