（地球化学专业论文）酸雨条件下某土壤中镉的解吸动力学研究.pdf

摘要 酸雨条件下某土壤中镉的解吸动力学研究 作者简介：王沛东，女，1 9 8 3 年1 月出生，2 0 0 5 年9 月师从于成都理工大学大 学曾英教授，2 0 0 8 年7 月毕业于成都理工大学地球化学专业。 摘要 镉污染在世界范围内广泛存在并同益严重。与其它重金属和有机污染物相 比，镉在较低浓度时就可对动植物和人产生毒害作用，且这种危害具有一定的隐 蔽性和潜伏性。近年来我国西南地区普遍出现酸雨，它不仅影响植物的生长，还 能使土壤中某些有毒重金属的溶解性增加，被作物吸收或随土壤溶液渗入地下水 源而进入食物链。长期以来有关镉在环境中的迁移转化及生态效应逐渐成为环境 科学研究的热点。 本文以成都市为研究区，选取城郊的代表性土壤为研究对象，采集水稻土和 黄壤表层土壤。根据成都近年来的降水特征，配制一定范围p h 和不同离子浓度 的母液，在室内开展淋滤实验和静态解吸实验，研究模拟酸雨条件下镉在不同类 型土壤中的解吸动力学特征，以确定镉在两种土壤中的解吸机理。设计酸雨正交 实验考察酸雨中影响土壤镉解吸的主要因素及对镉释放的影响程度。研究成果可 预测酸雨作用下土壤重金属镉的污染趋势，并对制定相关污染防治措施具有实际 指导意义。 研究结果表明，酸雨促进了土壤中镉的释放。不同类型土壤在同一酸雨条件 下，镉的释放速度和最大释放量不同。酸雨p h 和主要离子对土壤中镉的解吸有 明显影响，但其对土壤的作用和作用程度因土壤类型而异：降低p h 、增大s 0 4 2 。、 n 0 3 。、c a 2 + 和n h 4 + 的浓度都能促进水稻土和黄壤中的镉的释放，但【s 0 4 2 。 n 0 3 - 】 比值增大，能促进水稻土中镉的释放，抑制黄壤中镉的解吸。 对酸雨条件下两种土壤中镉的释放进行方程模拟，以反三角函数方程效果最 佳，多项式方程和双常数方程的拟合度也较好。土壤中镉的释放可分为快反应和 慢反应两个阶段。用动力学方程分别模拟两个阶段的解吸数据，结果表明多项式 方程、双常数方程和抛物线扩散方程均能描述两个阶段镉的释放过程。在实验设 定的酸雨浓度范围内，酸雨中各因素对黄壤中镉解吸的影响与试验方法有关，采 用动态淋滤方法，酸雨各因素作用力依次为：p h 【s 0 4 2 【c a 寸】 【s 0 4 2 ： 【n 0 3 ，而采用间歇法依次为：p h c a 2 + 【s 0 4 2 。】 【s 0 4 2 ： n 0 3 。】，酸雨p h 是影响镉解吸的重要因素。酸雨连续淋滤有利于黄壤中镉的释放，间歇振荡法有 利于水稻土中镉的解吸。黄壤中镉的解吸量受土壤矿物组成和比表面积共同影 成都理i ：人学硕+ 学位论文 响，动态淋滤条件下，土壤组成对镉释放的影响占优势，解吸量大小依次为： 8 0 1 2 0 目 3 2 0 目 2 0 8 0 目；间歇法解吸过程中，由于土壤颗粒的碰撞，解 吸量大小依次为：8 0 1 2 0 目 2 0 8 0 目 3 2 0 目。 关键词：土壤镉酸雨解吸动力学 a b s 仃a c t s t u d y o nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd e s o r p t i o nl ( i n e t i c so fc a d m i u m i ns o i lu n d e rs i m u l a t e da c i dr a i nc o n d i t i o n i n t r o d u c t i o no fa u t h o r ：w a n gp e i d o n g ，f e m a l e ，w 私b o mi nj a n u a uo f19 8 3 ，w a l sg r a n t e dt h e m 2 l s t e rf 硒mc h e n g d uu n i v e r s i t yo f t e c h n 0 1 0 9 yw h o s et u t o rw a sp m f e s s o rz e n g y i n g a b s t r a c t c a d m i u m a u sah a z a r d o u se l e m e n ti ne i i r o 眦e n t ，h a sc a u s e ds e r i o u sp o l l u t i o n a l lo v e ru 1 ew o r l d c o m p a r e dw i t ht h eo l e rh e a 、哆m e t a l sa n do r g a n i cp o l l u t i o n ， c a d m i 砌c a l lc a u s ean e g a t i v ei n n u e n c eo nh u m a l l s ，a i l i m a l sa i l dp l a n t se v e na ta l o w e rc o n c e n t r a t i o n c u r r e n t l y ，a c i dr a i nh a sb e i n g 谢d e l ya c c u r e di ns o u m w e s ta r e a o fc h i n a ，i tm a yn o to n l ya 行e c tp a n tg r o w t h ，b u ta l s om a yi n c r e a s et h es o l u b i l i 够o f s o m en o x i o u sh e a wm e t a l si ns o i la n d 廿l e nt o x i ce l e m e n t sc a i lb ea b s o r b e db yp l a n t s o ri n t e m s e d 伊。吼d w a t e rs o u r c eb y1 e a c h i n gd o w n w 砌w i t hs o i ls o l u t i o n ，a n de n t e r i n t ot h ef o o dc h a i n t h em o b i l i 坝打a 1 1 s f o n n a t i o n ，a n ds u b s e 小l e l l te c o l o g i c a le 仃宅c to f c a d m i 啪i ne n v i r o 姗e n th a v eb e e nf o c u s e dt h ea _ t t e n t i o ni nt l l ef i e l d so fs o i la n d e n v i r o 舯e n t a ls c i e n c e t 1 1 es t u d yf o c u s e do nc a d m i 啪i n 铆ot 河c a la 酣c u l n 胍ls u m c el a y e rs o i l ( p a d d ys o i l a i l dy e l l o ws o i l ) i ns u b u r b a i la r e ac h e n g d uc 时d i v e r s i f i e d a c i dr a i n s w e r em a d e 、析t hc o n s i d e r i n gv 撕o u sp hv a l u e sa n dc o n c e n t r a t i o no fa n i o na 1 1 dc a t i o n a sr e a c t i o n s o l u t i o nb a s e dp r e c i p i t a t i o nf e 撒鹏i nc h e n g d u ，k i n e t i c so fc a d m i u m r e l e a s eb e h a v i o r sw a sc o m p a r e du s i n gt 1 1 en o w e l u v i a t i o n sa n dt 1 1 eb a t c hm e m o d si n t v 旧k i n d ss o i lu n d e rd i 丘e r e n ts i m u l a t e da c i dr a i nc o n d “i o n sf o rr e s e a r c h t h e d e s o r p t i o nm e c h a i l i s mo fc a d m i 吼t h e nw ed e t e m l i n e dt h ec m c i a lf 砬t o r si na c i d r a i na 自睹c t i n gc ds o l u b i l i 够a n d劬c t i o n a r yd e g r e e i ns o i l谢t ho r t h o g o n a l e x p e r i i n e m s t h er e s u l t sm a yf o r e c a s tt h et i e n do fc a d m i 啪p o l l u t i o ni ns o i lm l d e r a c i dr a i nc o n d i t i o n ；h a v ei m p o 咖tm e a l l i n gf o rc o n s t i t u ：t et h ec o r r e l a t i v ep r e v e n t i v e m e a s u r e s t h er e s u l t si n d i c a t em a ta c i dr a i nc l e a r l yh a sa c c e l e r a t e dm er a t eo fc a d m i u m r e l e a s e 行o ms o i l 7 n l ev e l o c i 够a n dm a x i m u mc o n t e mo fc a d m i u mr e l e a s ew e r e d i 毹r e n ti nb o t hp a d d ya i l dy e l l o ws o 订u 1 1 d e rt h es 锄ea c i dr a i n s o i la c i d 时a n di o n s w e r eo b v i o u s l y 疆e c tt 1 1 ec dd e s o r p t i o n ，a n dt h e 胁i o na n dd e g r e ew e r er e l a t e dt o t 1 1 ep r o p e n i e so ft v 旧t y p i e so fs o i l s r e d u c ep hv a l u e ，i n c r e a s et h ec o n c e n t r a t i o no f i i i 成都理i ：人学硕十学位论文 s 0 4 厶、n 0 3 。、c 扩a n dn h 4 + a r ep r o p i t j o u st or e l e a s eo fc a d m i u mi np a d d ya n dy e l l o w s o i l ，w h e r e a l si n c r e a s e s 0 4 2 。】 n 0 3 7 v a l u ei ss i m u l a t i v et od e s o 印t i o no fc di np a d d y s o i l ，i r d l i b i t o 巧i ny e l l o ws o i l t h ed y n a m i cd a t aw e r ef i t t e du s i n ge x i s t e de q 删i o n sa n dn e w d y n 锄i c se q u a t i o n t h er e s u l t ss h o wa r c t r i g o n o m e t r i cf u n c t i o ni st h eo p t i m i z a t i o ne q u a t i o nt od e s c r i b e c dr e l e a s e 疗o ms o i lu i l d e rs i m u l a t e da c i dr 砸n ，p 0 1 y n o m i a 】e q u a t i o na 1 1 dt w o c o n s t a n t e q u a t i o na r eb e t t e r 锄o n gt h o s eo t h e r 向n c t i o n f u r a l e m o r e ，c dd e s o r p t i o n 丘o ms o i l c a nb ed i v i d e di n t ot 、s t a g e sa c c o r d i n gt ot h ep r o c e d u r ef e a t u r e ，t h ef a s to n ea i l dt l l e s l o wo n e p o l y n o m i a le q u a t i o n ，t 、 ，o - c o n s t a n te q u a t i o na i l d p a r a b o l i ce q u a t i o nc a n w e l ld e s c r i b et h e 似。站唱e s w i t l l i nt h et e s tr a i l g e ，t l ：屺1 e a c h i n g 锄o u n to fc d 2 + i s e 丘宅c t e db yt h ed i v e r s i f i c a t i o no fs i m u l a t e da c i dr a i n sf - a c t o r sw i t ht 1 1 es e q u e n c e p h s o 。 【c a z 十 【s 0 4 厶】： n 0 3 】u s i n gf l o w - 恤o u 曲m e t h o da i l dw i t ht h es e q u e n c e p h c 一十 s 0 4 小 s 0 4 2 。 ： n 0 3 u s i n gb a t c hm e t h o d t h ep hv a l u ei st 1 1 em o s t i m p o r r t 觚tf a c t o ra 疵c t i n gt l l ea d s o 印t i o ni ns i m u l a t e da c i dr a i n s i m u l t a n e i 吼m i n e r a l c o m p o n e ma i l ds u p e r f i c i e sa r ea f r e c tc a d m i u mr e l e a s i n g 丘i o my e l l o ws o i l i i l f l o w - t h r o u 曲m e l o d ，t h eo r d e ro f1 e a c l l i n gc di s8 0 12 0m u 3 2 0m u 2 0 8 0m u ， w h i l s ti nb a t c hm e t h o d ，m eo r d e ri s8 0 12 0m u 2 0 8 0m u 3 2 0m ud u et oc 0 1 l i s i o n 锄o n gs o i lg r 籼l e k e yw o r d s ：s o i l c a d m i u ma c i dr a i n d e s o 印t i o nk i n e t i c s i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛型理王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：砂f 币吝 脚 硫化物残渣态 有机结合态 交换态 吸附态1 27 | 。红壤、棕壤中 占绝对优势的是可交换态，铁锰氧化态和有机态含量很少，而碳酸盐态和残留态 含量居中网。 影响土壤镉解吸的因素很多，且各因素的影响程度与土壤类型有关。土壤各 因素通常综合制约或促进镉的解吸。活性铁、铝、锰含量增加，与镉竞争吸附点 位，能够显著的促进土壤中镉的解吸瞄啦引l ；活性硅则显著地降低土壤中镉的解吸 量；粘粒含量的增加能降低镉的解吸量，被粘土吸持的镉可能以代换性离子的形 式存在，也可能由于晶格内部被牢固吸持而难以释放。阳离子交换量( c e c ) 反 映了土壤胶体的负电荷量，c e c 越低，负电荷越低，土壤中静电吸附的镉离子的 解吸量也越少| 3 2 。3 3 i ，酸性热带土壤镉吸附与c e c 正相关，镉在硅酸盐层面和铁铝 氧化物上的吸附由c e c 控制1 3 引。土壤中各种矿物成分具有吸附作用。国外就矿物 吸附镉的规律的研究较多。碳酸钙、有机质、土壤胶体表面电荷等对土壤中镉行 为的影响也有详细报道。 土壤对镉的吸附和解吸是影响镉在土壤溶液中的浓度、生物有效性及其向地 表和地下水迁移的重要因素。而土壤p h 值、e h 值、有机质含量、阳离子交换量、 铁和锰氧化物含量等深刻影响镉在土壤中的解吸。 2 l 引言 1 2 1 1p h 值 p h 是影响土壤和土壤组分对镉吸附和解吸的重要因素之一。p h 与镉的吸附 量间存在密切关系。大量解吸试验结果表明，镉在土壤中的解吸量随体系p h 的 降低而增加。王海燕等卜副运用数学原理得出土壤镉解吸与土壤p h 成反比的结论。 叫矿等i = ：；州认为土壤中镉质量分数很大时，土壤p h 对水溶态镉影响极小，水溶态 镉受土壤总镉量控制，称为容量控制相。 依据吸附机理的不同，p h 可能主要通过影响c d 2 + 水解、c d 2 + 与h + 交换作用、 吸附表面类型、吸附表面电荷、竞争体系中镉的分配系数等影响镉的吸附。有些 学者认为体系p h 升高，增加了镉离子的一级水解常数( p k l ) ，加速金属离子的 水解，其结果是形成羟基化金属形态( m o h + ) ，该形态在土壤吸附点位上的亲 和力明显高于镉离子，因而p h 升高不利于镉的解吸。如b e n j 锄i n 等l i 1 i 指出，在 氧化物表面，控制镉解吸的主要形态是c d o h + ，在p h 3 4 范围内，p h 增加可使 c d 2 + 的一级水解常数( p k l ) 增大，致使c d o h + 浓度迅速增加，镉的解吸量减少。 夏增禄f 埔坝0 认为，土壤p h 下降，氢离子增多，被胶体和粘土矿物颗粒吸附的c d 2 + 与一发生交换，c d 2 + 被解吸下来，从而使介质溶液中c d 2 + 浓度增加，提高了镉的 有效性。 1 2 1 2e h 值 土壤的氧化还原条件与镉的活性关系密切。在土壤介质中，镉离子可与硫化 物形成沉淀、与有机质络合、被铁锰氧化物吸附，这些行为都受土壤e h 值的影 响。氧化条件( e h 高) 下，有利于镉转化为水溶态和交换态。还原条件下，镉 易与硫化物结合形成硫化镉沉淀，酸性条件下也不利于镉的溶解。当土壤处于氧 化状态，硫化物不稳定，从而使镉释放出来。 旱地通风良好，镉多呈可溶性，作物与土壤镉含量呈正相关性；水田还原条 件下，c d 2 + 转化成难溶物，抑制土壤中镉的活性。这时作物与土壤含镉量不存在 相关性。这是由于c d 2 + 在灌水的还原条件下产生s 二，与c d 2 + 结合生成难溶c d s ， 抑制c d 2 + 的迁移和作物对c d 2 + 的吸收。旱地通风条件下，s 2 氧化成s 0 4 2 ，酸度增 加，易溶态c d s 0 4 易为作物所吸收。 1 2 1 3 有机物 土壤环境中镉的形态与土壤腐殖质具有很高的相关性。腐殖质的络合性能很 强，由于腐殖质的吸附和络合作用，造成重金属有效性降低。对镉污染的土壤施 入有机肥可以改变镉的缔合方式。在添加外源镉的条件下，有机物料能显著地降 低水溶性镉、易解离态镉和可解离态镉含量，降低植物对镉的吸收i j o j 。有机结 合态镉受有机质、腐殖酸种类和碳酸镉含量影响。焦文涛等j 4 i | 研究了镉在红壤、 黄泥土、乌栅土及去除有机质后的三种土壤的吸附一解吸行为。实验表明三种土 壤中c d 2 + 的解吸量依次减少，红壤中c d 2 + 解吸率均在5 0 以上，而后两种土壤中 成都理j ：入学硕+ 学位论文 解吸率最高为4 2 和1 9 ；去除有机质后解吸率均在5 0 以上，且解吸量相差 不大。余贵芬等| 42 i 指出腐殖酸的添加使红壤中c d 的残渣态向有机态转化，用量 越大、温度越低，转化效应越明显。 1 2 1 4 共存离子 在土壤体系中，许多金属元素与镉共存。在同一条件下，这些元素对镉在土 壤中的释放具有一定的影响。例如，k 、c a 、n a 、m g 等元素对土壤中c d 镉的释 放都有一定的促进作用。h a r d i m a l l 吲和h a g e m e y e r 删报道，k + 、c a 2 + 、n a + 、m 孑+ 四种离子影响镉解吸的程度依次为c a m g k n a ，即化合价越高，离子半径 越大，越有利于镉的释放。钙离子的作用最大，原因是它和镉具有相似的离子半 径，易竞争镉的吸附点位。f e 2 + 对土壤镉解吸影响较小。 增加铵离子的浓度，短期内可使土壤p h 明显降低，导致土壤镉的有效浓度 增加。w i l l a e r t 等 u i 刘的研究证实了由于铵离子的施入，导致土壤p h 值降低，作物 吸镉量明显增加。e 缺s s o n 等1 4 “j 研究了铵态氮与硝态氮对镉有效性的影响，结果 表明，铵态氮可使土壤p h 值降低。 1 2 1 5 土壤c o ：分压 在高p h 和c 0 2 ( 如石灰性土壤的植物根际) 的条件下，土壤中易形成较多的碳 酸盐络合物，使镉有效性降低；但在酸性土壤中，增加c 0 2 分压，溶液的c d 2 + 仍 保持较高水平。 1 2 2 镉在土壤中的吸附解吸机理研究现状 于天仁等| 47 i 指出吸附作用是指溶质在溶剂中呈不均一的分布状态，表层中 的浓度与内部不同，这种浓度改变的现象服从最小表面自由能原理。广义的吸附 作用包括两种主要机理：表面吸附作用和沉淀作用。表面吸附包括四种类型：电 位吸附、离子交换吸附、分子或离子吸附与单分子层吸附。一般认为，土壤对镉 的吸附作用属于表面吸附，分为专性吸附和非专性吸附，其中专性吸附是指土壤 颗粒与金属离子形成螯合物，金属离子在土壤颗粒内层与氧原子或羟基结合，这 种吸附发生在胶体决定电位层一s t e m 层中，不能被钙、钾离子置换| 4 剐。非专性 吸附是指金属离子通过静电引力和热运动的平衡作用，保持在双电层的外层扩 散层中，这种作用是可逆的，遵守质量守恒定律，可以等当量的互相置换| 4 圳。 一般来说，土壤表面存在两类不同的吸附点位，即结合能高的点位与结合能低的 点位。通过专性吸附机制被吸附的镉离子结合能较高，而非专性吸附的镉离子结 合能较低。廖敏等k o l 研究证实，镉可以通过高、低能位被土壤吸附。 土壤矿质粘粒与有机胶体对镉离子的吸附，是镉被土壤固定的重要机制，影 响镉的有效性和迁移性。层状硅酸盐矿物是土壤吸附镉的重要部分，其边缘羟基 点位( m o h ) 与镉作用形成单齿和双齿配位： 4 l 引言 朋鲫+ c d “= 朋d 谢+ + 日+( 1 1 ) 2 脚+ c d 2 + = ( 朋d ) ，c d + 2 日+ ( 1 2 ) 所形成复合物的数量会随着土壤p h 的增大而增加，从而使土壤溶液中镉离子的 数量减少，抑制土壤镉的解吸。 腐殖质是有机胶体的重要组成部分，含有很多的羟基、羧基、胺基等官能团， 其中以羧基、酚羟基最为重要，镉的络合、吸附反应常在这两种官能团上发生： 2 r c d o 一+ c d “：( r c d d ) ，c d ( 1 3 ) 2 蜀一d 一+ c 口“= 1 一d ) 2 c d ( r l 表示苯环)( 1 - 4 ) 一般认为，强酸性羧基、酚羟基与镉形成的络合物最稳定，对镉的吸附解吸 影响也最重要。 1 2 3 酸雨对土壤镉解吸影响的研究现状 酸雨促使土壤酸化，土壤酸化加速了重金属的淋出k i | 。目前有关酸雨对土 壤影响的研究已成为土壤学和环境科学的重要研究课题。酸雨促进镉的释放机理 与p h 值影响土壤镉的吸附一解吸行为、c a 2 + 等竞争离子的输入及含镉矿物的溶解 性有关闯。 土壤溶液中的镉主要受吸附解吸平衡控制| 5 。酸雨作用于土壤的过程即是 氢离子的输入过程，土壤溶液中氢离子浓度升高，增大了氢离子与镉的竞争能力， 使吸附于土壤的可交换态镉易于解吸。c l l r i s t e n s e n 报道1 54 | ，在p h 值4 7 7 范围内， 每减少1 个p h 单位，供试沙土和壤土中c d 的解吸量增加3 倍。酸雨淋溶过程中携 带外源阴阳离子进入土壤，其中空气中的s 0 2 、氮氧化合物、n h 4 + 促进土壤酸化， c a 2 + 与c d 2 + 竞争吸附点位，都能促进镉的释放。另外，酸雨作用下土壤中活性铝 等含量大大提高p 川，由于铝等金属离子能占据高能吸附位，从而使镉吸附量下 降，解吸量增加。 酸雨促进镉释放可能还与p h 值影响含镉矿物溶解性有关。酸性土壤中可能 存在的镉矿物有c d c 0 3 和c d 3 ( p 0 4 ) 2 俐，其平衡反应如下： c 犯d 3 + 2 h + = c d 2 + + c d 2 忾) + h 2 0 ( 1 5 ) 甜3 p d 4 ) 2 饵) + 4 h + = 3 倒2 + + 2 日2 尸d 4 一 ( 1 - 6 ) 显然，土水系统p h 值的降低或增加氢离子有助于镉的溶解释放。 目前，关于p h 对土壤镉吸附解吸影响的研究较多i i ，在不同土壤类型、各 土壤组分上解吸的报道也不少，他们都提出了相应的数学模型，但不同学者对吸 成都理f ：入学硕十学位论文 附机理尚存在分歧。共存离子对镉解吸的影响，多以单一元素来进行研究。因此 在深刻了解p h 及单元素对镉解吸机制影响的基础上，应考虑酸度、降水中主要 离子共存时对土壤镉解吸的影响机制，并明确各因子对解吸作用影响的贡献，为 了解土壤镉的地球化学行为，研究酸雨对土壤镉迁移、转化的影响，预测土壤镉 污染提供科学依据。 1 3 研究内容及创新点 1 3 1 研究内容 本论文以成都市广泛分布的两种主要农业土壤一水稻土和黄壤的表层土壤 ( o 1 5c m ) 为研究对象，模拟酸雨条件，开展成都市不同类型土壤中镉的解吸 动力学研究。主要内容包括： l 、根据成都市降水特征，配制一定p h 范围及主要阴阳离子的模拟酸雨溶 液，开展室内酸雨淋溶实验，通过测定淋出液中镉离子浓度及p h 、e h 值，探明 土壤镉解吸的动态特征及酸雨各因素对土壤镉解吸量的影响。 2 、用常用动力学模型拟合土壤中镉的解吸数据，确定能描述水稻土和黄壤 镉释放的最优动力学模型，并建立新的动力学方程。 3 、以常用动力学方程对两种土壤镉释放过程进行分阶段模拟，分别确定土 壤中镉的快速释放和慢速解吸过程的最佳动力学模型。 4 、设计模拟酸雨的4 因素3 水平正交实验，分别采用动态淋滤和静态解吸 两种方法，对比黄壤中镉在不同酸雨条件下的解吸特征，考查酸雨中各因素对镉 解吸量的影响程度。 5 、用同一模拟酸雨对不同粒度的土壤样品进行淋滤和浸泡，对比研究土壤 粒度对镉释放的影响。 1 3 2 创新点 本论文创新点如下： 1 、土壤镉的酸雨多因子淋滤实验研究文献中未见报道。 2 、以淋滤实验数据为基础，确定了描述成都市农业土壤镉释放的最佳动力 学模型。 3 、分阶段对土壤镉释放的过程进行了考察，建立了不同阶段的动力学速率 方程，解析了土壤镉的解吸机理。 4 、获取了酸雨中各因子对土壤镉解吸的影响程度排序；确定了土壤的粒度、 土壤组成等土壤性状对土壤中镉的解吸影响。 6 1 引言 1 4 技术路线 7 成都理1 ：人学硕+ 学位论文 2 1 自然地理概况 2 研究区概况 成都地处成都平原中部。介于东经1 0 2 0 5 4 ， 1 0 4 0 5 3 ，北纬3 0 0 0 5 ， 3 1 0 2 6 之间。 东西最大横距1 9 2m ，南北最大纵距1 6 6l 【i i l ，辖区总面积1 2 3 9 0k m 2 ，其中城 市建成区面积9 2 2m 2 。总人口1 1 0 3 4 万人，其中市区人口4 9 7 1 5 万人( 2 0 0 6 年) 俐。 成都市位于四川搞地西部的岷江中游地段，境内海拔3 8 7 5 3 6 4m ，东界龙 泉山脉，西靠邛崃山。西部为纵贯南北的龙门山脉。平原面积占3 6 4 ，丘陵面 积占3 0 4 ，山区面积占3 3 2 。平原地区西北高、东南低，平均坡降0 3 。 属亚热带湿润季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，年平均气温1 6 7 。 年平均r 照时数1 0 7 1h ，年平均降雨量9 4 5 61 1 1 n 1 | 5 引。成都平原是我国西南地区 最大的平原。位于岷江干流上的都江堰水利工程，其灌溉渠网呈扇形展开在广阔 的成都平原上，使成都平原成为“水旱从人，不知饥馑”的“天府之国。从都 江堰分流而出的府河和南河( 锦江) 环绕成都而过。因此，成都具有典型的平原 城市的特色。 2 2 土壤类型及分布 成都平原是我国西南地区最大的平原，总面积达6 2 0 0m 2 。平原上覆盖着 巨厚的河流冲击物，分为上下两层：下层为砾石、砂石和卵石，厚度达几十米甚 至几百米；上层由粉砂质粘土和亚粘土组成，厚度达几米至几十米。 成都市辖区北西部为龙门山区，南东部为龙泉山区，腹地为平原，平原和山 地间分布有浅丘盆地。龙门山区为浅覆盖深切割区或基岩裸露区，龙泉山区为浅 覆盖浅切割区，平原区为深覆盖区。除龙门山基岩裸露区外，全市土壤是以第四 系、第三系、侏罗系、白垩系母岩为基础发育而成的【”j 。 成都市土壤共分为十三个土类、二十五个亚类、五十六个土属、一百七十四 个土种。各类土壤的发生发展受成土诸因素制约；并随各地成土因素的变化而呈 现有规律的地理分布。其中水稻土约占8 0 ，其次为紫色土，约占1 0 ，再次 是黄壤，约占8 。其他的土壤类型包括黄褐土、潮土、黄棕壤、暗棕壤和棕色 针叶林土等，共占2 “。各类土壤总体呈北东向平行展布( 图2 1 ) 。 成都市位处亚热带，地带性土壤为黄壤，由于地貌及成土母质类型复杂，农 业历史悠久，人为活动影响深刻，因此，除受土壤地带性规律支配的地带性土壤 8 2 研究区概况 图2 1 成都市土壤类型分布图 f i g 2 一lt y p i e so fm a j o rs o i i si nc h e n d u 椭 田- 色土 田柏土 田- - l 一土 l m i 磙t 翱土 团置鼬靴 田t 精 田- 洲土 圈_ 囫一 困_ 鼍 外，还分布有大面积受土壤区域性规律支配的非地带性土壤，而且二者在空间分 布上往往构成一定组合，这就是土壤地带性和土壤区域性的综合表现。 本市地带性土壤虽为黄壤，由于地质构造的影响，黄壤主要分布于平原边缘 丘陵及台地，此外，在人类长期耕垦影响下，原始黄壤遭受不同程度的侵蚀，在 侵蚀严重地区，下伏红层( 基岩) 出露地表，经风化后，发育为紫色土，破坏了 黄壤带的完整性，故在本市黄壤分布区，处处可见斑块状和成片分布的紫色土。 在成都东部台地，成片分布着黄褐土。在中亚热带黄壤分布区，出现了北亚 热带的黄褐土，说明土壤分布也出现与生物气候带不一致的情况。由于本市黄褐 土的成土母质为富含碳酸盐的风成黄土，因此母质的影响大大超过生物气候，从 而改变了土壤发育的方向。本市西北分布着大面积的山地，从地貌看，既有低山、 中山，还有高山。因此，随海拔高度的增加，气候、植被亦规律性变化；相应的 土壤类型也从基带黄壤( 海拔高度低于1 6 0 0m ) 开始，在1 6 0 0 2 4 0 0m 左右， 分布着黄棕壤；2 2 0 0 3 0 0 0m 分布着暗棕壤；2 8 0 0 3 5 0 0m 为棕色针叶林土； 3 5 0 0 4 2 0 0 ( 4 5 0 0 ) m ，多分布高山、亚高山灌丛草甸土；在4 5 0 0m 以上为高山 寒漠土。同一土壤带( 即同一生物气候带) 内，由于地区性气候、地貌、母质、 水文及人文活动等的影响，形成各种与其成土条件相应的土壤类型。因而在土壤 区域分布上表现出一定的规律性。 9 成都理i ：人学硕+ 学位论文 2 3 气候特征 成都属亚热带季风气候，具有春早、夏热、秋凉、冬暖的气候特点，年平均 气温1 6 ，年降雨量1 0 0 0m m 左右。平原东南山地不高，有利于夏季风从太平 洋、印度洋输送水气。西北部的抬升地形又使成都平原成为四川平地的多雨中心。 同时北面高大的秦岭山脉对寒潮有明显的阻挡作用。因此，成都气候的一个显著 特点是多云雾，r 照时间短。民间谚语中的“蜀犬吠r ”正是这一气候特征的形 象描述。成都气候的另一个显著特点是空气潮湿，因此，夏天虽然气温不高( 最 高温度一般不超过3 5 ) ，却显得闷热；冬天气温平均在5 以上，但由于阴天 多，空气潮，却显得很阴冷。成都的雨水集中在7 、8 两个月，冬春两季干旱少 雨，极少冰雪。 2 4 农业生态地球化学概况 四川省地域辽阔，资源丰富，自然环境优越，物产丰富，是中国西部重要的 农产品基地和食品基地，素有“天府之国”的美誉。2 0 0 2 年国土资源部中国地 质调查局和四川省人民政府合作开展了成都经济区生态地球化学调查1 6 i | ，调查 发现：( 1 ) 在龙门山一带p b 、z n 、h g 、c u 、m o 、f e 2 0 3 、m n 、c r 、p 、k 2 0 、 c a o 、m g o 等元素或氧化物呈较明显的高背景分布，铜、铅、锌矿床( 点) 分 布较多，p b 、z n 多与碳酸盐岩层控铅锌矿有关，在盆地红层中的c u 异常多为砂 岩型铜矿引起。( 2 ) 在龙门山向成都平原过渡地带，各元素含量普遍降低，大多 数元素表现为低背景带，仅m o 的背景较高。b 、m g o 、k 2 0 在个别地区背景较 高。( 3 ) 经济区南部峨眉山一带富集元素较多，高背景元素或氧化物主要分布于 西侧峨眉一峨边一永红一带，有p 、k 2 0 、c a o 、f e 2 0 3 、m n 、c u 、z n 、b 、m o 、 p b 、c d 、c r 、a s 、h g 等，向成都平原过渡其含量逐渐降低，大多呈背景或低背 景分布。 成都经济区内土壤质量虽总体良好，但仍存在较大面积以c d 为主的c d 、 h g 、a s 、p b 等有毒有害元素异常和高背景区，主要分布在城市和部分人口密集 的平原区、山区。按照现有的土壤环境质量国家标准进行综合评价，全区i 类土 占3 0 8 ，i i 类土占5 5 6 5 ，i i i 类土占1 3 5 5 。除土壤外，与农业生产息息 相关的地表水在平原区、丘陵区也受到不同程度的污染。农村地表水体富营养化 严重，土壤重金属元素超标或污染将对农业生产、农产品品质和人体健康产生严 重影响。四川是一个多民族的人口大省，维护粮食安全已时不我待，这也是我们 的必然选择，因此，研究土壤重金属污染特性已成为当今重要课题。 1 0 3 实验材料与方法 3 实验材料与方法 3 1 供试土壤的采集与制备 实验土壤为成都市具有代表性的水稻土和黄壤，分别采自成都市黄田坝区和 成华区钟家染坊的农业用地。样品采样时采取多点混合采样法，采样深度为o 1 5 c m 。样品经风干，弃去其中的枯枝、碎石等粗渣后，用木棒压碎，过4m m 筛用 于淋滤条件实验；另取土壤过筛，取粒度为8 0 1 2 0 目、2 0 8 0 目、3 2 0