镉是一种潜伏期长、移动性强、危害面积广、呈慢性积累且不易被人察觉的重金属污染物。被镉污染的土壤不仅会导致农作物的减产和品质的下降,而且通过食物链对动物和人类有很强的毒害作用。在土壤环境中,镉的迁移性和生物有效性是由其在土壤溶液中的浓度和土壤释放镉离子的能力所决定的,土壤胶体是决定镉在土壤中迁移释放和生物活性的物质基础。不同土壤其胶体组成和性质有很大的差别,从而决定了镉在土壤中的吸持强度、数量和迁移、转化形态和方式,直接关系到土壤中镉的环境风险。 重庆库区消落带面积占三峡水库消落区总面积的85%左右。消落区土壤受到水库周期性的淹没、冲刷、淤积,将成为包括重金属在内的多种污染物的源与汇。消落区土壤胶体的性状及其对重金属等污染物的吸持作用对长江水质安全有重要影响。尽管过去针对镉在土壤中的吸附解吸特征在不同地区、不同土壤上开展了大量研究,但这些研究大多以整体土壤为对象,从土壤胶体组成角度开展的研究很少。已有的监测分析表明,镉从土壤中的径流迁移及在土-水界面的迁移以胶体吸附态为主,以溶解态迁移的数量很少。因此,研究不同类型土壤胶体组分对镉的吸持-解吸特征,对于深入揭示镉在土壤中的迁移、转化规律,正确评估土壤镉向水体的释放风险具有十分重要的理论和实践意义。本研究在文献调研和实地考察的基础上,选取四种三峡库区的典型农业土壤——紫色土、黄壤、紫色潮土和灰棕潮土为研究对象,探讨了其胶体组分对镉的吸附-解吸热力学及动力学特征,磷酸盐、周期性干湿交替模式对吸附-解吸过程的影响,以及土壤胶体对镉离子迁移活性的影响。 研究表明,土壤胶体对镉的等温吸附以Freundlich方程的拟合效果最佳,其次是Langmuir方程。根据模拟得出的最大吸附量,紫色土矿质胶体为8216.340 mg/kg,远远大于黄壤矿质胶体(6468.108 mg/kg);游离氧化铁对于两种土壤胶体对镉的吸附具有重要贡献,除去游离氧化铁后,两种矿质胶体对镉的吸附能力均大幅下降,去铁紫色土矿质胶体、去铁黄壤矿质胶体的最大吸附量分别为4963.130 mg/kg、2342.831mg/kg,比去铁前下降了39.59%、63.78%。 等温解吸试验表明,随着土壤胶体对镉吸附量的增加,吸附的强度逐渐减弱,低能位上的镉容易重新释放出来。紫色土矿质胶体的解吸量大于黄壤矿质胶体,除去游离氧化铁的两种胶体其解吸量均有大幅上升。几种土壤胶体的解吸势(logK_d)为:黄壤矿质胶体<紫色土矿质胶体<去铁黄壤矿质胶体<去铁紫色土矿质胶体。紫色土胶体虽然吸附容量大于黄壤胶体,但以低能位的交换吸附为主,一旦外界条件发生改变,镉离子容易重新释放到环境中。所以,铁铝氧化物含量丰富的黄壤在一定浓度范围内,对镉具有更强的固定能力。游离氧化铁能显著降低土壤胶体的解吸势,使吸附作用更加稳定。 土壤胶体吸附镉的动力学过程以双常数方程拟合效果最好,紫色土矿质胶体、黄壤矿质胶体、去铁紫色土矿质胶体和去铁黄壤矿质胶体达到平衡吸附量90%的时间分别为35.80、13.88、307.94、424.56min。土壤胶体对镉的吸附过程以快反应为主,但要达到完全的平衡需