留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

冻融对东北黑土硒酸盐吸附解吸的影响

行文静 牛浩 李娇 吴福勇

行文静, 牛 浩, 李 娇, 吴福勇. 冻融对东北黑土硒酸盐吸附解吸的影响[J]. 土壤通报, 2021, 52(2): 338 − 345 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072101
引用本文: 行文静, 牛 浩, 李 娇, 吴福勇. 冻融对东北黑土硒酸盐吸附解吸的影响[J]. 土壤通报, 2021, 52(2): 338 − 345 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072101
XING Wen-jing, NIU Hao, LI Jiao, WU Fu-yong. Effects of initial water content and freeze-thawing cycles on adsorption and desorption of selenate in black soil of Northeast China[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(2): 338 − 345 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072101
Citation: XING Wen-jing, NIU Hao, LI Jiao, WU Fu-yong. Effects of initial water content and freeze-thawing cycles on adsorption and desorption of selenate in black soil of Northeast China[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(2): 338 − 345 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072101

冻融对东北黑土硒酸盐吸附解吸的影响

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072101
基金项目: 国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项“黑土侵蚀防治机理与调控技术”(2016YFE0202900)资助
详细信息
    作者简介:

    行文静(1994−),女,河南洛阳人,硕士研究生,从事土壤学研究,E-mail: 1521647294@qq.com

    通讯作者:

    E-mail: wfy09@163.com

  • 中图分类号: S147.2

Effects of initial water content and freeze-thawing cycles on adsorption and desorption of selenate in black soil of Northeast China

  • 摘要: 为探究冻融过程对东北黑土硒酸盐(Se(VI))吸附、解吸的影响机理,通过室内不同初始含水率及冻融次数模拟冻融循环,随后利用冻融后土壤进行Se(VI)的吸附和解吸试验,分别采用Langumuir和Freundlich方程对Se(VI)吸附过程进行拟合。结果表明:冻融显著(P < 0.05)改变了东北黑土pH值、有机质、球囊霉素相关土壤蛋白及各粒级团聚体含量,冻融后土壤Se(VI)吸附量显著高于未冻融土壤。通过拟合发现东北黑土对Se(VI)的吸附更符合Langmuir模型(R2 > 0.967),高初始含水率及冻融循环次数均增加了冻融后黑土对Se(VI)的最大吸附量及缓冲容量,同时提高了Se(VI)的解吸率。70%含水率及多次冻融循环提高了黑土对Se(VI)的吸附潜能,促进Se(VI)的解吸,使得冻融后土壤硒的生物有效性增加,有利于作物根系对硒的吸收。
  • 图  1  冻融过程中不同水分处理对黑土Se(VI)吸附量的影响

    Figure  1.  Effects of different moisture treatments during freeze-thaw process on Se (VI) adsorption of black soil

    图  2  冻融过程中不同冻融次数对黑土Se(VI)平均吸附量的影响

    Figure  2.  Effect of freeze-thaw cycles during freeze-thaw process on the average adsorption capacity of Se (VI) in black soil

    图  3  冻融过程中不同水分处理及不同冻融次数对黑土Se(VI)吸附等温曲线的影响

    Figure  3.  Adsorption isotherms of Se (VI) in black soil with different freeze-thaw cycles under two moistures during freeze-thaw processes

    图  4  冻融过程中不同水分及冻融次数对黑土Se(VI)解吸率的影响

    Figure  4.  Effects of different moisture and freeze-thaw cycles on Se (VI) desorption rate in black soil during freeze-thaw processes

    表  1  冻融过程对东北黑土各级团聚体和平均重量直径的影响

    Table  1.   Effect of freeze-thaw process on aggregate contents and average weight diameter of black soil in Northeast China

    处理
    Treatment
    各级团聚体含量(mm, %)
    Contents of different size aggregate groups
    WSA0.25
    (%)
    MWD
    (mm)
    > 22 ~ 11 ~ 0.50.5 ~ 0.250.25 ~ 0.1050.105 ~ 0.005< 0.005
    W1F0 2.51 a 29.20 ab 32.26 ab 21.27 bc 7.40 d 1.96 d 5.40 d 85.24 0.82
    W1F6 1.59 a 30.17 a 29.93 ab 13.99 c 4.39 d 2.07 d 17.85 d 75.69 0.77
    W1F15 0.26 b 15.68 ab 41.81 a 13.19 c 5.42 d 2.56 d 21.07 d 70.95 0.60
    W1F30 0.11 b 8.74 bc 37.91 ab 23.32 ab 6.05 d 2.21 d 21.67 d 70.08 0.51
    W2F0 0.09 b 11.75 bc 16.68 cd 24.81 ab 20.84 ab 5.76 a 20.07 a 54.33 0.40
    W2F6 0.32 b 5.22 d 28.35 bc 30.60 ab 19.24 bc 3.83 c 12.44 c 64.49 0.41
    W2F15 0.14 b 20.41 bc 34.97 ab 19.41 bc 13.31 c 4.16 bc 7.60 bc 74.93 0.64
    W2F30 0.09 b 2.29 abc 8.63 d 29.13 a 23.73 a 5.13 ab 30.99 ab 40.15 0.21
      注:同列不同字母表示不同处理之间差异显著(P < 0.05),MWD指土壤团聚体平均重量直径。
    下载: 导出CSV

    表  2  不同冻融处理对东北黑土基本理化性质的影响

    Table  2.   Effects of different freeze-thaw processes on basic physical and chemical properties in black soil of Northeast China

    处理
    Treatment
    pH有机质
    Organic matter
    (g kg−1
    球囊霉素
    GRSP
    (mg g−1
    W1F0 5.69 ± 0.015 a 37.24 ± 1.19 bc 0.47 ± 0.017 ab
    W1F6 5.63 ± 0.017 b 36.38 ± 0.92 bcd 0.47 ± 0.04 ab
    W1F15 5.55 ± 0.032 c 34.80 ± 2.74 d 0.42 ± 0.006 b
    W1F30 5.58 ± 0.010 c 37.22 ± 1.01 b c 0.46 ± 0.04 ab
    W2F0 5.52 ± 0.028 d 38.96 ± 1.52 b 0.46 ± 0.02 ab
    W2F6 5.50 ± 0.015 de 35.86 ± 1.10 cd 0.49 ± 0.03 a
    W2F15 5.41 ± 0.017 f 35.24 ± 0.73 cd 0.51 ± 0.01 a
    W2F30 5.46 ± 0.030 e 41.17 ± 2.43 a 0.50 ± 0.01 a
      注:同列不同的小写字母表示不同处理之间差异显著(P < 0.05)。
    下载: 导出CSV

    表  3  冻融作用下Se(VI)吸附拟合方程特征参数

    Table  3.   Characteristic parameters of Se (VI) adsorption fitting equation under different freeze-thaw processes

    处理
    Treatment
    Langmuir等温方程参数
    Langmuir isotherm equation parameters
    Freundlich等温方程参数
    Freundlich isotherm equation parameters
    QmK1MBCR2Kf1/nR2
    W1F0 350.24 0.017 5.95 0.990 6.30 0.92 0.987
    W1F6 341.45 0.029 9.90 0.985 10.16 0.88 0.979
    W1F15 847.67 0.009 7.63 0.974 7.41 0.98 0.973
    W1F30 392.47 0.018 7.06 0.979 7.05 0.93 0.974
    W2F0 627.12 0.010 6.27 0.993 5.96 0.96 0.993
    W2F6 618.76 0.013 8.04 0.967 8.25 0.96 0.971
    W2F15 2676.11 0.003 8.03 0.988 6.74 1.02 0.990
    W2F30 519.49 0.014 7.27 0.977 7.11 0.95 0.979
      注:MBC表示土壤对Se(VI)的最大缓冲容量。
    下载: 导出CSV

    表  4  等温吸附模型参数与土壤理化性质的相关分析

    Table  4.   Correlation analysis between isothermal adsorption model parameters and soil physical and chemical properties

    土壤理化性质
    Physical and chemical properties of soil
    Langmuir模型参数
    Langmuir model parameters
    Freundlich模型参数
    Freundlich model parameters
    QmK1Kf1/n
    pH −0.755* 0.886** 0.555 −0.887**
    有机质(g kg−1 0.510 −0.238 −0.329 −0.338
    球囊霉素(mg g−1 −0.552 0.185 0.005 0.212
    WSA0.25 0.155 0.194 0.234 −0.255
      注:* 表示在5%水平上显著相关(n = 8); ** 表示在1%水平上显著相关(n = 8)。
    下载: 导出CSV
  • [1] Vinceti M. Filippini T. Wise L A Environmental Selenium and Human Health: an Update. Current Environmental Health Reports[J]. Current Environmental Health Reports, 2018, 5(4): 464 − 485. doi: 10.1007/s40572-018-0213-0
    [2] Schomburg L. Dietary Selenium and Human Health[J]. Nutrients, 2016, 9(1): 22. doi: 10.3390/nu9010022
    [3] Rayman M P. The importance of selenium to human health[J]. The Lancet, 2000, 356(9225): 233 − 241. doi: 10.1016/S0140-6736(00)02490-9
    [4] 孙梓耀, 王 菲, 崔玉军. 黑龙江省嫩江平原南部土壤硒元素的有效性与生态效应[J]. 黑龙江农业科学, 2016, (9): 43 − 48.
    [5] 冯璞阳, 李 哲, 者渝芸, 等. 我国18种不同理化性质的土壤对硒酸盐的吸附解吸作用研究[J]. 环境科学, 2016, 37(8): 3160 − 3168.
    [6] Dhillon K S, Dhillon S K. Adsorption-desorption reactions of selenium in some soils of India[J]. Geoderma, 1999, 93(1): 19 − 31.
    [7] Matulová M, Urik M, Bujdos M. et al Selenite sorption onto goethite: isotherm and ion-competitive studies, and effect of pH on sorption kinetics[J]. Chemical Pape, 2019, 73(12): 2975 − 2985. doi: 10.1007/s11696-019-00847-1
    [8] Smažíková P, Praus L, Száková J. et al Effects of Organic Matter-Rich Amendments on Selenium Mobility in Soils[J]. Pedsophere, 2019, 9(6): 740 − 751.
    [9] 严 佳, 宗良纲, 杨 旎, 等. 不同pH条件和P-Se交互作用对茶园土壤Se(IV)吸附行为的影响[J]. 农业环境科学学报, 2014, 33(5): 935 − 942. doi: 10.11654/jaes.2014.05.016
    [10] 赵成义. 不同土壤对亚硒酸离子和硒酸离子的等温吸附[J]. 新疆环境保护, 1992, 14(4): 38 − 42.
    [11] 韩 露, 万忠梅, 孙赫阳. 冻融作用对土壤物理、化学和生物学性质影响的研究进展[J]. 土壤通报, 2018, 49(3): 736 − 742.
    [12] 魏丽红. 冻融作用对土壤理化及生物学性质的影响综述[J]. 安徽农业科学, 2009, 37(11): 5054 − 5057. doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2009.11.097
    [13] 赵恒策, 魏 霞, 贺 燕, 等. 冻融对土壤团聚体特征以及可蚀性K值的影响[J]. 水土保持研究, 2019, 26(5): 1 − 13.
    [14] Yanai Y, Toyota K, Okazaki M. Effects of successive soil freeze-thaw cycles on soil microbial biomass and organic matter decomposition potential of soils[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 2004, 50(6): 821 − 829. doi: 10.1080/00380768.2004.10408542
    [15] 钱 多, 范昊明, 周丽丽, 等. 冻融作用对棕壤磷素吸附-解吸特性的影响[J]. 水土保持学报, 2012, 26(2): 279 − 283.
    [16] Wang X, Li Y M, Mao N. et al The adsorption behavior of Pb2+ and Cd2+ in the treated black soil with different Freeze-Thaw frequencies[J]. Water Air and Soil Pollution, 2017, 228(5): 193. doi: 10.1007/s11270-017-3376-7
    [17] 李贵圆. 冻融作用对黑土、棕壤团聚体水稳定性影响的对比研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2012.
    [18] Bedini S, Pellegrino E, Avio L, et al. Changes in soil aggregation and glomalin-related soil protein content as affected by the arbuscular mycorrhizal fungal species Glomus mosseae and Glomus intraradices[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2009, 41(7): 1491 − 1496.
    [19] Oztas T, Fayetorbay F. Effect of freezing and thawing processes on soil aggregate stability[J]. Catena, 2003, 52(1): 1 − 8. doi: 10.1016/S0341-8162(02)00177-7
    [20] Lehrsch G A. Freeze-thaw cycles increase near-surface aggregate stability[J]. Soil Science, 1998, 163(1): 63 − 70. doi: 10.1097/00010694-199801000-00009
    [21] 王 风, 韩晓增, 李良皓, 等. 冻融过程对黑土水稳性团聚体含量影响[J]. 冰川冻土, 2009, 31(5): 915 − 919.
    [22] 王 展, 张玉龙, 虞 娜, 等. 冻融作用对土壤微团聚体特征及分形维数的影响[J]. 土壤学报, 2013, 50(1): 83 − 88. doi: 10.11766/trxb201203080065
    [23] Semenov V M, Kogut B M, Lukin S M. Effect of repeated drying-wetting-freezing-thawing cycles on the active soil organic carbon pool[J]. Eurasian Soil Science, 2014, 47(4): 276 − 286. doi: 10.1134/S1064229314040073
    [24] 王 洋, 刘景双, 王国平, 等. 冻融循环作用与土壤理化效应的关系研究[J]. 地理与地理信息科学, 2007, 23(2): 91 − 96. doi: 10.3969/j.issn.1672-0504.2007.02.021
    [25] 周旺明, 王金达, 刘景双, 等. 冻融对湿地土壤可溶性有机碳、氮和氮矿化的影响[J]. 生态与农村环境学报, 2008, 24(3): 1 − 6. doi: 10.3969/j.issn.1673-4831.2008.03.001
    [26] 郝瑞军, 李忠佩, 车玉萍. 冻融循环交替对水稻土水溶性有机碳含量及有机碳矿化的影响[J]. 土壤通报, 2007, 38(6): 1052 − 1057. doi: 10.3321/j.issn:0564-3945.2007.06.003
    [27] 田 慧, 刘晓蕾, 盖京苹, 等. 球囊霉素及其作用研究进展[J]. 土壤通报, 2009, 40(5): 1215 − 1220.
    [28] 周丽丽, 黄东浩, 范昊明, 等. 冻融作用对东北黑土磷素吸附-解吸过程的影响[J]. 水土保持通报, 2014, 34(6): 27 − 31.
    [29] 王 展, 张 良, 党秀丽, 等. 冻融作用对土壤镉动力学吸附解吸的影响[J]. 环境科学学报, 2012, 32(3): 721 − 725.
    [30] Du L, Dyck M, Shotyk W, et al. Lead immobilization processes in soils subjected to freeze-thaw cycles[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2020, 192: 110288. doi: 10.1016/j.ecoenv.2020.110288
    [31] Li L H, Ma J C, Xu M, et al. The adsorption and desorption of Pb2+ and Cd2+ in freeze–thaw treated soils[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2016, 96(1): 107 − 112. doi: 10.1007/s00128-015-1694-2
    [32] 孙跃嘉, 田 甜, 何 娜, 等. 冻融周期对棕壤性质及砷吸附解吸特性的影响[J]. 生态环境学报, 2016, 25(4): 724 − 728.
    [33] 冯跃华, 胡瑞芝, 张杨珠, 等. 几种粉煤灰对磷素吸附解吸特性的研究[J]. 应用生态学报, 2005, 16(9): 1756 − 1760. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2005.09.033
    [34] 蒋成爱, 吴启堂, 陈杖榴. 土壤中砷污染研究进展[J]. 土壤, 2004, 36(3): 264 − 270. doi: 10.3321/j.issn:0253-9829.2004.03.007
    [35] 朴河春, 袁芷芸, 刘广深, 等. 硒酸盐和亚硒酸盐在土壤中吸附作用差异[J]. 土壤通报, 1996, 27(3): 130 − 132.
    [36] 曾祥峰, 王祖伟, 于晓曼, 等. 铁锰氧化物在碱性条件下对镉的吸附特征研究[J]. 中国地质, 2011, 38(1): 212 − 217. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2011.01.023
    [37] Tang C L, Huang Y P, Zhang Z Q, et al. Rapid removal of selenate in a zero-valent iron/Fe3O4/Fe2+ synergetic system[J]. Applied catalysis B: Environmental, 2016, 184: 320 − 327. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.11.045
    [38] Zhang N, Gang D D, Mcdonald L, et al. Background electrolytes and pH effects on selenate adsorption using iron-impregnated granular activated carbon and surface binding mechanisms[J]. Chemosphere, 2018, 195: 166 − 174. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.11.161
    [39] 马志强, 王秋兵, 王 帅, 等. 冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响[J]. 水土保持学报, 2015, 29(2): 193 − 197.
    [40] 胡红青, 贺纪正, 李学垣. 铝(氢)氧化物对有机酸和磷酸根的竞争吸附研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2001, 7(1): 50 − 55. doi: 10.3321/j.issn:1008-505X.2001.01.008
    [41] 江承香. 名山河流域黄壤土壤微团聚体对砷(As(V))、磷(PO43-)竞争吸附-解吸的影响[D]. 雅安: 四川农业大学, 2016.
    [42] 黄昌勇, 徐建明. 土壤学[M]. 三版. 北京: 中国农业出版社, 2011.
  • 加载中
图(4) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  17
  • HTML全文浏览量:  10
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-21
  • 修回日期:  2020-11-05
  • 网络出版日期:  2021-03-05
  • 刊出日期:  2021-04-08

目录

    /

    返回文章
    返回