不同环境因子对黑土胶体在饱和多孔介质中运移特性的影响

为评价不同环境条件下黑土胶体在地下水多孔介质中的运移,采用离心法对采自于黑龙江海伦黑土样品中的胶体颗粒进行提取.通过胶体在石英砂填充柱中的淋溶试验研究了pH、离子强度和溶解性有机质等环境因子对胶体在多孔介质中运移特性的影响.结果表明:当pH在4～9的范围内变化时,MR(回收率)和k(沉积速率系数)没有发生显著变化,即其对胶体运移能力影响不显著.随着离子强度从0.001 mmol/L升至1 mmol/L,黑土胶体穿透曲线MR降低,k值升高,说明高无机离子强度使胶体易于沉积在石英砂表面,运移能力降低.当溶液中含有溶解性有机质HA(胡敏酸)和FA(富里酸)时,MR降低,k值增加,表明胶体运移能力受到抑制,并且FA对胶体颗粒运移的抑制作用比HA强.溶液离子强度、HA和FA含量对黑土胶体在饱和多孔介质中的运移过程影响较大,是影响地下水中胶体运移过程的关键环境因子.

Cu^(2+)和Zn^(2+)在土壤电场中的极化对黑土胶体凝聚的影响

金属离子在土壤胶体固-液界面上的行为差异引起土壤胶体絮凝过程的差异,并深刻影响土壤溶液中养分或污染物的迁移转化。为明确Cu^(2+)和Zn^(2+)两种金属离子界面行为对土壤胶体凝聚的影响,本文选取黑土胶体为研究对象,利用动态/静态光散射技术研究专性吸附离子Cu和Zn体系中不同离子浓度条件下黑土胶体的凝聚行为。结果表明:(1)Cu^(2+)和Zn^(2+)两种金属离子引发黑土胶体凝聚的机制相似,均是低浓度下的慢速凝聚和高浓度下的快速凝聚,达到快速凝聚机制后,胶体的总体平均凝聚速率受离子种类影响较小。(2)Cu^(2+)对黑土胶体聚沉能力大于Zn^(2+),Zn^(2+)的临界聚沉浓度是Cu^(2+)的3.51倍,在黑土胶体的凝聚过程中存在强烈的离子特异性效应。(3)两种离子体系中颗粒间相互作用的活化能差异随离子浓度的降低而增大。此两种离子在凝聚作用的较大差异性源于Cu^(2+)较Zn^(2+)对有机配位体有较强的亲和力,以及黑土胶体表面附近强电场对离子的强烈极化作用扩大了两种离子本身的微小差异。

DNA在黑土胶体微界面的吸附与解吸特性

为了揭示DNA在黑土微生物的遗传进化和基因转移机制方面的重要意义,采用平衡法研究了含有机质黑土胶体(Coarse organic colloid,COC)和去有机质黑土胶体(Coarse inorganic colloid,CIC)对DNA的吸附与解吸特性。结果表明:CIC在快速吸附期吸附DNA的速率和数量都小于COC,且更快达到吸附平衡;随着pH值升高,黑土胶体表面吸附DNA数量逐渐减少;Langmuir吸附方程可较好地描述COC和CIC对DNA的等温吸附,COC和CIC的决定系数(R^2)分别为0.972和0.991,且COC的吸附平衡常数(K)大于CIC,说明COC对DNA的吸附亲和能力大于CIC;CIC和COC表面DNA的解吸率分别为63.5%和47.4%。研究结果证明,有机质在黑土胶体吸附DNA的数量和亲和力方面贡献较大,pH是影响黑土胶体吸附DNA的重要因子。

DEP和DBP在黑土胶体微界面的动力学行为

邻苯二甲酸酯(phthalic acid esters,PAEs)可对生态环境、食品安全及人类健康构成威胁。东北黑土是中国主要的粮食产区之一。文章旨在探讨黑土胶体对PAEs的吸附动力学和热力学特征,研究PAEs在黑土胶体微界面的动力学行为,这对黑土PAEs污染风险控制具有重要的指导意义。以黑土胶体为试验材料,采用固相萃取-高效液相色谱法,对比研究邻苯二甲酸二乙酯(diethyl phthalate,DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)两种有机污染物在黑土胶体上的吸附动力学和热力学行为。结果表明,准二级动力学方程可以很好地描述黑土胶体对DEP和DBP的吸附动力学特征,DEP的吸附速率常数大于DBP,DEP(COC,含有机质胶体)吸附速率常数为0.00134,DBP(COC)吸附速率常数为0.00123;颗粒内扩散模型表明,黑土胶体对DEP和DBP的吸附过程中土壤颗粒内扩散不是唯一的速率控制步骤;Langmuir和Freundlich方程可以较好地拟合黑土胶体对DEP和DBP的吸附,平衡吸附量DBP大于DEP,温度为308K时,DEP(COC)的吸附量为666.667mg·kg^-1,DBP(COC)的吸附量为813.01mg·kg^(-1);另外,COC的吸附能力优于去有机质胶体(CIC)。热力学试验表明,温度对黑土胶体吸附DEP和DBP有明显影响,随着温度升高,黑土胶体对DEP和DBP的吸附量减少;热力学参数?G°、?H°和?S°表明,黑土胶体对DEP和DBP的吸附反应是自发、放热的过程;反应体系pH对黑土胶体吸附DEP和DBP影响较大。综上所述,黑土胶体对DEP和DBP的吸附符合准二级动力学模型,吸附反应为放热过程,温度和p H在DEP和DBP的吸附和扩散过程中起着重要作用。

不同离子对黑土胶体在土壤中运移的影响

黑土样品采自于黑龙江海伦市,提取胶体并对其主要理化性质进行定性定量表征,通过淋滤实验研究胶体在土柱中的运移特征以及不同离子及其强度对胶体运移的影响。结果显示：所提取胶体粒径与理论计算基本吻合,粒径主要分布在2-5μm;当pH由4上升到9时,胶体的zeta电位则由-26.43mV降低到-34.52mV;红外光谱显示胶体颗粒的有机机团主要为-OH、CH-、C=O、多糖;X射线衍射表明其主要矿物组成是石英（56.9%）。不同离子及其强度对胶体的在土壤中的运移有较为明显的影响,当pH由4增加到9时,k值由6.020×10^-4降低至3.858×10^-4,Ca2＋、K＋、Na＋当离子强度由0.5mmol/L变化到0.001mmol/L时,k值分别由6.087×10^-4降低至4.024×10^-4、5.518×10^-4降低至3.818×10^-4、5.401×10^-4降低至4.109×10^-4。

不同有机物料对黑土及其复合胶体比表面积和电荷性质的影响

通过盆栽试验研究了施用动物粪便、动物残体、草本残体、木本残体4种不同有机物料对黑土胶体及黑土阳离子交换量(CEC)的影响。结果表明:不同来源有机物料对黑土胶体及黑土CEC的影响存在差异。与CK相比,动物粪便处理下黑土胶体比表面降低7.33%,而动物残体处理下提高了59.58%,木本残体提高了57.46%,草本残体提高了100.18%。pH<6时,各处理土壤胶体表面可变电荷量(Q表面)的曲线大致相似;在pH>6时,各有机处理土壤胶体样的表面电荷(Q样)均高于CK,并且动物粪便与木本残体的Q表面曲线相似且数值较高,CK与动物残体Q表面的曲线大致相同且数值较低。在pH为8～10时,各处理Q样由大到小依次为:动物粪便>木本残体>动物残体>草本残体>CK,动物粪便土壤胶体参比的表面电荷(Q参)与动物残体Q参的曲线大致相同并且数值较高,CK与草本残体Q参曲线相似且数值较低。不同来源有机物料对黑土CEC的影响也有所不同,动物粪便、动物残体、木本残体显著提高黑土CEC,而草本残体作用不明显。

邻苯二甲酸酯对黑土胶体微界面中DNA的影响

邻苯二甲酸酯(PAEs)作为增塑剂已在全球范围内普遍应用,尤其是在农业生产中由于地膜的大量使用导致其在土壤中不断累积,检出率逐年升高,对粮食安全、生态环境以及人类健康均造成了严重威胁。该研究通过荧光光谱、荧光猝灭以及质粒转化等试验研究了环境污染物PAEs对黑土胶体微界面中DNA结构及其水平转移的影响。结果表明:当不同浓度的邻苯二甲酸二乙酯(DEP)与邻苯二甲酸二丁酯(DBP)加入到EB-DNA荧光体系中时,DEP-EB-DNA与DBP-EB-DNA反应体系中的荧光强度均呈现降低的趋势,荧光强度与DEP、DBP的增加量呈负相关,且在浓度为4.5×10^(-4)mol/L时DEP与DBP的荧光抑制率达到最大,分别为50%与36%,DEP对荧光的抑制率显著高于DBP,说明DEP与DBP能够与DNA相互作用影响DNA结构且DEP的影响更为显著;KI对DEP-DNA与DBP-DNA体系进行猝灭时其猝灭常数Ksv值分别为7.947(R^(2)=0.9959)、11.03(R^(2)=0.9803),相比于对照组DEP的Ksv值10.27(R^(2)=0.9960)与DBP的Ksv值13.52(R^(2)=0.9806)均发生了明显的下降,说明DEP和DBP与DNA是通过嵌插作用相互结合;随着DEP和DBP浓度的增加,游离态与固定态的质粒转化率与转化子数均明显降低,且DEP的抑制作用更明显。研究表明,DEP和DBP能够以嵌插方式与DNA结合,改变DNA的结构,并抑制黑土胶体微界面中DNA的水平转移,为揭示环境污染物PAEs对黑土胶体微界面DNA遗传特征及基因转移机制的影响提供理论支持。