水溶性有机物对土壤吸附-解吸菲的影响

以Tween-80为对照,有机物料猪粪(pig manure, PM)、绿肥(green manure, GM)和污泥(sewage sludge, SS)为水溶性有机物(dissolved organic matter, DOM)的提取原料,菲(Phe)为多环芳烃(PAHs)的代表,采用序批试验研究了不同来源DOM对土壤吸附与解吸Phe的影响.结果表明,供试DOM均能明显降低Phe在土壤上的吸附.在DOM试验浓度范围内（0～300 mg·L^-1）,土壤对Phe的吸附量与DOM浓度之间呈极显著负直线相关关系(r_PM>=-0.988?8,r_SS>=-0.982?6,r_Tween-80>=-0.974?3,r_GM>=-0.990?5).菲的吸附等温线可用Freundlich方程定量描述.供试3种DOM抑制土壤吸附Phe和促进土壤吸附Phe的解吸的强弱顺序为:猪粪DOM>污泥DOM>绿肥DOM.本研究结果表明,农业土壤中水溶性有机物能明显活化土壤中的PAHs,增强其在土壤中的移动性.     

土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响

采集三江平原不同利用方式的土壤,测定土壤水溶性有机碳(DOC)含量,以及E₂₈₀值、E₂₅₀E₃₆₅和E₂₄₀/TOC比值,研究土地利用方式对土壤DOC的影响.结果表明,随着土地利用方式的变化,土壤DOC含量变化明显,土地开垦耕作是导致土壤DOC含量降低的主要原因.湿地土壤的开垦耕作,不仅导致土壤DOC数量的减少,而且DOC的质量也在下降.土壤DOC与土壤总有机碳含量呈正相关(R²=0.66),与游离态轻组有机碳的相关性更强(R²=0.84),与土壤重组有机碳呈明显的负相关(R²=0.52).     

土壤溶液和水体中水溶性有机碳的比色测定

利用紫红色络合物Mn(Na₂HP₂O₇)3在浓H₂SO₄存在时可氧化有机质使络合物颜色变浅的基本原理,系统研究了不同种类、不同浓度的有机碳化合物(脂肪族与芳香族)、比色测定的条件(温度、显色时间和比色波长)与一些干扰离子对水溶性有机碳比色测定的影响.结果表明,所用的有机碳化合物的浓度与比色测定的吸光值之间有很好的相关性,比色波长为490～500nm.当溶液中Cl-浓度>80mg/L或Fe₂+>15mg/L,会使比色测定结果显著增大,测定前需要排除它们的干扰;在所建议的最佳比色条件下,天然水体中水溶性有机碳比色法测定结果相当于TOC仪测定结果的81%.当显色液中有机碳浓度为0～5mg/L时,土壤溶液水溶性有机碳比色法测定结果相当于TOC仪测定结果的76%.研究表明,采用该方法测定土壤溶液和水体环境中水溶性有机碳含量是可行的,最突出的优点是无需价格昂贵的TOC仪,而且测定速度要比仪器快得多.     

不同施肥措施对土壤活性有机碳的影响

采用田间试验,研究了不同施肥措施下,华北冬小麦-夏玉米轮作体系中潮土土壤活性有机碳含量及组分的变化特征.结果表明,施肥显著增加土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳含量,与不施肥相比,增加幅度分别为24.92～38.63 mg·kg-1和0.94～0.58 g·kg-1,其中单施有机肥对土壤水溶性有机碳含量增加作用大于配施化肥和化肥单施,单施有机肥或与化肥配施对土壤易氧化有机碳的提升效果优于单施化肥.有机肥或化肥单施对土壤微生物量碳没有显著促进作用,而有机肥与化肥配施土壤微生物量碳含量分别增加36.06%和20.69%;土壤易氧化有机碳、水溶性有机碳和微生物量碳占总有机碳的比例变化范围分别为8.41%～14.83%、0.47%～0.70%和0.89%～1.20%,施肥显著提高了土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳比例,不同施肥措施对水溶性有机碳的提升效应没有显著差异.有机肥与化肥配施对易氧化有机碳的比例提升作用大于有机肥或化肥单施,同时显著增加土壤微生物量碳比例,但有机肥或化肥单施对土壤微生物量碳比例没有显著作用.可见,在试验地条件下,有机肥与化肥的适当配施对于增加土壤活性有机碳含量和有效调控其关键组分具有重要作用.     

有机碳与温度对土壤吸附乙基叔丁基醚的影响

作为具有很大市场潜力的汽油添加剂乙基叔丁基醚(ETBE),国内对其在地下水土中的污染风险评价与迁移归宿研究甚少.通过静态吸附实验研究了ETBE在我国六种不同有机碳含量的标准土壤样品中的吸附特性.研究表明,在1～143 mg/L的实验浓度范围内ETBE在土壤样品中的吸附行为均呈良好的线性关系.ETBE在各土壤样品中吸附分...     

预处理过程对不同类型样品中有机碳含量和稳定碳同位素测定的影响

总有机碳(TOC)是土壤、沉积物以及降尘等固体样品的重要指标,对其含量和稳定碳同位素(#13 C)进行准确测定具有重要的科学意义。在测定过程中,样品的预处理方法可能会对测定值产生一定影响。本文主要从酸处理方式、干燥方式等方面研究了预处理方法对不同类型样品的TOC含量和#13 C值测定的影响。其中酸处理方式选取了盐酸酸化/分离、红外碳硫坩埚、Ag杯直接酸化等三种方式,干燥方式包括加热干燥和真空冷冻干燥等。研究结果显示:酸处理方式对TOC含量测定的影响很大,Ag杯和盐酸酸化/分离未去除残留酸液两组实验所测得TOC含量明显大于其他组,其中降尘样品TOC的损失量可达20%。这种明显的差异可能是样品酸处理过程中水溶性有机碳(DOC)的损失所造成的。对于#13 C测定来说,该两组实验所测得#13 C相对于其他组略微偏重,其中地表土壤样品偏重约为0.8‰~2‰。另外加热干燥和真空冷冻干燥方式测定的TOC含量和#13 C值没有明显的变化,表明了挥发性有机物(VOC)对本次实验所选用样品的有机碳分析影响甚微。综合来看,对于不同类型样品,特别是DOC含量高的样品,使用Ag杯的酸处理方式相对比盐酸酸化离心分离酸处理方式能更大限度的保留DOC,使TOC含量和#13 C值的测定较为准确可靠,同时操作起来也更加简便快捷。     

蒙脱石/DOM复合体对菲的吸附

以垃圾渗滤液为水溶性有机质(DOM)提取原料,通过与吸附载体蒙脱石的有机-无机复合制得蒙脱石/DOM复合体,研究其对菲的吸附作用以及温度、pH值、固液比等不同因素对吸附过程的影响.结果表明,相比蒙脱石原土,蒙脱石/DOM复合体对菲的吸附能力得到显著提高;随着温度升高吸附量呈下降趋势;介质pH值对吸附影响不大;随着固液比的增大,平均吸附量逐渐减小,吸附率逐渐增大.动力学研究表明,菲在蒙脱石/DOM复合体上的吸附等温线与Henry线性方程和Freundlich经验方程的线性拟合较好.另外,对菲在蒙脱石/DOM复合体上的解吸实验表明,菲在蒙脱石/DOM复合体上的吸附有较好的稳定性.     

模拟根系分泌物对土壤吸附菲的影响

采用批量平衡试验方法,研究了模拟根系分泌物(ARE)对黄棕壤、棕红壤和红壤吸附菲的影响.结果表明,3种土壤对菲的等温吸附曲线均为线性,加入ARE后,土壤吸附菲的分配系数(Kd)和有机碳标化的分配系数(Koc)显著降低,且降低量随着ARE浓度的增加而增大,表明ARE抑制了土壤对菲的吸附.土壤有机质含量越低,ARE对土壤吸附菲的抑制作用越明显.分析土样吸附菲的平衡溶液中水溶性有机质(DOM)浓度,发现加入ARE后土壤有机质含量略有降低(1.64%),而DOM浓度增大,DOM与菲的结合作用对土壤吸附菲的抑制作用增强,这可能是ARE抑制土壤吸附菲的主要原因.     

稻草烟尘中有机碳/元素碳及水溶性离子的组成

选取我国6种稻草,通过自制的生物质焚烧装置模拟秸秆露天焚烧.采用Model 2001A热/光分析仪和ISC 2000/ISC3000离子色谱仪测定了阴燃、明燃烟尘中有机碳(OC)、元素碳(EC)与水溶性离子的含量.结果表明,明燃条件下稻草中OC排放因子(EFOC)均值为(6.37±1.86)g·kg-1,EC排放因子(EFEC)均值为(1.07±0.30)g·kg-1;阴燃条件下稻草中EFOC均值为(37.63±6.26)g·kg-1,EFEC均值为(4.98±1.42)g·kg-1.同一品种稻草燃烧排放出的PM、OC与EC变化趋势一致.明燃时稻草中的OC/EC均值为5.96,阴燃时比值均值为7.80,OC/PM几乎不受燃烧状态的影响,阴燃、明燃时EC/PM分别在0.06~0.08、0.08~0.11范围内,通过EC/PM比值可以初步判断燃烧状态的趋势,两种燃烧方式中排放的OC、EC相关性达到0.97,在0.01水平上相关性显著.阴离子中,Cl-含量最高,明燃时稻草中Cl-的排放因子均值为(0.246±0.150)g·kg-1,阴燃下为(0.301±0.274)g·kg-1,明燃时K+排放因子均值为(0.118±0.051)g·kg-1,阴燃时排放因子远低于明燃排放量,均值为(0.053±0.031)g·kg-1.水溶性Na+在阴燃条件下的排放因子均高于明燃状态下的排放.明燃条件下水溶性离子间的相关性比阴燃时显著.通过OC/EC比值可以将稻草与石化燃料及其他一些生物质燃烧区分开,而水溶性离子中的K+/Na+、Cl-/Na+比值也可以将稻草与一些树木类焚烧区别开来.     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中活跃的化学组分,在全球碳循环中起着非常重要的作用.为了探究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响,以苹果枝条为原料,在300~600℃条件下制备生物质炭,在研究生物质炭基本理化性质的基础上,通过室内培养试验研究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响.结果表明:高温制备的生物质炭碳(C)的质量分数增加,而氢(H)和氧(O)质量分数下降,H/C及O/C比下降;生物质炭的脂肪族结构减弱,芳香性增强,稳定性升高;生物质炭输入可以显著增加土壤有机碳(SOC)含量(P0.05),且随着添加比例的增加而增加,其中以500℃制备的生物质炭对土壤有机碳库的提升效果最为明显;与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)以及易氧化有机碳(ROC)的含量,且随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300处理平均分别增加了38.25%、82.09%和63.53%;BC400处理平均分别增加了26.07%、65.61%和48.09%,且差异均达到显著水平(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养初期(40~60 d)增加了土壤MBC、WSOC及ROC含量,且随着添加比例的增加而增加,而在培养后期则减少了土壤MBC、WSOC、ROC含量,且随着添加比例的增加而减少,培养360 d后,BC500处理平均分别减少了0.27%、13.48%和14.67%,BC600处理平均减少7.80%、14.66%和15.79%,且差异达到显著水平(BC500处理MBC含量除外)(P0.05);生物质炭输入降低了土壤有机碳中ROC的比例,并且随着热解温度的升高以及添加比例的增加而降低.从提升土壤有机碳库及生物活性等方面考虑,在黄土高原土地区,500℃条件下制备生物质炭,既能保证有机碳具有较高的稳定性,又不至于引起土壤活性碳库的过度降低,是生物质炭在农田土壤利用的最佳制备温度.     

3种低分子量有机酸对紫色土吸附菲的影响

采用静态吸附实验,研究了3种低分子量有机酸(柠檬酸、苹果酸和草酸)对紫色土吸附菲的影响.结果表明紫色土吸附菲的动力学过程符合二级动力学模型,3种低分子量有机酸(LMWOAs)均能显著降低紫色土吸附菲的速率常数;线性吸附模型很好地描述了紫色土对菲的吸附热力学过程是以分配作用为主.当加入的3种LMWOAs浓度低于5 mmol·L~(-1)时,促进紫色土吸附菲;当LMWOAs浓度≥10 mmol·L~(-1)时,抑制紫色土吸附菲,抑制作用随LMWOAs浓度的增加而加强.当LMWOAs浓度为20 mmol·L~(-1)时,其抑制作用能力表现为柠檬酸草酸苹果酸,这与3种LMWOAs的分子结构和酸性强弱有关.与对照相比,随着LMWOAs浓度的增加,紫色土溶出的溶解性有机质(DOM)含量呈现先降低后升高的趋势,紫色土对菲的吸附量与土壤溶出的DOM含量呈负相关.     

天然土壤有机质中菲的分配行为

天然土壤吸附不同初始浓度的菲后,提取胡敏酸组分(包括胡敏酸和富里酸),通过计算得到胡敏素组份所吸附的菲,用以研究菲在2种组份中的动态吸附/分配行为,以及初始浓度的影响,并利用Freundlich式进行拟合.结果表明:天然土壤中菲的吸附/分配过程表现出分阶段特征:从最初的快吸附至48 h左右达到转折点,然后进入慢吸附过程.在快吸附至转折点阶段,胡敏酸组分中菲的吸附比例(吸附量与初始量之比)出现先升后降的波动,可归因于初始时段矿物表面吸附、胡敏素竞争吸附的影响.在慢吸附阶段,胡敏酸中菲的吸附比例变化很小,菲初始浓度的影响也不大;而对于胡敏素组份,低初始浓度条件下菲的吸附比例明显大于高初始浓度条件,并呈现逐步增加的趋势,表明胡敏素组份是慢吸附的主要发生域.模型参数拟合结果显示:胡敏酸、全土、胡敏素吸附的非线性程度依次增加,并随时间逐渐加强.在吸附/分配的动力学过程中,胡敏酸和胡敏素分阶段不同的变化特征反映出土壤有机质组分异质性对非线性吸附行为的影响.     

天然地质样品有机质组成对菲吸附-解吸的影响

以2种有机碳含量、结构和性质都相差较大的天然样品Chelsea土壤和Paxton页岩为吸附剂,以菲为吸附质进行一系列的吸附-解吸实验。结果显示,当土壤有机质是以腐殖酸为主时(Chelsea土壤),样品对疏水性有机化合物的吸附很容易达到平衡,解吸与吸附之间的滞后现象不是很明显。相反,对以干酪根为主要组成的Paxton页岩样品,吸附与解吸之间有明显滞后现象发生,吸附与解吸是一个完全不可逆过程。这说明土壤有机质组成和结构上的差异可能会成为决定有机污染物环境行为的主要因素。      

不同有机碳源对滇池沿湖大棚土壤水溶性氮、磷调控的研究

采用大田试验方法,研究了5龄大棚土壤在不施肥（CK）、常规施肥（C14）、混合秸秆粉（CF）和褐煤粉（MF）4种处理下对土壤水溶性氮、磷调控的影响。结果表明,在不影响作物产量的前提下,CF、MF和CK与CH相比均能降低土壤水溶性氮含量水平,而CF、MF可促进土壤水溶性磷解吸;CF、MF与CK相比,CF促进土壤水溶性磷的释出,MF抑制了土壤水溶性磷的释出。     

挥发性氯代烃在湿润土壤中的平衡吸附研究

吸附是挥发性氯代烃(volatile chlorinated hydrocarbons,VCHs)赋存于土壤的主要机制之一.开展动态吸附实验,研究了4种常见VCHs污染物在我国8种典型土壤中的吸附平衡关系.结果表明,土壤在干燥条件下对VCHs气体的吸附能力要远大于湿润条件,且随含水率的升高吸附能力急剧下降,在含水率达到10%以后土壤吸附量趋于稳定.湿润土壤对三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)、1,1,1-三氯乙烷(MC)气体的吸附等温线符合Henry型吸附等温式,而1,1,2-三氯乙烷(1,1,2-TCA)符合Freundlich模型.VCHs在湿润土壤中的吸附量总体上与土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量呈正相关,且受SOC类型和化合物极性影响较大.弱极性的TCE、PCE在土壤中的吸附能力与SOC含量呈严格正相关,而极性的MC、1,1,2-TCA在黑土等高碳土壤中不仅与SOC含量有关,还受到SOC物质组成的影响.建立了TCE和PCE在湿润土壤中的平衡吸附量预测模型,预测值与实测值相关性良好(n=80,R2=0.98).     

小流域土壤有机碳的分布和积累及土壤水分的影响

地形和土地利用决定的土壤水分和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布格局为研究水碳关系提供了重要的线索,但土壤水分的强变异性和SOC的相对稳定性对土壤水碳关系的研究提出了挑战。研究基于陆地水量平衡角度,选择雨季后土壤水分恢复期在晋西黄土丘陵小流域尺度进行了重复采样,按照3种地貌类型(沟底、 沟坡、 峁坡)和3种土地利用方式(农地、 林地、 草地)共布置37个样点,采集0~100 cm土壤样品测定土壤水分和SOC,探讨土壤水分与SOC分布特征及其相互关系。结果表明:同一土地利用方式下,土壤水分和SOC总体上沟底>沟坡>峁坡;同一地貌类型下,土壤水分农地>草地>林地,SOC农地<草地<林地。SOC与土壤水分呈现正相关关系,二者符合指数增长(y=y₀+log a×a^x,y为SOC,x为土壤水分)关系,因地貌部位和土地利用方式的不同决定系数在7%~37%之间变化。这一结果为基于土壤水分变化预测SOC积累和分布提供了参考。     

施用生物炭对土壤呼吸以及土壤有机碳组分的影响

为确定生物炭对土壤呼吸速率以及土壤碳组分的影响,采用田间小区试验,以苹果果树枝条生物炭为试验材料,研究了添加0、20、40、60、80 t/hm2的苹果果树枝条生物炭后,小麦生态系统呼吸（R_e）、土壤呼吸（R_s）、植物呼吸（R_p）、土壤TOC（总有机碳）、土壤POC（颗粒有机碳）、WSOC（土壤水溶性有机碳）和土壤AOC（易氧化有机碳）的变化以及各指标之间的相关性.结果表明,添加生物炭显著提高了小麦生态系统呼吸速率、土壤呼吸速率和植物呼吸速率,与对照相比分别增加了9.98%~27.57%、9.33%~19.47%和10.18%~30.14%,并且生物炭施用量为20和40 t/hm2时土壤呼吸速率显著高于其他两个处理,而对于小麦生态系统呼吸速率和植物呼吸速率来说,施用40 t/hm2生物炭时其值最高.对于土壤碳组分,施用生物炭显著提高了0~20 cm土层中土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）,并且土壤w（TOC）和w（POC）与生物炭施用量呈极显著正相关.对于WSOC而言,当生物炭施用量高于40 t/hm2时其值显著降低,与对照相比,0~10、>10~20和>20~30 cm三个土层中w（WSOC）分别降低了21.82%~28.37%、35.88%~36.58%和32.28%~44.07%.研究显示,适量施用生物炭能够提高土壤w（TOC）、w（POC）和w（AOC）而降低了w（WSOC）,但同时也增加了小麦生态系统呼吸速率.      

菲在大庆黑钙土有机-矿质复合体上的吸附与解吸

利用超声分散法提取了黑龙江大庆黑钙土中不同粒级有机-矿质复合体,并测定了其基本理化性质.其中粘粒复合体的有机质含量最高,比表面积以及阳离子交换容量最大.研究了多环芳烃菲在不同粒级有机-矿质复合体上的吸附和解吸行为.结果表明,菲在各粒级有机-矿质复合体上的吸附和解吸等温线均符合Freundlich方程,随粒径减小,有机-矿质复合体对菲的吸附容量以及吸附的非线性程度都增加.菲在有机-矿质复合体上的解吸表现出明显的滞后现象.高有机质含量的粘粒有机-矿质复合体对菲的吸附和持留能力均较强.      

有机物料及表面活性剂对植物修复菲污染土壤的影响

采用盆栽试验方法,研究了外源有机物料及表面活性剂加入菲污染土壤后黑麦草对土壤中菲的修复作用.结果表明,有机物料(绿肥和猪粪堆肥)施入土壤后,黑麦草地上部和地下部的生物量比对照增加了13.54～24.18%,而表面活性剂(T80、SDS、CTAB)的加入却降低了黑麦草的生物量;结果还显示,有机物料和表面活性剂加入都可以提高植株体内菲的含量,但植株吸收积累菲的量占土壤菲总损失量的比例不足0.1%.本研究表明,植物从土壤中吸收菲不是植物修复菲污染土壤的主要机制.