溶解性有机质的动态变化及对铜锌吸附—解吸行为的影响

论文摘要

溶解性有机质（dissolved organic matter,DOM）,亦称水溶性有机质,主要是指能够溶解于水、酸或碱溶液中的有机质,如天然水中的有机质、土壤溶液中的有机质、土壤和有机肥中能被水、酸或碱等浸提的有机质。其操作上的定义为能通过0.45μm滤膜的有机质。由于其水溶性特点,DOM被认为是陆地生态系统和水生生态系统中一种重要的、非常活跃的化学组分,是土壤圈与相关圈层物质交换的重要形式,影响着成土过程和营养物质的输送,以及重金属的环境行为特性（如毒理性、迁移转化性和生物可降解性等）。随着DOM日益引起人们的关注以及重金属污染现状严重,使得DOM对重金属环境行为的影响研究成为土壤学、生态学和环境科学等学科的研究热点。本研究以有机物料（水稻秸秆）为DOM来源,研究了有机物料腐解过程中DOM的动态变化。同时,采用完全混合法定量地研究了各腐解阶段DOM对铜和锌在土壤中吸附解吸行为的影响,得到以下主要结论:（1）采用化学分析的方法研究了有机物料（水稻秸秆）分解过程中产生DOM的变化特征。结果表明,有机物料分解期间溶出DOM的含量与化学组成是一个动态变化的过程。在有机物料分解的初期阶段,有机物料自身溶出的水溶性物质等是DOM的主要来源,此时DOM组成以碳水化合物和有机酸为主。随着秸秆的进一步腐解,半纤维素、纤维素的分解产物成为DOM的主要来源,此时DOM组成主要是分子量大、芳香性较强的物质。秸秆分解91天后,DOC、DON、水溶性糖、溶解性酚酸都趋于稳定,但DOM各组分的含量仍处于变化中。（2）随着秸秆腐解的不断进行,提取的DOM其ΔlogK先上升后下降,而A280值、A254值和E4/E6升高,表明DOM氧化程度和芳香性增强,脂族性降低,分子结构向复杂化方向转变,分子量增大。（3）秸秆主要有机成分为纤维素、半纤维素,其他成分如木质素、苯醇溶出物及水溶性物质等的含量相对较少,苯醇溶出物和水溶性物质最易被分解,纤维素和半纤维素相对较难分解,木质素最难被分解。（4）Cu和Zn的吸附-解吸作用存在两段行为,即快速吸附阶段和慢速吸附阶段,5h内能基本达到平衡。同时,Freundilch方程能很好地描述Cu和Zn在土壤中的吸附解吸行为,Cu存在解吸迟滞现象,解吸并不完全是吸附的可逆过程,Cu和Zn二者的吸附-解吸存在不同的机制。（5）加入0d-DOM能增大吸附和解吸体系中的pH值,明显降低Cu在土壤中的迟滞系数,抑制Cu在黄筋泥（水稻土）上的吸附、促进其解吸,且与对照和其它几个阶段DOM的影响存在极显著差异（p＜0.01）。加入其它腐解阶段的DOM也能增大吸附和解吸体系中的pH,在Cu浓度较低时降低迟滞系数,抑制吸附,促进解吸,高浓度时增加迟滞系数,促进吸附,抑制解吸。（6）加入0d-DOM能显著增加Zn吸附和解吸体系中的pH值,明显降低其解吸迟滞系数,抑制Zn在黄筋泥（水稻土）中的吸附、促进解吸,与其他几个阶段DOM存在极显著差异（p＜0.01）。加入其他几个阶段DOM也能增加吸附-解吸体系中的pH,但明显增高了吸附-解吸的迟滞系数,促进吸附,抑制解吸。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 引论
• 1.1 研究背景
• 1.2 环境中的溶解性有机质
• 1.2.1 DOM的来源
• 1.2.2 DOM的组成与结构
• 1.3 重金属在土壤中的吸附机理
• 1.3.1 重金属在土壤中的非专性吸附
• 1.3.2 重金属在土壤中的专性吸附
• 1.3.3 多种重金属离子在土壤中的竞争吸附
• 1.4 DOM对重金属环境行为的影响
• 1.4.1 DOM对重金属迁移性的影响
• 1.4.2 DOM对重金属生态毒性的影响
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 DOM的培养及提取
• 2.2.2 DOM组分的动态变化
• 2.2.3 实验所需试剂及仪器
• 2.2.4 吸附解吸实验
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据处理分析
• 3 结果与分析
• 3.1 石英砂培养时秸秆的腐解动态
• 3.1.1 DOC的动态变化
• 3.1.2 TN与C/N的动态变化
• 3.1.3 可溶性糖C的动态变化
• 3.1.4 溶解性酚酸-C的动态变化
• 3.1.5 秸秆腐解过程中光化学性质的变化
• 3.2 秸秆腐解过程中化学成分的动态变化
• 3.2.1 损失率和灰分的变化
• 3.2.2 苯醇溶出物和水溶性物质的动态变化
• 3.2.3 半纤维素、纤维素和木质素的动态变化
• 3.3 吸附解吸实验
• 3.3.1 Cu、Zn吸附解吸平衡时间
• 3.3.2 pH对Cu、Zn吸附解吸率的影响
• 3.3.3 Cu、Zn的等温吸附、解吸曲线
• 3.3.4 DOM对Cu、Zn吸附解吸行为的影响
• 3.4 土壤吸附有机物的影响机理讨论
• 4 结论
• 5 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文