牛粪源可溶性有机质对三嗪农药在西北黄土上吸附解吸行为的影响

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我国黄土主要集中分布在甘肃、宁夏、陕西等西北地区和华北地区,其中黄土高原地区占我国黄土面积的72.4%。西北黄土地处干旱、半干旱的高寒地区,其特点是有机质含量低、土质疏松、多孔。为提高土壤有机质含量,施加天然有机肥的农业行为在西北地区较为普遍。然而在天然有机肥土壤改良的同时,除草剂、杀虫剂等农药以及化肥的大量施用,给西北地区黄土土壤也造成了污染。阿特拉津(ATZ)和扑草净(PRM)具有成本低、杀草谱广等特点,是三嗪类农药中使用量较大的产品。常被用于种植玉米、甘蔗、茶园、高粱等农作物的田地里。ATZ和PRM都可以影响鱼类激素水平,会作为内分泌干扰物诱发人类癌症及先天性疾病,具有“三致”作用,可以干扰高级动物的中枢神经系统。目前ATZ和PRM在土壤、地表水、地下水等环境介质都有检出,甚至在农作物、牛奶等食物产品中都有检出。为了减少ATZ、PRM等三嗪农药对人类健康的影响,有必要了解这些有机污染在土壤中的迁移转化行为。基于以上背景,本研究对ATZ和PRM在典型西北黄土(灰钙土)中的吸附解吸行为进行探讨,同时研究牛粪以及从牛粪中提取可溶性有机质施加进西北黄土后对ATZ和PRM吸附解吸行为的影响。结果如下:(1)对牛粪源DOM进行表征分析显示:牛粪源DOM元素组成与腐熟鸡粪DOM和土壤DOM元素组成结果相似,(O+C)/N为31.43,说明牛粪源DOM极性较大;牛粪源DOM的SUVA254值和SVUA260值分别为0.021与0.018,表明牛粪源DOM的疏水性不强。光谱斜率SR值为2.848,表明牛粪源DOM主要由低分子量物质组成。E250/E365值为2.96小于3.5,说明牛粪源DOM中的腐殖质主要是胡敏酸;红外光谱3426 cm-1、2985 cm-1与2834 cm-1、1608 cm-1、1400 cm-1、1365 cm-1处出现吸收峰,表明牛粪源DOM主要由-COOH、-C=O、-CHO等不饱和度高的物质组成;核磁共振图谱中在23.93、30.46、30.46、72.62、174.85 ppm处有较大吸收峰,表明牛粪源DOM中含有较多-COOH、-CHO等官能团,含有较多蛋白质、多糖类物质;三维荧光光谱结果显示,牛粪源DOM成分的荧光峰属于Peak C Ex/Em=420/492 nm,FI值与BIX值分别为1.46和0.17;(2)ATZ和PRM在灰钙土上的吸附动力学结果显示,灰钙土对ATZ和PRM的吸附平衡时间分别为8 h、6 h,添加牛粪或牛粪源DOM会使ATZ的吸附平衡时间延长至16 h左右,使PRM的吸附平衡时间分别延长至8 h、12 h左右。无论是否添加牛粪或牛粪源DOM,ATZ与PRM在灰钙土上的吸附动力学均较符合准二级动力学模型,说明ATZ和PRM的吸附动力学过程较为复杂,其在灰钙土上的吸附由外部液膜扩散、颗粒内扩散和表面吸附等多个过程共同控制;颗粒内扩散分析结果表明,外部扩散是主要的速率控制步骤;(3)ATZ和PRM在灰钙土上的吸附热力学结果显示,低温更有利于ATZ在灰钙土上的吸附,无论是否添加牛粪或牛粪源DOM,随着温度的升高,PRM的吸附量降低,说明该吸附过程是个放热反应;Freundlich等温吸附模型能够较好地描述ATZ和PRM在灰钙土上的吸附过程,1/n均小于1,属于“L”型吸附,吸附过程均为多分子层的吸附;ATZ和PRM在灰钙土中解吸存在不同程度的滞后现象,灰钙土和添加牛粪灰钙土HI值小于0.7,存在正滞后作用,而添加牛粪源DOM提高了ATZ和PRM的解吸能力,其HI大于1,存在负滞后作用,表明添加牛粪或牛粪源DOM会对灰钙土吸附解吸ATZ和PRM的能力有一定影响;(4)影响因素结果显示,相同ATZ和PRM初始浓度下在灰钙土上的吸附量分别为土壤+牛粪组>土壤+牛粪源DOM组>土壤组,ATZ与PRM的初始浓度越高,牛粪或牛粪源DOM添加量越多,灰钙土对其吸附量越大。p H对于灰钙土吸附ATZ和PRM的影响显著,无论是否添加牛粪或DOM,随着p H的增大,灰钙土对ATZ的吸附量减小,对PRM的吸附量先增大后减小;添加牛粪、牛粪源DOM都会增强灰钙土对ATZ和PRM的吸附能力,添加量越多,增强效果越明显,且牛粪的效果比牛粪源DOM效果更显著。添加牛粪或牛粪源DOM都会增加灰钙土中有机质含量,促进灰钙土对ATZ和PRM的吸附,但是添加牛粪源DOM会促进土壤灰钙土中ATZ和PRM的解吸,增强其在灰钙土中的移动性,对地表水和地下水产生污染的风险提高。
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