２０１３，３２（４）：７０８—７１３ 农业环境科学学报 ２０１３年４月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ 不同冻融处理土壤对镉的吸附能力及其影响因子分析 王展，张玉龙 ，虞娜，张玉玲，刘 畅 （沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳１ １０８６６） 摘要：为了探讨冻融对土壤镉吸附能力的影响及其机理，通过人工控温、室内分析的实验方法，采用相关分析和通径分析等统计 方法，研究了不同水分条件下，冻融处理土壤镉的吸附能力及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明，Ｈｅｎｒｙ模型（Ｙ＝ａ＋ｋｄＣ）可以 很好地拟合土壤镉的静态吸附过程。在不同含水量处理下，土壤镉的吸附能力均表现为随着冻融次数的增加先增加后降低，土壤镉 的吸附能力随着土壤含水量的增加在不同冻融处理时呈现不同的趋势。冻融土壤镉的吸附能力与土壤ｐＨ、阳离子交换量（ＣＥＣ）、 永久电荷（ＣＥＣｐ）、可溶性有机质（ＤＯＭ）显著或极显著相关。土壤ｐＨ、ＣＥＣｐ、ＤＯＭ对土壤镉吸附能力的影响是通过直接作用产生 的，而ＣＥＣ对土壤镉吸附能力的影响则是通过间接作用产生的。冻融对土壤ｐＨ、ＣＥＣｐ、ＤＯＭ的影响是导致不同冻融处理土壤镉吸 附能力差异的主要原因。 关键词：冻融；土壤；镉；吸附能力；影响因子；通径分析 中图分类号：Ｘ１３１．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—２０４３（２０１３）０４—０７０８—０６ ｄｏｉ：１０．１１６５４￣ａｅｓ．２０１３．４．０００８ Ｓｏｉｌ Ｃｄ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ａｂｉｌｉｔｙ Ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｅｒｅｎｔ Ｆｒｅｅｚｅ／Ｔｈａｗｉｎｇ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｉｓ ｔＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒｓ ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｌｏｎｇ ，ＹＵ Ｎａ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ－ｌｉｎｇ，ＬＩＵ Ｃｈａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＳｏｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８６６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｅ ｆｔｒｅｅｚｅ／ｔｈａｗｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｓｏｉｌ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ（ｋｄ）ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｅｚｅ／ｔｈａｗｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｂｙ ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｄｏｏｒ ｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｈｅｎｒｙ ｍｏｄｅｌ（Ｙ＝ａ＋ｋ ）ｃｏｕｌｄ ｉｍｉｔａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｄｍｉｕｍ ｓｔａｔｉｃ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｉｆｓｔｌｒｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ／ ｔｈａｗｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｈｅ ｓｏｉｔｌ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｗｉｔｈ ｈｅ ｓｏｉｔｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｅｚｅ／ｔｈａｗｉｎｇ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎｄ ａｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐＨ，ｃａｔｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ （ＣＥＣ），ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｃｈａｒｇｅ（ＣＥＣｐ），ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ（ＤＯＭ）ｗｅｒｅ Ｏ．０１ ｏｒ Ｏ．０５ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｌｅｖｅ１．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐＨ，ＣＥＣｐ， ＤＯＭ ｏｎ ｓｏｉｌ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ｄｉｒｅｃｔ，ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ＣＥＣ ｗａｓ ｉｎｄｉｒｅｃｔ．Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃｌｅａｒｌｙ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ／ ｔｈａｗｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐＨ，ＣＥＣｐ，ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｗａｓ ｈｅ ｋｅｙ ｔｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｉｌ Ｃｄ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｒｅｅｚｅ／ ｔｈａｗｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｅｚｅ／ｔｈａｗｉｎｇ；ｓｏｉｌ；Ｃｄ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ；ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ 冻融是高纬度地区常见的气候现象，地球上受冻 融影响的土地面积占陆地面积的７０％，而且随着全球 气候变暖和气候波动的日益加剧，受冻融影响的面积 组成，影响土壤的结构和稳定性［１１，改变土壤容重和孔 隙度圈，降低可溶性碳的含量［３１，增加可溶性有机质的 芳香化程度和腐殖化程度 。冻融作用还会对土壤镉 的吸附解吸产生影响 。 镉是毒性最强的重金属元素之一，随着人类生产 活动的发展，大量镉排放到环境中，全球每年排放到 环境中的镉高达３０ ０００ ｔ左右，其中９４％进入土壤 中，而且主要是农业土壤。土壤对镉的吸附能力决定 将逐年增加。冻融过程中水与冰相互转化，体积胀缩 对土壤理化性质产生影响：冻融可改变土壤团聚体的 收稿日期：２０１２—１０—３０ 基金项目：国家重点基础研究发展（９７３）计划（２００４ＣＢ４１８５０４） 作者简介：王展（１９７９一），女，辽宁大连人，博士研究生，讲师，主要从 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｌｚｓａｕ＠１６３．ｃｏｍ 着镉对生态环境的毒害作用。土壤对镉的吸附受土壤 理化性质的影响。有机质和游离氧化铁促进土壤对镉 事土壤改良方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｗａｎｇｌｖ１９７９＠１６３．ｃｏｍ 通信作者：张玉龙王展，等：不同冻融处理土壤对镉的吸附能力及其影响因子分析 ７０９ 的吸附，而有机质中，低分子组分对环境中镉的迁移 性影响更大［７１，土壤镉的吸附量随着ｐＨ和ＣＥＣ的增 冻融周期。本试验共设定５个冻融次数梯度，分别为 ０、１、３、６、９次，记为ＦＯ、Ｆ１、Ｆ３、Ｆ６、Ｆ９。试验设计为２ 因素，５水平，全排列，共２５个处理，每个处理重复３ 次。 １．４等温吸附试验 大而增加［８－９１，另外土壤镉的吸附能力还受到土壤类 型、颗粒组成的影响 叫３１。 目前关于冻融对土壤理化性质的影响已有很多 研究，而冻融对土壤镉吸附解吸的影响也逐渐引起人 们的关注，但冻融土壤镉的吸附能力与土壤理化性质 之间关系的研究尚未见报道。本文采用实验室模拟方 法研究了冻融处理对土壤镉吸附能力的影响，并分析 称取经过冻融交替培养过的土样若干克（折合成 风干土样１．０００ ｇ）５份分置于５０ ｍＬ塑料离心管中， 按土液比１：２０分别加入系列Ｃｄ 浓度［Ｃｄ（ＮＯ，） 初 始浓度分别为含纯ｃｄ ５、１０、２０、３０、５０ ｍｇ・Ｌ １的 了吸附能力与土壤理化性质的关系，进一步揭示了冻 ０．０１ ｍｏｌ・Ｌ～ＮａＮＯ。溶液２０ ｍＬ，称重记为ｍ。在往返 融对土壤镉吸附能力的影响机理，以期为全球变暖情 式振荡机上（１８０次・ｍｉｎ ）振荡２ ｈ后，放人恒温箱 况下，冻融地区的重金属镉环境容量的制定和镉污染 （２５＋１）℃中培育２２ ｈ，然后以４０００ ｒ・ｍｉｎ 离心１Ｏ 防治工作提供理论指导和技术支持。 ｍｉｎ，取上清液用原子吸收分光光度法（ＩＣＰ—ＭＳ，美国 １材料与方法 ＡＧＩＬＥＮＴ７５００Ａ）测定ｃｄ 含量（Ｃ ）。用差减法计算土 壤Ｃｄ 吸附量（Ｃｄ２＋，ｍｇ・ｋｇ ）。 １．１供试土壤的基本性质 ｒ、 吸附量＝ ｘ２０ 本试验的供试土壤为棕壤，采自沈阳市郊区，沈 ｒｒ 阳农业大学试验田（４１。８２ Ｎ，１２３。５７ Ｅ），前期作物为 式中：Ｃｏ为配制的Ｃｄ 初始浓度（ｍｇ・Ｌ ）；Ｗ为土重 玉米。沈阳地区属于暖温带半湿润性气候，年平 （ｇ）。 均气温７～８℃，每年１Ｏ月份开始冻结，次年４月份开 １．５测定项目与测定方法 始融化，每年约６个月经历冻融交替。土壤母质类型 土壤溶液ｐＨ采用电位法【 ４１；ＣＥＣ采用乙酸铵交 为黄土状母质，黏土矿物主要以伊利石为主，其次是 换法【 ；ＣＥＣｐ采用Ｍｅｈｌｉｅｈ法Ｉｌ５／，将土壤在Ｈ 饱和后 蒙脱石。棕壤是在暖温带湿润半湿润季风气候、 吸附的Ｂａ 量视为永久负电荷量（ＣＥＣｐ），ＣＥＣｐ用淋 落叶阔叶林下，发生较强淋溶作用和黏化作用形成的 洗交换法及比色法测定；氧化铁：游离氧化铁采用连 土壤。土壤剖面通体无石灰反应，呈酸』生，具有明显黏 二亚硫酸钠一柠檬酸钠一重碳酸钠法，无定形氧化铁采 化特征，是暖温带落叶阔叶林和针阔混交林下形成的 用草酸铵缓冲提取法『ｌ５１，无定形氧化铁与游离氧化铁 土壤，也是沈阳地区的典型代表性土壤。 含量的百分比称为氧化铁的活化度；可溶性有机质采 １．２土壤样品的采集与制备 用称取１０ ｇ过２ ｍｍ筛的风干土样，按土水比２：１添 ２００９年秋季取样，取样深度为０～２０ ｃｍ，样品自 加蒸馏水，在２５℃下恒温振荡３０ ａｒｉｎ后，用０．４５ Ｈｍ 然风干，去除植物残体、砾石，过２ｍｍ筛，备用。同时 滤膜抽滤，滤液直接在ＴＯＣ一１０２０Ａ有机碳分析仪 测定土壤的基本理化性质，土壤的ｐＨ为５．７０，有机 （Ｅｌｅｍｅｎｔａｒ，德国产）上测定；微团聚体用沉降吸管测 质含量为１３．２ ｇ・ｋｇ～，容重为１．３６ ｇ・ｃｍ ，阳离子交换 定 ，并根据杨培岭 的分形理论和分形维数公式，计 量为１４．１ ｃｍｏｌ・ｋｇ～。 算分形维数Ｄ。 １－３土壤样品的冻融处理 ２结果与讨论 称取过２ ｍｍ筛的土样５００ ｇ，置于塑料自封袋 内，向塑料袋内加入去离子水使土壤的含水量分别为 ２．１冻融土壤镉的吸附能力 田间持水量（容重环法测定）的１０％、４０％、７０％、 表１是Ｈｅｎｒｙ模型对等温吸附曲线的拟合结果， １００％、１２０％（田间持水量为２８．６％），记为Ｗ１、Ｗ２、 可以看出Ｈｅｎｒｙ模型对等温吸附曲线的拟合效果较 Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５。充分混匀土水，使土壤含水量均匀。在 好，拟合程度基本上都达到显著或极显著水平，可以 室温下陈化培养２４ ｈ，然后将不同含水量的土壤放在 很好地模拟冻融处理下土壤镉的静态等温吸附曲线。 超低温冰箱（ＭＤＦ一３８２Ｅ，日本三洋公司产）内冷冻培 张增强 ８１用方程拟合镉在不同土壤中的吸附曲线， 养（一３Ｏ℃）２４ ｈ，再放入人工气候箱（ＨＰＧ一３２０Ｈ，哈 也得到了相似的结论。Ｈｅｎｒｙ模型Ｙ＝ａ＋ｋｄＣ中，ｋｄ表 尔滨东联公司产）内融化培养（２０℃）２４ ｈ，此为一个 示重金属在固液体系的分配系数，描述重金属元素在 土壤环境中的动态常数，低ｋ 值表明多数重金属离 子存在溶液中，高ｋ 值表明重金属对土壤具有较高 的吸附能力［１９１。由表１还可以看出，不同含水量处理 下，冻融处理的土壤对镉的等温吸附方程中ｋ 均大 于未冻融土壤（Ｒ），说明土壤经冻融处理后，对镉的 固持能力增加。ｋ 值先随着冻融次数增加而增加，但 到冻融６次时ｋ 开始减小，证明土壤对镉的固持能 力随冻融次数的增加先增加后减小。关于冻融次数对 镉吸附量的影响，目前存在不一致的研究结果，党秀 有所不同，土壤含水量对土壤镉吸附能力的影响在不 同冻融处理下也呈现不同的趋势。 对不同冻融次数、不同含水量处理下土壤的等温 吸附曲线拟合方程中的ｋ 作方差分析，结果列于表 ２。从表２中数据可以看出冻融次数对ｋ 的影响显 著，而冻融时的土壤含水量对ｋ 影响不显著。进一步 对不同冻融次数处理下的ｋ 做多重比较分析，结果 列于表３，不同冻融次数处理间ｋ 的大小顺序为Ｆ３＞ ＦＩ＞Ｆ９＞Ｆ６＞Ｆ０，且Ｆ３与Ｆ１、Ｆ９、Ｆ６、Ｆ０间差异达到极显 丽等［２０１和等［２ 研究认为，冻融降低了棕壤和黑土 对镉的吸附能力，而王展等嘲认为冻融促进了棕壤对 镉的吸附能力。分析其原因，可能是冻融周期和冻融 温度不同，会导致冻融对土壤镉吸附能力的影响趋势 表１土壤静态等温吸附方程（Ｙ＝ａ＋ｋａＣ）及相关参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｇｒｅｓｓｅｄ ｓｔａｔｉｃ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ（Ｙ＝ａ＋ｋｄＣ）ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｉｆｃｉｅｎｔｓ 注：ｌ，为土壤Ｃｄ 吸附量（ｍｇ・ｋｇ ）；口为常数； 为与吸附结合能 相关的常数（ｍｇ・ｋｇ ）； 为在０．Ｏ１水平上相关； 为在Ｏ．０５水平上相 关。ｒ（５，０．０５）＝０．８７８，ｒ（５，Ｏ．０１）＝０．９５９。 Ｎｏｔｅ：Ｙ ｉｓ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｅｄ Ｃｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ（ｍｇ・ｋｇ ）：口ｉｓ ｃｏｎ— ｓｔａｎｔ； ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｙ（ｍｇ・ｋｇ ）； ｉｎ— ｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｏｆ ５％ｌｅｖｅｌｓ． ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｆ１％ｌｅｖｅｌｓ．ｒ（５。０．０５） ０．８７８．ｒ（５。０．Ｏ１）＝０．９５９． 著水平（Ｐ＜０．０１），而其他各处理间差异不显著（Ｐ－．Ｏ．０５）， 说明冻融３次处理可以提高土壤镉的吸附能力。 ２．２吸附能力（ ）与土壤理化性质的相关分析 土壤对重金属镉的吸附受到土壤理化性质的影 响，冻融作用对土壤镉吸附能力存在影响，通过冻融 土壤镉吸附能力（ ）与土壤理化性质之间的相关性 分析，可以了解冻融土壤对镉的吸附能力与土壤理化 性质之间的关系，进一步探讨冻融对土壤镉吸附能力 产生影响的机理。表４列出了ｋ 与土壤理化性质之 间的相关系数，冻融土壤的吸附能力与ｐＨ、阳离子交 换量（ＣＥＣ）、永久电荷（ＣＥＣｐ）、分形维数Ｄ呈正相关 关系，与可溶性有机质（ＤＯＭ）、氧化铁活化度呈负相 关关系，并与ｐＨ、ＣＥＣ、ＣＥＣｐ、ＤＯＭ的相关性达到显 著或极显著水平。冻融对土壤镉吸附能力的影响主要 是通过影响ｐＨ、ＣＥＣ、ＣＥＣｐ和ＤＯＭ而实现的。 随着ｐＨ的升高，土壤中的粘土矿物、水合氧化物 和有机质表面的负电荷增加，对镉离子的吸附力加 表２不同冻融次数、土壤含水量处理下ｋ 的方差分析 Ｔａｂｌｅ ２ Ｕｎｉｖａｒｉａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｋｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｅｚｅ／ｔｈａｗｉｎｇ ｔｉｍｅｓ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ 表３不同冻融次数处理下ｋ 的多重比较 Ｔａｂｌｅ ３ Ｄｕｎｃａｎ Ｓ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｋｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｅｚｅ／ｔｈａｗｉｎｇ ｔｉｍｅｓ 处理 Ｆ０ Ｆ１ Ｆ３ Ｆ６ Ｆ９ ｋｄ ６８．４６０ｂＢ １０４．６７５ｂＢ ７５０．５８０ａＡ １０ｏ．４５５ｂＢ １０３．３７３ｂＢ 注：不同小写字母表示不同冻融次数处理之间差异达显著水平 （Ｐ＜０．０５），不同大写字母表示冻融处理之间差异达极显著水平（Ｐ＜ ０．Ｏ１）。 Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｎａｉｌ ｌｅｔｔｅｒ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｏｆ ５％１ｅｖｅｌｓ． Ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｆ １％ｌｅｖｅｌｓ． 王展，等：不同冻融处理土壤对镉的吸附能力及其影响因子分析 ７１１ 强，同时土壤溶液中Ｈ 、Ｆｅ 、Ａｌ 、Ｍｇ 浓度减小，与 通径分析结果。由表５可见，不同土壤理化性质对土 Ｃｄ 竞争吸附减少，也更利于土壤吸附Ｃｄ 。ＣＥＣ越 壤镉吸附能力的直接通径系数依次为：ＣＥＣｐ＞ＤＯＭ＞ 高，通过静电吸附的镉离子越多 。温带地区的土壤含 ｐＨ＞ＣＥＣ＞氧化铁游离度＞Ｄ。这表明在直接影响土壤 有大量的２：１型黏土矿物，主要是永久电荷决定着其 镉吸附能力的各项因素中，ＣＥＣｐ的作用最大，其次是 表面化学性质，称为恒电荷土壤 。供试土壤取自暖温 ＤＯＭ和ｐＨ。从表５还可以看出，土壤各理化性质对 带地区，而且其矿物主要是伊利石，其次是蒙脱石，均 土壤镉吸附能力的影响，不仅表现在自身具有直接作 为２：１型黏土矿物，因此供试土壤为恒电荷土壤，土壤 用，还表现在通过其他性质体现出的间接影响。但不 胶体的电荷主要以永久电荷为主，供试土壤对镉离子 同的土壤性质对土壤吸附能力的间接影响程度不同， 的吸附主要决定于永久电荷。可溶性有机质（ＤＯＭ）是 间接通径系数依次为：ＣＥＣ＞Ｄ＞ｐＨ＞ＣＥＣｐ＞ＤＯＭ＞游离 一类成分复杂的混合物，一般含有酚基、羟基、羧基和 铁氧化度。ＣＥＣ、Ｄ、ｐＨ三者的间接通径系数较大，其 羰基等多种官能团，研究表明它对重金属在土壤中的 中ＣＥＣ对土壤镉吸附能力的促进作用主要是通过间 行为具有显著影响 ，水溶性有机物与重金属离子的 接作用产生的，分形维数Ｄ可以在一定程度上反映 络合作用使更多的重金属离子留在土壤溶液中，从而 土壤质地、均一程度、物理性状及肥力特征，并揭示其 降低了土壤对重金属离子的吸附。 变化规律等 。土壤团粒分形维数与其结构及稳定性 由表４还可以看出，土壤理化性质彼此之间也存 关系紧密 ，即团粒结构的分形维数越小，土壤越具 在相关关系，如ｐＨ和ＣＥＣ、ＣＥＣｐ，ＣＥＣ与ＤＯＭ、Ｄ之 有良好的结构与稳定性；分形维数Ｄ越大，土壤的结 间的相关性均达到显著或极显著水平。冻融引起某个 构与稳定性越差，土壤镉的吸附能力也越差。氧化铁 理化性质变化时也会引起其他理化性质的变化，冻融 活化度的直接作用和间接作用均较小，所以表现为ｋ 对土壤镉吸附能力的影响，可能是多个理化性质的综 的影响不显著。 合作用，而且各个理化性质对土壤镉吸附能力的作用 此外，决定系数值ｄ。 、ｄ３３、 较大（表６），说明 方向和强度也有所不同。因此，应采用通径分析进一 ｐＨ、ＣＥＣｐ和ＤＯＭ对土壤镉吸附能力的影响较大。从 步探讨ｋ 与土壤理化性质之间的关系。 各指标对Ｒ 的贡献来看，ＣＥＣｐ（０．２５５）＞ｐＨ（Ｏ．２３１）＞ ２－３吸附能力（后 ）各影响因子的通径分析 ＤＯＭ（Ｑ１ ８８）＞ＣＥＣ（－０．０６４）＞Ｄ（０．０１４）＞氧化铁活化度 表５是土壤性质与土壤镉吸附能力（ ）之间的 （Ｏ．００５）。无论从决定系数还是对Ｒ 的贡献，ｐＨ、 表４土壤理化性质与土壤镉吸附能力（ ）之间的相关系数 Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｋｄ 注：Ｘｌ－Ｘ６分别代表ｐＨ、ＣＥＣ、ＣＥＣｐ、可溶性有机质、氧化铁活化度、分形维数Ｄ；ｒＩ ）＝０．３９６，，Ｉ ）＝０．５０５。下同。 Ｎｏｔｅ：Ｘ１－Ｘ６ ｍｅａｎ ｐＨ，ＣＥＣ，ＣＥＣｐ，ＤＯＭ，ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆｉｒｏｎ ｏｘｉｄｅ，ｆｒａｅｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ｒ（２５，∞ｓ） Ｏ．３９６， ２５，【圳１） Ｏ．５０５．Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ 表５土壤性质与吸附能力（ ）之间的通径分析 Ｔａｂｌｅ ５ Ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｎ ｋｄ 表６通径分析的决定系数值 Ｔａｂｌｅ ６ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｖｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｐａｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ Ｄ Ｘ１ Ｘ２ Ｘ３ Ｘ４ Ｘ５ 出，随着冻融次数的增加ｐＨ、ＣＥＣｐ先增加后降低， ｌ＿暑 一。ｇｕ，ｄｕ ｕ １ ＤＯＭ先降低后增加。ｐＨ和ＣＥＣｐ随冻融次数的变化 Ｘ６ １ １ Ｘ１ ０．１４６ Ｘ２ —０．０４６ ０．０１７ Ｘ３ ０．０Ｏ０ —０．０４０ ０．２０９ Ｘ４ ０．０７１ —０．０５７ —０．ｏ０７ ０．１６４ Ｘ５ —０．０１４ —０．０１０ 一Ｏ．Ｏｌ１ Ｏ．０３１ ０．ｏ０６ ０．Ｏ１１ —０．Ｏ０７ ０．ｏ０４ —０．０１７ ０．００２ 趋势与土壤镉吸附能力的变化趋势一致，均在Ｆ３处 理时达到最大值。而ＤＯＭ的变化趋势与土壤镉吸附 能力的变化趋势相反。由冻融作用对土壤ｐＨ、ＣＥＣｐ 和ＤＯＭ变化趋势的影响可以推断，在一定范围内土 Ｘ６ ０．ｏｏ２ 壤对外界环境温度变化的响应存在波动性变化。因此 受土壤性质影响的土壤镉吸附能力也在一定范围内 波动。 ＣＥＣｐ和ＤＯＭ对土壤吸附镉的能力都有显著性影 响。不同冻融处理土壤吸附镉能力的不同主要是因为 冻融作用改变了土壤的ｐＨ、ＣＥＣｐ和ＤＯＭ。图１是土 壤的ｐＨ、ＣＥＣｐ和ＤＯＭ随冻融作用的变化，可以看 Ｏ 冻融次数Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏ 冻融次数Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ÷ 警 嚣 ８ 皇 ０ ０ －◆＿Ｗ１ ＿口＿Ｗ２ ★Ｗ３ ＊Ｗ４ ＿ｏ＿Ｗ５ 图１不同冻融处理土壤ｐＨ、ＣＥＣｐ和可溶性有机质的变化 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐＨ，ＣＥＣｐ ａｎｄ ＤＯＭ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ３结论 （１）Ｈｅｎｒｙ模型可以较好地拟合不同冻融处理土 壤镉的静态等温吸附曲线。不同土壤含水量处理下， 土壤镉的吸附能力均表现为随着冻融次数的增加先 增加后降低。不同冻融次数处理下，土壤镉的吸附能 力随含水量的增加表现为不同的变化趋势。 （２）冻融土壤对镉的吸附能力与土壤ｐＨ、ＣＥＣ、 ＣＥＣｐ和ＤＯＭ具有显著的相关关系。ｐＨ、ＣＥＣｐ对土 壤吸附镉能力的促进作用和可溶性有机质对土壤镉 吸附能力的阻碍作用主要是通过增加静电吸附和增 加可溶性有机质与镉离子的络合的直接作用产生的， 而ＣＥＣ对土壤镉吸附能力的促进作用则主要是通过 影响土壤ｐＨ、ＣＥＣｐ和ＤＯＭ等的间接作用产生的。 冻融作用主要是通过影响土壤ｐＨ、ＣＥＣｐ和ＤＯＭ对 土壤镉吸附镉的能力产生影响，不同处理间土壤镉吸 附能力的差异是上述３个理化性质的不同而引起的。 参考文献： ［１】王恩嬗，赵雨森，陈祥伟．季节性冻融对典型黑土区土壤团聚体特征 的影响叫．应用生态学报，２０１０，２１（４）：８８９—８９４． ＷＡＮＧ Ｅｎ－ｈｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｙｕ－ｓｅｎ，ＣＨＥＮ Ｘｉａｎｇ－ｗｅｉ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｅａｓｏｎａｌ ｒｆｅｅｚｅ－ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅ ｏｎ ｓｏｉｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｈａｅｏｚｅｍ ｒｅ— ｇｉｏｎ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ，２０１０， ２１（４）：８８９—８９４． ［２】刘佳，范吴明，周丽丽，等．冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的 试验研究［Ｊ］．水土保持学报，２００９，２３（６）：１８６－１８９． ＬＩＵ Ｊｉａ，ＦＡＮ Ｈａｏ—ｍｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｌｉ—ｌｉ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｆｅｅｚｅ ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅ ｏｎ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｂｌａｃｋ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａ／ｏｆＳｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，２００９，２３（６）：１８６—１８９． 【３】刘淑霞，王宇，赵兰坡，等．冻融作用下黑土有机碳数量变化的研 究［Ｊ］＿农业环境科学学报，２００８，２７（３）：９８４—９９０． ＬＩＵ Ｓｈｕ—ｘｉａ，ＷＡＮＧ Ｙｕ，ＺＨＡＯ Ｌａｎ—ｐｏ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ａｎｄ ｔｈａｗｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｏｆ ｂｌａｃｋ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｆｏＡ— ｇｒｏ—Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，２７（３）：９８４—９９０． 【４Ｊ汪太明，王业耀，香宝，等．交替冻融对黑土可溶性有机质荧光特 征的影响［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２０１１，３１（８）：２１３６－２１４０． ＷＡＮＧ Ｔａｉ—ｍｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｅ—ｙａｏ，ＸＩＡＮＧ Ｂａｎ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｆｒｅｅｚｉｎｇ 王展，等：不同冻融处理土壤对镉的吸附能力及其影响因子分析 ７１３ ａｎｄ ｔｈａｗｉｎｇ ｃｙｃｌｅｓ ｏｎ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｃｋ ｓｏｉｌ ｄｉｓ— ｓｏｌｖｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ［Ｊ］．却ｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ，２０１１，３１ （８）：２１３６—２１４０． ［５】王展，张 良，党秀丽，等．冻融作用对土壤镉吸附特征的影响【Ｊ】． 农业环境科学学报，２０１１，３０（６）：１１０３—１１０７． ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉａｎｇ，ＤＡＮＧ Ｘｉｕ－ｌｉ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｉｎｇ／ ｔｈａｉｗｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃａｄｍｉｕｍ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎｄ ｆｏａ— ｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｒｔｃｅ，２０１ １，３０（６）：１ １０３—１ １０７． ［６］王展，张 良，党秀丽，等．冻融作用对土壤镉动态吸附解吸的影 响［Ｊ】．环境科学学报，２０１２，３２（３）：７２１—７２５． ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉａｎｇ，ＤＡＮＧ Ｘｉｕ—ｌｉ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｉｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚ— ｉｎｇ－ｔｈａｗｉｎｇ ｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｃａｄｍｉｕｍ ［Ｊ】．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，２０１２，３２（３）：７２１－７２５． ［７］Ｍａｈａｒａ Ｙ，Ｋｕｂｏｔａ Ｔ，Ｗａｋａｙａｍａ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｏｎ ｃａｄｍｉｕｍ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｓｏｉｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｃａｒｂｏｎ ｉｓｏｔｏｐｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ】．Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｏｔａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ２００７，３８７：２２０—２２７． ［８］张会民，徐明岗，吕家珑，等．ｐＨ对土壤及其组分吸附和解吸镉的影 响研究进展 ．农业环境科学学报，２００５，２４（增刊）：３２０—３２４． ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ—ｍｉｎ，ＸＵ Ｍｉｎｇ—ｇａｎｇ，ＬＶ Ｊｉａ—ｌｏｎｇ，ｅｔ ａ１．Ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐＨ ｏｎ ｃａｄｍｉｕｍ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｉｌ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００５，２４（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ）：３２０— ３２４． 【９】Ｈｏｏｄａ Ｐ Ｓ，Ａｌｌｏｗａｙ Ｂ Ｊ．Ｃａｄｍｉｕｍ ａｎｄ ｌｅａｄ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｅｎｇｌｉｓｈ ａｎｄ Ｉｎｄｉａｎ ｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，１９９８，８４：１２１－１３４． ［１０】李朝丽，周立祥．我国几种典型土壤不同粒级组分对镉吸附行为 影响的研究叨．农业环境科学学报，２００７，２６（２）：５１６—５２０． ＬＩ Ｚｈａｏ－ｌｉ，ＺＨＯＵ Ｌｉ－ｘｉａｎｇ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｄ（ＩＩ）ｂｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ—ｓｉｚｅｄ ｆｒ ａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｏｕｒ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｏｉｌｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．ＪｏｕＦｔ￣２１ ｆｏＡｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００７，２６（２）：５１６—５２０． ［１ｌ】王岚，王亚平，徐春雪，等．不同粒级土壤中镉铅汞的吸附特性叨． 岩矿测试，２００９，２８（２）：１ １９—１２４． ＷＡＮＧ Ｌａｎ，ＷＡＮＧ Ｙａ—ｐｉｎｇ，ＸＵ Ｃｈｕｎ—ｘｕｅ，ｅｔ １ａ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃ— ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｄｍｉｕｍ，ｌｅａｄ ａｎｄ ｍｅｒｃｕｒｙ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｚｅｄ ｓｏｉｌｓ［Ｊ］．Ｒｏｃｋ ａｎｄ ＭｉｎｅｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ，２００９，２８（２）：１ １９—１２４． 【ｌ２］王圆方，朱宁，颜丽，等．外源ｃｄ 在土壤各级微团聚体中的含 量和形态分布ｆＪ１．生态环境学报，２００９，１８（４）：１７６４—１７６６． ＷＡＮＧ Ｙｕａｎｇ－ｆａｎｇ，ＺＨＵ Ｎｉｎｇ，ＹＡＮ Ｌｉ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｌｅ Ｃｄ“ａｄｄｅｄ ｉｎ ｓｏｉｌ ｍｉｅｒｏａｇｇｒｅｇａｔｅｓ［Ｊ］．＆ｏｆ— ｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２００９，１８（４）：１７６４－１７６６． 【１３】谭长银，吴龙华，骆永明，等．长期定位试验点土壤镉的吸附解吸 及形态分配［Ｊ］．水土保持学报，２０１０，２４（６）：１６７—１７２． ＴＡＮ Ｃｈａｎｇ－ｙｉｎ，ＷＵ Ｌｏｎｇ－ｈｕａ，ＬＵＯ Ｙｏｎｇ－ｍｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ， ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｄｍｉｕｍ ｉｎ ｓｏｉｌｓ ｏｆ ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ ｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｌｔｒｎａｌ ｆｏＳｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，２０１０，２４ （６）：１６７—１７２． 【１４】林大仪．土壤学实验指导［Ｍ】．北京：中国林业出版社，２００４：１６５— １６８，１４９－１５２． ＬＩＮ Ｄａ—ｙｉ．Ｓｏｉｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｅｋｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｙｒ Ｐｒｅｓｓ，２００４：１６５—１６８，１４９—１５２ 【１５】熊毅．土壤胶体（第二册）【Ｍ】．北京：科学出版社，１９８５：３９９—４０２， ２４９—２６０． ＸＩＯＮＧ Ｙｉ．Ｓｏｉｌ ｃｏｌｌｏｉｄ（ｏｌｕｍｅ 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