城市土壤吸附重金属动力学特征及其与土壤理化性质的关系郭鹏·固废处置与处理·城市土壤吸附重金属动力学特征及其与土壤理化性质的关系

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郭鹏１郭平２康春莉２陈薇薇２（１．吉林燃料乙醇有限责任公司吉林１３２１０１）；（２．吉林大学环境与资源学院长春１３００１２）

摘要以长春市土壤为对象，既研究了长春市土壤理化性质特征，又采用间歇法研究了城市土壤吸附重金属Ｐｂ、ＣＡ和Ｃｕ动力学特征及其两者之间的关系。结果表明：长春市土壤ｐＨ接近于中性或者偏碱性；土壤碳酸钙、有机质舍量升高；土壤砂粒化；土壤ＣＥＣ和Ｅｈ具有逐渐降低的趋势。土壤吸附重金属动力学过程包括快速阶段和慢速阶段，不同重金属在不同吸附阶段吸附速率明显不同．双常数速率方程和Ｅｌｏｖｉｃｈ方程基本上可以描述土壤对Ｐｂ、Ｃｄ和Ｃｕ吸附的动力学过程。ｐＨ、碳酸钙和砂粒含量是影响Ｐｂ吸附速半的主要因子；碳酸钙含量是影响Ｃｄ吸附速率的主要因子。关键词城市土壤土壤理化性质重金属动力学

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１引言随着城市化进程的加剧和城市人口密度的增加，城市土壤理化性质发生了重大变化，产生了高度污染特征。城市土壤受各种污染物污染特别严重，尤其是重金属。城市土壤重金属的污染可以通过多种途径和方式危害人体健康［１Ｉ。国外开展城市土壤重金属污染研究较多［２矗］，我国在２０世纪９０年代才开始有零星工作，且主要以南方城市为主。国内外的研究侧重于城市土壤重金属的污染状况、来源、化学形态分布及其与土壤理化性质，而重金属污染机理的研究相对较少。尤其是利用动力学方法研究城市土壤吸附重金属动力学特征更是鲜有报道。本文以长春市土壤为研究对象，既系统研究了长春市土壤理化性质特征，又采用间歇法研究了城市土壤吸附重金属Ｐｂ、Ｃｄ和Ｃｕ的动力学特征。同时采用逐步回归数值分析方法揭示影响城市土壤吸附重金属动力学特征的主要影响因素。其目的探讨城市土壤吸附重金属的机理，并为预测重金属在城市土壤中的运移提供依据。

收稿日期：２００８－－０１—２９项目来源：吉林省科委基金项目（２００１．０４２２）和博士后基金（２００６０３９０９００）。作者简介：郭鹏（１９７４－－），男，黑龙江加格达齐人，工程师。

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　万方数据环境保护科学第３４卷第６期２００８年１２月１材料与方法１．１土壤样品采集、处理和分析根据城市土壤特点、主要分布区域和利用状况，选择３９个采样区。在每个采样区内，结合实际情况，确定５－－一１０个采样点取样，组成一个混合土壤样品。样品采集深度为０～２０ｃｍ。土壤样品带回实验室后，通过四分法获得足量的样品，自然风干、磨碎，过２ｍｍ筛。采用常规方法分别测定土

壤ｐＨ、有机质含量、阳离子交换量、氧化还原电位、电导率和碳酸钙等理化性质［引。

１．２吸附动力学试验选择１０种理化性质差别较大的长春市土壤样品为对象（土壤样品编号依次为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、１和Ｋ。），采用间歇法研究土壤样品对重金属Ｐｂ、Ｃｕ和Ｃｄ吸附动力学过程。称取一系列１．ＯＯｇ土壤样品分别放于ｌＯＯｍｌ，离心管中。每一离心管中具有离子强度为０．０１Ｍ（ＮａＮＯａ），质量浓度为３２ｍｇ／Ｉ。的Ｐｂ、Ｃｕ和Ｃｄ的标准溶液２５．００ｍｌ。。在２５℃条件下，连续往返振荡，依次在ｌ～１８０ｍｉｎ时离心，过滤，获取上清液。采用原子吸收分光光度法分别测定上清液中Ｐｂ、ＣＡ和Ｃｕ浓度。重复两次。

２结果与讨论２．１城市土壤理化性质城市化的发展改变了城市土壤的利用方向和使用方式，这些变化会影响城市土壤环境和理化性质。长春市土壤平均ｐＨ为７．６７，变化范围为５．４１～８．５９，其中ｐＨ小于６．５０占１０．２７％，６．５０，－－，７．５０之间的占１７．９５％，７．５０～８．５０之间的占６４．１％，大于８．５０的占７．６９％。长春市土壤ｐＨ分布比较集中，接近于中性或者偏碱性，这是城市土壤的显著特征跚。除公园和城市耕地ｐＨ偏酸性外，其它采样区土壤呈中性或碱性，这与卢瑛等ｒ６］报道的南京市土壤研究结果相吻合。可见，随着城市化程度的深化，长春市土壤ｐＨ具有逐渐升高的趋势，可能与土壤中的碳酸钙含量逐渐升高有关，因为碳酸钙能够提高土壤ｐＨ。长春市土壤碳酸钙平均含量为３．５１％，变化范围为１．５９～６．９５％，且也是在工业区土壤碳酸钙平均含量最大，公园最小。引起长春市土壤碳酸钙含量升高的原因很多：一是土壤中常常混有建筑

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废弃物、水泥、砖块和其它碱性混合物等；二是用富钙的水灌溉植物；三是大量含碳酸钙和碳酸镁的灰尘的沉降；四是流经混凝土和石灰石表面的径流到处存在，而径流中含有钙离子等碱性物质；五是土壤中碳酸盐与碳酸反应形成重碳酸盐等。有些城市土壤的研究结果与本研究的完全一致ｒ７］。长春城市土壤有机质平均含量为４．４８％，空间变化范围很大，从１．５０％到７．６７％。公园土壤有机质平均含量最大（为５．５４％），产生富集的原因可能是：一是大量生活垃圾的混入；二是公园绿地不是以生产为主，对土壤有机质的消耗相对较少，有利于公园绿地土壤有机质的积累。广场有机质含量比较高，可能与其内植物的枯枝落叶腐殖化有关。长春

市土壤中粘粒、粉粒和砂粒平均含量分别为２３．１３％、１４．４４％、６２．５４％。与长春市农用耕地（位于城市边缘，接近于自然土壤）相比，土壤砂粒含量较高。可见人类频繁活动促进土壤砂粒化，这也是城市土壤性质空间变异性的基本特点。吴新民等人研究南京市土壤特征也得到同样的结沦［８ｌ。长春市土壤电导率空间差异性比较大，平均值

是０．３８０ｍＳ／ｃｍ，变化范围为０．１５８—１．３２２ｍＳ／ｃｍ，变异系数为０．７４。工业区土壤电导率最大，为０．３５３ｍＳ／ｅｍ，可能与工业废水排放有关，因为工业废水中含盐量较高，会引起土壤盐渍化。长春市土壤ＣＥＣ变化范围为２６．３０～４５．２２ｒｅｔｏｏｌ／１００９，平均值为３５．４０ｍｍｏｌ／１００９。土壤Ｅｈ的平均值为３８１ｍＶ，变化范围为３００～５２４ｍＶ。上述结果表明随着城市化的发展，长春城市土壤ＣＥｃ和Ｅｈ具有逐渐降低的趋势。可能是由土壤砂粒化降低了土壤保水能力、粘粒含量引起的。２．２吸附动力学过程土壤对铅、镉、铜吸附的动力学过程见图１、２，３。

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图１铅吸附动力学过程

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万方数据