铅、镉在典型植烟土壤中的吸附-解吸特性及环境风险评估.pdf
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1、烟草科技 T 0 b a c c o S c i e n c e T e c h n o l o g y 烟草农学 T o b a c c o A g r o n o m y 2 0 1 0年第 3期(总第 2 7 2期)铅、镉在 典型植烟土壤 中的吸附 一解 吸特性及环境风 险评估 杨 欣,陈 江华,张艳 玲,尹启 生,张仕祥 1 中国烟草 总公 司郑 州烟草研 究院,郑 州高新技 术产 业开发 区枫 杨街 2号4 5 0 0 0 1 2 中国烟叶公 司,北京 市西城 区月坛 南街 5 5号 1 0 0 0 4 5 关键 词:铅;镉;烟 草;土壤;吸 附;解吸 摘 要:以我 国主要 产烟 区
2、 4种 典型 植烟 土壤(红壤、水稻 土、黄 壤、褐 土)为试 材,采 用一 次 平衡 法研 究 了 外加铅、镉在 植烟 土壤 中的 吸 附 一解 吸行 为,并 利用保 留 因子 对 铅、镉 在 4种 土壤 中的 环境 风 险进 行 了 评 估。结果 显示:4种 植 烟土壤 对铅、镉 的 吸 附存 在很 大差 异,褐 土 对铅、镉 的 吸 附能 力 最 强,其 次是 黄 壤,水稻 土和 红壤 的吸 附能 力则较 弱。除褐 土对镉 的 吸 附外,4种植 烟 土壤 对铅、镉 的 吸 附均 可 用 L a n g m u i r 及 F r e u n d l i c h方程 拟合。在 竞 争吸 附
3、条件 下,铅、镉 的平 均 分 配 系数 均 下降,下 降 率分 别 为 l 4 3 4 和 8 2 5 ,铅 的存在 明 显抑制 了土壤 对镉 的吸 附,镉 对铅 的 影 响较 小,铅、镉 吸 附量在 水稻 土和 红壤 中下 降幅度 更大。随 土壤 中铅、镉 含量 的增加,环 境风 险呈 几何 级数 增加,4种 土壤 中,两元 素在 水 稻 土和 红壤 中的 潜在 环境 风 险更 大。中图分类 号:$5 7 2 0 6文 献标 识码:A文章编 号:1 0 0 20 8 6 l(2 0 l 0)0 3 0 0 4 6 0 5 Ad s or pt i o n-De s or pt i o n
4、Be ha v i o r s a nd En v i r o n m e nt a l Ri s k As s e s s m e nt o f Le a d,Ca d m i um i n Typ i c a l To ba c c o Gr o wi ng S o i l s Y A N G X I N(1),C HE N J I A N G-H U A(2),Z HA N G Y A N L I N G(1),Y I N Q I S H E N G(1),a n d Z H A N G S H I XI ANG(1)1 Zh e n g z h o u T o b a c c o Re
5、 s e a r c h I n s t i t u t e o f CNT C,Zh e n g z ho u 45 0 0 01,Ch i n a 2 C h i n a Na t i o n a l L e a f T o b a c c o C o r p o r a t i o n,B e i j i n g 1 0 0 0 4 5,C h i n a Ke ywo r d s:Pb;Cd;To b a c c o;S o i l s;Ad s o r p t i o n;De s o r p t i o n Ab s t r a c t:T a k i n g r e d,p a
6、d d y,y e l l o w a n d c i n n a mo n s o i l s,wh i c h a r e t y p i c a l i n ma j o r t o b a c c o g r o wi n g a r e a s i n Ch i n a,a s e x p e r i me n t a l ma t e r i a l,t he P b a n d Cd a d s o r p t i o n d e s o r pt i o n b e ha v i o r s o f t h e s e s o i l s a mp l e s we r e i
7、 n v e s t i g a t e d wi t h l i n e a r e q ui l i b r i um me t h o d a nd t he e n v i r o n me n t a l r i s k o f t h e p r e s e n c e o f P b a n d Cd i n t h e s e s o i l s wa s a s s e s s e d wi t h r e t e n t i o n f a c t o r s T h e r e s u l t s s h o we d t ha t Pb a n d Cd a ds o
8、r pt i o n d i f f e r e d s i g n i f i c a n t l y b e t we e n t h e s o i l s a mpl e s wi t h h i g h e s t a d s o r p t i o n c a p a c i t y o f c i n n a mo n s o i l,f o l l o we d b y y e l l o w s o i l,t a i l e d b y p a d d y s o i l a nd r e d s o i l T he P b a n d Cd a d s o r p t
9、i o n i n t o b a c c o g r o wi n g s o i l c o u l d be we l l d e s c r i b e d b y La n g mu i r a n d Fr e un d l i c h e q u a t i o n wi t h t h e e x c e pt i o n o f Cd i n c i n n a mo n s o i l Th e me a n d i s t r i bu t i o n c o e f f i c i e n t o f Cd a n d Pb de c r e a s e d b y 1
10、 4 一 3 4a nd 8-2 5,r e s p e c t i v e l y,un d e r a c o mp e t i t i v e c o n d i t i o n,whi c h me a n s t ha t t h e p r e s e nc e o f P b o b v i o u s l y i n h i b i t s Cd a d s o r p t i o n,wh i l e t h e pr e s e n c e o f Cd i mp a r t s l e s s e f f e c t s o n P b a ds o r p t i o
11、n;a n d P b a nd Cd a ds o r p t i o n i n pa d d y s o i l a n d r e d s o i l d r o p p e d mo r e s h a rp l y T he e n v i r o n me n t a l r i s k a s s e s s me n t i n di c a t e d t ha t t h e e n v i r o nme n t a l r i s k wa s mu l t i p l i e d g e o me t r i c a l l y wi t h t he i n c
12、r e a s e o f Pb a n d Cd c o n t e n t s i n s o i l s,t he i r p r e s e n c e i n pa d d y s o i l a n d r e d s o i l wa s p o t e n t i a l l y mo r e r i s k y 基金项 目:郑 州烟草研 究院科技项 目资助“典型烟 区土壤环境质量评价及监测监控研究”(1 1 2 0 0 8 C Z 0 3 1 0)。作者简介:杨欣(1 9 8 5一),在读硕士研究生,研究 方向:烟草农业。E m a i l:n 0 n g d a y a n
13、 g x i n 1 6 3 c o n 收稿 日期:2 0 0 91 01 2 责任编辑:董 志坚E ma i l:y c k j 2 2 5 6 y a h o o c o m c n电话:0 3 7 1 6 7 6 7 2 6 5 0 土壤 是烟 叶 中重金 属 的重要 来源,最 近研 究发 现,我 国农 田土壤 重金 属 污染 呈加 重 趋 势,植 烟 土 壤 也 存 在不 同程 度 的重 金 属污 染。对 我 国 烟 叶重 金 属 含 量 的调查 发 现,铅、镉可 能是 我 国烟 叶 中的主 要重 金属 元 素 J,因此,研 究 我 国植 烟 土壤 中铅、镉 的迁 移 规 律 对控
14、制 烟叶重 金属 含量 有重 要意 义。吸 附 一解 吸反 应 是控 制 重 金 属 在 土 壤 固相 一液相 之 间分 配 的 重要 过 程,其 在一 定程 度上 决 定 了 重 金 属在 土 壤 中 的移 动 性 及 生物有 效性,是评 估重 金 属污染、土壤环 境 风险 的有 效手 段。我 国烟 区分布 广泛,土壤 类 型多样,重 金属 在 土壤 中的迁移转化趋势存 在很大差异,尽管关于土壤 重金 属吸 附 一 解 吸 的研 究 较 多,但 是 覆 盖 我 国主要 烟 区典 型植 烟土壤 的相 关 研 究 却 较少。试 验 选 取河 南、福建、云南 和贵 州等 主要 烟 区 4种 代表性
15、 植 烟土 壤,研 究 了不 同类 型 土壤对 铅、镉 的吸 附 一解 吸特 性,以期 阐 明植 烟土 壤 中重金 属 的迁 移 规 律,为实 现 我 国烟 草 中 重金 属 的有 效控 制提 供理 论 和数 据参考。1材 料与 方法 1 1 供 试 土壤 供试植烟土壤为褐土、水稻土、红壤和黄壤耕层土 壤,分别 采 自河南 许 昌,福 建 龙 岩,云 南 文 山 和贵 州 遵 义。采 集后 的土壤 样 品经 风干并 过 2 0目尼龙 筛后,密 封 备用。土壤 基 本性质 见表 1。1 2吸 附 一解 吸 试 验 采用 一 次 平 衡 法 进 行 吸 附 一解 吸 试 验,称 取 1 0 0 0
16、 g 风 干 土样,置 于 5 0 m L离 心 管 中,加 人 一 系 列 含 c d“c d(N O ),分析纯(5,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 m g L)或 P b“P b(N O 3)2,分 析纯(5 0,1 0 0,2 0 0,3 0 0,4 0 0,5 0 0,6 0 0 m g L)的 0 0 1 mo l L N a N O (支 持 电解质)溶液 2 0 mI ,恒 温(2 5)振荡 2 4 h,8 0 0 0 r m i n离心 1 0 mi n,采 用 w h a t m a n 4 2滤纸过 滤,原子 吸 收 分 光 光度 法 测 定 上 清 液
17、中 C d ,P h 的浓 度,计 算 土 壤 对 C d“,P b“的 吸附量。残 渣用 于解 吸试 验。在 以上 含 残 土 的 离 心 管 中分 别 加 入 0 0 1 mo l L N a N O 溶液 2 0 mL,加盖 后用 力 摇荡,使 离 心 管 内残 土 分散,然后置 于恒温振荡 器 中以 2 0 0 r m i n(2 5)间歇 表 1供 试 土 壤 的 基 本 性 质 振荡 2 4 h,在 8 0 0 0 r m i n下 离 心 1 0 m i n,上 清 液 用 w h a t ma n 4 2滤纸过滤。采用原子吸收分光光度计测定 滤液 中 C d“,P b 浓 度,
18、并 计算 c d“,P h 的解 吸量。1 3铅、镉 竞 争 吸 附试 验 在 1 0 0 0 g风 干 土 样 加 入 上 述 一 系 列 含 C d“和 P b 的0 0 1 m o l L N a N O 溶液 2 0 m L,余下的处理与 测 定 同“1 2吸附 解 吸试验”中 的吸附 试验。以上 实 验 均 重复 3次,取 3次结 果 的平 均值。1 4分析 方 法与数 据 处理 按文献 5 的方法测定 土壤基本理化性质。采用 原 子 吸收分 光 光 度 计 测 定 铅 与 镉 的 浓 度,用 Mi c r o s o f t E x c e l,S P S S 1 3 0进 行 数
19、据 处理。2结 果与 分析 2 1 铅、镉 在 4种植 烟 土壤 中的 吸 附 一解 吸特性 2 1 1 铅、镉在土壤中的等温吸附特性 由图 l可见,4种植 烟 土壤 对 铅、镉 的 吸 附总 体 上 表 现为在 低 浓度 时强 烈增 加,高浓 度时 吸 附逐渐 趋缓,但 不 同植 烟 土壤 的 吸附性 能存 在 明显差 异。当平 衡 液 离子 浓度 较低 时,以褐 土 对 铅、镉 的 吸 附 量增 加 最 快,水 稻土 和红 壤上 升较 慢,随着 平 衡 液 离 子 浓 度 的 继续 增大,水 稻 土 和 红 壤 的 吸 附 曲线 趋 于 平 缓,而 褐 土 对 铅、镉 的吸附量仍保持较强
20、的增长态势,尤其对 P b的 吸 附在最 大处 理 浓度 时仍呈 直 线上 升。说 明褐土 对两 种离子的吸附能力最强,其次是黄壤,水稻土和红壤的 吸 附能力 则 相 对 较 弱。有 研 究 表 明。,不 同 类 型 土 壤 对铅、镉 吸 附能力 的差 异 与土 壤 性 质 如 土 壤 p H、土 壤 碳酸 钙含 量有 关,土壤 对重 金 属 的吸附 量随 土壤 p H 及 碳 酸钙含 量 的升 高而 升高。本 试验 考察 的 4种植 烟 土壤中,褐土的 p H及碳酸钙含量 均为最高,对铅、镉 的吸附 能力 也最 强,p H和碳 酸 钙含 量较 低 的红壤 和水 稻 土 吸附能力 较 弱。这
21、与前 人 的 研 究 结 果 一致,进 步说 明了 p H和 碳酸 钙含 量是 影 响 土 壤重 金 属 吸 附 一 解 吸 的重 要 因素。平衡液P b 浓度(mg L)5 l 0 1 5 2 0 平衡 豳 G d 浓度(mg L)图 1 土 壤 对 铅、镉 的 等 温 吸 附 4 7 从 图 1中还 可看 出,铅、镉 两离子 在 4种植 烟土 壤 中 的吸附反 应也 有较 大差异。尽 管试 验 中铅 的处理 浓 度是镉 的 1 0倍,但 随着 处 理 浓 度 的提 高,水 稻 土、红 壤、黄 壤对 铅 的吸附增 加速 率先 后趋 缓,但 均未 显示 达 到平衡,褐 土对铅 的 吸附则 几乎
22、 呈一 直线,随镉 处理 浓 度 的增 加,4种 土 壤 对 镉 的 吸 附 速 率 均 先 后 趋 缓,6 0 m g L处 理 时,在水 稻 土和 红壤 中吸 附量 已达到 吸 附平 衡。说 明 4种典 型植 烟土 壤 对 铅 的 吸 附能 力 强 于镉,这与铅、镉 本 身特 性 如水 解 常数、离 子 半径 等 因素 有 关。利用方 程对 铅、镉 吸 附等 温 线 拟 合 的 结果(表 2、表 3)表 明,除褐 土对 镉 的吸 附外,其 他试 验 土壤 对铅、镉 的吸 附 均 可 用 L a n g mu i r及 F r e u n d l i c h方 程 较 好 拟 合,相 关系
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- 关 键 词:
- 典型 烟土 中的 吸附 解吸 特性 环境 风险 评估
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