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重金属残留率与迁移速率计算公式:
式中: R 为重金属残留率,%; w1为模拟试验后土壤中重金属质量分数,mgkg; w0为试验前土壤中重金属质量分数,作为本底值,mgkg; M0为土壤质量,kg;M1为重金属添加质量,mg; V 为土柱中重金属迁移速率,g( g˙m2˙a) ; S 为土柱截面面积,取1 m2 ; T 为自
然淋溶时间,该研究中为4 a.
参照文献,将土壤重金属形态分为8 种. 精确称取1. 000 g 土壤样品置于50 mL 离心管中,按表2 所示提取方法得到各级提取液: ①每次振荡结束,离心( 3 000 rmin, 10 min) 后收集上清液; ②向残渣中加入10 mL 去离子水,再离心( 3 000 rmin, 10 min) 后,将上清液与①所得上清液混合供分析使用,残渣供下一个形态提取使用. 其中,有机金属络合态提取中的残渣用去离子水清洗2 次,最后一次离心后弃上清液. 用ICP-MS 测定各级提取液中的ρ( Ag) 、ρ( Bi) 、ρ( Pb) 、ρ( In) 、ρ( Sb) 、ρ( Sn) . 每个样品做3 次重复,相对误差在± 5% 范围内. 土壤样品中不同形态Ag、Bi、Pb、In、Sb、Sn 质量分数之和分别为各重金属总量( 以w 计) 的87% ~ 110%、77% ~114%、87% ~ 99%、103% ~ 121%、110% ~ 120%、86% ~ 121%.消解标准物质( GBW07410 国家标准物质研究中心) 中w ( Ag) 、w( Bi) 、w ( Pb) 、w( In) 、w( Sb) 、w( Sn) 的标定值分别为( 0. 11 ± 0. 02) 、( 0. 37 ±0. 04) 、( 29. 2 ± 3. 2) 、0. 07、( 0. 93 ± 0. 32) 、( 4. 20 ±0. 80) mgkg,测定值分别为( 0. 13 ± 0. 01) 、( 0. 32 ±0. 02) 、( 26. 0 ± 1. 0) 、( 0. 06 ± 0. 02) 、( 0. 96 ± 0. 03) 、( 3. 60 ± 0. 16) mgkg.
2 结果与讨论
2. 1 土壤中重金属质量分数的垂向迁移特征
填装土柱前,红壤、潮土、黑土和砂土中w( Ag) 、w( Bi) 、w( In) 、w( Pb) 、w( Sb) 、w( Sn) 分别为( 0. 14 ~0. 30) 、( 0. 05 ~ 0. 61 ) 、( 0. 03 ~ 0. 06 ) 、( 16. 0 ~34. 0) 、( 1. 80 ~ 3. 30) 、( 1. 10 ~ 4. 09) mgkg,红壤、潮土和黑土中重金属质量分数差异不大,砂土中除了w( Ag) 略高外,其他重金属质量分数均明显偏低.w( Bi) 、w( In) 、w( Sn) 均表现为红壤> 黑土> 潮土,w( Pb) 、w( Sb) 均表现为红壤> 潮土> 黑土. 4 种土壤中w( Ag) 、w( Sn) 与HOU 等[18]的研究结果相一致,w( Bi) 、w ( In) 与Tyler 等的研究结果接近,w( Pb) 、w( Sb) 与Cabrera 等[20]的研究结果相一致.
土柱经自然淋溶4 a 后,黑土、潮土、红壤30 cm以下土层中各重金属质量分数与其相应本底值相比变化不大( 见图1) . 砂土剖面土壤中6 种重金属质量分数均高于其相应本底值,说明砂土中6 种重金属都已经迁移到了底层土壤中.
由图1 可见,土柱经自然淋溶4 a 后,0 ~ 30 cm深度范围内土壤中各重金属质量分数均明显高于其他深度,说明土柱中残留的重金属主要滞留在土壤表层( 0 ~ 30 cm) . 除砂土外,其他3 种土壤在> 30 cm深度范围内各重金属质量分数均与其本底值差异不大. 6 种重金属质量分数在0 ~ 2 cm 深度范围内表现为红壤> 黑土≈潮土> 砂土. 红壤中w ( Ag ) 、w( Bi) 、w( In) 、w( Pb) 、w( Sb) 、w( Sn) 分别为42. 1、45. 2、810、38. 0、46. 4 和49. 7 mgkg; 黑土和潮土中各重金属质量分数差异不大,均表现为w( Sb) > w( Ag) >w( Bi) > w( In) > w( Sn) ,其分布范围为27. 2 ~ 37. 2mgkg,其中w( Pb) 分别为570 和615 mgkg; 各土壤剖面中w( Pb) 与其他5 种重金属质量分数的变化趋势相同. 自然淋溶4 a 后,残留在土柱中的重金属主要保留在0 ~ 30 cm 深度范围内,这与HOU 等的研究结果相一致,因为外源重金属加入土壤后,很快转化为不易迁移的形态. FAN 等认为,7种土壤中外源加入的Sb 会在2 h 内达到吸附平衡,进而影响其在土壤中的迁移.分析结果显示,红壤0 ~ 6 cm 土层中各重金属质量分数明显高于黑土和潮土,这可能是由于红壤中w( 黏粒) 和w( Fe) 较高,对重金属的吸附能力也较高所致.此外,黑土中较高含量的有机质也会与重金属相结合,进而影响重金属的迁移.
土柱中砂土w( Pb) 与其他5 种重金属质量分数差异较大,0~ 30 cm 深度范围内w( Pb) 较高,与其他重金属相比变化明显. 与其他3 种土壤相比,0 ~ 30cm 深度范围内的砂土中6 种重金属质量分数相对较低,w( Ag) 、w( Bi) 、w( In) 、w( Sb) 和w( Sn) 的分布范围为7. 8 ~ 21. 1 mgkg,w( Pb) 平均值为369. 1 mgkg,> 30 cm 深度范围内砂土中重金属质量分数也明显超过其相应本底值. Lamy 等研究也认为,重金属在砂土表层不会出现明显累积,其迁移距离最大可至土壤底部70 cm 左右. 这可能与砂土中w( 有机质)和w( 黏粒) 较小、粒间孔隙较大以及比表面积较小等性质有关.
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