土壤重金屬遷移轉化的分子形態(tài)研究.pdf

1、重金屬是農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品中的重要污染物，重金屬在土壤礦物、生物等界面的遷移和形態(tài)轉化決定其在土壤圈中的歸趨和生態(tài)效應。近年來，隨著環(huán)境分子科學的發(fā)展和研究方法的突破，從分子水平深入認識重金屬污染物在環(huán)境介質中的反應機制成為環(huán)境科學新的研究熱點。本論文在傳統(tǒng)分析方法的基礎上，通過引入同步輻射X射線吸收光譜技術(SRXAS)，對重金屬在粘土礦物、土壤顆粒和植物根一土界面的分子形態(tài)進行了一些探討，主要研究結論如下：
　　 明確了C

2、u在蒙脫石和赤鐵礦表面結合的分子形態(tài)。在蒙脫石和赤鐵礦表面，Cu原子赤道平面上的四個水分子被O原子取代，形成Cu-0配位。在蒙脫石表面，Cu除了與片層邊緣0原子配位吸附外，還形成多核沉淀；在赤鐵礦表面，Cu除與O原子結合外，還存在兩種可能的結合形態(tài)，分別是形成內層配位和表面沉淀。通過草酸、Cu耐性植物海州香薷(Elsholtzia splendens)根分泌物、Cu耐性微生物(Pseudomonasputida CZ1)對礦物表面Cu結

3、合分子形態(tài)影響研究表明，草酸和海州香薷根分泌物將赤鐵礦和蒙脫石表面的Cu沉淀轉化為有機酸結合態(tài)，在礦物表面表現(xiàn)出活化作用；Cu的耐性微生物CZ1促進了Cu在赤鐵礦和蒙脫石中的吸附，且形成穩(wěn)定性更好的Cu沉淀物，在礦物表面表現(xiàn)出固定作用，在CZl作用下，赤鐵礦和蒙脫石表面吸附的部分Cu轉化為草酸酸和氨基酸絡合態(tài)。
　　 突破了傳統(tǒng)的土壤重金屬形態(tài)分析方法，對Cu在污染土壤中結合的分子形態(tài)及其轉化過程進行量化。以礦區(qū)污染土壤為材料，

4、以硫化物結合態(tài)、礦物吸附態(tài)、腐殖質結合態(tài)的Cu為參比，通過不同分子形態(tài)Cu的同步輻射X射線吸收光譜特征分析，證明土壤中Cu含量大小依次為腐殖質結合態(tài)、赤鐵礦結合態(tài)、水鐵礦結合態(tài)、硅酸鹽礦物結合態(tài)和硫化物結合態(tài)；在根分泌物影響下，土壤溶液中以草酸和根分泌物類似絡合態(tài)Cu為主，土壤中水合離子態(tài)Cu顯著下降，表明海州香薷根分泌物對土壤溶液中的Cu具有絡合穩(wěn)定作用；硫處理顯著促進了土壤的酸化，硫處理后土壤中水溶態(tài)Cu含量顯著上升，土壤溶液中85

5、.5％的Cu以有機酸類似絡合態(tài)存在。
　　 揭示了土壤中的Cu、Pb、As以膠體顆粒態(tài)遷移的規(guī)律，并對土壤可移動膠體顆粒中Cu的分子形態(tài)進行了探討。以諸暨礦區(qū)和上虞礦區(qū)污染土壤中的Cu、Pb、As為研究對象，通過土柱模擬淋溶實驗，發(fā)現(xiàn)土壤重金屬在遷移過程中，逐漸向膠體顆粒富集，并隨之遷移，證明土壤中重金屬遷移的主要形態(tài)是膠體吸附態(tài)，而不是水溶態(tài)。通過SEM和TEM-EDX分析，發(fā)現(xiàn)土壤中可移動顆粒主要由硅酸鹽礦物和有機質及鐵鋁氧

6、化物膠結物組成，在膠體顆粒表面，存在一些含F(xiàn)e氧化物和重金屬硫化物的納米顆粒；通過同步輻射X射線吸收光譜分析，證實可移動膠體顆粒中有機質、Fe氧化物是重金屬的主要運移載體，并對不同分子形態(tài)的Cu含量進行了定量。
　　 揭示了在海州香薷根-土界面Cu的分子形態(tài)轉化規(guī)律。通過同步輻射X射線吸收光譜技術分析，海州香薷根系活動對Cu的分子形態(tài)產(chǎn)生了較大的影響，在海州香薷根際區(qū)域，根分泌物促進了赤鐵礦吸附態(tài)Cu的溶解，Cu主要與根分泌物中