土壤重金屬遷移轉化的分子形態研究.pdf

1、重金屬是農業土壤環境和農產品中的重要污染物，重金屬在土壤礦物、生物等界面的遷移和形態轉化決定其在土壤圈中的歸趨和生態效應。近年來，隨著環境分子科學的發展和研究方法的突破，從分子水平深入認識重金屬污染物在環境介質中的反應機制成為環境科學新的研究熱點。本論文在傳統分析方法的基礎上，通過引入同步輻射X射線吸收光譜技術(SRXAS)，對重金屬在粘土礦物、土壤顆粒和植物根一土界面的分子形態進行了一些探討，主要研究結論如下：
　　 明確了C

2、u在蒙脫石和赤鐵礦表面結合的分子形態。在蒙脫石和赤鐵礦表面，Cu原子赤道平面上的四個水分子被O原子取代，形成Cu-0配位。在蒙脫石表面，Cu除了與片層邊緣0原子配位吸附外，還形成多核沉淀；在赤鐵礦表面，Cu除與O原子結合外，還存在兩種可能的結合形態，分別是形成內層配位和表面沉淀。通過草酸、Cu耐性植物海州香薷(Elsholtzia splendens)根分泌物、Cu耐性微生物(Pseudomonasputida CZ1)對礦物表面Cu結

3、合分子形態影響研究表明，草酸和海州香薷根分泌物將赤鐵礦和蒙脫石表面的Cu沉淀轉化為有機酸結合態，在礦物表面表現出活化作用；Cu的耐性微生物CZ1促進了Cu在赤鐵礦和蒙脫石中的吸附，且形成穩定性更好的Cu沉淀物，在礦物表面表現出固定作用，在CZl作用下，赤鐵礦和蒙脫石表面吸附的部分Cu轉化為草酸酸和氨基酸絡合態。
　　 突破了傳統的土壤重金屬形態分析方法，對Cu在污染土壤中結合的分子形態及其轉化過程進行量化。以礦區污染土壤為材料，

4、以硫化物結合態、礦物吸附態、腐殖質結合態的Cu為參比，通過不同分子形態Cu的同步輻射X射線吸收光譜特征分析，證明土壤中Cu含量大小依次為腐殖質結合態、赤鐵礦結合態、水鐵礦結合態、硅酸鹽礦物結合態和硫化物結合態；在根分泌物影響下，土壤溶液中以草酸和根分泌物類似絡合態Cu為主，土壤中水合離子態Cu顯著下降，表明海州香薷根分泌物對土壤溶液中的Cu具有絡合穩定作用；硫處理顯著促進了土壤的酸化，硫處理后土壤中水溶態Cu含量顯著上升，土壤溶液中85

5、.5％的Cu以有機酸類似絡合態存在。
　　 揭示了土壤中的Cu、Pb、As以膠體顆粒態遷移的規律，并對土壤可移動膠體顆粒中Cu的分子形態進行了探討。以諸暨礦區和上虞礦區污染土壤中的Cu、Pb、As為研究對象，通過土柱模擬淋溶實驗，發現土壤重金屬在遷移過程中，逐漸向膠體顆粒富集，并隨之遷移，證明土壤中重金屬遷移的主要形態是膠體吸附態，而不是水溶態。通過SEM和TEM-EDX分析，發現土壤中可移動顆粒主要由硅酸鹽礦物和有機質及鐵鋁氧

6、化物膠結物組成，在膠體顆粒表面，存在一些含Fe氧化物和重金屬硫化物的納米顆粒；通過同步輻射X射線吸收光譜分析，證實可移動膠體顆粒中有機質、Fe氧化物是重金屬的主要運移載體，并對不同分子形態的Cu含量進行了定量。
　　 揭示了在海州香薷根-土界面Cu的分子形態轉化規律。通過同步輻射X射線吸收光譜技術分析，海州香薷根系活動對Cu的分子形態產生了較大的影響，在海州香薷根際區域，根分泌物促進了赤鐵礦吸附態Cu的溶解，Cu主要與根分泌物中