【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）水溶性有機(jī)物的化學(xué)行為及其對土壤中Cu形態(tài)和有效性的影響土壤學(xué)碩士論文

密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 水溶性有機(jī)物的化學(xué)行為及其對 土壤中 態(tài)和有效性 的影響 ts on u ts on u I 摘 要 水溶性有機(jī)物（ 有機(jī)肥料中最具有活性的組分。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥的施用歷來受到廣泛重視，并且通常被認(rèn)為是提高土壤肥力，改善土壤性質(zhì)，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要手段。 水溶性有機(jī)物隨著有機(jī)肥的施用進(jìn)入土壤后，通過與土壤中有機(jī)和無機(jī)膠體發(fā)生的一系列吸附、 解吸、 轉(zhuǎn)化、絡(luò)合等作用，將對土壤肥力、土壤理化性質(zhì)、土壤中微量元素和污染元素等的有效性產(chǎn)生一系列重要影響。研究 土壤中的化學(xué)行為及其對土壤中污染元素的影響，對于評價(jià)有機(jī)肥的效應(yīng) 、有機(jī)肥與土壤肥力的關(guān)系等 具有重要意義。 本文以雞糞堆肥作為 來源，選取黑土、褐 土和紅壤三種土壤，研究了 土壤中的 吸附 行為和 固定 作用 ，并 著重 研究 了 紅 壤 中 重金屬 態(tài) 變化 的影響 ，通過盆栽 模擬 試驗(yàn)的 手段 ， 探討 了 三種 染土壤上作物生長的影響， 通過上述研究， 主要取得了如下結(jié)論： （ 1）外源 入土壤后，能被土壤膠體所吸附，土壤對 吸附過程是一個(gè) 快速反應(yīng) 的過程，通常在一個(gè)小時(shí)內(nèi)即可達(dá)到吸附解 吸 平衡；不同土壤對 吸附能力差異明顯，有機(jī)質(zhì)含量 高 的黑土和低 的紅壤 對 吸附量 較 大，吸附速率 較 快 ， 三種土壤中的分配系數(shù)分別為 土壤對 吸附是一個(gè)可逆的過程，在適當(dāng)?shù)臈l件下，土壤所吸附的 可以 通過 解 吸 作用釋放 到土壤溶液中。對 附量大的土壤 ，其 解 吸 量 較 大 ，而對 附量小的土壤與 結(jié)合更 為 緊密 ，三種土壤所吸附 解吸量分別為所吸附 90%、 5060%、 40%左右。 （ 2） 入土壤后，除了能被土壤吸附外，還能被土壤固定。土壤對 固定與其對 吸附 之間 聯(lián)系 緊密，對土壤吸附能力強(qiáng)的土壤，對 固定能力 亦 強(qiáng)。此外，溫度越高，土壤對 固定 能力 越強(qiáng)。 （ 3）外源 土壤中重金屬 的存在 形態(tài) 產(chǎn)生 重要影響。外源 入土壤后，土壤中重金屬的 存在 形態(tài)迅速發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為交換態(tài)重金屬離子的含量提高 （ ， 即 外源 土壤中重金屬 產(chǎn)生了 活化作用； 當(dāng)土壤中交換態(tài)重金屬離子的含量 升 高至 一定水平 后，隨著 土壤中化學(xué)行為的變 化 ， 交換態(tài)重金屬離子 含量 又有 所下降 ，但在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍高于原始土壤的水平 （ 28d 后仍高于對照 。 致 土壤中重金屬 存在 形態(tài)的 變化 受溫度的強(qiáng)烈影響 ， 溫度 越 高 時(shí) ， 土壤中重金屬的 存在 形態(tài) 影響大 ， 溫度 越低 ， 則 土壤中重金屬的 存在 形態(tài) 的影響較小 。 （ 4） 土壤中重金屬形態(tài)和有效性的影響 體現(xiàn)了 復(fù)雜的 多重 效應(yīng) ， 活化土壤中重金屬 的 同時(shí) ， 對土壤 有 提高效應(yīng) （ 度為 1000壤的 位） ，從而降低土壤中重金屬的有效性。在加入 較低含量的 ， 重金屬的活化效應(yīng)占主導(dǎo)地位， 表現(xiàn)為隨 度的增加， 重金屬的活化能力增強(qiáng)； 而當(dāng) 度 增加 至一定程度時(shí) ， 土壤 提高效應(yīng)開始顯現(xiàn)，表現(xiàn)為隨著 度的升高 ， 活化效應(yīng)降低 ； 土壤中重金屬的活化效應(yīng) 還與 土壤的性質(zhì)有關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量高， 高的土壤， 活化效應(yīng)弱。 （ 5） 因 對 被 重金屬污染土壤中 的 重金屬 產(chǎn)生 活化 作用 ，從而 對作物的生長產(chǎn)生 重要影響， 主要表現(xiàn)為 作物 的 中毒 反應(yīng)，在 降低作物產(chǎn)量 的同時(shí)， 提高作物 體內(nèi) 重金屬 濃度， 降低作 品質(zhì) 。 根據(jù)本研究的結(jié)果，傳統(tǒng)上采用增施有機(jī)肥以修復(fù)重金屬污染的方法并非在所有情況下都是適用的，在重金屬污染土壤上施用有機(jī)肥時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮土壤和 性質(zhì)以及可能發(fā)生的各種可能效應(yīng)，謹(jǐn)慎行事。 關(guān)鍵詞 ： 吸附 ， 解析 ， 固定 ， 形態(tài) 組成， is in is As is in it on of a of to It is to OM on of in of OM in OM on OM on in of by be as (1)OM be by OM in a in a a is of of OM is pH OM in OM in is a OM by to OM OM of 0%, 50%60%, 0%of (2) OM it be OM in is OM OM be (3) on of of in OM of at of be of OM in it to a of at a in a 8 on on IV OM be at (4) OM on in be a of pH in of be OM in pH OM 000 by of OM OM at a of pH in be OM In OM on in pH (5) of OM OM in by in of of in to is an in to in in s V 目 錄 第一章 文獻(xiàn)綜述 . 1 言 . 1 來源與組成 . 1 來源 . 1 組成 . 1 分類 . 2 腐殖酸類物質(zhì)的聯(lián)系與區(qū)別 . 2 化學(xué)結(jié)構(gòu)的比較 . 3 極性的比較 . 3 分子量組成的比較 . 3 土壤中的化學(xué)行為 . 4 土壤中的吸附與解吸 . 4 土壤中的遷移與降解 . 5 土壤中的其它化學(xué)行為 . 5 環(huán)境的可能影響 . 6 對水體環(huán)境的可能影響 . 6 對土壤養(yǎng)分淋失的影響 . 6 對土壤肥力的影響 . 7 對土壤中重金屬的有效性的影響 . 7 重金屬化學(xué)與生物行為的影響機(jī)理 . 8 當(dāng)前 究的幾個(gè)熱點(diǎn)問題 . 9 研究方法 . 9 土壤中的化學(xué)行為及其對養(yǎng)分有效性的影響 . 10 污染物有效性的影響及其環(huán) 境效應(yīng) . 10 第二章 土壤對 吸附 解 吸 . 11 料與方法 . 11 試材料 . 11 驗(yàn)方法 . 12 壤對 附的評價(jià)方法 . 13 驗(yàn)結(jié)果 . 13 壤對 吸附 . 13 壤對 吸附評價(jià)方法的比較 . 15 壤對 吸附量與吸附時(shí)間的關(guān)系 . 16 土壤中的 解 吸 行為 . 17 論 . 18 章小結(jié) . 19 第三章 土壤對 固定 . 20 料與方法 . 20 試土壤和 . 20 驗(yàn)方法 . 20 果與分析 . 21 同溫度下土壤對 固定 . 21 同土壤對 固定 . 23 論 . 24 章小結(jié) . 25 第四章 土壤中重金屬形態(tài)的影響 . 26 料與方法 . 27 驗(yàn)結(jié)果 . 27 同 度對土壤中重金屬形態(tài)的影響 . 27 同溫度下 土壤中重金屬形態(tài)的影響 . 30 4 3 討論 . 33 4 4 本章小結(jié) . 34 第五章 土壤中重金屬生物有效性的影響 . 36 料與方法 . 36 試土壤和 . 36 驗(yàn)方法 . 36 驗(yàn)結(jié)果 . 36 小油菜出苗率的影響 . 36 三種土壤上小油菜生物產(chǎn)量的影響 . 37 三種土壤上小油菜中 量的影響 . 39 小油菜 收量的影響 . 41 種土壤中有效態(tài) 子的含量 . 42 論 . 44 章小結(jié) . 45 第六章 結(jié)論與展望 . 46 究結(jié)論 . 46 土壤中的吸附和解析 . 46 土壤中的固定 . 46 土壤中重金屬形態(tài)的影響 . 46 作物生長和對重金屬吸收的影響 . 47 究展望 . 47 參考文獻(xiàn) . 48 致謝 . 53 作者簡歷 . 54 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 言 水溶性有機(jī)物（ 又稱為溶解性有機(jī)物，它 是指能溶解于水的有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，是有機(jī)物質(zhì)、特別是有機(jī)肥料中最為活躍的部分。從一定意義上說，水溶性有機(jī)物實(shí)際上僅僅是一個(gè)操作定義，是 有機(jī) 指物料用水浸提后，能通過 有不同結(jié)構(gòu)及分子量 有機(jī)物（如低分子量的游離氨基酸、碳水化合物、有機(jī)酸及大分子量的酶、氨基糖、多酚和腐殖質(zhì)等）的連續(xù)體或混合體 （ ， 2000） 。水溶性有機(jī)物不僅可以影響 C、 N、 等營養(yǎng)元素的生物有效性及污染物（重金屬、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥等）的遷移能力，而且還是礦物風(fēng)化、成土過程以及微生物生長代謝、土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化等過程的重要影響因素 （李睿、屈明 ， 2004） 。最新研究表明，水溶性有機(jī)物具有比固相有機(jī)質(zhì)更多的活性點(diǎn)位 （ J M et 1997） ，是土壤有機(jī)質(zhì)中最活躍的、最重要的組分 （ . 2003） 。盡管對有機(jī)質(zhì)的研究已經(jīng)開展了 200 多年，但水溶性有機(jī)物作為一個(gè)概念被提出還是上 世紀(jì) 70 年代的事 （凌婉婷等 ， 2004） ，國內(nèi)的相應(yīng)研究則 大多 處于起步階段。 來源與組成 來源 根據(jù)已有研究結(jié)果，土壤中 來源主要有 4 種，即腐殖化的有機(jī)質(zhì)、植物凋落物、根系分泌物和微生物生物量 （ 1996； ,2000） ，此外，土壤動物的排泄物對著微小的或局域性的貢獻(xiàn)，而有機(jī) 肥料的施用 則通常被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中 另一重要來源。但是， 由于對于不同來源 區(qū)分缺乏有效的方法， 因此， 不同土壤及環(huán)境條件下 種 來源的相對貢獻(xiàn)仍不清楚 （趙勁松等 ， 2003） 。 組成 盡管 化學(xué)組成因其來源不同而差異較大 ， 但 根據(jù)已有 研究結(jié)果， 體上主要由碳水化合物組成，芳香族物質(zhì)少，烷基鏈烴含量少且支鏈短，分子結(jié)構(gòu)簡單 （周江敏等 ， 2003） 。從其元素組成看， 要由 C、 O、 H 和少量的 N、 S、 P 組成，有機(jī) w(C)/w(N)比率約為 6，說明 含 w(C)/w(N)比率較低的有機(jī)聚合物，如氨基糖、多肽 w(C)/w(N)4及含氮堿性化合物 （ 1983） 。在無機(jī)離子組成中， 金屬離子 含量相當(dāng)?shù)停饕碾x子則是不與有機(jī)質(zhì)絡(luò)合的堿金屬 K+及堿土金屬離子 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 1983、 1986； ,1984)。 （ 1991） 采用 紅外光譜（ 核磁共振光譜（ 方法，分析了 結(jié)構(gòu)特征。 析結(jié)果表明，土壤中的 要含有羥基、芳香基、羧基； （ 1983）的研究表明， 污泥 酸水解產(chǎn)物的成分 約 占 55%， 其中 占 26%，氨基己醣占 9%，中性糖殘?jiān)?12%，脂肪族占 8%。 1990） 等認(rèn)為， 分中大約 25%由以富啡酸為主的腐殖酸組成，其次為蛋白質(zhì)、多糖和親水有機(jī)酸等。不同來源和組成的 于功能團(tuán)、元素組成及分子量等的差異，其性質(zhì)也存在較大差異，其在土壤中的行為和功能也差異巨大。 分類 目前，對 分類還沒有 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同分類方法的實(shí)用性甚至還存在爭論。研究者往往根據(jù) 某一特征將它們分為若干類型，其中代表性較強(qiáng)、較為公認(rèn)的分類方法 主要是以下兩種： （ 1）按分子量分類：這是常用的描述 質(zhì)的分級方法。通常認(rèn)為，分子量大小是影響質(zhì)的重要因素，分子量不同的 分，其化學(xué)性質(zhì)不同，在土壤中的遷移、轉(zhuǎn)化能力及與金屬離子的結(jié)合能力也不盡相同 （黃澤春等 ， 2002） 。 有研究結(jié)果 表明，分子量小于幾千的要包括脂肪酸、芳香酸、氨基酸、單糖、低聚糖和低分子的富里酸，而分子量較大的 高分子量的富里酸和胡敏酸等 （陳同斌 ， 1998） 。盡管目前對 子量的研究還不十 分明確，且不同研究者所采用的實(shí)驗(yàn)方法亦不盡相同，劃分 分子量級別的認(rèn)識也存在較大差異，使不同研究者的研究成果 間缺乏足夠的可比性 （ 996） ， 但已基本形成的共識是，按分子量對 行分類，是認(rèn)識 質(zhì)的重要手段。 （ 2）按化合物的極性和電荷特性分類： 1976） 等 采用 脂和陰、陽離子交換樹脂方法，將水中的 離為 6 個(gè)組分 （ 1）親水的酸性有機(jī)質(zhì)（ 包括低分子量及高羥基 /碳質(zhì)量比（ C 質(zhì)量比）的腐殖質(zhì)和非腐殖質(zhì)， 如羧酸等；（ 2）親水的中性有機(jī)質(zhì)（ 包括單糖、醇和非腐殖質(zhì)結(jié)合的多糖等；（ 3）親水的堿性有機(jī)質(zhì)（ 包括蛋白質(zhì)等；（ 4）疏水的酸性有機(jī)質(zhì)（ 這一組分大致與土壤中的富里酸和胡敏酸相似；（ 5）疏水的中性有機(jī)質(zhì)（ 主要包括碳水化合物、長鏈脂肪酸、烷基醇和帶有少量功能團(tuán)的腐殖質(zhì)等；（ 6）疏水的堿性有機(jī)質(zhì)（ 主要是 芳香族胺類等。這 6 個(gè)組分的物質(zhì)由于化合物的極性和電荷特性等 差異，其性質(zhì)也各不相同。 不同組分所占比例的差異，直接影響了性質(zhì)。 此外， 可按元素和功能團(tuán)、特殊基團(tuán)和化合物、酸 堿性質(zhì)等分類，但由于缺乏嚴(yán)格的分類依據(jù)及分離手段 ，因此，沒有被研究者所接受。 腐殖酸類物質(zhì)的聯(lián)系與區(qū)別 對于天然水體及土壤中的有機(jī)物研究 ， 過去大多都集中在腐殖質(zhì) 的組成，結(jié)構(gòu)與功能等 方面 ，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩 士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 但 腐殖質(zhì)的提取方法不同， 因此， 兩者在化學(xué)組成 、分子量大小、理化性質(zhì)等方面 也存在差異。 1983)等認(rèn)為，水浸提法對蛋白質(zhì)提取較為有效，而對碳水化合物的提取效率較低。用水提取的有機(jī)質(zhì)較富里酸含氮較多，可能富含 C/N 比較低的有機(jī)聚合物 多肽、氨基糖、含氮堿。 從 廣義 上說 ，腐殖酸也屬于特殊的可溶性有機(jī)質(zhì)，或堿溶性有機(jī)質(zhì)。 1990） 等認(rèn)為，分中大約 25%50%是 由腐殖酸和富里酸組成，其余的組分主要是蛋白質(zhì)、多糖和親水性有機(jī)酸。 1992） 等 則 認(rèn)為， 分子量小于幾千道爾頓的成分主要包括脂肪酸、芳香酸、氨基酸、單糖、低聚糖和低分子量的富里酸，而高分子量的 要包括結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，如 分子量 較大 的富里酸和胡敏酸。 腐殖酸與用水提取的有機(jī)質(zhì)在 間均保持真溶液狀態(tài)（ ， 1983)。由于腐殖酸的可溶性，有人認(rèn)為它與用蒸餾水浸提的 少在性質(zhì)