腐殖酸的氧化还原/配位络合特性及其对土壤中汞形态分异与活性钝化的影响机理

针对腐殖酸在维持土壤肥力、强化土壤污染物净化能力方面的重要性以及目前土壤汞污染治理的迫切性，在总结国内外腐殖酸性质及其对土壤汞形态分异与活性影响研究成果及存在局限的基础上，通过室内模拟研究和野外实地监测，比较不同土壤来源的腐殖酸对汞的氧化还原与配位络合反应特征，探讨制约其反应方向和进程的关键影响因素；分析实地土壤中腐殖酸含量、组成和性质与汞赋存状态之间的相关关系，研究不同腐殖酸状态土壤中汞的迁移转化与形态分异规律，揭示腐殖酸配位络合/氧化还原反应活性在调配土壤中汞迁移转化、形态分异和活性中的作用；通过对腐殖酸影响下土壤中各形态汞相互转化动态过程、土壤固相对土壤溶液中汞形态的调配过程、土壤汞形态含量与作物吸收累积的相关规律研究，系统揭示腐殖酸对土壤中汞形态分异与活性调控的过程与机理，为深化腐殖酸调控土壤肥力和污染净化能力的内在本质规律的认识及利用含腐殖酸材料治理土壤汞污染提供科学依据。

腐殖酸（HA）广泛存在于自然环境。由于其很高的反应活性，在维持土壤肥力、强化土壤污染物净化能力方面具有十分重要的作用。本项目以环境危害较大的重金属汞为例，通过室内模拟和实地监测，研究比较了不同来源HA与汞的氧化还原与配位络合反应特征及制约其反应方向和进程的关键影响因素；探讨了HA对土壤中汞的迁移转化与形态分异的影响规律，系统揭示HA配位络合/氧化还原反应活性在调配土壤中汞迁移转化、形态分异和活性中的作用。研究发现，不同来源HA对汞的还原能力具有明显差异，还原容量（RC）的测定可以表征HA的相对还原力，但不能反映HA对污染物Hg的实际还原容量，HA可作为污染物直接电子供体或 “电子中间传递体”实现对Hg的还原，提出了在不同外源化学、微生物电子供体存在情况下，HA还原汞的可能途径；还原过程受初始Hg2+、HA浓度，温度，pH，光照条件以及HA的物相状态的影响，明确了这些影响因子的作用方向与程度，并分析了其作用机制；研究认为，在HA-Hg溶液反应体系中，氧化还原反应与络合（螯合）作用发生进程与强度受HA中强（含S基团）、弱结合基团（含O基团）总量与比例的影响，Hg2+的还原主要发生在HA中的强结合位点被饱和以后，因此，Hg/DOC浓度比值是影响HA对Hg非生物还原过程的重要因子。HA不仅可使溶液体系中的Hg2+还原，同时还可还原矿物结合态汞，还原过程受矿物种类的影响。HA可显著改变进入土壤中的外源汞的转化方向和进度，促进土壤中水溶态汞、酸溶态汞和残渣态汞向碱溶态汞及有机结合态汞转化，不同土壤中汞的形态转化存在差异；HA通过影响汞在土壤固相中的转化与分配，进而可以调控汞在土壤溶液相中的赋存形态，土壤溶液相中总汞随HA含量的增加而下降；不同土壤溶液相中汞主要存在形态不同，灰棕紫泥以有机结合态为主，占溶液相总汞的56.6%，紫色潮土和矿质黄泥中以离子态为主，分别占总汞的为51.6%和64.0%，添加HA能增加土壤溶液中有机结合态汞含量，降低离子态汞的含量。HA通过对土壤及土壤溶液中汞形态转化与分配的影响，以及其对汞的还原挥发作用，最终对土壤汞表现出强烈的钝化效应，施用腐殖酸后作物吸收累积汞量大幅度减少，有效控制了汞向食物链的转移。研究结果为深化腐殖酸调控土壤肥力和污染净化能力的内在本质规律的认识及利用含腐殖酸材料治理土壤汞污染提供科学依据。