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酸雨条件下成都市区土壤镉的释放及固液相平衡研究

作　者: 黄艺
导　师: 倪师军；张成江；曾英
学　校: 成都理工大学
专　业: 地球化学
关键词: 土壤镉酸雨释放拟合固液平衡
分类号: X131.3
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

酸雨不仅直接影响植物的生长，更严重的是它能使土壤中本来已钝化的有害重金属的溶解性增加，被作物吸收的有效态也会增加，从而对食物链产生危害，也可能使溶解态的重金属随土壤水下渗而使地下水源遭受污染。成都市从2004年起被划入国家酸雨控制区，据调查，近年来成都市的酸雨污染有加重的趋势。另据最新的研究结果显示，成都市农业土壤中重金属镉含量偏高，部分地区甚至超过了国家土壤环境质量三级标准。虽然成都市土壤镉偏高的事实已经引起人们的关注，但是镉在土壤中的形态、活化和迁移等地球化学行为目前还不清楚。而且成都市的酸雨环境对土壤中镉的活化、释放的影响机制和影响程度目前也没有研究清楚。要有效解决污染控制问题，必须掌握酸雨条件下土壤中镉的活化和释放机理以及土壤含镉体系固-液相平衡特征，而这两个关键问题的研究目前都处于探索阶段，尤其是土壤溶液中镉的平衡相关系研究，迄今尚无可以借鉴的成果。本文的研究工作正是基于解决上述问题而开展的。本文以成都市为研究区，选取城郊的典型土壤为研究对象，根据成都市降雨特征，模拟一定范围pH及主要阴、阳离子浓度配制成母液，在室内开展酸雨淋滤实验，以确定酸雨中影响土壤镉溶解度的关键因素，探明其对镉释放的影响程度。在此基础上，首次采用等温溶解平衡法开展四元体系Cd²⁺，Na⁺／／Cl^-，SO₄^2-常温下（298K）的固-液相平衡研究，以考察镉在土壤固-液两相中的平衡状况，从而客观、真实地反映自然条件下镉在表生环境中的活化和固定，并预测自然和人为作用影响下水土体系中镉的环境地球化学行为。研究成果具有普遍适用性，能应用于其它重金属污染元素在表生地球化学系统中生物地球化学行为的研究。本文的研究结果表明：从总体上说，酸雨加速了土壤镉的释放。不同类型土壤在同样的酸雨条件下，其中所含镉的释放速度和最大释放量也不同。酸雨pH值和主要阴、阳离子浓度对镉释放的影响有明显的规律。本文创建的反三角函数方程对多种酸雨条件下土壤吸附态镉释放过程的拟合度最佳，此外多项式方程、双常数方程也能较好地描述这一过程。土壤吸附态镉释放的过程可以分为快反应和慢反应两个阶段。以动力学方程分别拟合了两个阶段的实验数据，确定多项式方程、双常数方程和抛物线方程均可用以描述这两个阶段镉的释放过程。在对土壤含镉体系热力学相平衡的首次研究中发现，常温下该平衡体系存在复盐区，且当固-液两相达平衡时，各盐的溶解度要受到彼此之间的影响，通常都有一定程度的降低，从而影响其生物活性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章引言  10-24
  1.1 环境中镉的来源与分布  11-12
  1.2 土壤镉的赋存形态及其影响因素研究现状  12-15
  1.3 酸雨对土壤镉解吸影响的研究现状  15-17
  1.4 土壤镉吸附解吸过程的研究现状  17-19
  1.5 环境中含镉体系的热力学相平衡研究现状  19-22
  1.6 主要研究内容及创新点  22-24
第二章研究区概况  24-29
  2.1 自然地理概况  24
  2.2 土壤类型及分布  24-27
  2.3 农业经济概况  27
  2.4 农业生态环境现状  27-29
第三章实验部分  29-35
  3.1 淋滤实验  29-31
    3.1.1 供试土壤  29
    3.1.2 化学试剂及分析仪器  29
    3.1.3 实验装置  29-30
    3.1.4 实验方案  30-31
  3.2 相平衡实验  31-35
    3.2.1 体系组分的的确定  32-33
    3.2.2 试剂和仪器  33
    3.2.3 分析方法  33
    3.2.4 实验方法  33-35
第四章淋滤实验结果与讨论  35-53
  4.1 淋滤实验结果  35-41
  4.2 酸雨作用下两种土壤镉释放的特征  41-51
    4.2.1 土壤镉释放量的日变化  41-42
    4.2.2 土壤镉的累积释放量  42-44
    4.2.3 滤出液pH、Eh变化特征  44-46
    4.2.4 酸雨酸度对土壤镉释放量的影响  46-47
    4.2.5 酸雨中SO_4~(2-)和NO_3~-对土壤镉释放量的影响  47-48
    4.2.6 酸雨中Ca~(2+)和NH_4~+对土壤镉释放量的影响  48-49
    4.2.7 酸雨中SO_4~(2-)/NO_3~-对土壤镉释放量的影响  49-51
  4.3 本章小结  51-53
第五章土壤镉释放动力学方程拟合  53-90
  5.1 常见动力学方程及参数的物理意义  53-54
  5.2 土壤镉释放过程的分段模拟  54-59
  5.3 水稻土镉释放动力学方程拟合  59-73
  5.4 黄壤镉释放的动力学方程拟合  73-86
  5.5 土壤镉的解吸机理  86-88
  5.6 本章小结  88-90
第六章常温下土壤含镉体系固-液相平衡研究  90-98
  6.1 交互四元体系Cd~(2+),Na~+//Cl~-,SO_4~(2-)298K相平衡研究现状  90
  6.2 实验步骤  90-91
  6.3 相平衡实验研究结果  91-93
  6.4 物化性质实验研究结果  93-96
  6.5 结果讨论  96-98
结论  98-104
致谢  104-106
参考文献  106-111

酸雨条件下成都市区土壤镉的释放及固液相平衡研究

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