土壤中草甘膦与Zn复合污染机制研究

【作者】 王玉军； 李伟； 孙瑞娟； 周东美； Donald L.Sparks；

【机构】 中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室,中国科学院南京土壤研究所； Department of Plant and Soil Sciences,University of Delaware,Newark,Delaware 19717,United States；

【摘要】 草甘膦是全球使用量最大的除草剂,由于草甘膦存在膦酸基、羧基和氨基,这些基团有较强的金属配位能力,草甘膦与土壤中的金属离子发生配位反应,从而影响草甘膦和重金属在土壤上的吸附。通过批平衡法研究了草甘膦与Zn在红壤和乌栅土中吸附的交互作用过程。由于乌栅土较红壤具有较高的有机质含量和阳离子代换量、较高pH,所以Zn在红壤上的吸附量较其在乌栅土上低。草甘膦显著降低了Zn在土壤上的吸附量,主要由于草甘膦的存在降低了平衡液pH,此外由于草甘膦与Zn发生了配位反应,而生成的配合物在土壤上的亲和力比Zn离子本身要低,进而降低了Zn在土壤上的吸附量。这种现象在红壤中表现得更为明显,因为Zn在红壤中的吸附量比乌栅土要小很多。而Zn的存在增加了草甘膦在土壤表面的吸附量,这主要是由于Zn与土壤表面的质子发生交换反应,大量的H~+被置换到溶液中,增加了溶液酸度,从而增加了草甘膦在土壤上的吸附量;另外当Zn吸附于土壤表面后,草甘膦以Zn为"桥"吸附于土壤表面。基于EXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)、HR-TEM(High Resolution Transmission ElectronMicroscopy)和NMR(Nuclear Magnetic Resonance)等分子环境学手段研究了Zn在氧化铝表面的固定机制,以及草甘膦存在时Zn在氧化铝表面的固定分子机制。研究发现,Zn在酸性条件下主要是与氧化铝表面的一些破碎的边反应,吸附于矿物表面,而在碱性条件下,Zn与部分溶解的Al发生反应,生成Zn-Al LDH(Layered Double Hydroxide)这种比较稳定的沉淀物。草甘膦的存在改变了Zn在氧化铝表面的吸附机制,由于草甘膦与Al和Zn有较强的配位,这些有机物与Al发生配位反应,而Al是生成Zn-Al LDH的前驱体,进而阻止了Zn与Al之间的反应。此外Zn也会与这些有机物发生配位反应,同样会阻止Zn与Al之间的反应。更多还原