两种有机酸对茶园土壤团聚体吸附—解吸Zn2+、Cd2+特性影响研究

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我国植茶面积达4100多万亩,产量位列世界第一,是中国南方的支柱产业,茶类植物生长的土壤环境直接影响茶叶品质,各茶产区增产过程中,粗放管理及施肥导致土壤重金属含量逐年增加直接威胁植茶安全。柠檬酸作为一种低分子量有机酸,本身可被生物降解,能与重金属形成稳定的络合物,在一定程度上土壤重金属的吸附-解吸行为具有弹性调节作用;EDTA作为一种人工合成有机酸对大部分重金属有较好的螯合作用,柠檬酸和EDTA在重金属污染土壤的修复方面具有较好的应用前景。本文选取四川雅安蒙顶山茶园紫色土为研究对象,在添加不同浓度柠檬酸和EDTA的条件下,利用平衡吸附试验法,研究两种有机酸对原土及其不同粒径土壤团聚体(20.25mm、0.250.05mm、0.050.002mm、<0.002mm)吸附-解吸单一和共存态Zn2+、Cd2+的影响特性及差异,以期为预测植茶区土壤Zn2+、Cd2+环境容量及潜在污染状况,遴选污染防治修复方法提供理论依据。本文主要研究结论如下:(1)加入有机酸后,土壤团聚体对单一态Zn2+和Cd2+的吸附特征为:当两种有机酸浓度一定且粒径相同时,Zn2+、Cd2+离子浓度越高,原土及不同粒径的土壤团聚体对Zn2+、Cd2+吸附量越大。当Zn2+、Cd2+离子浓度及有机酸浓度固定时,土壤团聚体对Zn2+吸附量大小依次为:(<0.002mm)>0.050.002mm>原土>20.25mm>0.250.05mm;对Cd2+吸附量大小为:(<0.002mm)>0.050.002mm>原土>0.250.05mm>20.25mm。在不同浓度有机酸作用下,Zn2+吸附量变化特征与Cd2+一致。两种有机酸对Cd2+吸附能力更好。柠檬酸作用下土壤团聚体对重金属离子的吸附量大于EDTA,Langmuir方程和Freundlich方程对其吸附拟合效果均达到极显著水平,且Freundlich方程的拟合效果更好。(2)当加入柠檬酸和EDTA后,土壤团聚体对单一Zn2+和Cd2+解吸特征为:在一定的有机酸浓度和粒径条件下,随着初始重金属离子(Zn2+、Cd2+)质量浓度的增加,其易解吸率增加;而当粒径与重金属离子质量浓度一定时时,随着柠檬酸和EDTA浓度的增加重金属离子易解吸率增加;同一金属离子浓度和有机酸浓度条件下,Zn2+易解吸率排序为:0.250.005mm>20.25mm>原土>0.050.002mm>0.002mm,Cd2+易解吸率排序为20.25mm>0.250.05mm>原土>0.050.002mm>0.002mm。当有机酸浓度为10mmol/L,柠檬酸作用下对Zn2+的低于EDTA作用下的易解吸率,而柠檬酸作用下对Cd2+的易解吸率却高于EDTA。在有机酸的作用下,Cd2+的易解吸率大于对Zn2+的易解吸率。(3)在加入柠檬酸和EDTA的Zn2+、Cd2+共存体系中,Zn2+、Cd2+吸附能力均以小粒径最佳、原土次之、大粒径最弱,有机酸的吸附促进作用随Zn2+、Cd2+浓度增加会逐渐减弱;低浓度柠檬酸促进吸附作用优于EDTA,高浓度EDTA抑制吸附作用强于柠檬酸。Freundlich方程对有机酸作用下Zn2+、Cd2+吸附的拟合效果显著性优于Langmiur方程。Zn2+、Cd2+解吸率均为0.250.05mm>20.25mm>原土>0.050.002mm>(<0.002mm),且Cd2+解吸率整体高于Zn2+。(4)柠檬酸和EDTA对单一及共存Zn、Cd吸附-解吸特性主要影响为:两者均具有低(0.1mmol/L)、中(1mmol/L)浓度促进吸附,高浓度(10mmol/L)促进解吸的双重作用,而竞争吸附会弱化该作用。柠檬酸促进吸附效果更优,EDTA促进解吸更优。本研究以探讨茶园土壤整体及部分对Zn、Cd产生竞争或非竞争吸附效应的缓冲容量为前提,初步明确了通过改良土壤团聚体结构及利用两种有机酸来调控Zn2+、Cd2+土壤稳定性和迁移性,进一步探讨该调控机制实际作用范围和效果,将可能作为完善单一或联合修复机制,用以指导针对降低茶园土壤重金属单一及复合污染潜在风险,维护蒙山茶产区植茶生态安全的理论研究参考依据。
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