基于Web of Science对土壤胶体影响重金属行为研究的计量分析

为全面了解土壤胶体影响重金属行为方向的研究现状和前沿动态,基于Web of Science(WoS)核心合集数据库,利用WoS自带分析工具、HistCite引文图谱分析软件、VOSviewer和Citespace可视化分析软件对1990—2021年间土壤胶体影响重金属行为的文献进行了计量分析。结果表明,在世界范围内该方向的发文量逐年稳步增长,我国相关研究起步较晚,但近些年呈现迅猛发展的势头。目前土壤胶体影响重金属行为研究发文量最多的国家和研究机构分别是美国和中国科学院,发文量最高的期刊为Environmental Science&Technology,主要研究学科为环境科学与生态学的交叉学科。关键词聚类分析显示“土壤胶体颗粒粒径分级与重金属的形态分布”、“土壤胶体的释放、沉积及对重金属的吸附作用”和“土壤胶体颗粒的迁移机制与迁移模型研究”为主要的研究主题,人工纳米颗粒在土壤中的行为、迁移转化以及生物有效性是现阶段的研究热点。利用场流分离技术结合单粒子电感耦合等离子体质谱等技术,探讨土壤胶体与人工纳米颗粒之间发生的复杂相互作用及其对人工纳米颗粒迁移归趋与环境命运的影响,是未来的主要研究方向。

土壤胶体磷环境效应及其影响因素

胶体是磷素在环境中迁移转化的重要载体,土壤胶体磷对磷素生物地球化学循环具有重要作用,其活化迁移对土壤、水环境具有十分重要的影响。本文介绍了国内外土壤胶体磷的分类、分离和分析技术。重点阐述了土壤胶体磷活化、土壤基础理化性质(矿物组成、其他胶体元素、土壤孔隙结构、pH、氧化还原电位)、肥料及土壤改良剂应用对土壤胶体磷环境效应的影响。并针对目前土壤胶体磷流失存在的问题,提出相关对策及展望,以期为后续胶体磷研究和胶体磷污染的治理提供参考。

农业活动下土壤胶体释放特征差异的研究进展

土壤胶体作为性质最活跃的土壤组分之一,对污染物的迁移转化具有重要的调控作用。农业活动会频繁地改变土壤环境的水动力/水化学条件,势必会影响土壤胶体的环境行为。本文首先综述了农业活动对于土壤胶体释放量,以及胶体组分影响的调控机理,其次重点总结了土壤胶体释放量及施肥所引起的土壤胶体组分性质的差异。最后在现有的农业活动对土壤胶体释放特征差异相关研究的基础上,对尚需深入研究的关键问题进行了展望。

铁还原菌对土壤胶体吸附与释放砷的影响

为研究铁还原微生物对土壤胶体调控砷(As)地球化学行为的影响机制,选用铁还原菌Geobacter metallireducens作用于土壤胶体,设计开展了土壤胶体的As吸附实验和不同pH条件下载As胶体的释放实验。结果表明:铁还原菌作用下胶体悬液Eh降至-222 mV,有助于形成强还原环境;当无菌作用时,土壤胶体随Fe(II)产生及释放量的增多对As(V)的吸附能力逐渐减弱;当有铁还原菌作用时,土壤胶体对As的最大吸附量较无菌组低6.14 mg/kg,但随厌氧处理时间的增加,其对As(V)的吸附能力呈增强趋势。在释放试验中,在pH=3条件下,铁还原菌对土壤胶体吸附As(V)的释放影响较弱,铁氧化物还原释放的As(III)仅占14.26%,以酸溶解为主;初始pH=7时总As释放量与悬液pH、Fe(II)含量呈线性关系,As(III)释放量较酸性条件提高6.7倍。该成果可为深入认识土壤微生物对As迁移转化的影响提供理论依据。

农田土壤胶体对微塑料颗粒迁移的影响及机制研究进展

【目的】土壤胶体因具备巨大比表面积、较小粒径、携带大量电荷的特性,在吸附微塑料颗粒、影响微塑料颗粒迁移过程中发挥着重要作用。但是有关土壤尤其是农田土壤胶体对微塑料颗粒迁移的影响及其协同迁移机制尚不清晰。土壤胶体与微塑料颗粒定义模糊、分类标准各异等问题形成的认知误区也阻碍了对两者更为深入的研究。梳理国内外关于农田土壤胶体与微塑料颗粒的相关研究,旨在厘清农田土壤胶体与微塑料颗粒迁移过程中两者间的相互作用过程,为制定微塑料污染防治政策和措施提供理论依据。【主要进展】农业活动改变了土壤胶体颗粒的组成,影响了微塑料颗粒的迁移行为。土壤胶体、微塑料颗粒自身与多孔介质特性、土壤理化性质以及环境条件,通过协同促进和抑制两种机制影响着农田土壤胶体与微塑料颗粒的协同迁移。在此过程中,土壤胶体组成处于主导地位,土壤胶体颗粒的稳定性大小决定着其与微塑料颗粒的协同迁移状态。土壤胶体颗粒的吸附行为改变了微塑料颗粒的迁移路径和速率;微塑料颗粒的存在反过来也能影响土壤胶体颗粒的稳定性,改变其聚集态势,进而影响胶体颗粒的迁移能力。【展望】今后应细化不同性质农田土壤胶体与微塑料颗粒迁移机制研究,定量分析深入评估微塑料颗粒迁移的环境效应,探索土壤微生物−胶体−微塑料三者之间交互作用过程,从土壤物理、化学和生物学角度为修复微塑料污染土壤,守护土壤健康提供新的思路和借鉴。

不同条件对土壤胶体与Cr(Ⅵ)共运移的影响

研究不同条件对土壤胶体(SC)与Cr(Ⅵ)共运移的影响。结果表明:流速的增加使穿透时间提前;水化学条件变化时,较高流速下滞留于砂柱的SC再释放更明显。pH升高促进SC在多孔介质中的迁移。离子强度升高会阻碍SC的迁移。pH=7.00条件下腐殖酸的变化对SC在多孔介质的迁移无明显影响。入流液中SC浓度与出流液SC最大相对浓度负相关。流速、pH、腐殖酸浓度和SC浓度变化基本不影响Cr(Ⅵ)的迁移量。SC运移实验结果与DLVO计算势垒部分吻合。SC及Cr(Ⅵ)的运移可用非平衡两点动力学模型较好描述(R^(2)>0.97)。

不同电解质体系中土壤胶体凝聚动力学的动态光散射研究

利用动态光散射技术研究在不同浓度的KNO3和Mg(NO3)2中土壤胶体颗粒的凝聚过程动力学.通过分析凝聚过程中光强和有效粒径随时间的变化得到:(1)根据凝聚过程中光强的稳定与否,可以判断土壤胶体凝聚过程中碰撞的发生是由布朗运动支配还是由重力作用支配;(2)在不同的电解质体系下土壤胶体凝聚表现为快速凝聚特征或不同的慢速凝聚特征,并且在慢速凝聚中存在一个对重力敏感的电解质浓度;(3)两种电解质作用下的土壤胶体凝聚特征相似,但对Mg(NO3)2体系浓度变化的敏感性远远大于KNO3体系.此外,通过分析凝聚平均速率随电解质浓度的变化,找到慢速凝聚与快速凝聚的电解质浓度转折点,即临界絮凝浓度(CFC),提供了一个实验测定CFC的可能方法.

有机酸对几种土壤胶体吸附解吸镉离子的影响

用平衡法研究了有机酸对土壤胶体吸附 解吸Cd2 + 的影响。结果表明 ,黄棕壤、红壤、砖红壤胶体Cd2 + 最大吸附容量 (Qm)分别为 4 3 7、16 8、1 5 8mmolkg-1。在加入Cd2 + 浓度相同的条件下 ,土壤胶体Cd2 + 吸附量随有机酸浓度的升高呈峰形曲线变化。当有机酸与Cd2 + 共存时 (竞争吸附 ) ,低浓度的草酸 (小于0 5～ 2mmolL-1)或柠檬酸 (小于 0 0 2 5～ 0 2mmolL-1)提高Cd2 + 吸附量 ,高浓度的草酸或柠檬酸能降低Cd2 +吸附量。吸附有机酸后的土壤胶体 (次级吸附 )对Cd2 + 次级吸附量的影响与竞争吸附一致 ,但两者的Cd2 + 吸附量变化幅度不一样。这是由于两种吸附体系液相中有机酸残留浓度不同所致。土壤胶体吸附态Cd2 + 的解吸结果表明 ,草酸浓度不仅影响Cd2 + 的总解吸量、总解吸率 ,还影响土壤胶体表面KNO3 解吸态与DTPA解吸态Cd2 +

小分子有机酸对恒电荷土壤胶体Pb^(2+)吸附-解吸的影响

供试土壤胶体对Pb2 + 吸附及吸附态Pb2 + 的解吸等温线均符合Freundlich和Langmuir等温式 .吸附常数Ka 值大小为土娄土 >黄绵土 >黑垆土 >黄褐土 ,其大小次序与表面总电荷密度σ0 大小一致 ,表明了各土壤胶体对Pb2 + 吸附强度的大小 .在小分子有机酸作用下 ,吸附量降低 ,吸附亲和力增加 ,柠檬酸的影响大于草酸的影响 ;解吸后残留Pb2 + 吸附常数Kd 值的大小基本为土娄土 >黄褐土 >黑垆土 >黄绵土 ,反映了解吸残留Pb2 + 吸附强度的大小 ,与各土壤胶体有机质和游离氧化铁含量有关 .在NaNO3 和草酸溶液中 ,吸附 解吸等温线相距较远 ,吸附 解吸之间存在着滞后性 ;在柠檬酸作用下 ,吸附 解吸等温线基本接近 ,二者之间具有一定的可逆性 .

土壤胶体在不同饱和度土壤介质中的释放与淋溶行为研究

采用饱和与非饱和填充土柱纵向淋溶研究方法,结合对流弥散模型方程(CDE)对穿透曲线的拟合计算,全面考察了土壤介质水饱和度、土壤水pH/离子强度、土壤孔隙水流速和土壤胶体颗粒大小对天然土壤胶体在实际土壤介质中释放、沉积迁移行为的影响。分别获取胶体扩散系数和阻滞因子值,定量说明实验中水化学、水动力学等条件的作用影响力。结果显示,介质不饱和条件不利于胶体的释放和淋溶;高pH和低离子强度条件对土壤胶体释放与迁移有利;淋溶过程的间断干扰,可以促使土壤胶体的增量淋溶释放;淋溶强度及胶体颗粒粒径大小,能够影响胶体穿透时间和穿透浓度峰值大小。

几种低分子量有机酸、磷酸对土壤胶体和矿物吸附酸性磷酸酶的影响

研究了有机酸根和磷酸根等配体体系中 ,针铁矿、高岭石和黄棕壤、砖红壤胶体对酸性磷酸酶的吸附。结果表明 ,磷酸根对针铁矿表面酶的吸附量抑制最显著 ,酒石酸根对酶与土壤胶体和高岭石表面酶的吸附量影响最强。随着配体浓度增加 ,乙酸根对酶吸附的影响表现为先促进 (0～ 10mmol·L-1)后轻微抑制 (>10mmol·L-1) ;草酸则表现为先抑制 (0～ 5mmol·L-1)后促进 (5～ 5 0mmol·L-1) ;酒石酸和磷酸对酶的吸附表现为一直抑制。在乙酸、草酸和低浓度的酒石酸和磷酸根体系中 ,酶在土壤胶体和矿物表面的吸附等温线符合Langmuir方程 (L型 ) ,高浓度的酒石酸和磷酸对应的吸附等温线符合线性方程 (C型 )。在酒石酸根和磷酸根体系中 ,配体与酶加入顺序对酶吸附的影响较大 ,一般来说 ,配体和酶同时进入体系具有最低的酶吸附量。

离子强度、pH对土壤胶体释放、分配沉积行为的影响

采用重力沉降法,根据司笃克斯(Stokes,1945)定律结合分速离心法提取两种粒径等级的自然土壤胶体样品。利用美国EPA批处理实验方法,进行一系列实验室静态吸附、解吸实验,并获取相应的动力学解离/沉积曲线以及热力学等温平衡解吸/吸附曲线。通过对土壤胶体释放/沉积速率、解离效率和解吸因数等行为因子的定量解析,描述自然土壤胶体的释放、稳定、沉积/分配动力学和热力学行为,考察土壤水溶液pH/离子强度、胶体粒径因素对土壤胶体释放、分配沉积行为的影响。实验结果表明,环境溶液pH的增大及离子强度的减小对土壤胶体的稳定和释放起促进作用,但对胶体向土壤颗粒中的沉积过程是不利的。pH和离子强度条件能够改变土壤胶体表面带电荷状态,改变土壤胶体与土壤介质表面吸附排斥作用力的大小,提高或降低土壤胶体与介质表面的碰撞接触效率,从而表现出土壤胶体在土壤介质中的沉积分配行为上的变化。粒径大小对土壤胶体的释放沉积行为影响明显。大粒径土壤胶体颗粒较小粒径颗粒更容易向土壤介质表面分配沉积。由此可知,土壤介质对土壤胶体持有和吸附的能力是与胶体颗粒粒径大小密切相关的,这主要是因为颗粒粒径大小能够有效的影响胶体颗粒与介质表面间的反应能量。土壤胶体沉积分配动力学曲线揭示,土壤胶体向土壤介质的分配过程是一个动态变化过程,土壤介质对土壤胶体的持留吸纳能力随时间而逐渐减弱。分配系数被证实是表征和分析土壤胶体沉积分配过程受环境物理化学因素影响的有效过程因子。

乙酸对土壤胶体矿物吸附酸性磷酸酶的影响

研究了不同 pH值、不同浓度乙酸对酸性磷酸酶在土壤胶体和矿物表面吸附的影响 .结果表明 ,在pH 2～ 8的乙酸体系中 ,酶在胶体矿物表面的最大吸附 pH一般出现在蛋白的等电点和矿物的零电荷点 (PZC)之间 .各土壤胶体和粘粒矿物对酶的吸附量大小顺序为针铁矿 黄棕壤 >砖红壤 >高岭石 >二氧化锰 .乙酸浓度对酶在胶体矿物表面的吸附量和吸附结合能具有较显著影响 ,在 0～ 2 0 0mmol·L-1范围内 ,随着乙酸浓度的增加 ,酶吸附量呈现先升高、后降低、再稳定的趋势 ,而吸附结合能的变化与此相反 .

Zeta电位法研究除草剂在土壤胶体中的吸附

应用Zeta(z )电位法研究比较了扑草净和扑灭通在4种土壤胶体中的吸附.结果表明,当带有正电荷的除草剂在负电荷土壤表面吸附后,土壤表面的z 电位有所增加,甚至使z 电位从负转变成正.通过零电荷点计算得到除草剂和土壤之间的吸附常数和Gibbs自由能,并由经典的振荡平衡法得到相近结果.

五种土壤胶体对重金属镉的吸附特征研究

土壤胶体作为土壤中最细微、最活跃的部分,在土壤对重金属的累积方面起主要作用.研究不同土壤胶体对镉的吸附-解吸行为、化学形态转化等的影响,有利于摸清不同土壤类型中镉的迁移性和生物危害性,对开展区域农田镉污染修复有重要意义.本文选取蒙皂石、高岭土、针铁矿、氢氧化铝、腐殖酸五种土壤中常见的胶体,探究不同土壤胶体对镉的吸附特征.结果表明:(1)五种胶体对镉的吸附均属于单分子层吸附,蒙皂石能快速吸附大量的镉,但吸附的镉不稳定,解吸率最高;腐殖酸和针铁矿吸附的镉解吸率较低.吸附-解吸实验结果显示,五种土壤胶体对镉的保留吸附量为:腐殖酸(41.38 mg/g)>针铁矿(24.95 mg/g)>高岭土(19.43 mg/g)>蒙皂石(15.06 mg/g)>氢氧化铝(10.84 mg/g).(2)镉的形态分析结果显示,蒙皂石和高岭土吸附的镉大多以可交换态存在,针铁矿和腐殖酸吸附的镉形态较稳定,除针铁矿外,残渣态含量均较低,形态分析结果与吸附-解吸实验结果一致.(3)pH对于五种胶体吸附镉的影响程度大小为:腐殖酸>针铁矿>高岭土>蒙皂石>氢氧化铝.

离子强度对恒电荷土壤胶体吸附Cu^(2+)和Pb^(2+) 的影响

采用平衡法研究了离子强度、表面电位对恒电荷土壤胶体吸附Ｃｕ２＋和Ｐｂ２＋的影响．结果表明,离子强度越小,表面电位越高,土壤胶体对Ｃｕ２＋和Ｐｂ２＋的吸附量越大．在离子强度小于１．０ｍｏｌ·ｋｇ－１范围内,土壤胶体对Ｃｕ２＋和Ｐｂ２＋的吸附包括静电吸附和专性吸附;离子强度大于１．０ｍｏｌ·ｋｇ－１以后,土壤胶体对Ｃｕ２＋和Ｐｂ２＋的吸附受专性吸附控制．

土壤胶体对渗滤液中铀(Ⅵ)迁移影响的研究进展

铀废石渗滤液中铀(Ⅵ)进入土壤后极易通过食物链对人类及周围环境产生危害。在已有研究基础上,简述了土壤胶体的来源和分类及其与铀(Ⅵ)的相互作用,重点讨论了土壤胶体结构、铀离子形态、土壤Eh-pH值、离子强度和有机质对溶液中铀(Ⅵ)的阻滞迁移影响,介绍了近年来土壤胶体在吸附溶液中铀(Ⅵ)的应用进展,提出了铀废石渗滤液中铀(Ⅵ)对环境的长期影响可能取得突破的几条途径。

根瘤菌与土壤胶体、氧化铁对重金属的吸附: Ⅰ.铜的吸附

研究了快生型大豆根瘤菌（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍｆｒｅｄｉ）Ｃ６对红壤与黄棕壤的胶体、针铁矿、非晶形氧化铁等吸附Ｃｕ的影响。结果表明：①土壤胶体、矿物与根瘤菌共存体系对Ｃｕ的吸附仍符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程，相关系数达０．９９以上。②根瘤菌存在下，红壤与黄棕壤的胶体和针铁矿对铜的吸附量较无菌时增加，尤其是比表面小的针铁矿吸铜量增加较多，比表面大的非晶形氧化铁的吸铜量降低。根瘤菌的参与改变了供试土壤胶体、氧化铁对铜吸附量的顺序。③在一定菌量范围，随着体系中根瘤菌量的增加，红壤与黄棕壤的胶体和针铁矿的吸铜量增加，非晶形氧化铁则略降。

恒电荷土壤胶体对Cu^(2+)、Pb^(2+)的静电吸附与专性吸附特征

供试土壤胶体对Cu2 +、Pb2 +的吸附强度用pH50 值表示 ,其大小次序为 :土 >黄绵土、黑垆土 >黄褐土。离子强度实验和表面络合反应机制证明恒电荷土壤胶体对Cu2 +、Pb2 +的吸附含有专性吸附 ,n值可作为判断专性吸附与静电吸附比例的特征值 ,低pH值时 ,以水解 -络合吸附为主 ;高pH值时 ,以水解 -络合与沉淀吸附为主。静电吸附和专性吸附的比例与pH有关 ,各土壤胶体专性吸附百分数大小为 :黄褐土 >土 >黑垆土 >黄绵土。不同土壤胶体在同一介质中对Cu2 +、Pb2 +的固有络合常数logKintM 值及固有络合ΔG m 负值大小次序与吸附强度大小一致。在定pH定浓条件下 ,考虑离子之间的相互作用时 ,土壤胶体对重金属离子的吸附过程可用BDM等温式描述。供试土壤胶体对Cu2 +、Pb2 +专性吸附ΔG m 的大小与固有络合ΔG m 接近且大小次序也一致。

土壤胶体稳定性影响因素

本文按土壤矿物组成、有机质、离子价态、溶液ｐＨ、不同ｐＨ条件下的腐殖质，多价聚合阳离子和水流动速度等诸方面，分别概述了它们对土壤胶体稳定性的作用，以及目前研究中尚存在的一些问题。