五氯酚的土水界面行为及其在毫米级根际微域中的消减作用

论文摘要

防治和修复土壤有机污染、保护土壤环境安全、以实现土壤资源的可持续利用是当前全球关注的一个焦点。研究有机污染物在土壤中的环境行为及作用原理,搞清土壤组分与有机污染物的相互作用关系,解决有机污染土壤根际修复中一些重要的根本性的基础科学问题及关键技术问题,将为针对性地拟订经济高效的土壤有机污染防治和修复的实用技术提供基础依据。 论文在评述有机污染物的土壤吸附行为研究现状、阐述有机污染土壤根际修复的影响因素、修复过程中的响应根际效应及根际修复机理的基础上,以氯酚类（CPs）有机污染物五氯酚（PCP）为代表性的可离解疏水性有机化合物（HIOCs）,围绕其在土壤矿物/腐殖质-水界面的非线性吸附特征、控制条件下的消减动态、以及毫米级根际中的微空间消减规律等内容,开展了相关PCP的土水界面行为及其在根际微域中的消减作用的细致研究,获得如下主要成果: （1） 以纯矿物及腐殖质为材料,开展了PCP在不同土壤有机、无机组分上吸附特征的对比试验,并结合去除有机质前后土壤中PCP吸附行为的差异研究,探讨了PCP吸附与矿物性质及腐殖质等的关系。发现PCP与各吸附剂的亲和力大小依次为:高岭石<针铁矿<Ca-蒙脱石<<K-蒙脱石<<HAs1<HAs2;经H2O2氧化处理后,土壤总有机碳水平显著降低,pH趋于一致,各土壤对PCP的吸附能力极大降低,其吸附不可逆行为也随各土壤中矿物组成的差异发生不同变化。由此证实了PCP在土壤矿物/腐殖质-水间的界面行为主要受到SOM和矿物组成的影响。这种机制中,SOM占支配地位,单离子饱和的膨胀型矿物存在一定作用;环境pH由于可改变吸附相的表面特性和PCP的存在形态也起一定的间接作用。基于不同单离子饱和的蒙脱石中PCP的吸附行为差异甚大的现象,推荐提出了利用矿物晶层间的离子交换作用修复污染土壤的技术措施。 （2） 从揭示PCP在土壤中吸附行为的角度出发,深入探讨了土壤性质对PCP的土壤-水界面行为的影响,验证了PCP在土壤中吸附不可逆的行为特性。发现PCP在10种土壤上的吸附表现为非线性,这种非线性吸附行为及其过程中存在的孔隙填充（表面吸附）和固相溶解（分配吸附）两种作用可用双模式模型（DMM）进行较好拟合。但这种非线性吸附特征与非极性疏水性有机化合物（HOCs）明显不同,表现出HIOCs在非线性吸附中的特异性;同时发现PCP在土壤中存在不可逆吸附行为,涉及的主要原因包括特定吸附位点的不可逆结合、慢解吸、吸附剂分子捕获及高平衡浓度条件下孔隙变形等机制。这种不可逆吸附现象,对污染土壤的生态修复意义重大,既是一种自净作用,又存在潜在危害,在评价PCP的环境风险时应综合考虑这两种相反的影响效应;在土壤性质对PCP的土壤-水界面行为的影响方面,研究揭示出pH、有机质及

论文目录

• 缩略说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引论
• 1 有机污染物的土壤吸附行为
• 1.1 吸附概述
• 1.2 有机污染物的土壤活性吸附成分
• 1.3 有机污染物土壤吸附理论的发展
• 1.4 吸附行为的定量描述——吸附等温线
• 1.5 可离子化有机化合物的吸附行为
• 1.6 基于土壤参数的吸附预测模型
• 2 有机物污染土壤的根际修复
• 2.1 根际修复应用的理论支撑
• 2.2 有机污染土壤根际修复的影响因素
• 2.2.1 植物种类及土壤特性
• 2.2.2 根系分泌物
• 2.2.3 污染物胁迫时间
• 2.2.4 菌根真菌接种
• 2.3 污染胁迫下的响应根际效应
• 2.3.1 污染胁迫的根际微生物响应
• 2.3.2 根际微域中有机污染物的响应降解规律
• 2.3.3 其它响应根际效应
• 2.4 有机污染物的根际修复机理
• 2.4.1 根际微生物对有机污染物的代谢降解
• 2.4.2 根际活性物质对污染物土壤环境行为的影响
• 2.4.3 根际理化性状对有机污染物降解的激发作用
• 3 根系分泌物及其在根际修复中的环境意义
• 3.1 根系分泌物及其种类
• 3.2 污染胁迫与特异性根系分泌物
• 3.3 根系分泌物在土壤有机物污染根际修复中的作用
• 4 问题和展望
• 5 目标污染物五氯酚的研究背景
• 6 论文研究目标和思路
• 第二章 PCP的土壤矿物/腐殖质-水界面行为
• 1 材料与方法
• 1.1 化学药品
• 1.2 供试矿物、腐殖质的制备及其性质测定
• 1.3 供试土壤及去有机质方法
• 1.4 各吸附剂上PCP的吸附等温线
• 1.5 有机质去除前后土壤中PCP的吸附-解吸迟滞行为
• 1.6 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 纯矿物及腐殖质相中PCP的等温吸附曲线
• 2.2 纯矿物及腐殖质对PCP吸附的潜在贡献
• 2.3 有机质去除前后土壤中PCP的吸附-解吸迟滞行为
• 3 讨论
• 4 结论
• 第三章 PCP的土壤-水界面行为及其与土壤性质的关系
• 1 材料与方法
• 1.1 供试土壤
• 1.2 吸附等温曲线
• 1.3 吸附-解吸迟滞行为
• 1.4 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 土壤中PCP的吸附等温线
• 2.2 PCP的解吸迟滞现象
• 2.3 土壤性质对PCP吸附及解吸迟滞行为的影响
• 2.4 液相平衡pH对PCP土壤-水界面行为的影响
• 3 讨论
• 4 结论
• 第四章 PCP在土壤中的消减行为
• 1 材料与方法
• 1.1 供试土壤
• 1.2 培养试验
• 1.3 PCP可提态残留分析
• 1.3.1 分析流程
• 1.3.2 精密度与回收率
• 1.3.3 检测限与灵敏度
• 1.4 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 PCP的土壤消减动态
• 2.2 PCP残留与土壤性质的相关分析及回归预测模型
• 3 讨论
• 4 结论
• 第五章 毫米级根际微域中PCP的消减行为
• 1 材料与方法
• 1.1 供试土壤
• 1.2 耐性植物品种的筛选
• 1.2.1 供试植物
• 1.2.2 不同基因型禾本科植物对PCP的耐性研究
• 1.2.3 耐性植物对土壤PCP胁迫的响应研究
• 1.3 根箱设计
• 1.4 盆栽培养方法
• 1.5 项目测定及数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 供试植物对PCP的耐性
• 2.2 耐性品种对土壤PCP胁迫的响应
• 2.3 各毫米级根际微域内PCP的消减行为差异
• mic及酶活性的响应动态'>2.4 土壤C_mic及酶活性的响应动态
• 2.5 PCP的植物吸收响应
• 3 讨论
• 4 结论
• 第六章 PCP根际特异消减行为的土壤微生物学作用机制
• 1 材料与方法
• 1.1 试验设计
• 1.2 测定项目
• 1.3 数据分析
• 2 结果与分析
• mic)之间的关系'>2.1 各毫米级根际微域内总磷脂的变化特征及其与微生物量碳(C_mic)之间的关系
• 2.2 各毫米级根际微域内微生物群落结构的演替特征
• 2.3 PCP根际特异消减行为的土壤PLFAs解析
• 3 讨论
• 4 结论
• 第七章 PCP污染土壤模拟根际的修复
• 1 材料与方法
• 1.1 供试土壤
• 1.2 供试根系分泌物
• 1.3 根系分泌物对PCP污染土壤的修复效果
• 1.4 根系分泌物对土壤中PCP消减动态的影响
• 1.5 测定方法
• 2 结果与分析
• 2.1 根系分泌物对PCP污染土壤的修复效果
• mic、N_mic、C_mic/N_mic及微生物商的响应'>2.2 修复过程中土壤C_mic、N_mic、C_mic/N_mic及微生物商的响应
• 2.3 修复过程中土壤酶的响应
• 2.4 修复过程中土壤pH的响应
• 3 讨论
• 4 结论
• 第八章 研究结论、创新点及展望
• 1 研究结论
• 1.1 PCP的土壤矿物/腐殖质-水界面行为
• 1.2 PCP的土壤-水界面行为及其与土壤性质的关系
• 1.3 PCP在土壤中的消减行为
• 1.4 毫米级根际微域中PCP的消减行为
• 1.5 PCP根际特异消减行为的土壤微生物学作用机制
• 1.6 PCP污染土壤模拟根际的修复
• 2 创新点
• 3 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的主要成果
• 致谢