阿特拉津在狼尾草根际与非根际土壤的吸附特性及机制

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阿特拉津是东北农田土壤中常用的除草剂,阿特拉津施用到农田中,会对土壤环境造成污染,甚至污染水环境。目前关于阿特拉津的植物修复的研究有很多,已有研究证实,狼尾草具有修复被阿特拉津污染的土壤的能力,但是关于狼尾草根际效应及根际对阿特拉津的吸附机制尚不明确。本试验选取阿特拉津为污染物,以狼尾草为修复植物,在对比分析狼尾草根际土壤与非根际土壤的基本理化性质差异的基础上,研究狼尾草根际土壤和非根际土壤对阿特拉津的吸附特性;同时借助荧光光谱研究技术,探究根际土与非根际土对阿特拉津吸附差异的根本原因及吸附机制。相关研究以期为更好的了解狼尾草修复阿特拉津污染土壤过程中污染物的环境行为提供基础信息。本实验取种植狼尾草60天后的土壤进行试验。测定结果表明根际土壤中典型营养(硝态氮、氨态氮、总磷、速效磷)的含量明显高于非根际土,且根际土阳离子交换量和总有机碳含量均明显高于非根际土,根际土的pH低于非根际土。吸附动力学试验结果表明,阿特拉津在两种土壤中32小时达到吸附平衡。对吸附动力学过程进行模型拟合,发现用拟二级动力学模型拟合的效果更好。此外,上述两类土壤对于阿特拉津的吸附速率常数K2分别为0.026和0.023 kg·(mg·h)-1。这一结果说明狼尾草根际土壤对阿特拉津的吸附能力强于非根际土壤。研究等温吸附试验时发现,对于同种浓度的阿特拉津溶液(130 mg·L-1),狼尾草根际土对阿特拉津的吸附量始终高于非根际土。对阿特拉津在两种土壤上的等温吸附过程进行模型拟合时,结果表明,用Freundlich模型拟合效果更好。等温吸附模型中的K值代表吸附剂对污染物的吸附能力,在Freundlich模型和Langmuir模型中根际土的K值始终大于非根际土的K值,表明根际土对阿特拉津的吸附能力强于非根际土。在15℃、25℃和35℃这三种温度下阿特拉津在两种土壤上的吸附热力学实验,结果表明阿特拉津在狼尾草根际土和非根际土上的吸附为吸热反应,是自发地进行的,温度的升高有利于吸附的进行。在淋溶试验中,阿特拉津在两种土壤上的淋溶性能为非根际土大于根际土,在非根际土壤中的淋溶性较强;在土柱表面施加1 mL 500 mg·L-1的阿特拉津溶液,在根际土柱中阿特拉津的残留率达到80%,而在非根际土柱中的残留率只有45%,说明在淋溶过程中根际土对阿特拉津的吸附作用降低了阿特拉津的淋出率。从三维荧光光谱图和同步荧光光谱图可知,两种土壤的可溶性有机质(DOM)都含有类似于腐殖质的物质。随着阿特拉津浓度从0 mg·L-1增加到30 mg·L-1,在三维荧光光谱中,两种DOM的荧光峰都明显降低,在同步荧光光谱中,根际土DOM的猝灭速度是非根际土的1.5倍,两种DOM的荧光峰都明显降低,两个峰的荧光强度猝灭百分比分别为79.03%和83.64%,数据表明根际土的DOM比非根际土DOM与阿特拉津的结合能力强,两种DOM与阿特拉津结合后的主要猝灭过程是静态荧光猝灭;非根际土DOM和根际土DOM与阿特拉津的结合常数KA分别为2.7×104 L·mol-1和3.2×104 L·mol-1,表明两种土壤的DOM都表现出良好的阿特拉津结合能力,且根际土DOM强于非根际土DOM。红外光谱结果表明,根际土的DOM较非根际土的DOM在665 cm-1、825 cm-1和2372 cm-1处出现三个新的伸缩峰,这分别对应于C-H拉伸、芳香C=C环结构和Si-H官能团的增加,这些基团属于亲脂性基团。狼尾草通过根部会向土壤环境中释放根系分泌物,调节了土壤的特性,也使两种土壤及浸提的DOM出现差异,从而导致了两种土壤对阿特拉津的吸附能力不同。
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