苔草溶解性有机质对土壤吸附Cu^(2+)影响研究

该文以苔草为研究对象,利用红外光谱、紫外吸收光谱、三维荧光光谱分析了苔草溶解性有机质(DOM)的光谱特性,通过等温吸附平衡试验和吸附动力学试验研究了苔草DOM对土壤吸附Cu^(2+)的影响,分析了苔草DOM与Cu^(2+)反应前后成分变化。研究表明,苔草DOM具有羟基、羧基、羰基、甲基等官能团,由富里酸、类富里酸、类腐殖酸和类色氨酸4种组分组成,以相对分子质量较大的胡敏酸为主。加入苔草DOM会降低土壤对Cu^(2+)的最大吸附量、吸附平衡速率以及吸附亲和力。苔草DOM中的紫外区类富里酸物质和类腐殖酸物质可以通过羧基、羟基等官能团与Cu^(2+)产生络合作用,反应过后苔草DOM不饱和共轭双键结构数量、腐殖化水平、芳香环上取代基中的羰基、羧基、羟基和酯类含量均显著下降。研究结果可为苔草DOM的组成和结构提供基础数据,同时为解决DOM对重金属活性影响争议提供科学依据。

Interaction Between Charge Characteristics and Cu^(2+) Adsorption-Desorption of Soils with Variable or Permanent Charge

Charge characteristics and Cu2+ adsorption-desorption of soils with variable charge (latosol) and permanent charge (brown soil) and the relationship between them were studied by means of back-titration and adsorption equilibrium respectively. The amount of variable negative charge was much less in variable-charge soil than in permanent-charge soil and increased with the pH in the system, but the opposite trend occurred in the points of zero charge (PZCs). The amount of Cu2+ ions sorbed by permanent-charge soil was more than that by variable-charge soil and increased with the increase of Cu2+ concentration within a certain range in the equilibrium solution. The amount of Cu2+ ions desorbed with KC1 from permanent-charge soil was more than that from variable-charge soil, but the amount of Cu2+ ions desorbed with de-ionized water from permanent-charge soil was extremely low whereas there was still a certain amount of desorption from variable-charge soil. The increase of PZC of soils with variable or permanent charge varied with the increment of Cu2+ ions added. When the same amount of Cu2+ ions was added, the increments of PZC and variable negative surface charge of permanent-charge soil were different from those of variable-charge soil.

铜-硫共存对稻田土壤CH_(4)和N_(2)O排放的影响及其机制

为探究酸性稻田土壤中铜(Cu)和硫(S)共存对温室气体排放的影响,本研究模拟土壤淹水环境开展室内培养实验,以尿素为氮源分别设置CK、CuCl_(2)和CuSO_(4)(5,50,100mgCu/kg)、KCl和K_(2)SO_(4)(阴离子浓度分别与6种Cu处理一致)13种处理,考虑重金属在土壤中充分老化,共培养128d.结果表明:在长期淹水条件下,酸性土壤显著促进铜硫处理中有效Cu和易溶S释放(<0.05),释放量与初始Cu^(2+)和SO_(4)2-添加量成正比,Cu-S共存降低了彼此有效性.与CK相比,CH_(4)和N_(2)O排放在5mg/kg Cu处理、不同浓度KCl和K_(2)SO_(4)处理中均降低,降幅分别为19.4%~56.2%和36.1%~84.5%;在50和100mg/kg Cu处理下显著升高且与Cu浓度成正比(<0.05),增幅分别为28.9%~615.2%和97.5%~337.4%.与KCl处理相比,N_(2)O排放在中、高浓度K_(2)SO_(4)处理中显著降低(<0.05),分别减少74.1%和69.6%,CH_(4)排放未受影响(>0.05).与CuCl_(2)处理相比,CH_(4)和N_(2)O排放在中、高浓度CuSO_(4)处理中显著降低(<0.05),分别减少46.0%、66.0%和17.7%、37.3%.Cu-S作用机制表现为:与Cu单一处理相比,Cu-S共存在CH_(4)排放过程中通过降低产甲烷古菌功能基因(mcrA)和产甲烷细菌功能基因(16S rRNA-CH_(4))丰度减少CH_(4)产生;在N_(2)O排放过程中于培养前期(0~35d)增加氨单加氧酶功能基因(AOB amoA)丰度促进硝化过程N_(2)O产生,培养后期(35~128d)提高氧化亚氮还原酶功能基因(nosZ)丰度促进N_(2)O还原减少了N_(2)O排放.本研究表明变价阴离子可显著影响重金属阳离子参与的温室气体产生的微生物过程,该交互过程的研究对正确评价重金属污染背景下的农田土壤温室气体排放具有重要意义.

Adsorption Kinetics of Pb^(2+) and Cu^(2+) on Variable Charge Soils and Minerals:Ⅰ.Technique

A new technique for studying the adsorption kinetics of heavy metals,Pb^2+ and Cu^2+,on variable charge surfaces was established with two selective electrodes and microcomputer control system.Feasibility of the technique,including interference of other ions (mainly Fe^3+ and Al^3+),response time of electrodes,and the pH range of testing,was studied.Comparision with the most widely used miscible displacement technique,which was considered insufficient in studying 30-minute rapid reactions,at present time showed that the new technique was more advantageous in testing in situ,easy to operate,and economic.

模拟酸雨作用下红壤中Cu^(2+)的释放动力学

利用土柱研究了模拟酸雨淋溶下红壤中铜离子的释放动力学 .结果表明 :铜离子的累积释放量随时间的延长迅速增加 ,2 4h后基本达到平衡 ,48h后铜离子的释放明显受酸雨pH值的影响 ,pH >3 5时铜离子的释放规律依然相同 ,但pH 2 5时释放量却再次增加 .该过程可分为快速释放阶段和准平衡阶段 ,可用修正的Elovich方程和双常数速率方程来描述 。

胶原纤维固化单宁及其对Cu^(2+)的吸附

以胶原纤维为基质,通过交联剂将黑荆树单宁、落叶松单宁和毛杨梅单宁固化在胶原纤维上制备吸附材料。实验表明,3种固化单宁对Cu2+的吸附平衡均符合Freundlich方程,其吸附容量大小顺序为:固化毛杨梅单宁>固化黑荆树单宁>固化落叶松单宁。进一步研究了固化黑荆树单宁的吸附动力学、吸附柱动力学,以及温度、pH值等对吸附平衡的影响。结果表明,温度对吸附平衡的影响不明显,但pH值对吸附平衡有较大影响,在适当范围内提高pH值,会增加平衡吸附量;吸附动力学可用拟二级速度方程来描述,当吸附温度≥318K时,由拟二级速度方程计算所得到的平衡吸附量与实测的平衡吸附量非常吻合。固化单宁具有良好的柱动力学特性,吸附柱极易再生并且能循环使用,吸附过程极有可能是在材料的表面进行。

Cu^(2+)对花生根土系统和地上部性状的影响

试验表明,花生根际土壤的酶、根系性状和地上部性状对土壤中Cu2+浓度的反应不同。外施不同浓度Cu2+均使根际土壤的脲酶、磷酸酶的活性受到抑制。花生根系活力、根体积和根干重在适量铜浓度(<200mg/kg)下表现增加,超过200mg/kg后均下降;但根瘤数在Cu2+浓度为50mg/kg时最多。地上部性状和产量性状均在Cu2+浓度为100mg/kg时表现最好,产量最高。

恒电荷土壤及可变电荷土壤与离子间相互作用的研究ⅢCu^(2+)和Zn^(2+)的吸附特征

研究了3种典型可变电荷土壤和4种典型恒电荷土壤在不同pH和不同浓度下单纯及共存体系中Cu2 + 和Zn2 + 的吸附及其影响因素。结果表明,两类土壤对Cu2 + 或Zn2 + 的吸附量均随平衡浓度增加而增大,符合Langmuir吸附等温式;当Cu2 + 、Zn2 + 浓度一定时,pH升高使Cu2 + 、Zn2 + 吸附量增大,但当pH >5时,Cu2 + 、Zn2 + 吸附量随pH变化甚微,出现一个接近最大吸附量的“平台”。当添加Cu2 + 、Zn2 + 浓度相同,但二种离子的总浓度不同时,平衡液的Cu2 + /Zn2 + 浓度比均小于1,说明两类土壤对Cu2 + 的吸附选择性大于Zn2 + ,且这种趋势不因pH和离子浓度而改变。当Cu2 + 、Zn2 + 共存时,使可变电荷土壤的Zn2 + 吸附量减小约70 % ,是恒电荷土壤降低量的约1.5倍;可变电荷土壤吸附一个Cu2 + 或Zn2 + 时所释放H+ 的平均数,明显大于恒电荷土壤者,说明可变电荷土壤对Cu2 + 及Zn2 +

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。

用gfp报告基因检测土壤中Cu^(2+)对饭豆根瘤菌生物毒性的研究

利用绿色荧光蛋白基因 gfp标记研究了土壤中Cu2 + 胁迫对饭豆 (VignaumbellateL .)根瘤菌JMC14 0 2G腐生存活和共生固氮能力的影响。研究结果表明 :在液体培养条件下 ,向培养基加入 1μg/mL的Cu2 + 时 ,JMC14 0 2G的生长受到轻微抑制 ;当Cu2 + 浓度达到 5 μg/mL和 7μg/mL时 ,JMC14 0 2G的生长受到严重抑制 ;当Cu2 + 浓度达到 10 μg/mL时 ,JMC14 0 2G已不能生长。在灭菌土壤中Cu2 + 添加量小于 2 0 0mg/kg时 ,JMC14 0 2G数量在 37d内能保持在 1.74× 10 5cfu/g以上 ,当土壤中Cu2 + 添加量达到 5 0 0mg/kg时 ,在接种后第2天其数量已降至 10 2 cfu/g以下。在未灭菌土壤中 ,当Cu2 + 添加量在 0～ 80mg/kg范围内时 ,JMC14 0 2G的数量在接种后 2 3d已由 10 8cfu/g降至 10 4～ 10 5cfu/g ,随着Cu2 + 添加量的进一步增大 ,其菌数迅速下降到 10 4cfu/g以下。饭豆盆栽试验结果表明 :Cu2 + 添加量在 0～ 80mg/kg范围内对JMC14 0 2G共生固氮的影响并不大 ,当土壤中Cu2 + 添加量达到 12 0mg/kg时 ,对JMC14 0 2G产生较明显的生理毒性 ,当Cu2 + 添加量达到 30 0mg/kg时 ,JMC14 0 2G失去结瘤能力。

LAS与Cu^(2+)单一及复合污染对泥鳅肝脏SOD、CAT活性的影响

采用暴露试验法研究了十二烷基苯磺酸钠(LAS)与Cu2+单一及复合污染对泥鳅肝脏超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性的影响。试验结果表明,单一LAS处理96 h后,SOD活性变化不显著,CAT在LAS为20.0 mg/L时被显著诱导(P<0.05);单一的Cu2+处理96 h后,泥鳅肝脏SOD、CAT活性受到显著影响(P<0.05),随着质量浓度的增加,表现为先诱导后抑制;LAS、Cu2+复合处理条件下,LAS为10.0 mg/L时,CAT、SOD活性分别在Cu2+质量浓度为0.05、0.10 mg/L时达到最低值,LAS为20.0 mg/L时,CAT、SOD活性有所回升,但其活性仍低于对照组,且差异均达到显著水平(P<0.01)。通过比较,发现泥鳅肝脏CAT活性变化更能反映出污染物对泥鳅的毒性作用。

水稻土微团聚体吸附磷后对Cu^(2+)吸附与解吸的影响

采用超声波分散和冷冻机干燥法提取太湖地区黄泥土(水稻土)微团聚体颗粒组,用平衡液吸附法和KC l溶液解吸法研究了太湖地区水稻土(黄泥土)不同粒径微团聚体颗粒和原土吸附磷后对Cu2+吸附与解吸的影响。结果表明,微团聚体颗粒(包括磷预处理)对Cu2+吸附均符合Freund lich方程。不同粒径微团聚体颗粒和原土的吸附量大小顺序为黏粒级、砂粒级、原土、粉砂级、粗粉砂级。游离氧化铁是影响Cu2+吸附的主要因素。各微团聚体颗粒Cu2+吸附量之和小于原土。微团聚体颗粒吸附磷后,Cu2+吸附量显著增加,以粉砂级最显著。砂粒级、粗粉砂级和粉砂级吸附磷后Cu2+解吸率减小,而黏粒级Cu2+解吸率略增加。原土吸附磷后,在低Cu2+质量浓度下(<130 mg.L-1),吸附量和解吸率增加超过各个粒径微团聚体颗粒组,在高Cu2+质量浓度下(>130 mg.L-1),介于砂粒级和黏粒级之间。

模拟酸化下水稻土微团聚体Cu^(2+)吸附与解吸的影响

采用低能量超声波分散和冷冻机干燥法提取太湖地区水稻土(黄泥土)微团聚体颗粒,用平衡液吸附法和CaCl2与HCl溶液的连续解吸法研究了它们在pH2～6范围内pH对Cu2+的静电吸附和专性吸附的影响。结果表明,不同粒径的微团聚体颗粒对Cu2+的吸附等温线可都用Freundlich模型来描述。Cu2+吸附量大小以下序递减,粘粒级、砂粒级、粉砂级、粗粉砂级;吸附量受其中游离氧化铁、氧化铝和有机质含量的控制。吸附量随pH升高而增加。低pH条件下利于静电吸附,吸附过程H+减少使平衡液pH上升;高pH条件下主要是专性吸附所控制,释放H+使平衡液pH下降。

红壤、黄棕壤吸附磷酸根后对Cu^（2＋）次级吸附动力学

用流动法研究黄棕壤、红壤吸附磷酸根后对Ｃｕ２＋次级吸附的动力学。结果表明Ｃｕ２＋的次级吸附可用一级速率方程描述。黄棕壤吸附磷酸根后对Ｃｕ２＋吸附反应的速率下降；红壤吸附磷酸根后对Ｃｕ２＋吸附的快反应速率下降，而慢反应速率增加。升高Ｃｕ２＋浓度可能造成吸附反应机理的改变。竞争性阳离子Ｃｄ２＋和Ｚｎ２＋的存在降低了Ｃｕ２＋次级吸附反应速率。升高温度，Ｃｕ２＋次级吸附反应速率增加。土壤中非晶形铁、铝氧化物是土壤吸附Ｃｕ２＋的主要组分；土壤有机质对Ｃｕ２＋吸附的快反应有抑制作用。

Cu2+污染红黏土土性异变现象分析

研究Cu^2+污染物对桂林红黏土土性异变的影响。通过开展XRD、XRF及压汞试验,探讨Cu^2+污染红黏土中主要矿物成分的异变规律及微观孔隙结构的变化趋势,结果表明:红黏土中主要矿物成分为高岭石、石英和针铁矿,Cu^2+污染对这3种主要矿物成分的含量产生显著影响,随着Cu^2+浓度的增大,高岭石和针铁矿的含量逐渐减少,石英的含量逐渐增多,其含量变化率大小关系为:高岭石>针铁矿>石英,且在浓度为2%时,高岭石的损失率高达10. 69%,针铁矿的损失率达到5. 38%;红黏土孔隙分布曲线为双峰分布,双峰分别分布在0. 01-0. 1μm和1~10μm之间,且在0. 01~0. 1μm之间的微小孔隙占了绝对优势。随着Cu^2+浓度的增加,“双峰”逐渐右移,孔隙变大;“峰宽”逐渐变宽,孔隙变多。通过开展相关力学试验,观察Cu^2+污染红黏土的变形强度特性异变规律,试验结果表明:Cu^2+污染对红黏土的变形强度特性影响显著。随着Cu^2+浓度的增加,土体的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力C和内摩擦角φ逐渐减小,初始孔隙比e0和压缩系数α逐渐增大;当Cu^2+浓度从0增大至2%时,土体应力-应变关系曲线由典型的应变软化型转变为弱应变硬化型,无侧限抗压峰值强度减少了76. 91%,抗剪强度平均损失率达到69. 36%。

pH值对水稻土Cu^(2+)静电吸附与专性吸附的影响

采用平衡液吸附法和CaCl2与HCl溶液的连续解吸法研究了太湖地区水稻土(黄泥土)在pH值为2~6范围内pH值对Cu2+的静电吸附和专性吸附的影响以及吸附过程土壤溶液pH值的变化.研究结果表明,吸附量随pH值升高而增加.低pH值条件下利于静电吸附,吸附过程H+减少使平衡液pH值上升;高pH值条件下主要是专性吸附所控制,释放H+使平衡液pH值下降.所以土壤酸化可以增加重金属的生物有效性,降低土壤对重金属的缓冲能力.

Cd^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)、Pb^(2+)复合对沼泽红假单胞菌若干特性影响

采用L1 6 (4 4)正交法将Cd2 + 、Zn2 + 、Cu2 + 和Pb2 + 以不同浓度复合添加于培养基中 ,以研究其对光合细菌沼泽红假单细胞菌生长与净化PO3- 4-P和NH+ 4-N能力的影响 .对实验结果进行方差分析发现 ,四种重金属离子对该菌的延缓期、菌体增殖时间、最大O .D值 (λ =680nm)、PO3- 4-P和NH+ 4-N去除量均未达显著水平 ,其中Cu2 + ,Cd2 + 对延缓期影响与显著水平接近 .从其F值及添加于培养基中的浓度看 ,其毒性大小为Cu2 + >Cd2 + >Zn2 + 、Pb2 + ,Zn2 + 和Pb2 + 毒性较接近 .实验还发现 ,4种重金属离子复合污染时存在拮抗现象 ,使Cd2 + ,Cu2 +

东北典型的棕壤对Cu^(2+)的吸附行为研究

研究了东北典型的棕壤对Cu2+的吸附行为,测定了不同pH值、不同的Cu2+初始浓度、不同铜盐对棕壤吸附Cu2+的影响。结果表明随着pH值增加,棕壤对Cu2+的吸附率也随着增加;在pH值3.00~6.09范围内,吸附率增加明显;随着Cu2+的初始浓度的不断提高,吸附率逐渐减小,为电性吸附;棕壤对不同铜盐吸附率大小的顺序是OAc->NO3->Cl->SO42-。

Cu^(2+)Cd^(2+)及其复合污染对中华大蟾蜍蝌蚪DNA的影响

采用标准水生生物毒性实验法,将蝌蚪暴露于不同浓度的Cu^(2+)、Cd^(2+)及其混合溶液中7d,检测蝌蚪DNA的损伤,以探讨Cu^(2+)、Cd^(2+)及其复合污染对中华大蟾蜍蝌蚪DNA的影响。结果表明,Cu^(2+)、Cd^(2+)对蟾蜍蝌蚪DNA的损伤随浓度增大而加重.在0.0298mg·L^(-1)Cu^(2+)和0.855mg·L^(-1)Cd^(2+)处理组,蟾蜍蝌蚪DNA发生I型损伤;随Cu^(2+)、Cd^(2+)浓度的升高,损伤加剧,出现Ⅱ型、Ⅲ型损伤,且一定浓度的Cd^(2+)在复合污染体系中能增强Cu2+的毒性。这两种重金属对两栖动物均具有遗传毒性作用。

不同复配修饰两性麦饭石对紫色土吸附Cu^(2+)的影响

为了探索添加不同复配修饰两性黏土对紫色土吸附Cu^(2+)的影响,分别采用50%和100%CEC的阴离子型聚丙烯酰胺(APAM,简写为PA)、柠檬酸(CA)、乙二胺四乙酸(EDTA,简写为ED)和十二烷基磺酸钠(SDS,简写为SD)对50%CEC十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12或BS)修饰麦饭石进行复配修饰,并将复配修饰后的麦饭石以1%的质量比加入到紫色土(PS)中,形成PS50BS+PA(PS中添加1%的50%BS+PA修饰麦饭石,下同)、PS50BS+CA、PS50BS+ED、PS50BS+SD四类混合土样。批处理法研究各混合土样对Cu^(2+)的等温吸附和热力学特征,并对比不同pH值、温度和离子强度对Cu^(2+)吸附的影响。结果表明:不同混合土样对Cu^(2+)吸附等温线均呈"L"型且符合Langmuir模型。各混合土样对Cu^(2+)的最大吸附量qm在94.90～144.80 mmol·kg-1之间,表现为PS50BS+PA> PS50BS+CA>PS50BS+SD> PS50BS+ED> PSBS> PS的趋势,且相同复配修饰模式下Cu^(2+)吸附量在100%复配修饰比例更佳。20～40℃范围内,除PS50BS+PA和PS50BS+SD以外,供试土样对Cu^(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,增加幅度为8.29%～15.99%。pH值3～5范围内,各混合土样对Cu^(2+)的吸附量均随着pH值的升高而升高。各混合土样(除PS50BS)对Cu^(2+)的吸附量均随着离子强度的增加而降低,以0.01 mol·L^(-1)最佳。混合土样对Cu^(2+)的吸附为自发和熵增的过程,且除PSBS+PA和PS50BS+SD外的土样对Cu^(2+)的吸附为吸热反应。