薄膜擴散梯度技術在土壤砷生物有效性評價中的應用研究.pdf

1、擴散梯度膜測定技術(DGT)是一種基于Fick第一擴散定律的分析環(huán)境中重金屬元素生物有效性的方法。由于該技術綜合考慮了元素在環(huán)境中的強度、容量及擴散速率,因此在水體、沉積物以及土壤中重金屬生物有效性的研究方面得到了越來越多的關注。目前DGT在測定土壤中銅、鋅、鉛、鎘等的生物有效性方面取得了較好的結果,但對砷的生物有效性研究仍處于初步階段。本文采用室內(nèi)模擬和盆栽試驗相結合的方法,探討DGT表征土壤砷生物有效性的可行性、準確性和應用前景,并

2、嘗試利用DIFS模型解析土壤中砷由固相到液相的遷移特征。本論文研究對豐富土壤砷生物有效性測定理論與方法,提高土壤中砷生態(tài)風險評價的準確性具有重要意義。主要結果如下:
　　 1.通過室內(nèi)模擬實驗,研究DGT對所測定基質(zhì)中砷的響應程度、DGT吸附凝膠對砷的最大吸附量、有效吸附量以及環(huán)境基質(zhì)pH、砷形態(tài)對DGT測定有效性砷的影響。研究結果表明,在砷濃度范圍為0.1-11mg·L-1的基質(zhì)中,DGT測定值與溶液中砷的真實濃度之間沒有顯著

3、差異；DGT裝置的吸附凝膠對砷的最大吸附容量≤42μg,有效吸附容量≤13μg;在pH2.95-8.18范圍內(nèi)以及不同體積比的As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的混合溶液中,DGT測定結果與溶液中無機砷的真實濃度的比例均在1.0±0.1范圍之內(nèi),說明溶液pH的變化以及砷價態(tài)的變化不會影響DGT對溶液中砷含量測定的準確性。
　　 2.以盆栽試驗的生物指示法作為評價標準,對比DGT方法與傳統(tǒng)方法(全量法、化學浸提法、土壤孔隙水法)對土壤砷生物有

4、效性的表征效果。通過不同方法測定的土壤砷濃度與植物吸收總砷之間的Log-Log相關關系表明,盆栽試驗前后DGT測定的土壤砷有效濃度CE與小油菜中砷含量之間的相關性最好,達到極顯著相關關系,相關方程分別為y=0.5218x-1.4478(R2=0.8401,n=43)和y=0.5205x-1.3863(R2=0.8309,n=43);盆栽試驗前后土壤孔隙水也表現(xiàn)出與植物吸收總砷較好的相關性(R2分別為0.834和0.8101)；其次是HC

5、l提取態(tài)砷(R2=0.6781)、NaHCO3提取態(tài)砷(R2=0.6781)以及連續(xù)提取態(tài)中的AE-As(R2=0.5697)、Al—As(R2=0.5552)和Ca-As(R2=0.527),與植物吸收總砷相關性最差是連續(xù)提取態(tài)中的Fe—As(R2=0.1554)和O-As(R2=0.0636)以及土壤總砷(R2=0.2693)。表明DGT在測定土壤砷生物有效性研究方面具有可行性和應用前景。
　　 3.通過土壤砷有效濃度CE與

6、土壤各結合態(tài)砷、土壤理化性質(zhì)之間的相關關系結果表明,土壤各固相結合態(tài)砷中,Al-As、AE-As、Ca-As和Fe-As與CE達到極顯著相關關系(P<0.01,n=43),O-As與CE沒有明顯的相關關系。土壤pH值和總磷含量與有效砷含量、植物中砷含量呈顯著正相關,隨著土壤的pH升高、總磷含量的增加,土壤中砷的生物有效性增加、植物中砷含量也隨之增加,但土壤中有機質(zhì)和陽離子交換量未顯著影響土壤中砷的有效性。
　　 4.基于平衡(離

7、心方法)和動力學(DGT方法)原理測定得出43個供試土壤中有三個土壤的R值均大于0.95,表明這些土壤屬于充分緩沖情況；其余土壤的R值均低于0.95,屬于部分緩沖情況。通過DIFS模型對土壤中砷遷移的動力學參數(shù)進行模擬,結果表明對于充分緩沖(R>0.95)的三個土壤土壤固相解析速率(kb)較快,響應時間(Tc)較短；供試土壤中除四川、貴州和郴州地區(qū)個別土壤外,大多數(shù)土壤具有較長的特征響應時間Tc和較低的解吸速率常數(shù)kb,說明在供試土壤中

8、,土壤固相的再補給作用對土壤有效砷的貢獻較小,而土壤孔隙水中砷對植物的供應是植物吸收砷的主要控制過程。
　　 以上研究結果表明DGT方法測定的土壤中有效態(tài)砷與植物吸收砷量具有最好的相關性,能較好的表征土壤中砷的生物有效性,比其它方法更為準確。同時,結合動力學(DGT方法)和平衡(離心方法)原理測定的砷含量可以計算得出反映土壤中砷遷移能力的R值,利用DIFS模型可以計算出砷在土壤中遷移的動力學參數(shù),包括特征響應時間Tc及解吸速率常