镉与苯并[a]芘在东北土壤中的交互作用及相关机理

我国东北地区污灌历史较长，加之重工业快速发展引起的重金属与多环芳烃复合污染现象较为突出，目前对于复合污染条件下这两类污染物之间的交互作用及相关机理研究还比较薄弱，此方面研究将有助于人们全面、系统和准确地阐明环境问题的实质。本项目选择典型重金属-镉，代表性的多环芳烃-苯并[a]芘作为研究对象，以东北地区典型土壤草甸棕壤和黑土为供试土壤，将实验室模拟研究与异位实际复合污染土壤研究相结合，利用X-ray吸收精细结构光谱并结合传统土壤学方法，阐明不同类型东北土壤中上述污染物的结合与不同土壤组分间的分配特征；通过土壤悬液Wien效应研究法，明确苯并[a]芘、镉交互作用与土壤粘粒之间能量关系的变化规律；探明上述两种污染物的释放特征，揭示镉与苯并[a]芘在东北土壤中交互作用的机理，这将有助于人们更好地理解复合污染条件下这两种污染物的迁移转化行为，对重金属-多环芳烃复合污染土壤的治理与修复具有重要意义。

本文针对我国东北土壤重金属和多环芳烃复合污染的特点，选择典型重金属—镉、代表性的多环芳烃—苯并[a]芘(简称BaP)作为研究对象，利用X-ray吸收精细结构光谱(XAFS)、红外光谱、土壤悬液Wien效应研究法，结合传统土壤学方法技术，将实验室模拟研究与异位实际复合污染土壤研究相结合，开展镉与苯并[a]芘在东北土壤中交互作用及机理研究，为重金属—多环芳烃复合污染土壤修复、土壤环境质量基准制定提供科学依据。研究结论如下：.(1) 采用批量实验法进行镉与苯并[a]芘在不同类型东北土壤（草甸棕壤和黑土）中的吸附实验。镉在棕壤和黑土中的吸附等温线属于Langmuir型与Freundlich型，Langmuir模型在不添加BaP条件下，镉具有较高的模型拟合相关系数，而在添加不同浓度BaP时拟合的相关系数则偏低。加入苯并[a]芘后，重金属镉的吸附量下降，并且在相同条件下，镉在黑土中的吸附量要高于镉在棕壤中的吸附量。.(2) 黑土与棕壤的轻组分占的比例为9.99-10.84%、29.37-31.19%，而镉所占的比例为17.16-23.87%、49.30-56.62%。对于轻、重组分中镉的五种形态分析，加入苯并[a]芘后，交换态与碳酸盐态的比例增加，而残渣态与有机结合态的比例减小。.(3) 电位分析表明，随着加入苯并[a]芘，黑土与棕壤均发生了电位的正移，但苯并[a]芘加入前后，金属镉离子溶液的电位没有发生变化。黑土的平均结合自由能大于棕壤，在加入苯并[a]芘后，黑土、棕壤的平均结合自由能分别下降。在不加入苯并[a]芘的情况下，黑土的吸附自由能小于棕壤的吸附自由能，随着苯并[a]芘的增多，黑土与棕壤的吸附自由能的绝对值减小。