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持久性污染物在土壤中的迁移、转化、最终归宿及其生物可利用性都依赖于污染物在土壤中的吸附与解吸反应。本论文分别选择无机污染物砷(V)、有机氯农药DDT和多环芳烃化合物菲为持久性污染物典型代表,以土壤生态系统中最常见的草酸根、胡敏酸、植物根系分泌物等作为可溶性有机碳,利用各种先进的分析手段,对持久性污染物在土壤中的吸附、解吸展开了系统研究。目的在于认识可溶性有机碳在持久性污染物环境行为中的影响作用,并在某种程度上明确持久性污染物与土壤之间的作用机理。本研究已取得以下几方面的成果:
1)利用EXAFS技术结合宏观实验手段研究了红壤中砷(V)的吸附机理和吸附产物的微观结构。红壤主要是通过基团交换反应吸附砷(V),土壤中砷(C)吸附容量主要与土壤铁铝矿物含量呈正相关,砷(V)在两种红壤上主要与铁铝形成了键长为~3.17AAs-Al和~3.28A As-Fe的双齿双核结构的内层复合物,复合物类型不受砷浓度的影响,但形成铁铝复合物的比率与土壤中铁钒矿物含量有关。
2)草酸根、胡敏酸可降低土壤中砷(V)的吸附,主要机理足通过竞争吸附位点抑制红壤中砷(V)的吸附,但草酸根和胡敏酸影响砷(V)的机理不完全一致,革酸根还可以通过溶蚀土壤矿物影响吸附位点。在草酸根和胡敏酸的影响下,土壤中砷(V)的解吸也趋于增大。土壤对砷(V)的吸附解吸动力学行为可以分为两个反应阶段,并且受时间效应影响显著。在草酸根和胡敏酸影响作用下,红壤中砷(V)的吸附反应到达平衡的时间趋于延长,吸附量降低;并能加快土壤中砷(V)的解吸。砷(V)在红壤上的吸附产物的复合类型不受草酸根及胡敏酸影响。
3)草酸根及植物根系分泌物对土壤中p,p’-DDT解吸影响的实验表明,草酸根和根系分泌物主要是通过溶蚀土壤结构,也就是通过解吸释放土壤有机碳并与土壤无机离子形成可溶性复合物促进土壤对p,p’-DDT的解吸。草酸根和根系分泌物促进土壤对p,p’-DDT的解吸作用受土壤有机碳和可溶性有机碳含量的影响。
4)不同来源和组分的有机碳对土壤中菲吸附、解吸的影响实验表明,土壤中菲的吸附都为非线性,并且随着土壤有机碳的去除,土壤对菲的吸附容量显著降低,菲吸附的非线性特征趋于增强。不同组分的土壤有机碳对土壤吸附菲的贡献差异很大,主要与有机碳的结构和性质有关。菲在土壤中的解吸存在明显的滞后现象。随着土壤低极性有机碳含量的降低,菲的解吸滞后现象明显增强。Ca2+主要是通过影响可溶性有机碳的结构能降低菲在土壤中的吸附容量,对于不同土壤,Ca2+离子的影响程度不同。