兩種土壤之重金屬與生物地質化學因子變化趨勢

Ta 與 Wm 土壤中各種重金屬與生物地質化學因子均隨 E_H、pH 及時間的改變 有明顯變化(圖 6)，除了 Cl^-外，其他因子在兩種土壤中的濃度與趨勢均不同，可能 是因為兩種土壤特性的差異所致，Ta 土壤為膨轉土且具有較高的黏粒含量，CEC 較高，能夠吸附較多的陽離子，而 Wm 土壤為新成土，鐵錳(氫)氧化物含量較少且 CEC 低，故重金屬及其他生物地質化學因子在兩種土壤中的表現可能不同，後續 小節將分作兩種土壤逐一討論各項因子隨 EH改變的變化，進而探討 EH與 pH 如何 直接或藉由生物地質化學因子間接地對重金屬溶解度造成影響。

此外，在全量分析結果中，Ta 土壤有較高的 Cr 濃度，而 Wm 土壤的 Ni 與 Co 濃度較高，但在微系統結果中卻發現 Cr、Ni 及 Co 的溶出量正好與全量濃度相反，

可能是因為 Ta 土壤的風化程度較高，礦物風化後釋出較多的可溶性 Ni 與 Co，但 Cr 多存在抗風化能力強的鉻鐵礦中，受自然營力作用釋出的 Cr 含量極少，相較之 下，土壤前處理過程中磨碎步驟可能會對這些難風化礦物造成機械性破壞，造成 風化程度低、岩石碎屑較多的新成土 Wm 土壤在反應初期有大量 Cr 溶出的現象，

雖然 Ta 土壤也可能因土壤磨碎而發生重金屬的大量溶出，但因 Ta 土壤的前期孵 育時間較長，使這些溶出的重金屬重新吸附回土壤膠體上，而沒有發生反應初期 高溶出量的現象。

圖 6、兩土壤微系統中重金屬及其他生物地質化學因子隨時間的變化趨勢

Fig. 6. Temporal course of the average concentrations of heavy metals and other biogeochemical factors in the MCs of two soils. (n=2)

根據測得的六種金屬離子與三種陰離子濃度計算微系統溶液中的離子強度，

兩種土壤各兩重複的溶液離子強度範圍為 0.004–0.007 mol/L，平均值約為 0.006 mol/L，並利用離子強度平均值與初期的可溶性金屬濃度計算六種金屬離子的活性 濃度，以 geochemist's workbench (GWB) 模式繪製各金屬元素的 pH-EH圖 (圖 7)，

雖然利用反應初期的金屬溶出量計算的 pH-EH 圖解釋整個氧化還原循環下的金屬 物種變化與真實情況不同，但由於反應過程中的金屬溶出量變化不大所製出的 pH-EH圖相似，仍以初始條件下的 pH-EH圖呈現。結果顯示在 Ta 與 Wm 土壤的 pH、

E_H變化範圍內 Cr、Mn 及 Mg 的優勢物種均為 Cr₂O₃、Mn²⁺及 Mg²⁺，但 Ni 與 Co 物種會受到兩種土壤 pH 不同而改變，Ni 約以 pH 8.5 為界，分作 Ni²⁺與 NiO，Co 則以 pH 7 為界，分作 Co²⁺與 HCoO₂^-，顯示 pH 影響重金屬的物種，也會影響其帶 電性，控制重金屬在土壤中的吸附與錯合表現。Fe 在 Wm 土壤中以赤鐵礦(hematite) 為主，但在 Ta 土壤的還原條件下可能溶解為 Fe²⁺存在，同時 pH-EH圖也說明在不 同 pH 條件下鐵(氫)氧化物的還原電位不同，所以可溶性 Fe 以及其他可能吸附在鐵 (氫)氧化物上的金屬離子在兩種土壤中變化亦不同，詳細討論將在後續章節呈現。

圖 7、微系統內金屬 pH-E_H圖

Fig. 7. pH-EH diagram of Cr, Ni, Co, Fe, Mn, and Mg in the microcosms.