1.淮安市环境安全应急中心 江苏淮安 223001；2.淮安市环境监测中心站 江苏淮安 223001
摘要：本研究针对当今社会经济高速发展过程中伴随着重金属镉污染事件频频发生的现状，为了解重金属镉在土壤中的污染机理、寻找合适的治理方式，进行了系列模拟试验，主要探讨了Eh、pH与有机质组成等环境因素对土壤镉浓度变化的影响，研究土壤中镉迁移和转化的特点。结果表明：土壤镉的迁移能力随着pH值的下降而提高；土壤镉在环境中的释放量随着Eh的下降而增长；有机质组成的不同对土壤镉的影响存在明显差异，EDTA明显增强镉的迁移，柠檬酸和草酸对镉的迁移也具有促进效果，富里酸会抑制镉的溶出。
关键词：土壤，镉，环境因素，迁移，转化
当前，世界各国环境问题愈加严峻，尤其在土壤污染方面，土壤镉的污染面积越来越大，涉及范围也逐渐扩大，并且严重影响了动植物与人体健康[1,2]。相关研究表明，环境因素对于土壤镉的含量高低有着密切的关联和影响[3,4]，但二者的复杂影响过程及其机制等仍有待进一步深入研究。据此，本文拟通过一系列的试验来探讨pH值、氧化还原电位、有机质对于土壤镉的具体影响，期望为土壤中镉迁移和转化的治理提供一定理论与实践参考。
1材料与实验
1.1实验材料
1.1.1供试土壤
供试土壤为潮黄土（江苏省淮安市淮阴区王营镇），选取20厘米以内的的耕作层土壤，采样方式是多点混和四分法。将土壤样品在自然风干、粉碎之后，经60目筛筛后，待用。
1.1.2供试有机质
供试有机物主要包括乙二胺四乙酸（EDTA）、柠檬酸（C6H8O7）、草酸（H2C2O4）以及富里酸（C14H12O8），前面三种使用分析纯试剂，富里酸用0.01mol/LNaOH提取江苏省淮安市王营镇的潮黄土的腐殖质层，处理方法见文献，处理所得的富里酸样品含碳1.5mg/mL，含氮0.12mg/mL。
1.2试验方法
用经过60目筛后的土壤样品，调节出5个不同的镉浓度水平：5、10、20、50、100mg/kg，同时将五个浓度水平再重复设置一个，陈化处理两周后待用。
1.2.1pH对土壤镉迁移的影响试验
用100mg/kg镉处理土样，土壤和水按照1:20的比例（0.01MNaNO3溶液100mL＋土5.00g），加到pH值分别为3.92、4.95、5.93、6.94、8.04、9.03的6组0.01MNaNO3溶液里（用稀酸缓冲溶液调节），每隔七天分别通入氩气，每次时长5分钟，摇晃均匀静置，并在第27天和第55天测量该体系的pH、Eh，离心以后测量上层清液里镉的浓度，全部重复测量三次。
1.2.2Eh对土壤镉迁移的影响试验
使用处置后的不同浓度的镉土壤样品，土壤和水按照1:20的比例，通入氩气来调节Eh，通气时长分别为0、2、6、24、30、37、48小时，测量该体系的pH、Eh，离心以后测量上层清液里镉的浓度，全部重复测量三次，记录数据。
1.2.3有机质组成对土壤镉迁移的影响试验
参照相关研究成果[5,6]，构建有机制组成对土壤镉迁移影响的试验模型。
图1 有机制对土壤镉迁移的影响过程
1.3 测定方法
测定土壤的基本理化性质参考相关研究成果，用玻璃电极法测定pH，用甘汞电极法测定Eh，用电感耦合等离子法测定上清液中镉浓度[1]。
表1 供试土壤基本性质
2 结果与分析
2.1 Eh对土壤镉迁移的影响
由图1知，Eh值和通氩气的时长呈负相关。这是因为我们在通入氩气的过程中，土壤里的氧化还原系统发生了变化：氧化态逐渐转变为还原态，由Nernst方程可知，Eh值对应着在缓慢降低。接近37小时时Eh值有小幅度上升，原因分析可能是由于早晨的温度较低和仪器自身存在的不稳定性导致的。
由图2知，镉的浓度水平随着通氩气时间的增长而增长，结合图1，也就是镉的浓度随着氧化还原电位的降低而增加。这是由于Eh在下降的时候导致了部分氧化态金属R 2O 3( R ＝M n 、F e等) 的还原，即结合态镉被还原，所以镉的浓度增加，镉的迁移性上升。
通过上述实验得知，随着氧化还原电位的降低，镉浓度会不断上升，带来一系列影响。所以我们要尽全力控制土壤镉浓度，这样才会降低镉在迁移转化过程里的释放。
2.2 pH对土壤镉迁移的影响
根据图3，整体表明溶液镉浓度随着pH值的上升而缓慢下降，具体表现为当pH值小于6时，溶液镉浓度水平随着pH值的下降而快速上升；当pH值在6和7之间时，溶液镉浓度随着pH值的增加而逐渐降低；当pH大于7时，曲线下降的趋势逐渐平稳。这是因为在理论上解离度有公式log[Cd2+]=14.3-2p，根据解离度公式，土壤镉离子浓度和pH的关系与公式相匹配。当溶液pH值的增加时，难溶的镉碳酸盐以及镉氢氧化物生成概率上升，便会降低镉的浓度。
图1 通氩气时间对土壤Eh的影响 图2 通氩气时间对土壤镉浓度的影响
表2 pH对镉迁移的影响
图3 起始酸度与平衡溶液镉浓度的关系
2.3 水体有机组成对土壤镉迁移的影响
从表3可以看出，用柠檬酸、EDTA、草酸处理，镉达到平衡时的浓度最高，用草酸、富里酸、柠檬酸处理，镉达到平衡时的浓度最低，反之，用EDTA、草酸、富里酸和柠檬酸处理，镉达到平衡时的浓度在前两种方法之间，这表明EDTA释放镉的效果最好，而富里酸溶出镉的效果最差。这主要是由于EDTA是人工制造的螯合剂，它对于土壤中难以溶解的重金属有明显的活化作用，有利于它们在土壤中的迁移转化。若［富里酸］/［C a 2 + ］低于2时，易产生沉淀，使镉的溶出下降。柠檬酸和草酸虽然也能促进镉的溶出，可是没有EDTA作用明显。这是由于C6H8O7和H2C2O4都是弱酸，具有络合作用，使土壤的理化性质发生变化，让土壤里的镉能被吸收而溶出，但是对于镉的处理效果还是远远不及EDTA。
表3 水体有机物种类和镉浓度的关系
0.593
从上述实验还可得出，有机质组成不一样导致它们对镉的吸收程度也不一样，有机质组成的数量多少不是使重金属迁移量变化的决定因素。
3结论
本研究论述了当今社会的土壤镉污染现状，选取了酸碱度、氧化还原电位和有机质等环境因素，探讨了其对于土壤镉浓度的影响，结论如下：
（1）当所处的环境体系的酸度上升，会使金属镉在其环境里更容易迁移；而当pH值越来越低时，镉在其中的释放能力也就越强。
（2）体系的氧化还原电位随时间的增长而下降，但氧化还原电位初始值偏高时，镉在环境中的迁移量便会增长。
（3）有机质能明显影响镉的迁移转化，EDTA能增加镉的迁移，富里酸会抑制镉的溶出。草酸和柠檬酸也能促进镉的迁移。
参考文献
[1]李瑞功,袁立君.土壤理化性质简易测定法[J].园林科技,2004(1):28- 31.
[2]方涛,张晓华,肖邦定,等.水体悬移质对重金属吸附规律研究——以长江宜昌段为例[J].长江流域资源与环境,2001,10(2):185-192.
[3]梁彦秋,潘伟等.有机酸在修复Cd污染土壤中的作用研究[J].环境科学与管理,2006,31(8):76-78.
[4]张增强,张一平,朱兆华.镉在土壤中吸持的动力学特征研究[J].环境科学学报,2000,20(3):370-375.
[5]宫春艳等.红壤和褐土中磷的吸附及其对镉离子吸附-解吸的影响[J].农业环境科学学报,2008(6):7-7.
[6]徐龙君,袁智.外源镉污染及水溶性有机质对土壤中Cd形态的影响研究[J].土壤通报,2009,40(6):1442-1445.
作者简介
陈红霞(1985－)，女，江苏淮安人，工程师，主要从事环境应急管理方面工作。
论文作者:陈红霞1,耿春临2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
标签：土壤论文; 浓度论文; 有机质论文; 环境论文; 草酸论文; 溶液论文; 淮安市论文; 《基层建设》2018年第33期论文;