镉和石油污染条件下土壤腐殖质的数量和结构特征研究

论文摘要

本研究主要对Cd和石油污染条件下土壤腐殖质的数量和结构特征进行了研究,主要分成两部分,第一部分是通过室内培养实验,研究了Cd影响下,玉米秸秆在土壤中的分解与转化规律。结果表明:添加Cd后,有机物料的分解与转化和Cd的用量有关。实验研究结果如下:（1）在表土中,添加Cd后抑制了土壤有机碳的分解,并且促进了水溶物（WSS）和胡敏素（HM）的生成。当添加了较低浓度（50mg/kg）的Cd后促进了胡敏酸（HA）和富里酸（FA）的生成,但是当Cd浓度增加时,促进作用逐渐减弱。然而,添加较低浓度（50mg/kg）的Cd后更有利于富里酸（FA）的生成,但是随Cd浓度的增加则更有利于胡敏酸（HA）的生成。在底土中,添加较低浓度（50mg/kg）的Cd抑制了土壤有机碳的分解,促进了胡敏酸（HA）、富里酸（FA）以及胡敏素（HM）的生成。但是随Cd浓度的增加,则促进了土壤有机碳的分解,抑制了胡敏酸（HA）、富里酸（FA）以及胡敏素（HM）的生成。并且当底土中添加Cd后更有利于富里酸（FA）的形成,相反则抑制了HA的形成。但对于水溶物（WSS）来说,添加Cd后则促进其生成。（2）在表土中,添加较低浓度（50mg/kg）的Cd可使水溶物（WSS）、胡敏酸（HA）和富里酸（FA）的分子结构变得简单,但是随Cd浓度的增加分子结构逐渐变的复杂化。并且较低浓度（50mg/kg）的Cd可使胡敏酸（HA）和富里酸（FA）中脂族碳含量增加,而随Cd浓度的增加则使脂族碳含量逐渐降低而芳香碳含量逐渐增加。在底土中,添加Cd后可使水溶物（WSS）和富里酸（FA）的结构变得复杂,并且随Cd浓度的增加则使分子结构更加复杂。而且添加Cd后也使富里酸（FA）中的脂族碳含量逐渐降低,芳香碳含量则逐渐增加。然而,当添加Cd后可使胡敏酸（HA）的结构随Cd浓度的增加而逐渐变得简单化,并且使胡敏酸（HA）中的脂族碳含量随浓度的增加而增加,而芳香碳含量则逐渐减少。而本研究的第二部分是对长期受石油污染的土壤腐殖质组成以及胡敏酸结构特征的研究。采油井口附近土壤受石油污染程度随与井口距离减少而加剧。为此,选择1口开采约20a的废弃油井,在距离井口0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5和10.5m处进行多点采样,应用腐殖质组成修改法和Simon-Kumada法,分别研究了上述长期不同程度石油污染土壤的全土及不同结合形态腐殖质组成。主要研究结构如下:（1）土壤石油含量随距井口距离加大而降低,最远处（10.5m）和最近处（0.5m）分别为0.08g╱kg和153.3g╱kg。随石油含量增加,土壤有机碳和水溶性有机碳含量增加;全土腐殖质中,可提取腐殖质（HE）含量和胡敏酸（HA）含量下降而胡敏素（HM）含量增加,HA/HE的百分比（PQ）（72.0%～8.05%）下降而HM/HE的比值（31.4～76.7）增加;不同结合形态腐殖质中,松、稳结合态腐殖质（HⅠ、HⅡ）的含量呈下降趋势而紧结合态腐殖质（HⅢ）的含量增加,HⅠ/HⅡ比值（0.19～0.39）呈增加趋势,而HⅠ/HⅢ比值（0.032～0.003）和HⅡ╱HⅢ比值（0.096～0.009）下降,HⅠ、HⅡ的PQ（3.21%～1.42%、58.1%～35.5%）也下降,并且HⅠ的PQ变化幅度小于HⅡ;水溶性有机质（WSOM）的色调系数（△logk）下降而HA则变化不大。以上结果说明,随石油污染程度增加,土壤HM的形成增强而HA形成减弱,对HA形成的影响主要表现为对稳结合态HA形成的抑制作用,WSOM分子结构趋于复杂而HA没有明显变化。（2）应用元素分析、傅立叶变换红外光谱、差热-热重分析和固态13C核磁共振方法,研究了长期不同程度石油污染土壤中胡敏酸的结构特征。结果表明:随与油井口距离的减小,胡敏酸的C/H、O/C和（N+O）/C原子比值增加;红外光谱分析显示,胡敏酸的2921cm-1、2851cm-1、1454cm-1吸收峰相对强度下降;差热-热重分析显示,胡敏酸的低温和高温放热峰的反应热及热失重增加;固态13C核磁共振分析显示,胡敏酸的烷基C含量下降,烷氧C、芳香C和羧基C含量增加。上述结果说明,随石油含量增加,胡敏酸的脂族性和疏水性降低,而芳香性和极性增强,其分子结构变得老化。为了促进受石油污染土壤的修复,有必要采取适当措施使其中老化的胡敏酸得以更新和活化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 重金属污染的研究意义
• 1.2 重金属污染的国内外研究现状及分析
• 1.3 石油污染的国内外研究现状
• 第二章 土壤腐殖质数量的研究
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与分析
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 土壤腐殖质特性的研究
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与分析
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 石油污染土壤腐殖质组成的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 石油污染土壤中胡敏酸结构特征的研究
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录:文中符号的意义
• 致谢
• 作者简介