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酸雨条件下城市农业土壤镉吸附研究
酸雨条件下城市农业土壤镉吸附研究
摘 要:本文选取成都市典型农业土壤为研究对象,根据成都市降雨特征,模拟一定范围pH及主要阴、阳离子浓度配制成母液通过静态吸附通过静态吸附实验研究在酸雨条件下土壤对镉吸附的影响。研究结果表明,不同类型土壤在同一酸雨条件下,镉的吸附量不同。酸雨pH值和主要阴、阳离子浓度对镉吸附的影响有明显的规律。
关键词:酸雨;农业土壤;镉;吸附
1 前言
成都市位于四川盆地西部,多年平均降雨量1000mm,属于继北美和欧洲之后世界第三大酸雨区[1]。随着城市化进程和本地工业的发展,近年来酸雨频率增高,污染加重[2]。酸雨不仅直接导致大气环境的破坏,到达地表后还将通过改变土壤环境影响其中重金属的赋存状态[3]。研究酸雨pH值及其中主要阴阳离子对成都市广泛分布的土壤中超标重金属镉的环境地球化学行为的影响,对于预测酸雨作用下土壤重金属污染趋势,并积极采取相关防治措施有实际意义[4]。
2 实验部分
2.1供试土壤
土壤样品均采自郊区农业用地,分属水稻土和紫色土三种类型,采样点分别位于双流县东升镇三公桩和龙泉驿区东南。多点混合采集0~15cm的表层土壤,自然风干后,弃去其中的枯枝、碎石等粗渣,以木棒压碎,过200目筛备用。土壤pH采用电位法,在水∶土为2.5:1条件下用雷兹PHS-3B测定(20℃);用重铬酸钾外加热法测定土样有机质[5];阳离子交换量(CEC)用批处理平衡法;土壤全镉用HNO3和HClO4消煮、原子荧光光度法测定;土壤有效镉用0.1mol/LHCl浸提(土∶液= 1∶10)、石墨炉测定[6];机械组成用比重计法测定[7]。其理化性质见表1。
2.2模拟酸雨设计
以成都市区1990~2009年降雨全分析数据统计平均值[8]作为设计基础,模拟临界酸雨溶液(AR1, pH5.6)作为对照。分别称取一定量的K2SO4, KNO3, CaCl2和NH4Cl配制成所需离子浓度的溶液,再用盐酸调节pH值,共设计9组模拟淋滤液,如表2示。
2.3实验方法及计算
准确称取1. 000 g 土样置于50 mL 的聚乙烯塑料离心管中,配Cd2+ 体积分数分别为0、 2、4、8、15、30、45、75 mg/ L 的溶液30 mL,恒温下(25±1℃)震荡2 h,室温下静置24 h 使之充分吸附,4000 r/ min 的条件下离心5 min,抽取上清液15 mL,加入1 滴浓硝酸摇匀,测定上清液中Cd2+的离子浓度。样品测试在成都地质矿产研究所完成。
以上实验的土壤Cd吸附量(Q )根据下式计算:Q=V0 (C0-Ce )/M 其中,Q 为吸附量(mg/kg ), V0为吸附实验初始溶液体积(L), M为烘干土重量(kg),C0为吸附实验初始液浓度(mg/L ),Ce为平衡溶液浓度(mg/L)
3 结果与讨论
3.1 酸雨酸度对土壤镉吸附量的影响
图1是酸雨条件下不同pH值的模拟酸雨对水稻土镉吸附量的影响图。如图所示, pH值分别为5.6(AR1)、4.0 (AR2)、2.0 (AR3)时土壤中对镉的吸附量依次减少,尤其是AR3中镉的吸附量远远低于AR1和AR2。酸雨酸度的变化对紫色土也有相同的影响。pH为5.6和4.0使的土壤对镉的吸附量接近,而AR3 (pH2.0)对镉的吸附量则远小于于前两者(图2)。表明酸雨的pH越低,越易使土壤酸化,并导致其中镉的活化程度增高。
3.2酸雨中SO42-和NO3-对土壤镉吸附量的影响
由图3和图4可以看出,酸雨中SO42-和NO3-对于水稻土和紫色土中镉释放的影响是一致的,即对于SO42-和NO3-的浓度较高的酸雨AR6和AR4镉的吸附量与与之相对AR2和AR4相比吸附量有所下降。可见酸雨中硫酸根、硝酸根的浓度对土壤中镉的吸附量有影响,随着硫酸根、硝酸根浓度的增大吸附量减小。说明增加酸雨中SO2-4和NO-3的浓度将对土壤镉的活化产生正效应,促进镉的滤出。
3.3酸雨中Ca2+和NH4+对土壤镉吸附量的影响
分别以AR2和AR5、AR3和AR7对水稻土和紫色土镉吸附量作图,如图5和图6通过对比可知,在相同的酸度且主要阴离子(SO42-、NO3-)浓度一定的条件下,增加酸雨Ca2+和NH4+浓度,改变了土壤缓冲酸雨的离子容量,使得土壤对镉吸附的能力减少。土壤溶液中Ca2+的输入,产生“陪补离子效应”,即竞争性的Ca2+与Cd2+竞争土壤中的有效吸持点位,从而使土壤中镉的吸持点位减少,结合松弛。由于Ca2+更易被土壤矿物表面等吸附,使土壤中吸附态的Cd2+从吸附点位上释放出来,从而使C
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