论文部分内容阅读
冻融过程作为中国北方地区常见的土壤物理变化现象,在诸多方面影响着生态系统的生物地球化学过程。以往的研究报道单方面侧重于冻融作用对土壤理化性质的影响,冻融作用对土壤重金属吸附/解吸的影响研究目前并不多见,本论文研究冻融作用对土壤Pb和Cd吸附/解吸的影响,分别从冻融作用对土壤理化性质、吸附平衡溶液和解吸液pH变化的影响来阐述冻融作用对土壤吸附/解吸重金属的机制;同时考察了经过冻融作用的污染土壤,外源DOM(秸秆和污泥)对污染土壤中重金属溶出的影响和机制。获得主要结论如下:1.冻融作用对不同类型土壤吸附/解吸重金属的影响随着Pb和Cd加入浓度的增大,土壤对Pb和Cd的吸附量和解吸量都增大,Pb和Cd在四种处理土壤中的吸附等温线可以很好的用Langmuir方程来拟合,Freundlich等温方程既可以很好的描述等温吸附过程也可以描述重金属的等温解吸过程。Pb和Cd在吸附平衡浓度与吸附量之间的关系、吸附量与解吸量的关系以及解吸率之间均存在显著性差异。与未经过冻融作用的土壤相比,在相同Pb和Cd初始浓度下,冻融作用降低了土壤对Pb和Cd的吸附能力,黑土的吸附能力大于棕壤。与未经过冻融作用的土壤相比,冻融作用促进了土壤中重金属的解吸,并且在同一冻融条件下黑土的解吸能力小于棕壤,说明冻融作用降低了土壤对Pb和Cd的固持能力。产生的原因可能是冻融作用改变了土壤pH、有机质、阳离子交换量和游离氧化铁含量,未冻融土壤吸附平衡溶液pH下降的幅度大于冻融土壤。2.不同冻融条件对土壤吸附/解吸重金属的影响随着冻结温度的升高、冻融次数的增加,黑土对Pb和Cd的吸附量逐渐减少,但仍小于未冻融黑土,解吸量和解吸率逐渐增加,冻融作用对不同含水率土壤吸附Pb和Cd的热力学过程影响较复杂,随着冻融土壤含水率的增加,重金属吸附量增加,解吸量减少,当冻融土壤含水率为120%时,冻融土壤对Pb的吸附量大于未冻融黑土,在本文所研究的含水率范围内,冻融土壤对Cd的吸附量始终小于未冻融黑土。通过对不同冻结温度、不同冻融次数和不同冻融含水率土壤的pH、有机质、阳离子交换量等性质进行t检验,结果表明他们之间的差异达到了显著或极显著水平,这说明了不同冻融条件对土壤性质的作用是影响土壤吸附/解吸重金属的主要机制。3.冻融作用对不同类型土壤吸附重金属平衡时间的影响随着吸附时间的延长,土壤重金属的吸附量先增加后趋于平缓;整个吸附过程分为两个阶段,即快速吸附阶段和慢速吸附阶段。无论是否经过冻融处理,黑土和棕壤中Pb达到吸附平衡的时间大于Cd达到吸附平衡的时间。经过冻融作用的土壤对Pb和Cd的吸附量降低并且延长了达到吸附平衡的时间。无论冻融与否,Elovich方程为拟合重金属吸附动力学过程的最优方程。4.冻融作用对污染土壤重金属溶出的影响与未冻融土壤相比,经过冻融作用之后,DOM对黑土和棕壤中重金属的溶出率均增加,且黑土小于棕壤。相同DOM浓度下,污泥施用对土壤Pb的溶出率大于秸秆施用对Pb的溶出率,秸秆对土壤Cd的溶出率大于污泥对Cd的溶出率。随着土壤重金属污染时间的延长和重金属污染程度的增加,秸秆和污泥DOM对Pb和Cd的溶出率均增加且表现出显著差异。产生的原因即与冻融作用改变污染土壤的理化性质(pH、有机质、阳离子交换量和氧化还原电位)有关,而且也受DOM的分子量大小和亲水组分含量的影响。