贵州砂页岩母质黄壤镉吸附及表面络合模型研究

重金属在土壤中的吸附行为受土壤表面酸碱性质的影响.贵州酸性黄壤镉(Cd)污染形势严峻,研究黄壤中Cd的吸附特征及形态变化对镉的防控和治理具有重要意义.本文以贵州省百花湖镇不同深度的砂页岩母质黄壤为供试土壤,基于连续酸碱电位滴定试验,利用1-site/2-pKa表面络合模型(SCM),探讨土壤表面酸碱性质;基于不同pH下黄壤Cd吸附试验,运用SCM模拟Cd的吸附行为及其形态分布;同时解析黄壤组成与表面酸碱性质的相关性.结果表明:①SCM计算所得腐质层(0～45 cm)、淋溶层(>45～57 cm)、淀积层(>57～81 cm)、风化层(>81～110 cm)、母质层(>110～183 cm)土壤表面位点浓度(Hs)随深度的增加大致呈下降趋势,各层Hs分别为0.120、0.090、0.097、0.056、0.055 mol/L,而电荷零点(pHpzc,SCM)变化趋势与之相反,分别为4.83、4.71、4.61、4.96、4.98,pHpzc,SCM与试验测定数据(pHpzc,M)接近且变化趋势一致,说明1-site/2-pKa SCM适用于黄壤的表面酸碱性质研究.②Cd吸附试验表明,随pH的增加,Cd从溶解态逐渐转向吸附态,并在pH=7附近达到完全吸附;SCM拟合得到的不同pH下Cd的溶解态和吸附态浓度与吸附试验数据吻合良好(相关系数R≥0.995),且Cd的吸附行为与不同pH下黄壤表面位点3种形态(≡SOH2+、≡SOH、≡SO?)分布的模拟结果一致,≡SOH2+、≡SO?分别为pHpHpzc时的主要形态,揭示了黄壤表面酸碱性质对Cd吸附行为的影响机制,进一步说明SCM适用于描述Cd随土壤pH变化的吸附特征.③相关性分析表明,有机质、游离氧化铁对Hs起主要作用,不同深度土壤的电荷零点(pHpzc)则主要由土壤中的黏土矿物、石英等无机胶体控制.研究显示,利用1-site/2-pKa SCM可以准确描述贵州省酸性黄壤的表面酸碱性质以及Cd的吸附特征及其形态分布,可为重金属在土壤中的迁移转化行为研究提供新思路.