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溶解性有机质对土/气界面汞释放的影响

曾冯合子  
【摘要】: 环境汞污染问题自20世纪50年代日本发生水俣病(Minamata Disease)事件以来,一直是环境科学领域的研究热点问题之一。最近十几年来,人们发现汞可以通过大气环流发生长距离传输污染,因而大气汞的库存量及其输入与输出通量受到特别关注。据估计,全球每年输入到大气中汞的总量约为6000-7500 t,其中自然释汞约占1/3。在自然释汞源中,土壤是最主要的汞源之一。散发到大气中的汞经过一定时间和距离的传输后,超过90%的部分最终会回落到陆地生态系统,并通过陆生食物链威胁人类健康。施用有机物料是农业生产中广泛应用的农艺措施,有研究发现,有机物料进入土壤后会产生大量溶解性有机质(DOM),DOM化学性质非常活跃,对重金属Hg吸附解吸、迁移转化及生物毒性有显著的影响。因此,本试验以重庆市典型土壤--紫色潮土、黄壤和紫色土为调查研究对象,采用模拟试验研究DOM在各种条件下对土/气界面汞释放量的影响,同时对模拟前的紫色土中的汞形态进行分析,研究DOM在各种条件下对紫色土中汞形态变化的影响,最后考察在DOM影响下紫色土中汞各形态变化与土/气界面汞释放量之间是否有相关性。研究结果如下: 在模拟试验中对土/气界面汞释放量的监测结果中可以得知:在三种土壤中加入DOM后,会降低土/气界面的汞释放量;不同的DOM对汞释放量的影响程度不同,其中以堆肥DOM对汞释放量的抑制作用最强;DOM对土/气界面汞释放量的影响与其添加量即最后土壤中的DOM浓度有关,随着土壤DOM浓度的增加,其对土/气界面汞释放量的抑制作用也越强; 在本试验中的两种外源汞浓度下,添加三种DOM都基本上对三种土壤的土/气界面汞释放量有不同程度的抑制作用,并且这种抑制作用会随外源汞浓度的增大而变得更加明显; DOM对土/气界面汞释放量的影响和其与土壤汞的作用时间,即陈化时间有关,随着陈化时间的增长,无论是否添加DOM,土/气界面的汞释放量都呈下降趋势。未添加DOM的土样,其土/气界面汞释放量下降程度要比添加了DOM的更大; 由于土壤的理化性质各异,如pH、机械组成等的不同,使得三种土壤在同种条件下土/气界面汞释放量的大小不同,其顺序基本为紫色潮土>紫色土>黄壤。 在模拟试验中对模拟前紫色土中汞形态的分析结果中可以得知:添加DOM后会使紫色土中各形态含量发生变化。与未添加DOM的土样比较,腐殖土DOM使水溶态酸溶态含量下降,碱溶态、有机态和残留态含量上升;堆肥DOM会使水溶态、酸溶态和有机态含量下降,而使碱溶态和残留态含量上升;稻草DOM会使水溶态、酸溶态含量下降,而使碱溶态、有机态和残留态含量上升; 随着三种DOM添加量的增加,水溶态和酸溶态汞含量都有下降的趋势,其中以稻草DOM最为明显,并且残留态汞含量随稻草DOM添加量的增加有明显的上升趋势; 未添加DOM和添加堆肥DOM的土样受陈化时间长短的影响不大,添加腐殖土DOM和稻草DOM使紫色土中酸溶态汞含量随时间推移明显下降,而残留态汞明显上升;在添加了稻草DOM的紫色土中,酸溶态的下降趋势很明显,从1d到3d,下降了0.0276mg/kg,从3d到5d下降了0.0097mg/kg,总共变化0.0373mg/kg。 和未添加外源汞的土样相比,添加外源汞使得汞形态分布发生变化;外源汞浓度不同,汞形态分布也有所差异,并且汞浓度越大,DOM的添加使得汞形态含量分布对照未添加DOM时的变化也越大。 对整个试验过程中紫色土土/气界面汞释放量和相对应的土壤汞形态含量进行相关性分析,发现紫色土土/气界面的汞释放量与水溶态汞和碱溶态汞含量的变化有相关关系,其中水溶态是正相关关系,相关系数为0.479~(**),碱溶态为负相关关系,相关系数为-0.524~(**),两者都达到了极显著水平。


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