薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)在土壤砷生物有效性評價(jià)中的應(yīng)用研究.pdf

1、擴(kuò)散梯度膜測定技術(shù)(DGT)是一種基于Fick第一擴(kuò)散定律的分析環(huán)境中重金屬元素生物有效性的方法。由于該技術(shù)綜合考慮了元素在環(huán)境中的強(qiáng)度、容量及擴(kuò)散速率,因此在水體、沉積物以及土壤中重金屬生物有效性的研究方面得到了越來越多的關(guān)注。目前DGT在測定土壤中銅、鋅、鉛、鎘等的生物有效性方面取得了較好的結(jié)果,但對砷的生物有效性研究仍處于初步階段。本文采用室內(nèi)模擬和盆栽試驗(yàn)相結(jié)合的方法,探討DGT表征土壤砷生物有效性的可行性、準(zhǔn)確性和應(yīng)用前景,并

2、嘗試?yán)肈IFS模型解析土壤中砷由固相到液相的遷移特征。本論文研究對豐富土壤砷生物有效性測定理論與方法,提高土壤中砷生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的準(zhǔn)確性具有重要意義。主要結(jié)果如下:
　　 1.通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),研究DGT對所測定基質(zhì)中砷的響應(yīng)程度、DGT吸附凝膠對砷的最大吸附量、有效吸附量以及環(huán)境基質(zhì)pH、砷形態(tài)對DGT測定有效性砷的影響。研究結(jié)果表明,在砷濃度范圍為0.1-11mg·L-1的基質(zhì)中,DGT測定值與溶液中砷的真實(shí)濃度之間沒有顯著

3、差異；DGT裝置的吸附凝膠對砷的最大吸附容量≤42μg,有效吸附容量≤13μg;在pH2.95-8.18范圍內(nèi)以及不同體積比的As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的混合溶液中,DGT測定結(jié)果與溶液中無機(jī)砷的真實(shí)濃度的比例均在1.0±0.1范圍之內(nèi),說明溶液pH的變化以及砷價(jià)態(tài)的變化不會影響DGT對溶液中砷含量測定的準(zhǔn)確性。
　　 2.以盆栽試驗(yàn)的生物指示法作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對比DGT方法與傳統(tǒng)方法(全量法、化學(xué)浸提法、土壤孔隙水法)對土壤砷生物有

4、效性的表征效果。通過不同方法測定的土壤砷濃度與植物吸收總砷之間的Log-Log相關(guān)關(guān)系表明,盆栽試驗(yàn)前后DGT測定的土壤砷有效濃度CE與小油菜中砷含量之間的相關(guān)性最好,達(dá)到極顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)方程分別為y=0.5218x-1.4478(R2=0.8401,n=43)和y=0.5205x-1.3863(R2=0.8309,n=43);盆栽試驗(yàn)前后土壤孔隙水也表現(xiàn)出與植物吸收總砷較好的相關(guān)性(R2分別為0.834和0.8101)；其次是HC

5、l提取態(tài)砷(R2=0.6781)、NaHCO3提取態(tài)砷(R2=0.6781)以及連續(xù)提取態(tài)中的AE-As(R2=0.5697)、Al—As(R2=0.5552)和Ca-As(R2=0.527),與植物吸收總砷相關(guān)性最差是連續(xù)提取態(tài)中的Fe—As(R2=0.1554)和O-As(R2=0.0636)以及土壤總砷(R2=0.2693)。表明DGT在測定土壤砷生物有效性研究方面具有可行性和應(yīng)用前景。
　　 3.通過土壤砷有效濃度CE與

6、土壤各結(jié)合態(tài)砷、土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系結(jié)果表明,土壤各固相結(jié)合態(tài)砷中,Al-As、AE-As、Ca-As和Fe-As與CE達(dá)到極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01,n=43),O-As與CE沒有明顯的相關(guān)關(guān)系。土壤pH值和總磷含量與有效砷含量、植物中砷含量呈顯著正相關(guān),隨著土壤的pH升高、總磷含量的增加,土壤中砷的生物有效性增加、植物中砷含量也隨之增加,但土壤中有機(jī)質(zhì)和陽離子交換量未顯著影響土壤中砷的有效性。
　　 4.基于平衡(離

7、心方法)和動(dòng)力學(xué)(DGT方法)原理測定得出43個(gè)供試土壤中有三個(gè)土壤的R值均大于0.95,表明這些土壤屬于充分緩沖情況；其余土壤的R值均低于0.95,屬于部分緩沖情況。通過DIFS模型對土壤中砷遷移的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行模擬,結(jié)果表明對于充分緩沖(R>0.95)的三個(gè)土壤土壤固相解析速率(kb)較快,響應(yīng)時(shí)間(Tc)較短；供試土壤中除四川、貴州和郴州地區(qū)個(gè)別土壤外,大多數(shù)土壤具有較長的特征響應(yīng)時(shí)間Tc和較低的解吸速率常數(shù)kb,說明在供試土壤中

8、,土壤固相的再補(bǔ)給作用對土壤有效砷的貢獻(xiàn)較小,而土壤孔隙水中砷對植物的供應(yīng)是植物吸收砷的主要控制過程。
　　 以上研究結(jié)果表明DGT方法測定的土壤中有效態(tài)砷與植物吸收砷量具有最好的相關(guān)性,能較好的表征土壤中砷的生物有效性,比其它方法更為準(zhǔn)確。同時(shí),結(jié)合動(dòng)力學(xué)(DGT方法)和平衡(離心方法)原理測定的砷含量可以計(jì)算得出反映土壤中砷遷移能力的R值,利用DIFS模型可以計(jì)算出砷在土壤中遷移的動(dòng)力學(xué)參數(shù),包括特征響應(yīng)時(shí)間Tc及解吸速率常