冻融作用对我国东北典型农田黑土重金属Cd迁移转化的影响

【摘要】冻融作用是我国东北地区的典型气候特征，能够改变土壤理化性质，对重金属的环境行为具有重要影响。目前关于冻融作用对土壤重金属的吸附和形态转化的影响研究已经取得了许多成果，然而在冻融作用对重金属迁移转化方面的研究相对较少，并且其中涉及的机理尚不清楚。所以，本论文以东北典型农田黑土为研究对象，采用室内模拟冻融试验、化学定量分析和模型模拟等方法，研究了冻融过程中Cd污染土壤Cd的迁移转化规律以及冻融作用对土壤Cd污染过程中Cd的迁移及其在土壤剖面分布的影响，同时结合上述过程与土壤理化性质之间的关系，综合讨论了冻融作用影响重金属迁移转化的原因。获得如下研究结果：采用土柱模拟冻融试验研究了冻融过程中Cd污染土壤中重金属Cd的迁移转化规律及其与土壤理化性质变化之间的关系。结果表明：冻融过程中重金属Cd有向土柱两端迁移的趋势，交换态Cd含量显著增加，碳酸盐结合态和有机结合态Cd含量显著降低；与其它冻融阶段相比，冻结阶段的交换态和碳酸盐结合态Cd含量变化更加显著。冻融过程中土壤理化性质变化和重金属迁移转化存在一定的关系。除完全冻结阶段外，土壤中重金属Cd总量与土壤含水率均呈显著正相关。在冻结阶段，土壤pH的降低增加了交换态Cd含量，降低了碳酸盐结合态和有机结合态Cd含量；土壤Eh的变化与交换态Cd含量呈显著负相关。在融化阶段，pH逐渐升高，交换态Cd含量随之降低，碳酸盐结合态Cd含量逐渐增加；Eh的降低也会增加交换态Cd含量。冻融过程促进了有机质的矿化，增加DOM含量，进而降低了有机结合态Cd含量，同时增加的DOM又能作为重金属迁移的载体增强了土壤中Cd的迁移性。采用室内土柱淋溶试验研究了冻融作用对土壤Cd污染过程中Cd的迁移和分布的影响规律及其与土壤理化性质变化之间的关系。结果表明，用同体积含Cd淋洗液淋溶土柱时，水分穿过冻融处理土柱时的运移速度明显快于未冻融土柱，而且不同淋溶液的运移速度为蒸馏水＞污泥提取液＞秸秆提取液＞冰雪融化液。冻融作用增加了不同淋洗液条件下重金属Cd的淋出，淋出液中Cd浓度表现为秸秆提取液＞污泥提取液＞蒸馏水＞冰雪融化液。不同淋洗液淋溶土柱后重金属Cd主要集中在土壤的表层，随着土层深度的增加，各土层中Cd含量随之下降，并且远低于表层。冻融作用和淋洗液的添加均能够降低土壤pH，降低碳酸盐结合态Cd含量，提高交换态Cd含量，促进了重金属Cd在土壤中的移动。含有有机质淋洗液的添加增加了土壤有机质含量，引起土壤中有机结合态和铁锰氧化物结合态Cd含量的增加。淋洗液的添加还能够导致土壤盐分离子和细小颗粒的淋失，增加了地下水污染的风险。采用室内土柱淋溶模拟实验研究了冻融作用对不同淋洗液污染土壤过程中重金属Cd的迁移和积累的影响，结果表明：冻融作用增加了土壤对Cd的最大缓冲容量和Cd在土壤中的运移速率。化学非平衡两点模型（DNEM-TSM）能够很好地拟合Cd在土壤中的运移规律，而且此模型对未冻融土壤的拟合效果要好于冻融土壤。虽然，不同淋洗液中的Cd均能够完全穿透土柱，但冰雪融化液、污泥提取液和秸秆提取液做淋洗液时，淋洗液中的细小颗粒物和有机质能够降低土壤的渗透性，导致淋溶过程中孔隙水流速逐渐下降，但有机质能够增加Cd的溶解性，促进Cd的淋出。
【作者】张赛；
【导师】郭平；
【作者基本信息】吉林大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】冻融作用；东北黑土；土柱模拟；镉；迁移；

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