全 文 ：镉在黑土和棕壤中吸附行为比较研究*
郭观林1, 2 周启星1, 2* *
( 1 中国科学院沈阳应用生态研究所 陆地生态过程重点实验室, 沈阳 110016; 2 中国科学院研究生院,北京 100039)
摘要 比较研究了重金属镉在黑土和棕壤中的吸附热力学和动力学行为.结果表明, 在实验设定的浓度
范围内, 黑土和棕壤对 Cd2+ 吸附量随溶液中 Cd2+ 浓度的增加而增加. 黑土对 Cd2+ 的吸附固定能力明显强
于棕壤. 在平衡液浓度为 20 mg!kg- 1时, 黑土对 Cd2+ 的吸附量为 1 485. 2 mg!kg - 1、棕壤为 700. 6 mg!
kg- 1. 两种土壤对 Cd2+ 的吸附等温线与 Langmuir、Freundlich 和Henry 方程均有较好的拟合性, 而 Temkin
方程不适合用来描述 Cd2+ 在两种土壤中的等温吸附. 根据 Langmuir 的拟合结果, Cd2+ 在黑土和棕壤中的
最大吸附量分别可达 5 939. 3和 2 790 mg!kg- 1 .黑土较高的吸附能力与其高的有机质含量和粘粒含量有
关.黑土和棕壤中 Cd2+ 的吸附是一个快速反应过程, 2 min 内能达到平衡吸附量的 90% , 15~ 30 min 左右
达到吸附平衡. 一级动力学方程是拟合 Cd2+ 在黑土和棕壤中吸附动力学过程的最优方程, 其次为 Elov ich
方程和双常数方程. 随着初始浓度的增加, Cd2+ 在土壤中的吸附速率也不断增大. 随着吸附量的增大和反
应时间的延长, 吸附速率不断下降.在较低的初始浓度下, Cd2+ 在黑土中的下降趋势要快于棕壤.
关键词 镉 黑土 棕壤 吸附反应 热力学 化学动力学
文章编号 1001- 9332( 2005) 12- 2403- 06 中图分类号 X131. 3 文献标识码 A
Adsorption behavior of cadmium in phaeozem and burozem. GUO Guanlin, ZHOU Qix ing ( Key L aborator y of
T er restr ial Ecological Process , I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences , Shenyang 110016;
Graduate School of Chinese A cademy of Sciences , Beij ing 100039, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2005, 16
( 12) : 2403~ 2408.
The study on the thermodynamics and kinetics of Cd2+ adsorption in phaeozem and burozem showed that within
the test range, Cd2+ adsorption w as increased with its increasing initial concentration, and phaeozem had a much
higher Cd2+ adsorption capacit y than burozem. When the Cd2+ concentration in adsorption equilibr ium w as 20
mg!kg- 1 , the amount of adsorbed Cd2+ w as 1 485. 2 mg!kg- 1 in phaeozem, but 700. 6 mg!kg - 1 in burozem.
The adsorption isotherm o f Cd2+ in the tw o soils could significantly conform to Langmuir, F reundlich and Henry
equations, while Temkin equation was not applicable to describe the isothermal adsorption process of Cd2+ in
phaeozem and burozem. The max imum adsorption of Cd2+ in phaeozem and burozem was 5 939. 3 and 2 790 mg
!kg- 1 , respectively , according to Langmuir fo rmulation. The Cd2+ adsorption in test soils w as a rapid reaction,
with 90% of Cd2+ adsorpt ion in the first 2 min and reached equilibrium in 15~ 30 min. F irstorder dynamic e
quation was the optimal model to describe t he kinetics of Cd2+ adsorption, w hile the ot her models in point w ere
Elovich and Twoconstant equations. The adsorption rate of Cd2+ in test soils w as increased w ith its increasing
initial concentration, but decreased w ith its increasing adsorbed amount . Under low concentrations of Cd2+ , the
decrease of its adsorption rate wit h time was more quickly in phaeozem than in burozem.
Key words Cadmium, Phaeozem, Burozem, Adsorption reaction, Thermodynamics, Chemical kinetics.
* 国家杰出青年科学基金项目 ( 20225722)、国家自然科学基金重点
项目 ( 20337010 ) 和国家重点基础研究发展规划资助项目
( 2004CB418503) .
* * 通讯联系人. Email: Zhouqixing2003@ yahoo. com
2005- 04- 14收稿, 2005- 07- 01接受.
1 引 言
Cd是一个对植物和动物均有害的化学元素, 其
毒性主要是对生物酶活性的干扰 土壤环境中的
Cd通过在食物链中迁移和累积,抑制植物的光合作
用和蒸腾作用, 同时对人体和动物肾脏、骨骼等器官
的健康产生影响[ 19] .
在我国东北地区,镉污染是典型的土壤重金属
污染类型[ 4, 16] . 研究表明, 在黑土和棕壤中 Cd污染
是一种较为普遍的现象, 点源污染和面源污染同时
发生.工业废弃物、生活垃圾等都能形成小区域内的
点源污染,如沈阳铁西工业区、哈尔滨化工路等. 在
农业土壤中, 由于含 Cd 肥料及农药的施用以及污
水灌溉等原因,造成大面积的面源污染,如沈阳张士
污灌区、沈抚污灌区和一些长期施用磷肥的黑土
区[ 4, 14, 17, 21] .黑土和棕壤中重金属 Cd 污染现象越
来越受到人们的关注, 并意识到长期重金属污染对
当地农产品质量、地下水安全和人类的健康构成的
潜在威胁[ 7, 14, 16] .目前,对该地区重金属 Cd污染研
究多侧重于某一类型土壤重金属的背景浓度和实验
应 用 生 态 学 报 2005年 12 月 第 16 卷 第 12 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Dec. 2005, 16( 12)∀2403~ 2408
室模拟的生物毒性实验, 对 Cd在两种土壤中吸附
行为的比较研究较少[ 4, 7, 13, 14] .
吸附作用是 Cd进入土壤后首先发生的重要化
学行为,反映了土壤中 Cd 的污染生态过程[ 5, 13, 15] .
Cd在土壤中这种化学行为的研究可以为预测和控
制土壤 Cd污染提供理论依据. 过去关于用平衡模
型研究 Cd 在土壤中吸附特征的报道较多[ 3, 15, 18] ,
而利用热力学和动力学方法对 Cd 在东北黑土和棕
壤中吸附特征及其比较的研究较少.本文采用振荡
平衡法( Batch 技术)研究 Cd在东北两种典型土壤
中的吸附行为,探讨 Cd在土壤中的吸持机理,为预
测 Cd在土壤中的运移和防治 Cd 在东北地区两种
主要土壤中的污染提供科学依据.
2 材料与方法
2 1 供试土壤
土壤类型为东北地区具有代表性的黑土和棕壤,样品分
别采自于中国科学院海伦农业生态实验站和中国科学院沈
阳十里河农业生态实验站荒地 ,采样深度均为 0~ 20 cm. 土
样风干后过 20 目筛,其理化性质见表 1.
表 1 供试土壤基本理化性质
Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil s
土 壤
S oil
pH 有机质
OM
( g!kg- 1)
阳离子交换量
CEC
( cmol!kg- 1)
镉背景值
Backgroud Cd
( mg!kg- 1)
有效镉
Available Cd
( mg!kg- 1)
机械组成 T exture ( % )
005~ 0001 mm < 0001 mm
A 649 356 3232 0099 0046 6933 2215
B 623 249 2017 0102 0067 7141 1809
A:黑土 Phaeozem; B:棕壤Buroz em.下同 The same below .
22 研究方法
221 土壤基本性状测定 土壤 pH 用电位法(水∀土= 2 5∀1) ,
用雷兹PHS3B测定( 20 # ) ;有机质用 K2Cr2O7氧化法;阳离子
交换量用批处理平衡法;土壤全镉用HNO3HClO4 消煮、原子吸
收分光光度法测定;土壤有效镉用01 mol!L- 1 HCl浸提(土∀液
= 1∀10)、石墨炉测定;机械组成用比重计法测定[10] .
222 土壤吸附测定 称过筛的风干土 1 00 g 于 100 ml塑
料离心管,加 20 ml含 001 mol!L - 1 Ca2+ (支持电解质 Ca
Cl2)的 CdCl2 溶液 ( CdCl2 初始浓度分别为含纯 Cd2+ 浓度
05、1 0、20、5 0、100、25、50、100 mg!L - 1) , 恒温( 20 # )
振荡 2 h, 在恒温培养箱 ( 20 ∃ 1 # )中静置 24 h 后取出,
5 000 r!min- 1离心, 原子吸收分光光度法测定吸附平衡液中
Cd2+ 浓度[ 15] . 实验中 Ca2+ 的作用是为了饱和 Cd 进入土壤
以后可能发生的非专性吸附位点[ 12, 22] . 选取初始浓度为 1、
10 和 100 mg!L - 1的 CdCl2 溶液,分别振荡 1、2、5、10、15、30、
60、120、240和 360 min 后离心,原子吸收分光光度法测定上
清液中 Cd2+ 浓度, 并计算 Cd2+ 在不同土壤上的吸附量. 以
上试验处理均重复 3 次.
223 计算方法 Cd 吸附量( Y , mg!kg - 1) :
Y = V 1 ( C0 - C 1) / m (1)
式中, V 1 为离心管中液体体积 ( 20 ml) , C0 为 CdCl2 初始浓
度( mg!L- 1) , C1 为离心上清液中 Cd2+ 浓度 ( mg!L - 1 ) , m
为土重( g) . 吸附的热力学和动力学模型由 Or igin 70 拟合
完成.判断模型的优劣用相关系数( r )和标准误差( Se) . r 愈
大, Se 愈小, 则该模型最优[ 6, 8] . 式( 2)中 y 和 y i 分别为测定
吸附量和拟合吸附量.
Se =
( y - y i )
2
n - 2
(2)
3 结果与讨论
31 Cd2+ 吸附热力学行为
研究表明, 土壤对 Cd2+ 的吸附有随土壤有机质
含量增大而增大的趋势[ 1, 18] . 本研究表明, 黑土对
Cd
2+ 的吸附能力明显高于棕壤(图 1) .当平衡液中
浓度较低时, 曲线急剧上升,随着平衡液中 Cd2+ 浓
度不断增大, 曲线渐趋平缓.两种土壤对 Cd2+ 的吸
附能力的差异也表现明显. 在吸附平衡液浓度为 21
mg!L - 1时, 棕壤对 Cd2+ 的吸附量接近 776 mg!
kg- 1,黑土对Cd2+ 的吸附容量高达 1 521 mg!kg- 1,
是棕壤吸附量的 196倍.黑土和棕壤之间吸附容量
的差异,一方面与黑土较高的有机质含量有关, 另一
方面由于粘粒( < 0001 mm)含量较高, 为 Cd2+ 吸
附提供了更多的吸附位点[ 15] .
图 1 黑土和棕壤对Cd2+ 的吸附等温线( 20 # )
Fig. 1 Isothermal curves of Cd2+ adsorption on phaeozem and burozem
( 20 # ) .
A:黑土 Phaeozem ; B:棕壤 Burozem.下同 T he same below .
土壤对 Cd2+ 的热力学吸附行为可以通过一些
等温方程进行拟合和表征[ 9, 13, 18, 22] .表 2结果表明,
两种土壤对 Cd2+ 的等温吸附与所述的 4种方程均
有较好的拟合性, 相关系数达到了显著水平, 除与
2404 应 用 生 态 学 报 16卷
表 2 供试土壤 Cd吸附等温线拟合的特征值
Table 2 Isothermal characteristics of Cd adsorption on tested soi ls( 20 # )
土壤
Soil
L angmuir方程
Langmuir equat ion
C
Y
=
1
a!X m+
C
X m
r X m a
Freundlich 方程
F reundlich equation
Log Y= logK +
1
a
logC
r a K
T emkin 方程
Temkin equation
Y= a+ K logC
r K a
Henry 模型
Henry model
Y= a+ K dC
r a K d
A 09995* * * 59393 00317 0 9946* * * 12052 139 165 08826* 502682 425 363 09933* * * 656579 709762
B 0998* * * 27900 00264 0 9961* * * 11866 61 5205 08604* 404095 209 734 0998* * * 34848 33286
* P< 005, * * P< 001, * * * P< 0001. 下同T he same below. Y :土壤 Cd吸附量Cd adsorbed by so ils (mg!kg- 1) ; C :平衡液中 Cd浓度 Cd concentration in ad
sorption equilibr ium ( mg!L- 1) ; Xm: 最大吸附量T he biggest amount o f adsorbed Cd ( mg!kg - 1) ; a、K :常数 Const ants.
T emkin方程拟合相关系数达 5%显著性外,其余均
达到 1%的显著水平.在 4种方程中, 从相关系数可
见, Langmuir 方程对两种土壤 Cd2+ 等温吸附拟合
最好.运用该方程计算可得,在温度为 20 # 时,两种
土壤对 Cd2+ 的最大吸附量分别为 5 9393 和
2 7900 mg!kg- 1.在实验设计的浓度范围内, 黑土
和棕壤对 Cd2+ 的最大吸附量分别为 1 5641 和
1 2536 mg!kg- 1,均在方程拟合的最大吸附量范围
内,说明 Langmuir 方程符合描述 Cd2+ 在两种土壤
中的等温吸附行为. 方程中 a 值为强度因子, a 值
越大, 表示土壤胶体与某离子的结合能越大[ 18] . 黑
土的 a 值明显高于棕壤. 同时 X m与 a 的乘积可以
反映土壤对 Cd2+ 的最大缓冲容量 ( MBC = X m!
a ) [ 11] .两种土壤的 MBC分别是 1883和 736 mg!
kg
- 1
,黑土对 Cd2+ 的最大缓冲量明显高于棕壤. 许
多学者[ 8, 13, 18]认为, Freundlich 方程中的 a 值可以
作为土壤对重金属离子吸附作用的强度指标, a 值
愈大,表示土壤对重金属离子的吸附作用力愈大. 由
表2可以看出, 黑土中的 a 值高于棕壤,表明黑土
对 Cd2+ 有更强的吸附固定能力.
32 吸附动力学行为
黑土和棕壤对 Cd2+ 的吸附可以分为 2个过程,
即快速反应阶段和经过一段时间后的慢速反应阶
段.在 05 h Cd2+ 的吸附可完成快速反应过程,随后
土壤对 Cd2+ 的吸附量变化趋于平缓,这个过程为慢
速反应过程.由表 3和图 2可以看出,黑土和棕壤吸
附 Cd2+ 的过程很快,尽管 Cd2+ 的初始浓度不同, 但
Cd
2+ 吸附都是在 15~ 30 min左右基本达到平衡, 最
初 1 m in内可达到平衡后吸附量的 85%以上, 2 min
内可达到平衡后吸附量的 90%以上, 低浓度吸附平
衡时间要长于高浓度的吸附平衡时间. 同时, 随着
Cd2+ 初始浓度的增加,它在黑土和棕壤中吸附量的
差距加大, 黑土对 Cd2+ 的吸附容量远大于棕壤, 这
可能与黑土土壤有机质丰富、CEC 较高有关. 由此
可见,当外源 Cd2+ 进入黑土时, 由于黑土的缓冲性
较强,能对其进行有效的吸附固定,一方面可以降低
外源 Cd2+ 进入土壤环境后造成的生物毒害; 同时,
这种不易通过生物毒性表现出来的外源 Cd2+ 的进
入,容易导致 Cd2+ 在土壤中的进一步累积. 由于环
境条件的变化,有机物质对 Cd2+ 的配位结合能力较
弱,可能导致更大的环境风险[ 15] .
表 3 Cd2+ 在黑土和棕壤中吸附量的动力学变化( 20 # )
Table 3 Kinetics variation of Cd adsorption in phaeozem and burozem
( 20 # )
平衡时间
Equilibrium
time
( min)
Cd
2+ 吸附量 Cd2+ adsorption ( mg!kg- 1)
初始浓度 1 mg!L- 1 Cd2+
Initial Cd
2+
of 1 mg!L- 1
A B
初始浓度 10mg!L- 1 Cd2+
Initial Cd
2+
of 10 mg!L- 1
A B
初始浓度 100mg!L- 1 Cd2+
Initial Cd
2+
of 100mg!L- 1
A B
1 16 52 13 82 17773 13437 146458 112272
2 16 58 14 37 17915 13740 149906 113225
5 16 77 14 12 17923 13772 152398 113595
10 16 91 14 80 18035 14011 153718 113301
15 17 03 14 92 18073 14119 153048 114039
30 17 07 15 02 18143 14247 154967 114684
60 17 14 15 32 18166 14408 156134 114807
120 17 18 15 57 18176 14453 156509 115633
240 17 20 16 00 18220 14518 156919 115904
360 17 19 15 73 18217 14482 156893 115829
Cd2+ 在黑土和棕壤中吸附的快速反应过程可
以通过一些常见的动力学 方程进行拟合描
述[ 6, 13, 18] . 由表 4可以看出, 4种方程都可用来描述
Cd
2+ 在黑土和棕壤中的吸附动力学行为. 从方程的
相关系数和标准误来看,除了 Langmuir 拟合的相关
性较差外, Elov ich 方程、双常数方程和一级动力学
方程对 Cd2+ 的吸附动力学过程均有较好的相关性.
其中一级动力学方程为最优方程, 其拟合曲线见图
2,其次为双常数方程和 Elovich 方程.这说明 Cd2+
在黑土和棕壤中的快速吸附反应过程接近于一级反
应过程.
为探讨 Cd2+ 在土壤中吸附速率在不同平衡时
间和土壤类型上的变化, 对最优动力学模型一级动
力学方程求导,得出某时间点瞬时吸附量的变化.
Dy
Dt
= - b / ( t + c) (3)
式中, b、c为一级动力学方程的常数.
240512 期 郭观林等: 镉在黑土和棕壤中吸附行为比较研究
图 2 20 # 条件下 Cd2+ 在土壤中吸附变化的一级动力学方程拟合
Fig. 2 Adsorpt ion of Cd2+ on the soils w ith t ime at 20 # .
a) CdCl2 初始浓度 1 mg!L- 1 In it ial CdCl2 of 1 mg!L- 1; b)CdCl2 初始浓度 10 mg!L- 1 Initial CdCl2 of 10 mg!L- 1; c) CdCl2 初始浓度 100 mg!L- 1
Init ial CdCl2 of 100 mg!L- 1.
表 4 四种动力学方程的相关系数( r )和标准误差( Se) ( 20 # )
Table 4 Correlative coefficients( r ) and standard errors( Se) of four kinetics equations for Cd2+ adsorption by soils( 20 # )
土壤
S oils
浓 度
Concent rat ion
( mg!L- 1)
Elovich方程
Elovich equat ion
Y= a+ bln t
r Se
Langmuir 动力学方程
Langmuir equat ion
t / Y= t / Ymax+ 1/ k
r S e
双常数方程
T woconstant equation
ln Y= a+ bln t
r Se
一级动力学方程
Firstorder equat ion
Y = a- bln ( t+ c )
r S e
A 1 09557* * * 00792 08893* * * 01229 09547* * * 00807 09685* * * 00671
10 09617* * * 04384 08956* * * 07161 09610* * * 04427 09813* * * 03079
100 09445* * * 119035 09472* * * 119597 09414* * * 121797 09883* * * 55212
平均 Average 09540 41404 09107 42662 09524 42344 09744 19654
B 1 09694* * * 01851 08037* * 04577 09683* * * 01868 09695* * * 01849
10 09719* * * 09277 08792* * * 19057 09703* * * 09609 09826* * * 07319
100 09759* * * 28776 07923* * 80935 09758* * * 28762 09759* * * 28763
平均 Average 09724 13301 08251 34856 09715 13413 09760 12644
Y :任一时刻的吸附量 Cd adsorbed anytime( mg!kg- 1) , t :时间 T im e( min) , A , B , k :模型参数 Model parameter.模型拟合度常用相关系数( r ) 和
标准误差( Se )来衡量, r 越大, Se 越小,该模型越优Relat ive coef ficient r and standard error S e were used to judge w hether the equat ion conform to
the model. The bigger is r, the smaller is Se , the better is the model.
由式( 3)可以看出,速率的变化和时间是一个幂
函数的关系,即随着时间的无限延长,吸附速率将无
限地接近于 X轴,吸附速率接近于 0,即吸附与解吸
达到一个相对平衡.为了便于不同浓度处理和土壤
类型间吸附速率的对比, 对式( 3)两边同时取对数可
以得如下线形方程(其中设 Cd2+ 在土壤中的吸附速
率为 V ) :
ln
Dy
Dt
= ln V = ln(- b ) - ln( t + c) ( 4)
根据一级动力学方程拟合的结果, Cd2+ 初始浓
度为 1、10和 100 mg!L- 1在黑土和棕壤中吸附速率
的自然对数 ln V 对时间对数的关系可以推导为 6
个线形方程(表 5) .
表 5 两种土壤中 Cd2+吸附速率的自然对数对时间对数的线形方程
Table 5 Linear equations between the logarithm of time ( ln t ) and ad
sorbed Cd2+ in the two soils
土壤
Soils
初始浓度Cd2+
Initial concentration of
Cd2+ ( mg!L- 1)
曲 线
Curves
方 程
Equat ions
A 1 F1 ln V= 00488- ln( t- 0794)
10 F2 ln V= - 05303- ln( t- 08869)
100 F3 ln V= 24919- ln( t- 0965)
B 1 F4 ln V= - 10778- ln( t- 01223)
10 F5 ln V= 043- ln( t- 07947)
100 F6 ln V= 17955- ln( t- 00801)
由图 3a可以看出,在 Cd2+ 与土壤反应的不同
阶段, Cd2+ 在土壤中的吸附速率也不相同, 呈现出
随时间延长, 吸附速率逐渐减小的趋势. 图 3a中的
6条 ln V 对 ln( t+ c )的拟合直线呈平行状,各条直
线的斜率没有差异,说明黑土和棕壤对 Cd2+ 吸附随
时间的下降率相同, 初始浓度和土壤性质对吸附速
率的变化率没有明显影响.在本试验中相同的初始
浓度下, Cd2+ 在黑土和棕壤中吸附速率之间的差异
也并不显著, CdCl2 初始浓度分别为 1 和 100 mg!
L - 1时, 黑土对 Cd2+ 的吸附速率高于棕壤, 而在 10
mg!L - 1时黑土对 Cd2+ 的吸附速率低于棕壤. 但不
同的 CdCl2 初始浓度显著影响了 Cd2+ 在土壤中的
吸附速率, 随着 CdCl2 初始浓度的增高, 土壤对
Cd2+ 的吸附速率将随之增加. 从图 3b、c、d 可以看
出,不同土壤类型中 Cd2+ 吸附量变化时瞬时吸附速
率的变化.随着土壤中 Cd2+ 的吸附量不断增加, 棕
壤对 Cd2+ 吸附速率的下降要缓于黑土,在较低的初
始浓度下表现尤为明显, 可能与黑土的机械组成和
有机质含量有关. 较多的微粒机械组成和松散物理
结构,使黑土容易暴露较多的吸附位点,并在较短的
时间内达到吸附平衡, 使Cd在黑土中吸附速率下
2406 应 用 生 态 学 报 16卷
图 3 吸附速率( ln V )与时间( ln t )和吸附量( lnY )自然对数之间的关系
Fig. 3 Relat ionship betw een the logarithm of adsorpt ion rate ( ln V ) and the logarithm of t ime ( lnt ) and adsorbed Cd ( lnY ) .
a 为吸附速率自然对数与时间的自然对数的关系 Relat ionship betw een th e logarithm of adsorpt ion rate ( lnV ) ; b、c、d分别为吸附速率自然对数与
1、10和 100 mg!L - 1 Cd处理吸附量自然对数之间的关系 b, c, d represented the relat ionship between the logarithm of adsorpt ion rate and the loga
rithm of Cd adsorpt ion in the concent rat ion of 1, 10, 100 mg!L- 1.
降趋势更为明显. 随着初始浓度的增加, 两种土壤
Cd
2+ 吸附速率的变化差异减小,因为在较高的外界
浓度下,土壤中所有的吸附位点都能很快趋于饱和,
并达到吸附平衡状态. 从吸附量速率变化曲线的斜
率也可看出,高浓度的曲线斜率大于低浓度曲线速
率.通过黑土对 Cd2+ 的吸附速率, 并结合黑土对
Cd2+ 的吸附容量,外源镉进入土壤以后能很快达到
平衡,土壤污染不能很快被指示出来,但随着时间的
延长和外界环境条件的变化, 这种吸附趋势增加土
壤污染诊断和治理的难度, 也使土壤环境存在更大
的潜在风险[ 2, 20] .
4 结 论
41 在试验浓度范围内, Cd2+ 在黑土和棕壤中的
吸附量均随着加入 Cd2+ 浓度的增加而增加.黑土对
Cd2+ 的吸附固定能力明显高于棕壤. Langmuir、Fre
undlich和 Henry方程均可以用来拟合 Cd2+ 在这两
种土壤中的等温吸附过程, 而 Temkin 方程则不适
合用来描述.其中 Langmuir的拟合相关性最高.
42 黑土和棕壤对 Cd2+ 的吸附速度均较快, 在开
始的 2 min能达到吸附量的 90%以上,并在 15~ 30
min左右达到平衡. 一级动力学方程是描述黑土和
棕壤吸附动力学过程的最优模型, 其次为 Elovich方
程和双常数方程.两种土壤对 Cd2+ 的吸附速率可以
通过对一级动力学方程求导求得,土壤对 Cd2+ 的吸
附速率的自然对数与时间及吸附量的自然对数呈直
线负相关.吸附速率随着平衡时间的延长和土壤中
吸附量的增大而不断降低.初始浓度的增加能提高
土壤对 Cd2+ 的吸附速率,但在单位时间内吸附速率
下降的幅度也增大. 从吸附速率与吸附量之间的关
系中可以看出, 在较低的初始浓度下, Cd2+ 在黑土
中吸附速率降低的趋势要快于棕壤. 随着初始浓度
的升高, Cd2+ 在两种土壤中吸附速率的下降趋势差
异逐渐减少.
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作者简介 郭观林, 男, 1977 年生,博士生. 主要从事污染生
态化学研究. Email: guoguanlin09@ hotmail. com
2408 应 用 生 态 学 报 16卷