陆地生态系统中水溶性有机质的环境效应

目前水溶性有机质 ( Dissolved Organic Matter)已逐步成为陆地生态系统中的一个研究热点。系统地评述了陆地生态系统中 DOM的组成特点及其环境效应。尽管关于陆地生态系统中 DOM的研究还不完善 ,至今对其性质、组成和分类方法等问题看法不一 ,但现有结果已经表明 DOM是一种十分活跃的重要化学组分 ,它对陆地生态系统中污染物质的溶解、吸附、解吸、吸收、迁移和生物毒性、微生物活动以及土壤形成过程等均有显著的影响。影响 DOM在陆地生态系统中的环境效应的主要因素包括 :DOM与污染物的络合作用、污染物溶解 /沉淀作用、土壤对 DOM的吸附作用、土壤质地、酸碱缓冲作用等。

水溶性有机质对土壤吸附菲的影响

研究了来源于稻草腐熟物的外源水溶性有机质(DOM)和土壤本身固有的内源DOM对有机碳含量不同的3种土壤吸附菲的影响.结果表明,不同处理土壤对菲的吸附曲线均为线性,其吸附系数(Kd)与土壤有机碳含量(foc)正相关.去除内源DOM后,黄棕壤、红粘田和黑土吸附菲的Kd值增加了7.08%～21.4%,增加量(ΔKd)和增加幅度与foc正相关,表明土壤中存在的内源DOM抑制土壤对菲的吸附.而外源DOM对土壤吸附菲的影响与其浓度密切相关.在供试浓度范围(0～106mgDOC.L-1)内,红粘田吸附菲的Kd值随加入外源DOM浓度的提高先增大后减小.外源DOM浓度为28mgDOC.L-1时,红粘田吸附菲的Kd值增加了19.5%;而当外源DOM浓度≥52mgDOC.L-1时,则明显抑制菲的吸附.内源和外源DOM对土壤吸附菲的影响,主要与DOM和菲在溶液中的结合作用、在土壤中的累积吸附效应等有关.

模拟酸雨对红壤中铝和水溶性有机质溶出及重金属活动性的影响

在模拟酸雨作用下 ,研究了重金属污染和未污染的酸性红壤和黄红壤中铝和水溶性有机质的溶出以及对重金属活动性的影响。结果表明 ,随模拟酸雨pH值下降 ,土壤pH值和盐基饱和度明显降低 ,而交换性酸度明显增加 ,污染土壤中交换性氢含量比未污染土壤高 ,而交换性铝含量比未污染土壤低。铝溶出量与模拟酸雨pH值密切相关 ,当模拟酸雨pH值在 5 .60～ 3.5 0时 ,供试红壤浸出液中铝浓度几乎在同一水平 ;当pH≥ 4 .5 0时 ,供试黄红壤中溶出铝亦未明显变化 ;当模拟酸雨pH =3.5 0时 ,未污染黄红壤中铝溶出明显增多 ;当pH =3.0 0时 ,供试土壤中铝溶出量急剧增加。随模拟酸雨pH值下降 ,污染土壤中铝溶出比未污染土壤低 ,而有效态重金属活动性明显增加 ;污染土壤中水溶性有机质比未污染土壤溶出明显增加 ,水溶性有机质 -重金属络合体促进了重金属的溶解迁移行为。

废弃物中水溶性有机质对土壤吸附Cd的影响及其机制

通过等温吸附试验研究了 5种来自不同固体废弃物的水溶性有机质 (DOM)对土壤中Cd吸附行为的影响 .研究结果表明 :DOM对土壤中Cd吸附行为的影响与土壤类型和DOM种类有关 ,其影响机理主要是DOM的酸碱缓冲作用和络合作用 .酸性土壤中 ,猪粪DOM对Cd吸附的促进作用最强 ,而脱水污泥、堆腐污泥、消化污泥、小麦秸杆DOM的促进作用较弱 ,且差异不大 ;中性土壤中 ,各种DOM均抑制Cd的吸附 ,抑制效果由大到小顺序为 :堆腐污泥DOM >消化污泥DOM≈小麦秸杆DOM >脱水污泥DOM >猪粪DOM ;碱性土壤中 ,5种DOM同样表现为对Cd吸附的抑制作用 ,抑制效果由大到小顺序为 :堆腐污泥DOM >消化污泥DOM >脱水污泥DOM≈猪粪DOM >

土壤中水溶性有机质的结构特征及环境意义

采用元素分析,1H—NMR和FTIR研究了3种水稻土中水溶性有机质(DOM)的组成及结构特征,并与富里酸(FA)、胡敏酸(HA)进行了比较。结果表明,DOM主要由碳水化合物组成,芳香族物质少,烷基链烃含量少且支链短,分子结构简单;HA含有大量的芳香族不饱和物质,烷基链烃含量多且支链长;FA含有大量的羧基官能团。3种土壤HA的结构组成相似,而DOM则变化较大,即桑园土壤DOM碳水化合物含量相对较多;水杉土壤DOM烷烃物质和芳香族不饱和物质较多,而碳水化合物相对少;水田土壤DOM介于两者之间。

应用光谱分析技术研究土壤水溶性有机质的分组及其结构特征

本研究以Leenheer的分组方法为基础 ,采用XAD 8树脂分组水稻土水溶性有机质 (DOM ) ,并通过元素组成、1H NMR和FTIR详细研究了疏水酸性 (HOA)、酸不溶 (AIM )、疏水中性 (HON)和亲水性 (HIM)等组分的结构特征。土壤DOM组成中HOB含量最少 ,HON含量为 7%～ 15 % ,HIM是土壤DOM中最大组成部分 ,达 35 %以上 ,HOA与AIM之和为 5 0 %左右。元素分析、FTIR及1H NMR分析结果表明DOM各组分结构特征差异显著 ,HON以含有大量的长链烷烃为主要结构特征 ,并含有较多氨基酸、多肽等含氮类物质。HOA类似于土壤富里酸 (FA) ,含有大量羧基 ,但与FA相比芳香族物质减少 ,碳水化合物增多。AIM以多酚类、腐殖质结合的碳水化合物为主要组成物质。

湖泊沉积物中水溶性有机质对吸附磷的影响

以分别属于不同营养水平的五里湖和东太湖沉积物为研究对象,通过吸附试验,研究了水溶性有机质(DOM)对沉积物吸附磷酸盐等温线和动力学曲线的影响。结果表明:(1)DOM没有改变沉积物吸附磷动力学曲线的基本趋势,在前10 h内,沉积物对磷的吸附具有较大速度,20 h后基本达到吸附平衡;DOM提高了沉积物吸附磷的速度,特别是提高了0-0.5 h内的吸附速度,其中东太湖沉积物由82.34 mg kg-1h-1增加到97.18 mg kg-1 h-1,五里湖沉积物由12.21 mg kg-1h-1增加到59.17 mg kg-1h-1;(2)DOM明显改变了沉积物吸附磷等温线,对沉积物吸附磷具有促进作用,提高了沉积物吸附磷的效率,其中东太湖沉积物,DOM使其对磷的吸附效率由123.3 L kg-1增加到164.8 L kg-1,五里湖沉积物,DOM使其对磷的吸附效率由94.56 L kg-1增加到206.3 L kg-1;(3)DOM对有机质含量较高、严重污染的五里湖沉积物吸附磷的影响大于对有机质含量较低、中营养水平的东太湖沉积物的影响。

水溶性有机质对茶园土壤氟形态的影响

采用元素分析与傅里叶变换红外光谱相结合的方法分析了腐熟鸡粪中水溶性有机质(dissolved organicmatter,DOM)的结构及组成,通过溶液连续提取-电位分析法分析茶园土壤中氟的形态及含量。结果表明,腐熟鸡粪DOM中C、O、H和N元素含量占元素总量的93%,其中C和O的含量大于H和N,C/H和C/N较大,C、H饱和度低,含有较多羧基、醛基、酮基等不饱和度高的物质。水溶态和有效态氟含量随外源DOM添加量的增加而降低,呈负相关关系;而土壤铁锰结合态氟、有机结合态氟含量则随外源DOM添加量的增加而升高,呈正相关关系。外源DOM的加入可降低茶园土壤水溶态和有效态氟含量,提高了铁锰结合态氟、有机结合态氟含量,降低氟的生物可利用性。

水溶性有机质对土壤中镉吸附行为的影响

水溶性有机质 (DOM)是陆地生态系统和水生生态系统中的一种很活跃的组分 .本文以赤红壤、水稻土和褐土作为供试土壤 ,研究了来源于稻秆和底泥的DOM对土壤中Cd吸附行为的影响 .DOM对土壤中Cd的吸附行为具有明显的抑制作用 .这种抑制作用与土壤类型和DOM种类有关 .在 3种供试土壤中 ,无论添加稻秆DOM还是底泥DOM ,都会使Cd的最大吸附容量和吸附率明显降低 ,其下降幅度为17 3%～ 93 9%.在添加同一种DOM的前提下 ,DOM对Cd吸附的抑制作用均为 :赤红壤 >水稻土 >褐土 .如果不添加DOM ,则土壤对Cd的最大吸附容量主要取决于土壤固相的吸附特性 ,添加DOM后土壤对Cd的最大吸附容量则主要取决于液相中的DOM .由此推断 ,传统的看法 ,通过施用有机肥来固定土壤中的Cd并达到治理重金属污染土壤的观点值得商榷 .

土壤中水溶性有机质的结构特征及其与富里酸、胡敏酸的比较

采用元素分析、1HNMR和FTIR研究了黄泥土中水溶性有机质组成及结构特征,并与富里酸、胡敏酸进行比较。结果表明:胡敏酸含有大量的芳香族不饱和物质,烷基链烃多,支链长;富里酸以含有大量的羧基为主要结构特征;水溶性有机质主要由碳水化合物组成,含有大量的羟基,芳香族不饱和物质少。

水溶性有机质对Cd和Zn在土壤表面竞争吸附的影响

采用平衡吸附法,研究了水溶性有机质(DOM)对Cd和Zn在一种碱性土壤表面竞争吸附的影响。结果表明:稻草DOM、污泥DOM、菜叶DOM的存在使Cd和Zn在二元重金属共存体系中的吸附量均降低,其中稻草DOM对重金属吸附的抑制率最高,污泥DOM次之,菜叶DOM的抑制强度最弱,且3种DOM对Zn吸附的抑制均强于对Cd吸附的抑制,进而减弱了Cd与Zn之间竞争吸附的强度。相对于20℃而言,稻草DOM在30℃和40℃时加剧了Zn和Cd在土壤表面竞争吸附的强度。研究结果有助于对多种重金属复合污染土壤的合理评价和有效治理。

土壤中水溶性有机质及其对重金属化学与生物行为的影响

土壤水溶性有机质是陆地生态系统和水生生态系统中一种重要的、很活跃的化学组分 ,已成为环境科学、土壤学和生态学等学科的研究热点 .土壤DOM对重金属化学与生物行为有重要影响 ,但其机理尚不清楚 .文中从土壤性质、环境条件、人为因素等方面阐述了土壤DOM产生及影响因素 ,总结评述了DOM对重金属化学行为和生物有效性的影响 ,将DOM对重金属的影响机制归纳为络合机制、竞争吸附机制、酸碱缓冲机制 .在此基础上 。

水溶性有机质原位覆盖对含硫煤矸石的污染控制

为评价利用富含天然水溶性有机质的废水覆盖处理对含硫煤矸石污染物释放的原位控制效果,分别采用过滤后的沼液覆盖(水溶性有机质1,OC-1)、养殖废水覆盖(水溶性有机质2,OC-2)及清洁水源水覆盖(对照,CK)对煤矸石进行浸没(覆盖)处理。经550 d的连续浸没试验,结果表明:与对照相比,煤矸石在2种天然水溶性有机质覆盖处理后的550 d的内,均能显著抑制煤矸石的氧化产酸,使水溶性有机质处理后上覆水样的pH一直维持中性偏碱的水平,显著降低了煤矸石周边水环境的氧化还原电位(pOC-1=0.000 01;pOC-2=0.000 01),并显著降低了煤矸石上覆水样中Fe、Mn、Cu、Zn及SO42-和F-等阴阳离子的浓度(pOC-1均<0.01;pOC-2也均<0.01);且2种水溶性有机质覆盖上覆水样中的溶出离子浓度之间没有显著性差异(pEC=0.251 5、pEh=0.319 8、pFe=0.992 8、pMn=1、pCu=0.939 7、pZn=0.993 1、pSO42-=0.124、pF-=0.073 8)。而清洁水源水(对照)处理的上覆水样则呈现煤矿山酸性废水的典型特征,即较低的pH(2.52)、较高的EC(3 730μS/cm)、Eh(502 mV)和酸度(1 383 mg/L),同时富含Fe、Mn、Cu、Zn等金属离子及SO42-和F-等阴离子。说明天然水溶性有机质覆盖处理可有效抑制含硫煤矸石的氧化酸化及多种特征污染物质的溶出释放。因此,可考虑采用一定浓度的养殖废水及沼液等天然水溶性有机质作为煤矸石覆盖材料对含硫煤矸石进行原位污染控制及治理。

水溶性有机质对土壤硝化作用过程的影响

以江苏省宿迁市潮土为供试土壤,设置DOC220、DOC440和DOC880 3个添加水溶性有机质(DOM)处理,分别含有机碳(DOC)220、440和880 mg.L-1。试验结果表明,DOM对硝化过程有一定的抑制作用,在培养第16天时,未添加DOM的对照中NH4+-N几乎100%已经转化为NO3--N,而添加DOM的3个处理硝化率分别比对照降低7.83%、13.60%和19.12%;与对照相比,添加DOM的处理中NH4+-N含量降低缓慢,但培养过程中亚硝酸盐的积累显著增加,对照在第12天时NO2--N达到最大积累量67.83 mg.L-1,而DOC220、DOC440和DOC880处理土壤中NO2--N积累量分别在第12、14和16天达到最大值,与对照相比积累量分别增加21.17%、33.91%和59.90%。此外,DOM的添加也降低了NO3--N的生成速率,到第16天时,对照已经达到最大积累量143.61 mg.L-1NO3--N,但此时DOC220、DOC440和DOC880处理中NO3--N含量比对照分别低41.97、78.09和91.30 mg.L-1。为排除因添加DOM带来外源氮所引起的影响,同时进行了相同初始氮量下添加DOM与单施(NH4)2SO4对硝化作用影响的比较试验,结果同样表现出亚硝酸盐积累量的增加和NO3--N生成速率的降低,表明DOM中所含的有机碳及小分子化合物影响了硝化作用。高有机质环境下存在潜在的亚硝酸盐积累风险,对土壤和水体生态系统健康可能有一定影响。

水溶性有机质对镉在土壤中吸附行为的影响

水溶性有机质(DOM)是环境中最为活跃的化学组成之一,无疑会对土壤中重金属的迁移转化具有很大的影响。通过等温吸附试验和动力学试验,研究了由猪粪和稻草提取的DOM对重庆市菜地典型土壤中Cd吸附行为的影响。结果表明:Cd在土壤中的吸附行为由于土壤类型和添加的DOM种类的不同而有所差异,在紫色土中,稻草DOM对Cd的吸附表现出明显的抑制作用,而猪粪DOM在低浓度时对Cd的吸附有抑制作用,但在较高浓度时,猪粪DOM反而表现出对Cd的促进吸附;在黄壤中,稻草DOM也有使Cd的吸附减少的趋势,而猪粪DOM对Cd的吸附有强烈的促进作用。

水溶性有机质对南京城郊菜地土壤Pb吸附解吸行为的影响

通过批处理试验研究了不同来源的水溶性有机质(DOM)对南京城郊菜地土壤铅(Pb)吸附解吸行为的影响。研究结果表明,DOM抑制了土壤对Pb的吸附,随着DOM浓度的增加,土壤对Pb的吸附量减少,当DOM体积从0增加到21 mL时,土壤对Pb的吸附量分别减少5.34%(鸡粪)、24.12%(牛粪)和0.35%(有机肥)。不同来源的DOM也影响土壤对Pb的吸附程度。当添加低浓度的DOM(添加体积小于6 mL)时,土壤对Pb的吸附量顺序为鸡粪DOM<牛粪DOM≈有机肥DOM;当添加高浓度的DOM(添加体积大于6 mL)时,土壤对Pb的吸附量顺序为牛粪DOM<鸡粪DOM<有机肥DOM。反之亦然,DOM促进了土壤Pb的解吸,解吸量随添加DOM浓度的增大而增加。不同来源的DOM对土壤Pb解吸程度的影响也有所差异。对于低污染土壤,Pb的解吸量顺序为鸡粪DOM>牛粪DOM>有机肥DOM;对于高污染土壤,Pb的解吸量顺序为鸡粪DOM>有机肥DOM>牛粪DOM。Pb吸附动力学曲线揭示,添加DOM延缓了土壤Pb吸附平衡到达的时间。本研究表明,DOM增加了土壤Pb的环境风险。

蕹菜镉积累品种根际土壤水溶性有机质的结构特征研究

采用FTIR和1H NMR、13C NMR研究了蕹菜Ipomoea aquatica Forsk.低Cd品种(QLQ)和高Cd品种(T308)根际土壤水溶性有机质(dissolved organic matter,DOM)的结构特征。结果显示蕹菜两个品种根际土壤DOM均以碳水化合物为主要组成物质,烷基链烃和芳香族物质较少。两个品种根际土壤DOM的结构特征存在明显差异。QLQ根际土壤DOM中羧基C和长链脂肪C的相对含量较T308低,但芳香族物质含量较T308高,烷基链烃物质具有含量高、支链短、分支多的特征;QLQ根际土壤DOM中碳水化合物H含量较T308低,但碳水化合物C含量较T308高,显示碳水化合物结构可能存在品种间差异。推测QLQ根际土壤DOM的结构特征可能影响根际土壤Cd的行为与有效性,导致其对土壤Cd的活化能力较弱,这可能与其低Cd积累特性有关。

水溶性有机质对土壤吸附有机污染物的影响

在自然环境中,水溶性有机质(DOM)会对土壤吸附有机污染物产生影响.基于已有的成果,本文综合分析了DOM的有关因素对土壤吸附有机污染物的影响.研究表明,不同来源的DOM的亲疏水组分比例不同;随着腐解时间的增长,亲水组分减小,疏水组分增加.外源DOM的极性与亲疏水组分所含官能团的种类和数量、分子量均会影响有机污染物的吸附;DOM的临界值浓度与土壤有机质含量负相关.当DOM浓度大于临界值时抑制吸附,反之促进吸附.DOM具有酸碱缓冲作用,影响土壤溶液的pH,进而影响对有机污染物的吸附.由于土壤内源DOM对有机污染物具有增溶作用,会抑制土壤吸附有机污染物.论文最后对今后的相关研究方向提出了建议.

脱硫石膏对土壤水溶性有机质含量的影响研究

本实验运用室内模拟的方法,利用改良剂——脱硫石膏对海流园区碱土及内蒙古农业大学校园农场土壤(非碱化土壤)的pH值和水溶性有机质含量的影响进行了研究.结果表明:施用改良剂后,土壤pH值显著降低,对碱土水溶性有机质的影响呈现负效应;施用时间越长,改良效果越明显.改良剂对非碱化土壤水溶性有机质的影响呈现负效应,改良效果已达到显著水平.而随着改良剂施用量和施用时间的增加,改良效果反而降低.

黄土丘陵区不同退耕林地表土水溶性有机质含量及光谱特征差异

【目的】研究黄土丘陵区不同退耕还林植被恢复对表层土壤碳氮、水溶性有机质含量及其有机组成和荧光特性的影响,以期揭示退耕林地土壤累积水溶性有机碳氮的效应和机理,为退耕还林类型选择及生态功能评估提供科学依据。【方法】选择人工退耕还林19年的山杏、沙棘、油松、杨树、刺槐纯林和刺槐×山桃混交林及对照撂荒地,对比分析表层土壤(0~20 cm)的有机碳(SOC)、全氮(TN)、水溶性有机碳(WDOC)和水溶性有机氮(WDON)含量差异;基于三维荧光光谱技术和平行因子法探究不同退耕林地土壤水溶性有机质(WDOM)的有机组分及其荧光指数(API)、自身生产力指数(BIX)、新鲜度指数(β∶α)和腐殖化指数(HI)的异同。【结果】除山杏林地外,其他林地土壤的SOC和TN含量相比撂荒地平均增加131.1%和106.0%;仅山杏林地未能提高WDOC含量,刺槐×山桃混交林地WDOC含量增幅最大,达108.9%;刺槐纯林和刺槐×山桃混交林地的WDON分别比撂荒地增加173.5%和105.8%(P<0.05)。各林地土壤的WDOC/SOC百分比为0.30%~0.37%,WDON/TN百分比为0.29%~0.64%,2种比例均比撂荒地小。所有林地土壤的SOC∶TN为14.1~20.2,均显著高于WDOC∶WDON的9.0~16.5(P<0.05),油松林地土壤的SOC∶TN和WDOC∶WDON最高,分别比撂荒地高44.1%和98.9%。三维荧光分析显示,退耕林地WDOM主要由稳定性强的大分子芳香性腐殖质(C1)、低分子量富里酸和腐殖酸(C2)、类色氨酸(C3)组成;所有样地均以C1组分占比最大,且除沙棘林地外,其他林地CI组分占比相比撂荒地平均增加45.1%(P<0.05),C3组分占比最低,且各林地均比撂荒地低。不同退耕林地土壤水溶性有机质的荧光指数(FI)、新鲜度指数(β∶α)和自身生产力指数(API)无显著差异(P<0.05),分别为1.60~1.69、0.57~0.62和0.56~0.61,腐殖化指数(HI)表现为杨树、山杏林地显著高于其他林地。进一步相关分析表明,WDOC和WDON分别与SOC、TN极显著正相关(P<0.01)和显著正相关(P<0.05),C2组分与WDOC和WDON显著负相关(P<0.05);WDOC∶WDON与SOC∶TN显著正相关(P<0.05),但与WDON/TN显著负相关(P<0.05)。【结论】相比自然恢复的撂荒地,退耕林地土壤均表现出总有机碳和全氮的累积效应,可显著提升土壤WDOC含量,特别是刺槐林和刺槐×山桃混交林地可同时提升WDOC和WDON含量;杨树、山杏林地土壤WDOM表现出相对较高的腐殖化程度;退耕还林亦使土壤水溶性有机质趋向组成复杂和结构稳定,抗分解性提高,有利于土壤碳氮累积。