【摘 要】
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由于三峡水库调度在水库干流和支流回水区形成的水位反季节涨落的水陆交错带,使得三峡库区消落带成为独特的生态系统。库区生产、生活活动排放的污染物以及水库上游来水和泥沙携带污染物的沉降导致三峡库区消落带土壤重金属污染问题日益严重,尤以镉(Cd)污染极为突出。同时,库区农用地雨季畜禽粪便的不合理堆放或直接还田对库区坡耕地农业面源污染也有重要贡献,而畜禽粪便进入土壤后,溶解性有机质作为禽畜粪有机质中最活跃的
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由于三峡水库调度在水库干流和支流回水区形成的水位反季节涨落的水陆交错带,使得三峡库区消落带成为独特的生态系统。库区生产、生活活动排放的污染物以及水库上游来水和泥沙携带污染物的沉降导致三峡库区消落带土壤重金属污染问题日益严重,尤以镉(Cd)污染极为突出。同时,库区农用地雨季畜禽粪便的不合理堆放或直接还田对库区坡耕地农业面源污染也有重要贡献,而畜禽粪便进入土壤后,溶解性有机质作为禽畜粪有机质中最活跃的组分,可能会影响重金属在土壤表面的吸附,进而进一步对库区生态环境造成影响。土壤对重金属的吸附是影响重金属在土壤中的生物有效性和重金属迁移进入水体的重要因素。而目前仅有的极少数关于三峡库区消落带土壤对重金属的吸附研究仅探索了土壤自身性质如p H和土壤有机质(SOM)对消落带土壤吸附Cd的影响,并未考虑差异性淹水时长导致的消落带土壤理化性质的变化及其与外源DOM的交互作用对重金属吸附的影响。本文以三峡库区腹地重庆市忠县坪山的长江支流库湾消落带土壤为研究对象,以库岸(高程177 m)土壤为对照,采样分析了消落带差异性淹水时长(对应高程151 m和160 m)下表层土壤(0~20 cm)理化性质的差异;并探讨外原猪粪DOM与消落带SOM的交互作用;另外,通过批吸附实验研究了不同淹水时长消落带土壤对Cd的吸附动力学和等温吸附特征以及猪粪源DOM的添加对上述吸附行为的影响。主要研究结果如下:(1)研究区消落带土壤呈中性到弱碱性(6.60~8.04),消落带下部(151 m)土壤CEC显著高于消落带中部(160 m)、非消落带(177 m)土壤(P<0.05)。由于上层非消落带坡耕地表土侵蚀的泥沙堆积,消落带和非消落带土壤均以砂粒和粉粒为主,但消落带土壤的砂粒含量稍高于非消落带土壤;通过FTIR表征猪粪源DOM,在3277 cm-1、2966 cm-1、1561 cm-1、1415 cm-1、1021 cm-1以及659 cm-1处出现不同的吸收峰,其中3500~3250 cm-1宽吸收带表明DOM中富含-OH和-COOH等活性官能团。同时利用三维荧光光谱仪表征猪粪源DOM,得出其主要为蛋白质类荧光峰,腐殖化程度较低,自生源特征较为明显,且有较高的生物可利用性。(2)猪粪源DOM与SOM交互作用后荧光类别分别是紫外区类腐殖质荧光峰、可见区类腐殖质荧光峰以及类色氨酸。添加猪粪源DOM后出现明显类蛋白荧光峰,类色氨酸的峰强增大,而类腐里酸的峰强减小。猪粪源DOM进入土壤后自生源特征较明显,具有较高生物可利用性,因而有利于土壤微生物群落的生成;猪粪源DOM进入土壤后,其SUVA254和SUVA260均有所下降,说明溶解性有机物的芳香化程度呈下降趋势,同时亲水性增强,不同淹水时长的供试土壤的SUVA254和SUVA260值均为:非消落带(177 m)>消落带(160 m)>消落带(151 m)。(3)猪粪源DOM初始添加浓度<30 mg C?L-1时,库区土壤对Cd的吸附量随DOM浓度增大而持续减少,DOM与Cd2+竞争土壤表面吸附点位以及溶液中DOM分子对Cd2+的络合作用是土壤对Cd2+吸附降低的主要原因;DOM初始添加浓度>30 mg C?L-1时,土壤对Cd的吸附量平稳缓慢增加。库区土壤对Cd的吸附作用主要为化学吸附,梯度上吸附强度(Qe、Qm、Kf):消落带160 m>非消落带177 m>消落带151 m,与土壤p H的变化规律一致但与CEC和土壤有机质含量的变化相反,表明土壤p H是最主要的内在影响因素。猪粪源DOM加入消落带土壤后,平衡液中存在的自由态猪粪DOM分子中这些活性官能团可能与Cd2+发生络合或配位反应,形成含Cd的螯合物,使库区土壤对Cd的吸附作用减弱,尤其是消落带底部(151 m)土壤对Cd的吸附。
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