环境土壤学——回顾与展望

环境土壤学是一门新兴的、土壤学和环境科学交叉融合的综合性学科,其研究重点从早期服务于农业安全生产发展至现在的土壤环境与健康,本文从土壤外源物质侵袭和土壤质量演变对土壤环境影响等方面回顾了环境土壤学发展历程。土壤污染物对土壤环境质量影响是以土壤元素背景值和环境现状调查为基础,以明确污染物形态,揭示土壤反应过程机制,评估污染效应,开展土壤环境修复工程为主线不断发展更新。土壤质量演变研究中碳、氮、硫、磷元素循环从土壤肥力和农业非点源污染的探讨拓展至土壤对全球气候变化的适应与响应;土壤退化研究则从对土壤生产力或功能丧失的研究发展至全球气候变化背景下农业发展可持续性及土壤生态功能的研究。环境土壤学在今后有四个重要发展趋势:提倡多学科交叉融合;评估全球气候变化对土壤元素循环的潜在影响;完善土壤健康评价框架中的土壤环境评价指标建立;学科发展服务于国家重大需求。

土壤有机质对疏水性有机污染物的非线性吸附及其影响因素

土壤有机质(SOM)是土壤的重要组成部分,它对疏水性有机污染物(HOCs)的吸附作用对污染物在环境中的迁移转化有着至关重要的影响。近年来的一些研究表明,HOCs在SOM上的吸附行为并不严格地符合传统的线性分配模型。本文综述了近年来一些学者提出的SOM对HOCs的非线性吸附作用的机制及其影响因素,认为SOM的组成和结构均对HOCs的吸附有着重要的影响。SOM吸附在土壤矿物表面后,其结构或各组分的比例发生了改变,从而对其本身的吸附作用产生影响。溶液的化学环境(主要是阳离子)会对SOM的结构和吸附作用产生影响,特别是当溶液中存在一些过渡金属(如,铜或银)的离子时,共吸附的金属离子可能会与多环芳烃类分子形成阳离子-π键的作用,从而促进多环芳烃类物质在SOM上的吸附。

反应时间对对硝基氯苯在土壤上的吸附与解吸行为的影响

对硝基氯苯(p-.Nitrochlorobenzene,p-NCB)在东北黑土上吸附不同时间(1天和36天)的样品吸附等温线重合,表明吸附在1天内达到平衡。然而,不同吸附时间的两份样品解吸等温线存在显著差异,推测可能是吸附达到表观平衡后,随接触时间的增加,吸附质(p-NCB)分子和土壤有机质之间发生酶催化反应中的"诱导-契合"作用,从而使二者的结合更加紧密。高浓度p-NCB可能会造成黑土有机质发生结构或形态的改变,造成解吸延滞作用显著。

对硝基氯苯在土壤和腐殖酸上的长期吸附与多步解吸的研究

采用批量平衡实验法研究了对硝基氯苯(p-NCB)在土壤和腐殖酸上的长期吸附和多步解吸,比较了连续的多步解吸与一步解吸的差异。结果表明,随着吸附时间的增加吸附量均会有所增加,随吸附时间增加吸附等温线的非线性增强。p-NCB在液相和固相上的初始浓度对吸附速率有一定影响,低浓度比高浓度时达到平衡的速率要低。对于两种受试土壤,两次解吸得到的等温线均无法与吸附等温线重合,表现出很强的吸附不可逆性。而尽管p-NCB在腐殖酸上表现出明显的非线性吸附(n=0.794),但4次解吸后所得到的平衡位点与吸附所得的平衡位点基本落在同一条直线上,对数坐标下进行线性拟合的相关系数(R2)可达0.988,说明吸附过程是完全可逆的。

土壤湿度对土壤中对硝基氯苯提取率的影响

在"固–气–液"三相体系中,通过土壤加标污染物并控制湿度的实验,研究了土壤湿度对p-NCB在土壤及其成分中提取率的影响。结果表明:土壤湿度造成p-NCB在两种土样上的提取率较干燥土样显著减小。土壤成分实验中,高岭石中p-NCB的提取率受样品湿度的影响较大,腐殖酸的存在大大减小了土壤湿度对高岭石中p-NCB老化过程的影响。土壤湿样中p-NCB提取率在反应21天后开始变缓,说明p-NCB在土壤湿样上的老化过程分可为两个阶段:自反应开始至进行到第21天是快速老化阶段,之后为缓慢老化阶段。p-NCB在土壤干样上的老化过程不明显,在实验周期下未发现提取率随反应时间有明显下降。