典型沉积物组分结合的重金属对芦苇的植物有效性研究

沉积物中的重金属，与无机、有机胶体通过吸附、配位体交换、络合、共沉淀等作用与沉积物中不同组分结合，由于污染来源、环境条件、赋存时间的不同，重金属可以有不同的化学形态。不同赋存形态的重金属具有不同的生物环境地球化学过程及生物有效性规律。 5种氧化物矿物吸附态Cd的富集实验表明，芦苇对吸附在含铝矿物表面的Cd吸收最多，其次为铁锰矿物。比表面积较大、等电点较低的矿物与Cd的吸附强度和稳定性较强，进而造成Cd的植物有效性较低。可能对Cd的吸附解吸产生影响的是植物根系分泌的有机酸，有机酸对不同矿物吸附Cd的解吸规律与芦苇对Cd的吸收规律一致。有机酸本身性质，如羧基数量、电离常数等影响Cd解吸量。 环境中与水合氧化物结合（吸附和共沉淀）的Cd生物有效性研究表明，两种结合形式的Cd均被芦苇富集，不同处理体系中富集强度不同，根中富集量9.1 ~ 37.8 mg/kg；地上部分富集量为0 ~ 10.0 mg/kg。由于共沉淀处理增加了矿物的比表面积和吸附位点密度，并且在预先混合的过程中Cd进入氧化物内部使结合了Cd的水合氧化物更加稳定，因此吸附态Cd的植物有效性大于共沉淀。老化处理可使Cd向水合氧化物晶格内部扩散，因而显著地降低吸附态Cd的富集。由于Fe(OH)3的等电点较低、阳离子交换容量较大，因此与Fe(OH)3 结合的Cd有效性较低。采用2种低分子量有机酸对Cd进行解吸，Cd的解吸规律与芦苇对镉的富集规律一致。 与无定形铁氧化物结合（吸附和共沉淀）的多金属富集实验表明，芦苇对不同金属的富集强度不同。金属离子与铁氧化物的亲合力由金属阳离子水合半径和水化数决定，本研究中金属与铁矿物结合亲合力遵循：Pb > Cd > Cu > Ni，因此芦苇对金属的富集规律大致为Ni > Cu > Cd > Pb。在多金属处理体系中，金属之间往往竞争相同的吸附位点，形成相似络合物，从而改变吸附强度和稳定性。Ni和Cd在根中富集量较少，可能是体系中Pb的投加产生了竞争作用。此外，植物对金属的选择性吸收也影响金属的植物有效性。解吸实验表明，吸附处理的金属解吸量大于共沉淀，单一金属投加体系中，重金属的解吸量：Ni > Cu > Cd > Pb；多种金属投加体系中，Pb的解吸量增加，Cd的解吸量下降。根系分泌的低分子量有机酸对沉积物中的重金属有重要的活化作用，这可能是植物吸收污染沉积物或土壤中重金属的重要因素之一。 针铁矿和不溶性腐殖酸吸附态Cd的富集实验表明，水溶态金属的有效性最大，其次为针铁矿吸附态，最难被植物吸收的是腐殖酸吸附态金属。由于腐殖酸结构复杂、表面多官能团和吸附位点，因此与金属的亲合力较大，结合牢固，不易被芦苇吸收富集。解吸实验验证了相同条件下，柠檬酸对腐殖酸吸附态金属的解吸量小于针铁矿结合态。pH值是影响金属与沉积物中活性组分结合强度和稳定性的重要因素。较低的pH值，水相中H+浓度较高，与金属离子竞争吸附位点，降低针铁矿或腐殖酸对金属离子的吸附容量和稳定性。另外，环境pH值较低（低于矿物等电点）时，矿物表面趋于带正电，增加了金属离子吸附的难度。 水体－沉积物体系中，可溶性腐殖酸影响重金属的迁移和生物有效性。不同的腐殖酸浓度和投加顺序对金属的生物有效性影响研究表明，单一金属投加体系中，金属在芦苇体内的富集规律为：Cu > Cd > Ni > Pb，金属在植物不同部位的分布遵循：根 > 叶 > 茎 > DCB，腐殖酸浓度的增加降低了金属的富集（除Ni外）。混合金属投加体系中，金属的富集遵循：Ni > Cu > Cd > Pb（HA 5 ppm）；Cd > Ni > Cu > Pb（HA 20 ppm）。与单一金属投加相比，金属的富集量降低，DCB提取态金属含量增加。腐殖酸浓度的增加降低了金属的生物有效性。腐殖酸加入顺序显著影响的金属与针铁矿的吸附，进而影响金属的生物有效性。

Effects of soil pH and organic matter on distribution of thorium fractions in soil contaminated by rare-earth industries

The labilities of thorium fractions including mobility and bioavailability vary significantly with soil properties. The effects of soil pH and soil organic matter on the distribution and transfer of thorium fractions defined by a sequential extraction procedure were investigated. Decrease of soil pH could enhance the phytoavailability and the potential availability of thorium in soil. Increase of organic matter reduced the phytoavailability of thorium, but enhanced the potential availability of it.