不同方式秸秆还田条件下土壤对Cd2+的吸附性能及固定机制研究

秸秆还田作为广泛推行的农业废弃物资源化利用措施,不仅能培肥地力,增加作物产量,还能固碳减排,修复农田重金属污染。为进一步探明秸秆还田对土壤吸附固定重金属的影响,选择我国黑土(BS)、水稻土(PS)、砖红壤(LS)和红壤(RS)4种典型土壤,开展吸附等温试验,考察粉碎处理(S)、焚烧处理(D)和发酵处理(F)等秸秆还田方式下4种土壤对Cd~(2+)的吸附性能及固定作用。Langmuir拟合结果显示所用土壤对Cd~(2+)吸附量由大到小依次为黑土(4 703～10 598 mg·kg~(-1))、水稻土(2 804～4 100 mg·kg~(-1))和砖红壤(2 387～3 906 mg·kg~(-1));Freundlich拟合参数n值由小到大依次为砖红壤(0.13～0.19)、水稻土(0.28～0.43)、黑土(0.27～0.65)和红壤(0.91～2.74),这表明砖红壤、水稻土、黑土和红壤对Cd~(2+)的亲和力逐渐减弱。不同秸秆还田方式中,就黑土而言,不添加秸秆的对照组Cd~(2+)吸附量最高,为10 598 mg·kg~(-1);就水稻土和砖红壤而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附量(3 109～4 100 mg·kg~(-1))高于其他秸秆处理(2 387～3 290 mg·kg~(-1))和对照组(2 444～2 872 mg·kg~(-1))。就黑土而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附能(-6.40～-5.01 kJ·mol~(-1))最小;就水稻土、砖红壤和红壤而言,秸秆焚烧处理Cd~(2+)吸附能(-16.67～-3.13 kJ·mol~(-1))对照(-10.54～-2.35 kJ·mol~(-1))其他秸秆处理(-10.66～-2.17 kJ·mol~(-1))。由于灰分中含有无机矿物成分且能增加土壤pH,秸秆焚烧处理可以显著增加土壤对重金属的吸附量和亲和力。针对4种供试土壤,粉碎处理、焚烧处理和发酵处理秸秆还田方式均不适合黑土,比较适合有机质含量较低的土壤。添加焚烧处理秸秆可以有效增加土壤对Cd~(2+)的固定量和亲和力。     

吸附反应时间对除草剂阿特拉津吸附行为的影响

采用批量动态实验方法,对潮土中阿特拉津吸附特征随吸附反应时间变化进行了研究。结果表明,土壤吸附的阿特拉津量随反应时间的变化符合双曲线函数关系。在50μg·L-1～2000μg·L-1浓度系列下,在48h内,土壤颗粒对阿特拉津的吸附属于快反应,土壤吸附的阿特拉津量随吸附反应时间呈指数上升,为吸附实验结束(168h)时土壤吸附阿特拉津总量的58%到90%。当吸附反应时间超过48h后,随反应时间增加,土壤吸附阿特拉津量差异变化不显著。阿特拉津在潮土颗粒和土壤溶液中的相分配可用Freundlich方程描述。吸附容量因子Kf与吸附反应时间之间有极显著的线性正关系(r2=0.9063**,p<0.0001)。无量纲的非线性因子n与吸附反应时间之间也具有显著的线性负关系(r2=0.5666*,p=0.0192)。     

酸性条件下可变电荷土壤对锌的吸附动力学特征

用自行设计的动力学装置,研究了酸性条件下Zn在可变电荷土壤表面的反应动力学吸附特征.结果表明,在酸性条件下,Zn吸附过程分快反应和慢反应.从一级动力学方程拟合的参数可知,土壤的最大吸附量依次为砖红壤>赤红壤>红壤,表观最大吸附量随酸度增加显著下降,砖红壤、赤红壤和红壤在流入液pH5.5时zn的吸附量为2.81、2.72和1.83 mmol·kg-1;pH3.3时为1.0、0.38和0.12 mmol·kg-1.用Elovich方程和抛物线扩散方程常数b值,解释离子的表观扩散速率,三种土壤的b值依次为砖红壤>赤红壤>红壤,且随酸度的增大而降低.在Zn吸附过程中,pH5.5时,三种土壤流出液中有质子释放;当原液pH值为4.3、3.8和3.3时,都存在质子的消耗.砖红壤上快速消耗H+量远远大于红壤和赤红壤.反应初期,H+质子的消耗是快速反应,主要包括土壤交换阳离子的缓冲作用、土壤表面的质子化及硫酸专性吸附释放的羟基中和H+质子.     

酸性条件下可变电荷土壤表面Pb~(2+)-H~+反应动力学特征

研究了酸性条件下Pb在可变电荷土壤表面的反应动力学.结果表明,在酸性条件下,从一级动力学方程拟合的参数可知,三种土壤的最大吸附量依次为砖红壤>赤红壤>红壤,Pb最大吸附量随酸度的增加显著下降.红壤、赤红壤和砖红壤在pH 5.5处理的半反应时间(t1/2)分别为231 min,266 min和182min;pH 3.3处理的t1/2分别为43 min,26 min和32 min.用Elovrich方程和抛物线扩散方程常数(b)解释离子的表观扩散速率,三种土壤的b值依次为砖红壤>赤红壤>红壤,且随酸度的增大而降低.在Pb的吸附过程中,pH值为5.5和4.3时,红壤和赤红壤流出液中有质子释放;当原液pH值为3.3和3.8时,都存在质子的消耗.三种土壤H+的消耗过程有较大的区别,砖红壤快速消耗的H+量远远大于红壤和赤红壤.反应初期,H+的消耗是快速反应,主要包括土壤交换阳离子的缓冲作用、土壤表面的质子化及硫酸根专性吸附释放的羟基中和H+;而后反应中H+对矿物的溶解是一个缓慢过程.     

速灭威在几种枸杞土壤中的吸附及解吸行为研究

枸杞(Lycium barbarum)是一种名贵中药材,宁夏是枸杞的原产地。速灭威是枸杞中常用的一种氨基甲酸酯类农药。该研究采用批量平衡法研究了速灭威在3种宁夏枸杞适生土壤——灌淤土、潮土和灰钙土中的吸附-解吸特性,并应用Freundlich、Langmuir和Linear等模型和Gibbs方程计算吸附自由能(?G)、吸附焓变(?H)及吸附熵变(?S),分析3种土壤对速灭威的吸附特征。结果表明,通过动力学实验发现,10 h时速灭威吸附量达到最大值(120μg·g~(-1)),为了确保速灭威在土壤中完全吸附,选择24 h作为吸附平衡时间。与此同时,速灭威的解吸量在12 h后趋于平缓,但其最大解吸量为12μg·g~(-1)左右,比吸附量小很多,说明吸附可逆的程度不大;通过等温吸附实验发现,速灭威在几种土壤中的等温吸附曲线能较好地符合Freundlich模型,几种土壤吸附能力表现为:灰钙土(K_f=338.84)灌淤土(K_f=234.42)潮土(K_f=218.78);而等温解吸附能较好地符合Langmuir模型,几种土壤对速灭威的解吸附能力表现为:灌淤土(K_d=389.50)灰钙土(K_d=264.85)潮土(K_d=202.51),且解吸平均滞后系数HI_a0,表明速灭威在几种土壤中的吸附-解吸滞后现象不显著,迁移较快;速灭威在灌淤土和灰钙土中吸附的?H0,?S0,作用力以静电作用力为主,而在潮土中吸附的?H0,?S0,以疏水作用力为主。该研究结果可为保障枸杞质量,保护产地环境提供一定参考。     

雄烯二酮在我国典型土壤中的吸附特性

采用批吸附室内模拟实验研究了雄烯二酮在我国红壤、潮土、黑土3种典型土壤中的吸附特征,以及牛粪溶解态有机质(DOM)对土壤吸附雄烯二酮的影响。结果表明,雄烯二酮在土壤中吸附动力学符合Elovch方程(R20.89),热力学特征可通过Freundlich等温吸附方程(R20.83)描述,土壤对雄烯二酮的吸附呈非线性吸附特征,其中潮土吸附等温线的非线性最强(n=0.37);吸附系数K f介于6.0~20.2,并与有机质含量呈显著正相关(p0.05)。雄烯二酮浓度较低时,共存牛粪DOM抑制其在土壤表面的吸附作用。研究认为,有机质是土壤吸附雄烯二酮的主要组分,共存牛粪DOM可促进雄烯二酮向地表水和地下水的迁移。     

砷、矾与镉交互作用及其对土壤吸附镉的影响

研究了砷、矾与镉交互作用及其对土壤吸附镉的影响 .结果表明 :江西红壤、海南砖红壤、湖南红壤和北京褐土等四种土壤吸附镉的等温线符合Freundlich方程 ,吸附常数K的大小顺序为 :北京褐土 >湖南红壤 >江西红壤 >海南砖红壤 .pH值是决定土壤吸附镉的关键因素之一 ,砷和矾的存在可促进土壤对镉的吸附     

生物炭降低土壤中2,4,6-TCP有效性能力的评估

2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)作为杀菌剂、除草剂、防腐剂被广泛应用于农业,土壤中2,4,6-TCP污染引起了人们的关注。采用批平衡实验研究了2,4,6-TCP在4种土壤(乌栅土、红壤、黑土、潮土)中的淋溶迁移性,以及在生物炭和土壤中的吸附效果。结果表明,2,4,6-TCP在土壤中淋溶迁移性大小顺序为潮土乌栅土黑土红壤。2,4,6-TCP在4种土壤中吸附等温线采用Freundlich方程拟合最佳,在乌栅土、红壤、黑土和潮土中的吸附常数Kf分别为0.775 9、75.01、100.3和0.904 7。红壤和黑土对2,4,6-TCP有很强的吸附能力,吸附曲线呈较为明显的非线性,可能为表面吸附;而乌栅土和潮土的吸附能力很差,吸附曲线呈较为明显的线性,可能为分配作用。由不同原料(稻杆、果壳、椰壳)制备的生物炭对2,4,6-TCP吸附量有明显的差异,其中椰壳生物炭吸附效果最好。添加椰壳生物炭后,土壤对2,4,6-TCP吸附能力增强,生物炭在土壤-生物炭混合体系吸附2,4,6-TCP中起主导作用,且受土壤类型的影响。并通过模型评估生物炭修复2,4,6-TCP污染土壤的可行性,其中椰壳生物炭修复效率最高,去除土壤中50%的2,4,6-TCP所需椰壳生物炭用量为2 675 kg·hm-2。研究结果为生物炭降低土壤中2,4,6-TCP有效性的评估和修复2,4,6-TCP污染土壤提供了科学依据。     

土壤对SO_4~(2-)的吸附-解吸特征

研究区两类主要农业土壤在实验温度和吸附平衡液浓度相同时,酸性淋溶土(红壤、黄红壤)SO_4~(2-)吸附量均高于近中性水成土 (水稻土、潮土),与土壤游离Fe,Al含最呈显著正相关,吸附过程均符合Freundlich和Ternkin方程描述规律:低温(10℃)时吸附量均高于常温 (25℃),表明吸附系放热反应,有利于冬,春酸雨频仍季节土壤对SO_4~(2-)的固定,研究表明土壤吸附过程由快速反应(0—4h)和慢速反应(4—48h)两部份组成,且符合反映吸附机制较复杂的多级动力学反应规律,0.01mol/l Ca(NO_3)_2和1.0mol/l NaCl对土壤吸附态SO_4~(2-)的解吸率较高,表明SO_4~(2-)主要被土壤吸附于带正电荷的氧化物胶体表面,离子交换可逆吸附机制似占较大优势。     

红壤和黄泥土对不同浓度六氯苯的吸附与解吸特征

采用批量平衡试验的方法,研究了不同初始浓度的六氯苯在红壤和黄泥土表面的吸附与解吸特征. 结果表明,六氯苯在红壤和黄泥土表面的吸附与解吸行为均可用Freundlich方程进行很好的拟合,其相关系数(R2)在0.97-0.99之间,并表现为非线性特征. 六氯苯在红壤和黄泥土上吸附的KadsF值均小于其解吸的KdesF值,说明六氯苯在这两种土壤表面的解吸表现为一定的滞后效应. 随着初始浓度的升高,其滞后效应增强,两者呈线性相关. 用不同方程对滞后系数H,ω和λ进行量化,发现不同浓度的六氯苯在土壤表面的解吸过程表现出正滞后效应.     

可变电荷土壤对水体中磷酸根的吸附去除作用

采用一次平衡法和土柱淋溶法研究4种可变电荷土壤对磷的吸附容量,结果表明可变电荷土壤对磷有很强的吸附能力.4种土壤对磷吸附鲢的大小顺序为昆明砖红壤＞柳州红壤≈徐闻砖红壤＞鹰潭红壤,与土壤游离铁、铝氧化物的含量大小顺序一致.说明土壤铁、铝氧化物对磷酸根吸附有重要贡献.被土壤吸附的磷酸根在NO-3体系中的解吸量很小,一般不超过吸附量的10%,但在柠檬酸体系中磷酸根的解吸量量著增加,说明磷酸根主要通过非静电吸附机制被可变电荷土壤吸附.根据淋溶试验结果,昆明砖红壤、柳州红壤、徐闻砖红壤和江西红壤对磷的吸附量分别可达1 792、1 536、1 408和1 280 mg·kg-1,说明富铁可变电荷土壤可以用作水体中磷的有效吸附剂.从土柱淋溶试验获得的吸附量大于一次平衡试验所得值,说明由于磷吸附慢反应的贡献,磷的吸附量随平衡时间的增加而增加.     

生物炭对土壤中阿特拉津吸附特征的影响

为探究生物炭对土壤中阿特拉津的吸附特征及影响因素,采用批处理实验研究了灭菌(T1)、5%秸秆生物炭+灭菌(T2)、未灭菌(T3)和5%秸秆生物炭+未灭菌(T4)条件下对土壤中阿特拉津吸附特征及土壤理化性质的影响.结果表明,在最初0—12 h内,不同处理下阿特拉津吸附量均随时间的延长而快速增加,而在12—96 h内增加较为缓慢并逐渐趋于平衡.在96 h时,T2和T4处理下阿特拉津最大吸附量分别达到46.22 mg·kg^-1和46.43 mg·kg^-1,而未添加生物炭的T1和T3处理则有所降低,分别为44.20 mg·kg^-1和43.09 mg·kg^-1.准二级动力学模型更好地拟合不同处理下土壤对阿特拉津吸附特征,T2和T4处理下吸附速率常数K分别为0.257 kg·mg^-1·h^-1和0.339 kg·mg^-1·h^-1,显著高于未添加生物炭处理的T1和T3处理(K分别为-0.083 kg·mg^-1·h^-1和-0.261 kg·mg^-1·h^-1).内扩散模型显示添加生物炭后,土壤对阿特拉津的吸附是一个由边界扩散、内部孔隙扩散等多因素控制的复杂化学过程.添加生物炭可显著提高土壤pH、有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量,其中土壤有机碳含量与阿特拉津最大吸附量之间存在显著的正相关关系(P<0.05).由此可见,添加生物炭可以提高土壤对阿特拉津的固持能力,减少其淋溶迁移风险,从而达到修复阿特拉津污染土壤的目的.     

南京城市绿地土壤对菲的吸附特征

采用批量平衡试验方法,以多环芳烃(PAHs)——菲为代表物,研究了南京市典型区域绿地土壤对多环芳烃类有机物菲的吸附行为,为深入了解PAHs在城市绿地土壤中的环境行为提供参考依据。结果表明,菲在不同区域土壤中的吸附等温线均可以用Freundlich方程进行拟合,且各等温线都具有一定程度的非线性特征,其中,鼓楼公园(GL)和新庄广场(XZ)土壤的指数N值均小于1。钟山风景区(ZS)和下蜀林场(XS)土壤的指数N值均大于1。土壤中菲吸附等温线的线性拟合方程和Freundlich拟合方程中R~2均大于0.960,达到极显著水平(P0.01),吸附系数分别为GL 0.494 2 mg?kg~(-1)、XZ 0.416 5mg?kg~(-1)、ZS 0.102 9 mg?kg~(-1)和XS 0.282 4 mg?kg~(-1);不同功能区城市绿地表层土壤有机碳(OC)含量表现为:XZ(16.52g?kg~(-1))GL(15.97 g?kg~(-1))XS(12.7 g?kg~(-1))ZS(6.95 g?kg~(-1));对菲的吸附能力表现为:XZ(0.720)GL(0.653)XS(0.238)ZS(0.109)。土壤有机碳含量、黑碳含量、粘粒含量等都与吸附系数Kd呈显著相关关系。黑碳和有机碳含量是影响菲在城市绿地土壤中的吸附行为的主要因素。     

铁锰结核对As(Ⅲ)的吸附和氧化特性研究

研究As(Ⅲ)在土壤中的铁锰结核上的吸附和氧化特征,对理解土壤中As(Ⅲ)的含量变化和制定有效的治理措施有至关重要的作用.以东北地区代表性土壤-棕壤中提取的铁锰结核作为试验材料,采用一次平衡法,对As(Ⅲ)在铁锰结核上的吸附和氧化特性,及其动力学特征进行了研究.研究结果表明,反应是包括吸附和氧化反应的复杂过程.初始质量浓度在1～15 mg·L~(-1)的范围内时,随着初始质量浓度的提高,吸附量随之增大,Mn的释放量增加,初始质量浓度在15～30 mg·L~(-1)的范围内时,吸附量的增加缓慢,Mn的释放量也接近平衡,吸附曲线可用Langmuir方程及Freundlich方程拟合(r>0.97),铁锰结核对As(Ⅲ)具有较强的吸附性能,最大吸附量达到了3 000 mg·kg~(-1).动力学实验中,反应在24 h内趋于饱和,可用Freundlich模型描述.氧化反应后释放到溶液中的As(V)质量浓度随时间变化先升高后降低,大多数的As(V)都被吸附在了铁锰结核表面,说明铁锰结核对砷具有很好的吸附和解毒作用.Mn的释放量在6 h时基本达到平衡.释放到溶液中的Mn质量浓度与时间符合Elovich动力学方程.     

砖红壤对Cr(Ⅵ)吸附-解吸反应动力学研究

研究了表面覆盖度、H2PO-4等因素对砖红壤吸附Cr(Ⅵ)反应动力学的影响,以及土壤与Cr(Ⅵ)反应时间对表面吸附态C r(Ⅵ)解吸量的影响,还对土壤吸附Cr(Ⅵ)机理进行了初步探讨.在所研究的pH值范围内,砖红壤对Cr(Ⅵ)的吸附量随离子强度增加而减少,这表明砖红壤吸附Cr(Ⅵ)机理中存在静电吸附.动力学实验表明,当Cr(Ⅵ)初始浓度较高时(0.1 mmo.ll-1),吸附反应速率开始比较快,持续约5m in,随后逐渐减缓.而当Cr(Ⅵ)初始浓度较低时(0.05 mmo.ll-1),土壤对其吸附速率十分迅速,5m in内的吸附量占总吸附量的96%以上.该结果表明,表面覆盖度越低,吸附反应速率越快.H2PO-4的存在将降低吸附反应速率和吸附量.H2PO-4对土壤表面吸附态Cr(Ⅵ)的解吸反应动力学也表现出双速率特征,即开始比较迅速而随后逐渐变缓.当延长土壤对Cr(Ⅵ)的吸附时间后,Cr(Ⅵ)吸附量虽然没有增加,但其解吸量却减少,这说明吸附态Cr(Ⅵ)滞留在土壤表面期间,其结合形态向难解吸态方向发生了转变.     

pH和添加有机物料对3种酸性土壤中磷吸附-解吸的影响

研究了pH和添加有机物料对红壤、砖红壤和水稻土中磷吸附-解吸的影响。结果表明,砖红壤和水稻土中磷的吸附量和解吸量均随pH的升高而降低,pH对红壤中磷吸附和解吸的影响很小。土壤阳离子交换量(CEC),铁、铝氧化物含量和有机质含量是影响磷吸附的主要因素。红壤的CEC和有机质含量很低,铁、铝氧化物含量高,因而对磷的吸附量最高。砖红壤和水稻土CEC较高,土壤表面对磷的排斥作用较大,而且较高含量的有机质覆盖了土壤表面的磷吸附位,因此这2种土壤对磷的吸附量低于红壤。添加稻草并进行恒温培养可使红壤和水稻土对磷的吸附量显著减少,但对砖红壤中磷吸附的影响较小。添加稻草使土壤磷的解吸量和解吸率增加,从而增加了土壤中吸附性磷的活性。     

苄嘧磺隆在两种可变电荷土壤中的吸附

研究了两种典型可变电荷土壤对磺酰脲类除草剂——苄嘧磺隆(bensulfuron-methyl,BSM)的等温吸附和吸附动力学,及pH对土壤吸附苄嘧磺隆的影响。结果表明,土壤吸附苄嘧磺隆的量随着苄嘧磺隆的质量浓度的升高而增加,而随溶液pH的升高逐渐减小;土壤的物理和化学性质也影响其吸附苄嘧磺隆的量。用Langmuir、Freundlich、Dubinin-Redushkerich等方程对供试土样吸附BSM的数据进行了拟合,分析比较发现土壤吸附苄嘧磺隆的等温曲线较好地符合Freundlich方程。动力学研究显示一级动力学方程能很好地拟合供试土壤的动力学特性,苄嘧磺隆在红壤中较早达到吸附平衡。     

铁、铝氧化物和土壤对苄嘧磺隆的吸附

用平衡吸附法研究了苄嘧磺隆在两种土壤(广州赤红壤、湖南红壤)和两种人工合成氧化物(针铁矿、铝氧化物)中的吸附,以及pH对吸附的影响.结果表明:(1)用Langmuir,Freundlich和Temkin等温方程描述供试样品对苄嘧磺隆的吸附,其中Freundlich吸附等温方程拟合的结果较佳.在苄嘧磺隆的实验浓度范围内和一定的pH条件下,吸附苄嘧磺隆的量随其浓度的升高而增加,其顺序为:铝氧化物＞湖南红壤＞针铁矿＞广州赤红壤.(2)苄嘧磺隆在供试样品中的吸附量随溶液pH值的升高而减小.     

三峡水库消落区土壤汞吸附解吸动力学特征

对三峡水库消落区5种土壤进行了汞的吸附-解吸试验,用不同的等温吸附方程和化学反应动力学方程进行了模拟比较,结果显示,不同土壤对汞的吸附解吸动力学规律相类似,吸附速率和解吸速率均与土壤pH值呈显著(r=0.933,p＜0.05)和极显著相关性(r=0.962,p＜0.01),但吸附量和解吸量各不相同,其中,紫色潮土对汞的吸附量最大,酸性紫色土最小;灰棕潮土对汞的解吸量最大,黄壤最小,其它类型土壤介于它们之间.     

表面活性剂强化油菜-微生物联合修复滴滴涕污染农田土壤研究

为了提高设施农业滴滴涕(DDTs)污染土壤的修复效果,通过田间实验研究不同浓度的混合化学表面活性剂(SDBS-TW80)和生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)对油菜和甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)联合去除设施农业土壤中DDTs的强化作用。结果表明,1个月后,单种油菜处理、接种降解菌和油菜-降解菌联合处理土壤中DDTs降解率分别为12.0%、38.2%和43.1%,显著高于对照处理。SDBS-TW80和RL均能不同程度地强化油菜-微生物对土壤中滴滴涕的去除效果。SDBS-TW80施加量为40 mg·kg~(-1)时设施农业土壤中滴滴涕降解率最高(56.5%),RL施加量为5 mg·kg~(-1)时降解率最高(65.7%),RL比SDBS-TW80更有利于提高DDTs污染土壤的生物修复效果。此外,当RL施加量为5 mg·kg~(-1)时对于毒性较强的p,p'-DDE也具有较好的降解效果,降解率高达69.5%。结果证实利用表面活性剂强化油菜联合甲基营养型芽孢杆菌现场修复DDTs污染土壤是可行的。考虑到修复效率和毒害作用,实际应用中应优先选用5 mg·kg~(-1)RL组合。