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土—水—气界面间氟的迁移机理及其生态效应

吴卫红  
【摘要】: 氟是人体和其它动物的必需元素,环境中氟的过量和缺乏都直接影响到人体健康,出现地方性氟病。土壤是是氟环境化学体系的枢纽,对氟在环境中的分布和运移有着直接的影响。研究土壤中的氟及其环境中的迁移转化过程对于地氟病的防治与重要的意义。本文以浙江省典型的水稻上和红壤等为样本,首次系统全面地研究了土-水-气界面中氟的迁移和枳累及其生态效应。主要研究结果总结如下: 1 土-水界而氟的迁移转化及其对地下水和食物链中氟迁移的影响 (1)对浙江省15种不同母质发育土壤的研究表明,土壤中各形态氟按含量高低呈如下趋势:残余态>>可交换态>水溶性>有机态>无定形氧化铁态。能为植物直接吸收利用的水溶性氟含量测定结果在0.12~1.72 mg/kg之间,平均含量为0.57mg/kg,占全氟0.11%。 (2)对各级形态氟进行相关分析表明,水溶性氟只与可交换态氟呈极显著正相关关系(r=0.7775),而可交换态氟除与水溶性氟早极显著正相关外,与无定形氧化铁态,和有机态氟均呈显著正相关。水稻土削面中的水溶性氟含量和可交换态氟含量呈同步增减的趋势。可交换态氟在一定条件下被认为可转化成水溶性氟。 (3)对土壤中氟形态与土壤性质进行的相关分析和逐步回归分析表明,土-水界面中水溶性氟含量主要受土壤pH值、粘粒含量和母质等因素的影响。水溶性氟与土壤pH值呈极显著的正相关关系。粘粒含量越高,水溶性氟含量越低。在15种土壤中,几种沉积物发育而成的土壤水溶性氟含量较高。杭嘉湖水稻土中海相沉积物发育的水稻土水溶态氟含量最高,河相沉积物次之,黄壤和红壤性坡残积物最低。而水溶性氟含量占全氟含量的百分比的大小排列顺序则是:海相沉积物>黄壤和红壤性坡残积物>湖沼相沉积物>河相沉积物>第四纪红土。 (4)渗白型水稻土(A-Ap-P)和潴育型水稻土(A-Ap-W)到面中的水溶性氟含量存在低-高-低变化,潜育型水稻土(A-Ap-G)和淹育型水稻土(A-Ap-C)剖面中水溶性氟的含量存在由低-高-高变化的趋势。 (5)杭嘉湖水稻土(520个土样)的系统调查表明,水稻土中的全氟与可交换态氟的含量呈正态分布,但水溶性氟的含量不呈正态分布。杭嘉湖地区水稻土的全氟含量范转在137.7~465.3mg/kg之间,算术平均值为294.1mg/kg,运低于我国土壤的全氟平均含量478mg/kg。水溶性氟含量范围在0.23~4.23mg/kg之间,算术平均 值为1NI。U比,占纠挤含量的0炉b,478%的卜品水溶寸风天量在0柏~1yfll红b 范围内 分折认为阶嘉湖水控土中氟日勺生物有效h天,A-Ap-卜。八-ApI八V和 A-Ap* slJ面中 hU氟一眨rj引 十不会导致地下水氟含量的明灵增高,而淹育型水稻上(A-人p- C)列向一元l勺淋芯up,有可能Z丁地下水中的琢六量产生影响。 二 土-沧芥If吓叶的迁移转化过程及义生态效l)y (1)4忡汝此夜对七壤中氟和铅的浸提能力的大小依次为;1m。!几*CI>lin。W i。AC(PH-48)”lmoMi KCI(PH=55)>H,O(PH。68)。四种浸提态氟含 量在茶园上壤别面中的分布,基本卜呈下列分布规律:A层>B层>C层。 门)茶园上壤中各浸提态氟的含量受茶树种植年限、茶园土壤母质和土壤 pH 值的影响,各浸提态铝和氟均随着茶园种植年限的增加而增加。对石英砂页岩、Q 红土和石灰岩发育的土壤,同样在植茶 45年后,石灰岩发育的 A层土壤 KC浸提 态、NH人Cd提态以及HCI浸提态氟含量的增幅最大。pH值分别与KCI浸提态氟 和 NH。AC浸提态氟呈显著的正相关关系,但与各浸提态铝不存在相关关系。 ()土壤中水溶态 F与水溶态川和 Ca,”KCI浸提态 F与 KCI浸提态 AJ和 Ca, N’M人C 72提态 F与 N-H人C浸提态川和 Ca,以及HCI浸提态 F与 HCI浸提态AI和 Ca之间成同步增减的正相关关系。 (4)茶[叶中的氟与A层土壤的水溶态氟、*O浸提态氟和*O浸提态氟,与B 层土壤 KC!浸提态氟和 HCI浸提态氟均呈上相关关系,但与 C层各浸提态氟不存在 相关关系。说明茶叶中的氟主要来源于A层与B层土壤。 (5)茶叶中的氟分别与茶叶中的 AI、Ca和 Fe呈显著正相关关系。成熟茶叶的 含氟量最高达503mg个g,是嫩茶叶的8-12倍。氟的浸出率平均为812%。在氟的 背景值较低的地区或上-水-气系统未受氟污染区域(如杭嘉湖地区),正常数量饮茶 (除砖茶或老茶叶外)一般不会引起氟地方性疾病。 3土-气芥面氟的辽移转化及其对大气质量的影响 门)不问温度下的氟逸出试验结果表明,高岭石在 5()0℃,蒙脱石在 700 C开 始有氟比物逸出,蛙石、针铁矿、水铝英石释氟的起始温度在500-700CC之间,各 衬土壤神沈氟化物的起始温度山在扣O-7皿”C之间;800℃是矿物与土壤高温下释氟 量的转祈点:介 1000C与 11 00C,各上


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