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

密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學院 學位論文 水溶性有機物的化學行為及其對 土壤中 態(tài)和有效性 的影響 ts on u ts on u I 摘 要 水溶性有機物（ 有機肥料中最具有活性的組分。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機肥的施用歷來受到廣泛重視，并且通常被認為是提高土壤肥力，改善土壤性質，提高作物產(chǎn)量和品質的重要手段。 水溶性有機物隨著有機肥的施用進入土壤后，通過與土壤中有機和無機膠體發(fā)生的一系列吸附、 解吸、 轉化、絡合等作用，將對土壤肥力、土壤理化性質、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 土壤中的化學行為及其對土壤中污染元素的影響，對于評價有機肥的效應 、有機肥與土壤肥力的關系等 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 快速反應 的過程，通常在一個小時內即可達到吸附解 吸 平衡；不同土壤對 吸附能力差異明顯，有機質含量 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 吸附是一個可逆的過程，在適當?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，對土壤吸附能力強的土壤，對 固定能力 亦 強。此外，溫度越高，土壤對 固定 能力 越強。 （ 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 ，但在相當長的一段時間內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 受溫度的強烈影響 ， 溫度 越 高 時 ， 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 復雜的 多重 效應 ， 活化土壤中重金屬 的 同時 ， 對土壤 有 提高效應 （ 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 ， 重金屬的活化效應占主導地位， 表現(xiàn)為隨 度的增加， 重金屬的活化能力增強； 而當 度 增加 至一定程度時 ， 土壤 提高效應開始顯現(xiàn)，表現(xiàn)為隨著 度的升高 ， 活化效應降低 ； 土壤中重金屬的活化效應 還與 土壤的性質有關，有機質含量高， 高的土壤， 活化效應弱。 （ 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，在 降低作物產(chǎn)量 的同時， 提高作物 體內 重金屬 濃度， 降低作 品質 。 根據(jù)本研究的結果，傳統(tǒng)上采用增施有機肥以修復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肥時應當充分考慮土壤和 性質以及可能發(fā)生的各種可能效應，謹慎行事。 關鍵詞 ： 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 腐殖酸類物質的聯(lián)系與區(qū)別 . 2 化學結構的比較 . 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 重金屬化學與生物行為的影響機理 . 8 當前 究的幾個熱點問題 . 9 研究方法 . 9 土壤中的化學行為及其對養(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 . 10 第二章 土壤對 吸附 解 吸 . 11 料與方法 . 11 試材料 . 11 驗方法 . 12 壤對 附的評價方法 . 13 驗結果 . 13 壤對 吸附 . 13 壤對 吸附評價方法的比較 . 15 壤對 吸附量與吸附時間的關系 . 16 土壤中的 解 吸 行為 . 17 論 . 18 章小結 . 19 第三章 土壤對 固定 . 20 料與方法 . 20 試土壤和 . 20 驗方法 . 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 . 25 第四章 土壤中重金屬形態(tài)的影響 . 26 料與方法 . 27 驗結果 . 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 . 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 驗方法 . 36 驗結果 . 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 . 45 第六章 結論與展望 . 46 究結論 . 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 . 48 致謝 . 53 作者簡歷 . 54 中國農(nóng)業(yè)科學院 碩 士學位論文 第一章 文獻綜述 1 第一章 文獻綜述 言 水溶性有機物（ 又稱為溶解性有機物，它 是指能溶解于水的有機化合物的統(tǒng)稱，是有機物質、特別是有機肥料中最為活躍的部分。從一定意義上說，水溶性有機物實際上僅僅是一個操作定義，是 有機 指物料用水浸提后，能通過 有不同結構及分子量 有機物（如低分子量的游離氨基酸、碳水化合物、有機酸及大分子量的酶、氨基糖、多酚和腐殖質等）的連續(xù)體或混合體 （ ， 2000） 。水溶性有機物不僅可以影響 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，而且還是礦物風化、成土過程以及微生物生長代謝、土壤有機質分解和轉化等過程的重要影響因素 （李睿、屈明 ， 2004） 。最新研究表明，水溶性有機物具有比固相有機質更多的活性點位 （ J M et 1997） ，是土壤有機質中最活躍的、最重要的組分 （ . 2003） 。盡管對有機質的研究已經(jīng)開展了 200 多年，但水溶性有機物作為一個概念被提出還是上 世紀 70 年代的事 （凌婉婷等 ， 2004） ，國內的相應研究則 大多 處于起步階段。 來源與組成 來源 根據(jù)已有研究結果，土壤中 來源主要有 4 種，即腐殖化的有機質、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，而有機 肥料的施用 則通常被認為是農(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 來源的相對貢獻仍不清楚 （趙勁松等 ， 2003） 。 組成 盡管 化學組成因其來源不同而差異較大 ， 但 根據(jù)已有 研究結果， 體上主要由碳水化合物組成，芳香族物質少，烷基鏈烴含量少且支鏈短，分子結構簡單 （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 w(C)/w(N)比率約為 6，說明 含 w(C)/w(N)比率較低的有機聚合物，如氨基糖、多肽 w(C)/w(N)4及含氮堿性化合物 （ 1983） 。在無機離子組成中， 金屬離子 含量相當?shù)停饕碾x子則是不與有機質絡合的堿金屬 K+及堿土金屬離子 中國農(nóng)業(yè)科學院 碩 士學位論文 第一章 文獻綜述 2 1983、 1986； ,1984)。 （ 1991） 采用 紅外光譜（ 核磁共振光譜（ 方法，分析了 結構特征。 析結果表明，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%，中性糖殘渣占 12%，脂肪族占 8%。 1990） 等認為， 分中大約 25%由以富啡酸為主的腐殖酸組成，其次為蛋白質、多糖和親水有機酸等。不同來源和組成的 于功能團、元素組成及分子量等的差異，其性質也存在較大差異，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)一的標準，不同分類方法的實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、較為公認的分類方法 主要是以下兩種： （ 1）按分子量分類：這是常用的描述 質的分級方法。通常認為，分子量大小是影響質的重要因素，分子量不同的 分，其化學性質不同，在土壤中的遷移、轉化能力及與金屬離子的結合能力也不盡相同 （黃澤春等 ， 2002） 。 有研究結果 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驗方法亦不盡相同，劃分 分子量級別的認識也存在較大差異，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，是認識 質的重要手段。 （ 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 個組分 （ 1）親水的酸性有機質（ 包括低分子量及高羥基 /碳質量比（ C 質量比）的腐殖質和非腐殖質， 如羧酸等；（ 2）親水的中性有機質（ 包括單糖、醇和非腐殖質結合的多糖等；（ 3）親水的堿性有機質（ 包括蛋白質等；（ 4）疏水的酸性有機質（ 這一組分大致與土壤中的富里酸和胡敏酸相似；（ 5）疏水的中性有機質（ 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的腐殖質等；（ 6）疏水的堿性有機質（ 主要是 芳香族胺類等。這 6 個組分的物質由于化合物的極性和電荷特性等 差異，其性質也各不相同。 不同組分所占比例的差異，直接影響了性質。 此外， 可按元素和功能團、特殊基團和化合物、酸 堿性質等分類，但由于缺乏嚴格的分類依據(jù)及分離手段 ，因此，沒有被研究者所接受。 腐殖酸類物質的聯(lián)系與區(qū)別 對于天然水體及土壤中的有機物研究 ， 過去大多都集中在腐殖質 的組成，結構與功能等 方面 ，中國農(nóng)業(yè)科學院 碩 士學位論文 第一章 文獻綜述 3 但 腐殖質的提取方法不同， 因此， 兩者在化學組成 、分子量大小、理化性質等方面 也存在差異。 1983)等認為，水浸提法對蛋白質提取較為有效，而對碳水化合物的提取效率較低。用水提取的有機質較富里酸含氮較多，可能富含 C/N 比較低的有機聚合物 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質，或堿溶性有機質。 1990） 等認為，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、多糖和親水性有機酸。 1992） 等 則 認為， 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 要包括結構復雜的物質，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質在 間均保持真溶液狀態(tài)（ ， 1983)。由于腐殖酸的可溶性，有人認為它與用蒸餾水浸提的 少在性質