土壤轻/重组有机质对重金属镉的迁移阻滞效应研究

土壤有机质组分对重金属有较强的吸附作用，从而影响到重金属在土壤中的迁移转化过程和生物有效性。受成土母质和发育年限等因素的影响，土壤有机质组分特征差异显著，目前土壤有机质概念笼统，所包含的不同物理组分对重金属的迁移阻滞效应是一个值得关注的环境化学问题。本课题拟在不破坏有机质原状结构的前提下，用密度分组的物理方法分类提取我国典型土壤中轻组和重组有机质组分，综合运用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、环境扫描电镜（ESEM）、激光共聚焦扫描显微镜（LCSM）和核磁共振（13C-NMR）等微观和波谱学表征手段，探索性地考察重金属镉在土壤不同有机质组分表面的物理化学行为。该研究有助于进一步理解不同有机质组分对重金属吸附和解吸释放特征的影响，同时为重金属污染土壤修复、土壤环境容量的制定和生态风险评价等提供科学依据。

土壤有机质组分对重金属有较强的吸附作用，直接影响重金属在土壤中的迁移转化过程和生物有效性。由于成土母质和发育年限等因素的影响，土壤有机质组分特征差异显著。本课题在不破坏有机质原状结构的前提下，采用密度分组法分类提取我国典型土壤中轻组和重组有机质组分，研究其对重金属镉在土壤中迁移阻滞的作用特征。研究表明，利用NaI重液（密度为1.7 g/cm3）浮选分离后得到的轻组有机质主要成分为非矿物质态植物残体，而对重金属镉迁移阻滞影响较大的重组有机质主要由与粘土矿物牢固复合的腐殖质物质组成，统称为有机矿质复合体。通过研究镉在不同粒径(粘粒、粉粒、细纱、粗砂)有机矿质复合体中的吸附解吸过程、形态分布与迁移性能，表明吸附与解吸反应是影响重金属镉在土壤中迁移阻滞的重要化学过程，土壤中有机矿质复合体粒径大小对镉的迁移阻滞影响较大。在吸附阻滞过程中，镉的最大吸附量随着有机矿质复合体的粒径增大而减小，各粒径复合体对镉的吸附解吸符合二级动力学过程，且吸附解吸速率随粒径的增大而减小，X射线衍射结果表明不同粒径有机矿质复合体均属于蒙脱石图谱，所含基团主要为缔合羟基、甲基和醇基，晶体片层中的钠、钙离子能与吸附的镉离子发生交换反应，从而使晶体片层层间距加大，产生阻滞效应；有机质含量是影响镉迁移阻滞过程的主要因素，粒径较小的粘粒和粉粒中因有机质含量高吸附量大而迁移阻滞明显，红外光谱特征分析结果表明其富含的羟基、羧基、N-P键等基团对镉的吸附解吸起关键作用，吸附在有机质含量较高的粉粒和粘粒有机矿质复合体中的镉离子主要以可交换态和Fe-Mn氧化物结合态赋存，其迁移性和生物有效性均低于以交换态分布在粗砂和原土中的镉离子。