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重庆紫色土中砷含量分布及主要行为特征研究

邹强  
【摘要】: 砷是土壤中重金属的组成元素,除土壤背景外,大气和水体等环境要素中的砷均可通过各种途径转移到土壤中,造成砷在土壤中的富集,反之,土壤中砷也可以经各种化学迁移、生物吸附等过程从土壤中移出。因此,研究不同土壤中砷的背景水平和砷在土壤中的迁移、富集规律及其影响因子,对合理利用和保护土壤这种不可再生资源具有重要意义。目前,尽管针对重庆地区紫色母岩及其发育的各种紫色土中砷含量水平、分布已经有了一定的研究基础,但是,对砷在不同成土母岩及不同利用方式下紫色土剖面中的分布、迁移、富集,特别是土壤各种理化因素如磷-砷竞争吸附等对紫色土砷含量分布特征的影响缺乏系统研究。对此,本文以重庆地区主要紫色母岩发育的紫色土壤为对象,研究重庆紫色土剖面及其下伏母岩砷的含量水平和分布迁移特征,以期掌握砷在不同地质时期紫色土中的迁移和富集规律,进一步探明成土条件、土壤发育程度对紫色土中砷含量水平的影响,明确砷在紫色土中的主要化学行为特征,为准确评价重庆地区紫色土砷的含量水平和环境特征提供理论依据。 本研究在对土壤全砷测定预处理方法改进研究的基础上,对采至重庆市垫江、江津、永川、合川、忠县等18个区县不同紫色母质、不同利用方式的紫色土壤剖面中砷含量水平、分布规律及其影响因子进行了系统比较研究,取得如下结论: (1)采用HNO_3-H_2SO4-V_2O_5改进I法作为土壤全砷测定的预处理方法,其测定结果重现性好,砷元素流失少,变异系数小,加标回收率高,预处理过程操作简单,消解时间短,40 min左右可将土壤样品消解完全,消解过程中产生酸雾少,对消解室环境污染小。适宜做土壤全砷测定的简便、快速、准确的预处理方法。 (2)重庆市紫色土表层(0-20cm土层)全砷含量范围在3.42-18.0mg·kg~(-1)之间,平均含量为10.6mg·kg~(-1)。;略低于我国土壤表层全砷的背景含量(11.2 mg·kg~(-1)),是世界土壤中全砷平均含量(5.00 mg·kg~(-1))的2倍多。紫色土中间层(20-40cm土层)全砷含量范围在2.85-18.91 mg·kg~(-1)之间,平均含量为10.7mg·kg~(-1);紫色土深层(40cm土层)全砷含量范围在2.03-18.8mg·kg~(-1)之间,平均含量为10.7mg·kg~(-1)。低于我国深层土壤全砷的背景含量(11.5mg·kg~(-1))。重庆市紫色土表层全砷含量的分布特征为从西北向东南方向砷含量水平呈现逐渐由高变低的趋势,重庆市西北方向各区县紫色土表层全砷含量水平是东南方向各区县的2-3倍,紫色土表层全砷含量水平较多集中在7.50-12.5mg·kg~(-1)区间。 (3)土地利用方式不同,砷在重庆市紫色土剖面中分布规律存在明显差异。总体来看,旱地紫色土壤剖面中,全砷分布规律为耕作层心土层底土层,砷在耕作层中富集较明显;水田紫色土壤剖面为母质层犁底层表层,砷元素在母质层土体中轻微富集:水旱轮作为中间层母质层耕作层:园地母质层表层中间层,各层次间砷含量水平变化不大。 (4)重庆市侏罗系地质时期的4种紫色母岩中,砷的平均含量变化规律为遂宁组母岩(13.4mg·kg~(-1))蓬莱镇组母岩(8.80mg·kg~(-1))自流井组母岩(7.34mg·kg~(-1))沙溪庙组母岩(4.83mg·kg~(-1));相同类型不同岩性的紫色母岩,砷平均含量变化规律为泥(页)岩泥砂岩砂岩。 (5)成土母质是决定紫色土中砷元素丰都及分布规律的关键因素。研究结果表明,紫色母岩砷含量与其发育的紫色土剖面A层、B层和C层砷含量均达到极显著性水平相关,相关系数分别为R_A=0.903~(**)、R_B=0.907~(**)和R_c=0.941~(**)(n=18),均大于t_(0.01)=0.575(n=18),并呈现出相关系数由母质层(C层)向耕作层(A层)依次递减的规律。 (6)土壤基本理化性质也影响着紫色土中全砷含量水平,土壤全氮、速效钾、碱解氮含量与土壤全砷含量均呈显著性正相关,但误差通经系数(P_(ye)=0.783)表明土壤全氮、速效钾、碱解氮含量为土壤全砷含量分布的次要影响因素。. (7)土壤全铁、全锰及全锌含量与土壤全砷含量均呈极显著性正相关,相关系数分别为R=0.494~(**)、R=0.593~(**)和R=0.346~(**)(t_(0.01)=0.267 n=88),土壤全铜与全砷含量无显著性相关关系(R=0.068 n=88),铁作为造岩元素和土壤砷伴生成矿元素之一,其与土壤全砷含量的相关性最高,土壤中全铁分布规律可间接反应土壤全砷分布规律。 (8)砷、磷的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程描述,在酸性、中性和石灰性紫色土砷、磷的最大吸附量分别为1428.6、1250.0、1111.1和322.6、357.1、434.8mg·kg~(-1);砷、磷动力学吸附分为快慢两个阶段,快速吸附阶段为交换反应所控制,该段吸附可用一级动力学方程模拟其动态,慢吸附反应与土壤专性吸附有关,满足Elovich方程。解吸过程中砷、磷的解吸量均随着浓度的增加而增大。砷难于解吸,易解吸砷量占吸附砷量的比例在10%-29%之间;相比砷而言,磷较易于解吸,易解吸磷量占吸附磷量的比例在11%-50%之间。砷、磷共存时砷的吸附速度与吸附量均降低,土壤溶液中磷的存在能明显抑制紫色土对砷的吸附。


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