干湿交替环境土壤汞赋存形态及其动态变化

摘要

汞作为公认的全球性污染物，其生物地球化学循环过程一直是环境科学领域的研究热点。据估计，全球每年输入到大气中汞的总量约为7500 t左右，其中自然释汞约占1/2。在自然释汞源中，土壤又是最主要的自然汞源，同时土壤汞的流失也是河流、水库和湖泊沉积物汞的主要来源。据研究，进入大气的人为释放汞，在一年时间内其绝大部分又将沉降于地表。因此，土壤既是汞的源又是汞的汇。目前，针对土壤汞的迁移转化及其机理的研究，国内外已开展了大量工作，对环境界面间汞交换通量及影响因子也有了一定认识，但针对干湿交替环境下土壤汞的释放特征的研究还鲜见报道。因此，本文以重庆市主要耕作土壤紫色土、黄壤以及三峡库区消落带冲积土为调查研究对象，采取实地调查和模拟试验相结合的研究方法，运用动力通量箱与RA-915<'+>汞分析仪联用技术进行实地监测，并在实验室模拟研究干湿交替条件下土壤汞赋存形态的动态变化及释放特征。研究结果如下： 随着干湿交替的进行，土壤汞含量呈下降趋势，紫色土和冲积土的下降幅度大于黄壤。淹水前后土壤汞的主要形态为酸溶态，其次是王水溶态和碱溶态，水溶态和过氧化氢溶态的含量最低。总汞的变化主要体现为酸溶态的变化，王水溶态表现出上升的趋势，碱溶态表现出下降的趋势，水溶态和过氧化氢溶态的变化无明显规律。处理A(加汞处理)的变化幅度大于处理B(不加汞处理)。处理A总汞对形态分布无明显影响，而处理B的酸溶态随总汞的增加而增加，相关系数0.868<'*>。处理A的酸溶态和碱溶态随有机质的增加而增加，相关系数分别为0.618<'*>和0.733<'**>，而处理B有机质增加会促进总汞的增加，二者相关系数为0.724<'**>。处理ApH值的下降会促进碱溶态的增加，相关系数为-0.519<'*>，处理BpH值的下降会促进总汞的增加，相关系数-0.546<'*>。 在落干条件下，各小区土壤汞含量保持相对稳定，王水溶态的含量最高，是最主要的形态，其次是酸溶态和碱溶态，两者含量相当，含量最低的是过氧化氢溶态和水溶态，变异系数大小依次为水溶态>过氧化氢溶态>碱溶态>酸溶态>王水溶态>总汞。总汞对酸溶态有显著影响，相关系数0.392<'*>。有机质对总汞及各形态都有显著影响，除碱溶态随有机质的增加而降低外，总汞及其它形态均随着有机质的增加而增加。过氧化氢溶态和王水溶态随着土壤pH值的上升而减少，相关系数分别为-0.477<'*>和-0.707<'*>，而碱溶态受pH值的影响与前者相反，相关系数为0.744<'*>。 淹水期间，土壤汞含量越高，上覆水总汞含量也越高。第一次淹水时，处理A上覆水总汞含量是由高到低再到高，第二次淹水时变为持续上升。处理B在淹水期问上覆水总汞含量保持连续上升的趋势。活性汞是主要的汞形态，上覆水总汞的变化主要体现为活性汞的变化，溶解态气汞的含量很低且保持相对稳定。三种土壤中，黄壤上覆水活性汞含量随pH值的降低而增加，黄壤A、黄壤B的相关系数分别为-0.776<'**>和-0.793<'**>；活性汞与上覆水及土壤Eh呈正相关关系，土壤Eh的升高可促进水体活性汞的累积；处理A中黄壤的活性汞与水温具有显著相关关系，相关系数为0.659<'*>，处理B中紫色土和冲积土活性汞与水温都达到显著相关，相关系数分别为0.822<'**>和0.778<'*>，说明水温的升高确能促进土壤汞向水体释放；水温对总汞的影响，处理A均不显著，而处理B的总汞受水温的影响不可忽略。 淹水期间，土壤汞含量越高，水/气界面汞交换通量越大。第一次淹水时，处理A之间水/气界面汞交换通量相近，处理B之间差异也不大；第二次淹水时，各处理的通量都大大减小，减小得最多的是冲积土。第一次淹水期，处理A的通量是不断减小的，处理B除黄壤呈减小趋势，紫色土和冲积土都是缓缓增加的；第二次淹水期，同种土壤两处理的通量变化一致，黄壤和紫色土上下波动，而冲积土缓慢增加再缓慢减小。水/气界面的汞交换通量与上覆水中活性汞的变化趋势大体相反。气象因子和水化学对水/气界面汞交换通量的影响因土壤类型及土壤汞含量存在差异。 通过比较，土壤汞含量越高，土/气界面汞交换通量越大。处理A除黄壤外，紫色土与冲积土土/气界面汞交换通量都远大于水/气界面通量，冲积土土/气界面的汞交换通量最大；处理B土/气界面通量均小于水/气界面通量，并且三种土壤比较接近。处理A中，黄壤的通量持续降低，而紫色土和冲积土是先升高再降低；处理B的通量呈现稳中有降的趋势。处理A中，气温对黄壤的土/气界面通量影响显著，相关系数0.479<'*>；相对湿度对黄壤和冲积土的通影响显著，相关系数分别为-0.574<'*>和-0.498<'*>；光照强度对紫色土和冲积土的通量影响显著，相关系数分别为0.459<'*>和0.504<'*>。气象因子·对处理B的通量没有显著影响。 13个小区中土/气界面汞交换通量最大的是油.麦轮作地，最小的是杂草空地。各小区之间的差异不大，且变化趋势相似，波动的范围基本上处于-50 ngm<'-2>h<'-1>～100 ngm<'-2>h<'-1>。气象因子对小区总体通量具有显著影响，与大气压(x<,1>)、相对湿度(x<,2>)、气温(x<,3>)、土温(x<,4>)和光照强度(x<,5>)的相关系数分别为-0.238、-0.234、0.333、0.278和0.287，最优回归方程为：y=-5.302+2.692x<,3>-2.611x<,4>+0.035x<,5>(R<'2>=0.146)。

目录

文摘

英文文摘

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第1章文献综述

1.1汞的物理化学性质

1.2汞污染的危害

1.3汞在不同环境中的行为特征

1.3.1汞在水环境中的形态及转化

1.3.2汞在土壤环境中的形态及转化

1.3.3汞在大气环境中的形态及转化

1.4环境界面间汞释放通量研究现状

1.4.1大气汞沉降

1.4.2土/气界面汞交换

1.4.3水/气界面汞交换

1.5干湿交替环境下汞环境行为研究

第2章引言

2.1立题背景

2.2研究内容

2.2.1干湿交替下不同类型土壤中各形态汞的动态变化及影响因素

2.2.2干湿交替下不同类型土壤土/水/气界面汞交换特征

2.3技术路线

第3章材料与方法

3.1野外监测

3.1.1监测基地概况

3.1.2试验方法

3.2室内模拟

3.2.1试验材料

3.2.2试验方法

3.3分析方法

3.3.1土壤基本性质的测定

3.3.2通量箱空白值的测定

3.3.3土/气及水/气界面汞交换通量的测定

3.3.4上覆水总汞与形态汞的测定

3.3.5土壤总汞与形态汞的测定

3.4主要仪器设备

第4章干湿交替条件下土壤汞形态动态变化

4.1土壤汞形态的分布与变化

4.2总汞、有机质及pH对汞形态的影响

第5章干湿交替条件下土/水/气界面汞交换特征

5.1上覆水汞含量的变化

5.2水/气界面汞交换特征

5.3土/气界面汞交换特征

第6章土/水/气界面汞交换的影响因素

6.1土/水界面汞交换影响因素

6.1.1 pH的影响

6.1.2氧化还原电位的影响

6.1.3水温的影响

6.2水/气界面汞交换的影响因素

6.2.1气象因素的影响

6.2.2水化学的影响

6.3土/气界面汞交换影响因素

第7章结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致 谢

发表论文及参加课题