硫素对氧化还原条件下水稻土铁、锰、镉和砷形态影响

摘要

通过充N2和充O2的氧化还原反应装置，模拟水稻田的氧化还原状况，在添加外源砷和镉污染的水稻土中，施用不同形态的无机硫(不施硫S0，单质硫S1和硫酸盐S2)，以研究在不同氧化还原条件下，硫素对水稻土中铁锰氧化物和镉砷形态的变化。结果表明:
　　1.通N2时，土壤溶液氧化还原电位(Eh)在-100～-200 mV之间，溶液pH在7.0～8.0之间，pe+pH为4～7之间;通O2时，溶液Eh在200 mV左右，溶液pH在6.5～7.5之间，pe+pH为9～12之间。
　　2.在通N2时，各处理HCl提取土壤氧化铁的含量比原土（21.4±0.3 g·kg-1）低5 g·kg-1，有利于结晶态氧化铁向无定形氧化铁转化和形成Fe2+，无定形氧化铁活化度比原土活化度46.8％有所增加，且处理MS2(49.4％)＜MS1(60.0％)。在通O2时，溶液中的Fe2+和FeS被氧化成Fe3+，Fe3+水解变成Fe(OH)3沉淀，提高了土壤酸溶性氧化铁和结晶态氧化铁的含量，氧化铁活化度为MS1(41.2％)＞MS2(36.1％)。
　　3.在通N2时，锰的活化度增加，结晶氧化锰向无定形锰转化，无定形氧化锰的含量均高于原土中氧化锰含量，硫酸盐处理的活化度要大于单质硫处理，即S2(76.8％)＞S1(68.8％)， MS2(71.6％)＞MS1(65.8％);在通O2时，结晶氧化锰的含量增加，土壤开始老化，氧化锰的活化度降低。
　　4.通N2时，不同处理各形态砷占总砷质量分数变化为残渣态(34.9％～41.4％)≈专性吸附态(37.4％～39.5％)＞晶态铁锰结合态(23.3％～25.6％)＞非专性吸附态(2.4％～3.3％)＞无定形铁锰结合态(0.5％～0.8％)。通O2时，各处理形态砷占总砷质量分数变化为残渣态(30.8％～39.3％)≈专性吸附态(30.3％～34.7％)＞晶态铁锰结合态(26.0％～28.7％)＞无定形铁锰结合态(9.3％～10.7％)＞非专性吸附态(0.5％～1.6％)，其中，无定形铁锰氧化物结合态砷比通N2时提高了约9％，也就是无定形铁锰的老化作用对砷形态转化的影响。
　　5.无论通N2还是通O2时，不同处理各形态镉占总镉的质量分数均为离子交换态＞铁锰氧化态＞碳酸盐结合态＞弱有机态＞有机结合态＞残渣态。通N2时，离子交换态为44.3％～49.8％，铁锰氧化态为22.82％～25.23％，通O2时，离子交换态为40.9％～42.7％，铁锰氧化态为24.69％～33.49％。
　　6.还原条件能够使氧化铁的活化度升高，砷的移动性增强;镉的生物有效性在还原条件大于氧化条件;但硫酸盐体系降低氧化铁的活化度，提高锰的活化度;单质硫体系的砷移动性要大于硫酸盐体系的砷移动性。
　　7.通N2时，不同处理各形态硫占无机总硫的比例变化为酸溶性硫(33.8％～41.5％)＞水溶性(22.2％～29.9％)＞酸挥发性硫(11.7％～24.7％)＞吸附性硫(16.5％～22.1％)。通O2时，各处理不同形态硫占总无机总硫的比例变化为酸溶性硫(28.2％～38.3％)＞水溶性硫(19.4％～28.8％)≈酸挥发性硫(20.3％～28.3％)＞吸附性硫(14.4％～22.0％)，水溶性硫和酸溶性硫的比例有所下降，而酸挥发性硫的比例有所上升。

目录

声明

致谢

摘要

1．文献综述

1．1 重金属污染现状

1．1．1 土壤中镉污染

1．1．2 土壤中的砷污染

1．2 水稻土中硫形态

1．3 硫素对铁锰的影响

1．4 硫素对重金属形态的影响

1．4．1 硫对镐的影响

1．4．2 硫对砷的影响

1．5 铁锰氧化还原对重金属的影响

2 引言

3 材料与方法

3．1 供试土样

3．2 试验方法

3．2．1 氧化还原模拟试验

3．2．2 测定内容

3．2．3 测定方法

3．3．1 基础数据测定

3．3．2 不同形态铁锰的测定

3．3．3 不同形态镉的测定

3．3．4 不同形态砷的测定

3．3．5 土样硫素分级测定

3．3 数据分析

4 结果分析

4．1 不同氧化还原条件下氧化还原电位(Eh)、pH和pe+pH变化

4．2 不同氧化还原条件下土壤溶液中各离子的浓度变化

4．2．1 不同氧化还原条件下土壤溶液中铁离子的浓度变化

4．2．2 不同通气条件下土壤溶液中锰离子的浓度变化

4．2．3 不同通气条件下土壤溶液中砷离子的浓度变化

4．2．4 不同通气条件下土壤溶液中镉离子的浓度变化

4．3 不同氧化还原条件下土壤氧化铁形态变化

4．3．1 HCl提取酸溶性土壤氧化铁含量变化

4．3．2 不同通气条件下土壤游离铁含量的变化

4．3．3 土壤无定形铁和结晶态铁含量的变化

4．4 不同氧化还原条件下土壤氧化锰形态变化

4．4．1 HCl提取酸溶性土壤氧化锰含量变化

4．4．2 不同通气条件下土壤游离锰含量的变化

4．4．3 土壤无定形锰和结晶态锰含量的变化

4．5 不同氧化还原条件下土壤As形态变化

4．5．1 土壤非专性吸附态砷的含量变化

4．5．2 土壤专性吸附态砷的含量变化

4．5．3 土壤无定形铁锰结合态砷的含量变化

4．5．4 土壤晶态铁锰结合态砷的含量变化

4．5．5 土壤残渣态砷的含量变化

4．6 不同氧化还原条件下土壤Cd形态变化

4．6．1 土壤交换态镉的形态变化

4．6．2 土壤碳酸盐结合态镉的形态变化

4．6．3 土壤弱有机态镉的形态变化

4．6．4 土壤铁锰氧化态镉的形态变化

4．6．5 土壤有机结合态镉的形态变化

4．6．6 土壤残渣态镉的形态变化

4．7 不同氧化还原条件下土壤硫形态变化

4．7．1 未污染土壤水溶态硫的形态变化

4．7．2 未污染土壤吸附性硫的形态变化

4．7．3 未污染土壤酸溶性硫的形态变化

4．7．4 未污染土壤酸挥发性硫的形态变化

4．7．5 污染土壤水溶性硫的形态变化

4．7．6 污染土壤吸附性硫的含量变化

4．7．7 污染土壤酸溶性硫的形态变化

4．7．8 污染土壤挥发性硫的形态变化

5 结论与讨论

5．1 讨论

5．1．1 硫素形态对氧化铁形态的影响

5．1．2 硫素形态对氧化锰形态的影响

5．1．3 硫素形态对砷形态的影响

5．1．4 硫素形态对镉形态的影响

5．2 结论

参考文献

硕士期间发表的文章