几种稻田土壤对铵的矿物固定的动力学与热力学研究

本文采用振荡平衡法研究了紫泥田、河沙泥、灰泥田及红黄泥4种稻田土壤对铵的矿物固定的动力学及热力学特性。结果表明,供试土壤对添加铵的矿物固定速度很快,随着固铵量增多,固铵速度下降,反应后24小时固定基本上达到平衡,不因土壤种类而异。数学拟合结果表明,以一级动力学方程和E lovich方程描述供试土壤对铵的矿物固定资料最优,抛物扩散方程也能较满意地描述实验结果,以零级方程的拟合效果最差。供试土壤对铵的矿物固定的热力学资料均能用一元Langmu ir吸附等温式、Freund lich吸附等温式和Temk in吸附等温式拟合,拟合结果均达极显著水平,但以一元Langmu ir吸附等温式的拟合结果最优,由一元Langmu ir吸附等温式可以求得土壤对铵的矿物固定的热力学平衡常数、最大固铵量以及固铵过程中的自由能变△G°。供试土壤固铵过程的自由能变△G°均为负值,说明供试土壤对铵的矿物固定为一自发过程,4种土壤固铵强度依次为紫泥田>河沙泥>灰泥田>红黄泥。     

典型湖库底泥对氮吸附特性的影响

以吉林省长春市新立城水库为对象,采用连续分级法研究土壤及底泥中的游离态氮(FN)、可交换态氮(EN)、酸解态氮(HN)和残渣态氮(RN)之间的关系,探讨土壤和底泥对氮的吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学及不同pH和有机质对氮吸附量的影响。结果表明:富营养化湖库底泥中FN、EN和HN的含量均高于新立城水库底泥和土壤,试样中氮素的稳定性为新立城水库底泥土壤富营养化水库底泥。对NH+4-N的吸附动力学可通过准二级反应动力学方程来表示,新立城水库底泥、富营养化湖库底泥和土壤的吸附平衡时间大致为20min,平衡吸附量分别为375.887,156.287,364.966μg/g,等温线可以通过Langmuir方程进行描述,底泥对NH+4-N的平衡吸附量与底泥中游离态氮和可交换态氮含量之和呈显著负相关,相关性系数为0.901 6;吸附热力学表明,随着温度的升高,吸附量逐渐减少,说明样品在完成物理吸附的同时还存在一个弱放热反应。样品对NH+4-N吸附量随着pH的增加而增大,pH在平衡吸附量对土壤的影响要高于底泥,底泥对NH+4-N吸附量随着有机质含量及温度的升高而降低。     

冻融作用对土壤镉吸附特征的影响

选择东北地区棕壤为供试土壤,采用人工控温方法进行冻融处理（冻-融时间为12h-12h,冻-融温度为-30℃-30℃）,进行不同含水量和冻融频次处理下土壤镉的静态等温吸附试验和动力学等温吸附试验,并选择不同模型对吸附曲线进行拟合,研究冻融作用与土壤镉吸附特征之间的关系。结果表明：未冻融和冻融处理土壤对镉的吸附量均随着含水量的增加先增加后减少;冻融作用会增加土壤镉的吸附量,加快土壤镉的吸附速率;Henry模型和Temkin方程可以较好拟合土壤镉静态等温吸附曲线,双常数方程、Elovich方程和型曲线方程则可以很好拟合土壤镉动力学等温吸附曲线。     

土壤粒度对土霉素在黑土和红壤上吸附的影响

为了探明土壤粒度对土霉素在土壤上吸附的影响,以性质差异显著的黑土和红壤为供试土壤,采用批量平衡法,研究了土霉素在不同粒度的2种土壤上的吸附行为。结果表明：（1）土霉素在不同粒度土壤上的吸附均分为快吸附和慢吸附2个过程,土壤类型和不同粒度的同种土壤对土霉素吸附速率存在差异,Elovich模型、双常数模型对动力学吸附过程拟合效果最好;（2）3种等温吸附方程模型都可以较好地拟合研磨度不同的2种土壤对土霉素的吸附,相关系数（R^2）在0.954～0.999之间,吸附参数kd、kf在2种土壤上均随着粒度的减小而增大。因此,在研究土霉素等四环素类抗生素在土壤上的吸附时选择合适的土壤粒度非常重要。     

湖库底泥对重金属Pb吸附特性的研究

为了探究Pb在底泥和土壤中的吸附行为,通过OECD guideline 106平衡吸附法,来探讨Pb在底泥和土壤中的吸附特性以及不同pH、有机质和N、P含量对Pb吸附特性的影响。结果表明:Temkin模型能够更好地拟合底泥对Pb的吸附,R2=0.925;Freundlich模型能够更好地拟合土壤对Pb的吸附,r=0.971。Pb在15,25,35℃下吸附条件下,温度升高会促进底泥和土壤对Pb的吸附,ΔG0,ΔH0,说明底泥和土壤对Pb的吸附为自发的吸热反应;在pH为3~11的条件下,Pb的吸附量随pH的升高呈现出先升高后逐渐趋于平缓的趋势,当pH=5时吸附效果最好。去除有机质后,底泥和土壤对Pb的吸附量减少,分别减少了121.6,87.4mg/kg。随着溶液中N、P浓度的增加底泥和土壤对Pb的吸附量逐渐减小,推断是因为N、P加入时携带加入K+,K+与Pb产生了竞争吸附导致Pb的吸附量的降低。     

外源硅对不同pH水田土壤铅吸附热力学特征的影响

通过等温吸附试验,研究外源硅对两种不同pH水田土壤铅吸附热力学特征的影响。试验中采用硝酸中和硅酸钠的碱性,以硝酸钠补齐各处理间钠离子和硝酸根离子的差异,消除了因加入硅酸盐改变体系pH及伴随离子对土壤吸附铅可能产生的影响。结果表明：在本试验中,Freundlich方程能较好地描述3种温度下两种土壤对铅的吸附特征;加硅促进了酸性土壤对铅的吸附,抑制了碱性土壤对铅的吸附;根据热力学函数关系计算的△G〈0、△H〉0、△S〉0,说明两土壤对铅的吸附是吸热、熵增的物理过程为主;加硅后,酸性土壤△G变小、△H变大、△S变大,碱性土壤△G变大、△H变小、△S变小,说明加硅使酸性土壤吸附铅的自发性提高、碱性土壤吸附铅的自发性降低。     

湖库底泥对环丙沙星吸附特性的研究

为探明环丙沙星在湖库底泥中的吸附特性,以长春市新立城水库底泥为供试样品,利用OECD guideline 106批平衡吸附试验方法,研究环丙沙星在底泥中的吸附行为,并探讨pH和Ca~(2+)强度对环丙沙星吸附过程的影响。结果表明:环丙沙星的等温吸附能较好的拟合Herry-Freundlich和Herry-Langmuir复合吸附等温方程,其中Herry-Langmuir方程的拟合效果更好,相关系数r=0.995 3,达到差异极显著水平。环丙沙星在底泥中的整个吸附过程符合准二级反应动力学方程,吸附参数k=8.76×10~(-3)kg/(min·mg)。研究发现,pH值在3~11的条件下,环丙沙星的吸附量随pH的增加呈先升高后降低的趋势。当pH=5时,吸附效果最好,可吸附环丙沙星总量的99.75%,强酸性和强碱性条件均不利于底泥对环丙沙星的吸附。随电解质中CaCl_2浓度的增加,底泥对环丙沙星的吸附能力降低,吸附量减少。当Ca~(2+)浓度增加到1.5mol/L时,Ca~(2+)和环丙沙星二者间的竞争性吸附逐渐达到平衡,底泥对环丙沙星的吸附量不会再随Ca~(2+)浓度的增加而变化,此时吸附量为总量的62.34%,由此可推断阳离子交换是环丙沙星在底泥中吸附过程的重要机制之一。     

四种典型重金属污染对土壤吸附磷的影响

以空白土壤和人工制备的不同浓度铜、砷、镉和铅污染土壤为对象,研究了在不同pH值、温度和柠檬酸浓度条件下重金属污染对土壤吸附磷的影响,并对其进行了相关过程的等温和吸附动力学的机理分析。研究结果表明,空白土壤和As污染土壤吸附磷的等温吸附过程符合Temkin方程,Cu、Pb、Cd污染土壤吸附磷的等温吸附过程符合Freundlich方程,空白土壤和重金属污染土壤吸附磷的动力学过程均符合Elovich方程;重金属污染对土壤吸附磷有一定的抑制作用,抑制程度与污染物浓度呈现显著的正相关,且随外在环境因子的改变而不同。当重金属元素铜、铅、砷、镉的含量分别为200、80、25、0.8 mg kg^-1时:pH值为5时,重金属对土壤吸附磷抑制作用最小,土壤吸附磷量分别降低了30.18%、13.54%、30.74%、37.23%,其抑制作用程度为:Cd> As> Cu> Pb;土壤吸附磷量与温度呈现显著的正相关,温度变化为25~45℃时,土壤对磷的吸附量分别增大了17.14%~28.83%、6.72%~16.05%、8.68%~9.13%、10.30%~23.45%,同一条件下重金属对土壤吸附磷抑制作用程度为Cu> Cd> As> Pb;重金属污染土壤吸附磷量与柠檬酸浓度成负相关,柠檬酸浓度为50 mg L^-1时,土壤吸附磷量分别降低了19.87%、21.94%、23.18%、24.84%,相同柠檬酸浓度下其抑制作用程度为Cd> As> Pb> Cu。     

冻融作用对棕壤磷素吸附-解吸特性的影响

以棕壤为研究对象,采用室内模拟冻融环境的方法,研究土壤磷素吸附-解吸行为,采用Langumuir、Freundlich和Temkin方程对吸附过程进行拟合分析,定量研究冻融作用对土壤磷素吸附机制的影响,同时建立土壤磷素解吸量与吸附量关系方程,进一步探讨冻融土壤磷吸附-解吸特性。结果表明,冻融条件下棕壤对磷的吸附规律一致,吸附量均随着平衡溶液中磷浓度增加而逐渐增大,与未冻融土壤相比,冻融后土壤磷等温吸附曲线变得平缓。冻融条件下磷等温吸附曲线用Langmuir方程拟合相关性最好。土壤磷素解吸量与相应最大吸附量符合线性相关。冻融后土壤磷固定吸附量低于未冻融土壤,即冻融过程促进土壤磷素释放,增加了土壤磷流失风险。多次冻融循环对土壤磷吸附-解吸行为影响更为强烈。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

蔬菜种植年限对土壤磷素吸附解吸特性的影响

为揭示不同种植年限土壤磷的固定和释放机制,通过土壤磷的等温吸附、解吸试验研究种植年限分别为3～5年、15～20年、25～30年的黄棕壤0～5cm和5～20cm土层磷的吸附、解吸特性。结果表明:土壤磷的等温吸附曲线、吸附量-解吸量曲线分别与Langmuir方程(R2为0.8728～0.8436)、二次函数方程拟合良好(R2为0.9545～0.9970);随蔬菜种植年限延长,表层土壤磷最大吸附量(Qm)、磷最大缓冲容量(MBC)明显降低,而土壤磷吸附饱和度(DPS)和解吸率明显提高;种植年限15～20年、25～30年土壤磷的解吸率明显高于3～5年土壤。对表征土壤磷素吸附、解吸特性的主要因子如MBC及DPS等作相关分析发现,无定形铁铝含量的变化是影响土壤磷吸附解吸特性的主要因素。     

有机肥对磷的吸附-解吸的影响及在红壤发育成的水稻土上的有效性

A field test with the traditional rotation of paddy rice/upland crop (wheat) was carried out on a paddy soil derived from red earth to elucidate the effect of organic manure on the phosphorus adsorption-desorption by soil and its P availability. Soil samples were taken from different treatments at rice harvesting stage and analysed. The isothermal adsorption of P by the samples fitted very well with Langmuir equation, and hence, the parameters in the equation, i.e., maximum adsorption (qm), constant related to bonding energy (k) and their product (k × qm) could be used as a comprehensive index to characterize the potential P adsorptivity of the soil. Organo-inorganic fertilization and organic manuring could decrease qm and k, while mineral P application had little effect on them. The isothermal desorption of P was significantly correlated with initially added and isothermally adsorbed P. Part of P added was fixed, which represented the P fixation capacity of soil, and organic manuring could obviously lower the P fixation. The content of soil available P had a significant negative correlation with qm, k and fixed P. It is concluded that organic manure could increase the P availability of paddy soil derived from red earth by decreasing qm, k, maximum buffering capacity (MBC=k × qm) and fixation capacity.     

生物质炭对茶园土壤水溶性氟吸附特性的影响

采用室内培养试验法对添加生物质炭的茶园土壤水溶性氟吸附特性进行了研究。结果表明,茶园土壤随生物质炭添加量增加对水溶性氟的吸附量和吸附率均逐渐降低,应用等温吸附Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能够较好地描述其吸附规律,其中以Freundlich方程拟合曲线最佳。随生物质炭添加量的增加土壤氟净吸附量逐渐降低。各处理土壤的氟吸附动力学过程包含吸附快反应和慢反应阶段,平衡时间小于120 min区间为吸附量快速上升期,平衡时间达到1 440 min后0.25%和0.50%生物质炭添加量处理土壤基本达到平衡状态。从双常数方程、Elovich方程和一级动力学方程拟合方程计算得到的理论吸附量与试验实测吸附量之间的符合程度较高,可准确描述添加生物质炭土壤对水溶性氟的吸附过程。添加生物质炭使土壤p H值升高与茶园土壤对水溶性氟最大吸附量、吸附强度和净吸附量的降低密切相关。     

四川盆地丘陵区农田土壤对磷的吸附与解吸特征

研究了四川盆地丘陵区典型水田和旱地土壤对磷的吸附与解吸特征,并讨论了吸附-解吸参数与土壤基本理化性质的关系。结果表明,不同pH的农田土壤对磷的吸附和解吸均存在显著差异,土壤对磷的吸持能力表现为中性土壤〉酸性土壤〉石灰性土壤,中性有利于土壤吸附磷;水稻土对磷的最大吸附容量（Qm）和最大缓冲容量（MBC）高于紫色土,而临界平衡磷浓度（EPC0）和解吸率（b）低于紫色土。农田土壤对磷的吸附与解吸参数还受土壤理化性质的影响,Qm和MBC与有机质含量、无定形铁（Fe-ox）含量呈极显著正相关（P〈0.01,n=6）;吸附常数（K）与有机磷含量呈显著负相关（P〈0.05,n=6）;EPC0与土壤pH、CaCO3含量呈显著负相关,与有机磷含量呈显著正相关（P〈0.05,n=6）;b与Fe-ox含量呈显著负相关（P〈0.05,n=6）。     

白浆土对腐殖酸的吸附等温线和动力学研究

白浆土是吉林省和黑龙江省东部地区的主要农田土壤之一,研究白浆土对腐殖酸的吸附作用,可为探究白浆土的固碳潜力提供理论依据。采用批量平衡法,分析不同有机碳含量的白浆土及其组分(包括去有机质土壤、粉粒、黏粒)对腐殖酸的吸附动力学和等温吸附特性。结果表明:随吸附时间的延长,白浆土及其各组分对腐殖酸的吸附量逐渐增加;整个吸附动力学过程可划分为快速(0～30 min)和慢速(30～480 min)反应阶段,伪二级动力学方程的拟合效果优于Elovich、双常数和伪一级动力学方程。白浆土及其各组分对腐殖酸的吸附量随腐殖酸初始浓度的增加逐渐增大,Langmuir方程的拟合效果通常优于Freundlich方程和Temkin方程。随白浆土有机碳含量的增加,其对腐殖酸的最大吸附量分别为26.9,24.1,15.6 mg/g。而白浆土不同组分相比,最大吸附量的顺序依次为黏粒>去有机质土壤>粉粒,黏粒对腐殖酸的吸附量分别是原土的2.15～3.88倍,去有机质土壤的1.61～2.21倍,粉粒土壤的7.90～8.65倍。有机碳含量低的白浆土对腐殖酸具有更强的吸附能力,黏粒含量高的白浆土对腐殖酸的吸附潜力更大。     

小型浅水湖泊表层沉积物对磷的吸附特征及其影响因素

[目的]分析城市小型浅水湖泊表层沉积物对磷的吸附特征及影响因素,为城市小型浅水湖泊富营养化控制和生态环境修复提供参考依据。[方法]在室内模拟条件下,从表层沉积物对磷的吸附动力学与等温吸附两个角度分析了孔目湖表层沉积物对磷的吸附特征,同时运用磷吸附量计算公式探讨不同pH值下孔目湖表层沉积物对磷吸附行为的影响。[结果]表层沉积物对磷的吸附动力学过程分为快吸附和慢吸附2个阶段,快吸附阶段主要发生在0～1h内,而慢吸附阶段主要发生在1～3h;表层沉积物对磷的吸附等温线在高浓度下同时符合Langmuir模型、Freundlich模型和D-R模型,而在低浓度下符合Linear模型;在酸性或中性环境条件下,表层沉积物对磷的吸附效果更好。[结论]富营养化严重的小型浅水湖泊,表层沉积物有向上覆水释放磷的趋势,且上覆水和沉积物中磷酸盐含量的多少均会影响表层沉积物对磷的吸附特征和动态平衡状态的变化。     

砒砂岩改良风沙土对磷的吸附特性影响研究

【目的】适量砒砂岩能有效改良风沙土的吸水和保水特性,但对于砒砂岩改良风沙土的养分有效性尚不清楚。本文研究了不同用量的砒砂岩改良风沙土对磷吸附特性的影响,以期为评价改良土壤对磷的吸附特性,揭示改良土壤对磷的吸附机理和指导磷肥合理施用提供依据。【方法】本试验设计了砒砂岩和风沙土0∶100(L)、10∶90(LS1)、25∶75(LS2)、50∶50(LS3)、75∶25(LS4)、90∶10(LS5)和100∶0(S)(烘干质量比)7个不同比例的改良模式。研究了在25℃下砒砂岩不同添加量改良风沙土的磷吸附动力学和等温吸附特征,并应用吸附动力学模型和等温吸附模型进行参数拟合,以揭示改良土壤对磷的吸附机理,同时分析了砒砂岩添加比例与改良土壤中磷的最大吸附量的关系。【结果】1)同一初始浓度下,随着吸附时间的延长,改良土壤对磷的吸附量呈增大趋势,24 h后逐渐达到平衡。2)吸附时间一定的情况下,随着磷初始浓度的增大,改良土壤对磷的吸附量逐渐增大,直到接近或达到吸附最大值。3)风沙土对磷的吸附量大于砒砂岩的吸附量,改良土壤中随着砒砂岩添加比例的增加,土壤对磷的吸附量呈减小趋势。4)风沙土、砒砂岩和改良土壤对磷的吸附动力学曲线符合准二级动力学模型。等温吸附曲线以Langmuir模型的拟合效果最优。5)风沙土、砒砂岩和改良土壤对磷的吸附属于均质的单层吸附,由膜扩散和颗粒内扩散共同控制吸附反应速率,吸附机理主要是化学吸附和离子交换。6)改良土壤对磷的最大吸附量随砒砂岩添加比例的增加呈线性减小关系。在生产实践中,可通过测定砒砂岩和风沙土对磷的最大吸附量及风沙土中砒砂岩的添加比例来对改良土壤中磷的最大吸附量进行预测。【结论】砒砂岩可显著减小风沙土对磷的吸附固定,增加施入磷肥的有效性。所以当改良土壤恢复植被以后,磷肥施用初期,砒砂岩添加比例较大的改良土壤中,磷素的肥效较好。但随着植物的生长利用,各改良土壤中吸附磷素的释放效果以及磷肥肥效的持续性有待进一步研究。     

不同磷浓度对土壤吸附锌特性的影响

通过等温吸附试验,研究了不同磷浓度条件下水、旱田两种土壤吸附锌的规律,结果表明:在本试验条件下,以Freundlich方程拟合土壤对锌的吸附等温线的效果最好;不同磷浓度条件下,同一土壤的吸附等温线方程参数k和n均没有显著的变化;不同磷浓度对土壤吸附锌的量没有显著影响。因此,磷锌拮抗的原因可能不是施磷加强了土壤对锌的吸附作用。     

有机肥对不同母质菜田土壤磷解吸动力学模拟

通过室内恒温培养试验研究了华南3种典型母质发育的菜田土壤(玄武岩母质发育、花岗岩母质发育、河流冲积物母质发育)在经过两种有机肥(鸡粪堆肥和商品有机肥)预培养30 d和60 d后其土壤有效磷含量及磷解吸动力学过程的影响。结果表明,添加鸡粪堆肥和商品有机肥后,3种母质发育菜田土壤其有效磷含量均显著增加,且添加鸡粪堆肥处理的土壤其有效磷含量的增加量大于添加商品有机肥处理;3种母质发育土壤在添加两种有机肥处理后其磷解吸动力曲线均是先快速解吸然后缓慢达到平衡的过程;磷解吸量不仅与各处理的土壤初始有效磷含量密切有关,而且与土壤成土母质类型、施入有机肥种类相关;3种母质发育的菜田土壤在经过两种有机肥处理后其磷解吸动力曲线用5种动力学方程进行拟合,发现Elovich方程、抛物线方程和幂函数方程能够取得较好的拟合效果。     

咪鲜胺及其三种主要代谢物在六种水稻土中的吸附

用批量平衡法研究了咪鲜胺及其三种主要代谢物BTS44595、BTS44596和BTS45186在六种水稻土中的吸附。结果表明：水稻土以物理吸附作用来吸附咪鲜胺及其代谢物，吸附平衡时间为7—14h，吸附过程可用Freundlich吸附等温式描述。水稻土对咪鲜胺吸附能力均比其代谢物要强，三种代谢物之间的吸附量差异性不是很大。咪鲜胺在水稻土中的吸附与土壤有机质含量、阳离子交换量和粘粒含量成显著正相关，而BTS44595、BTS44596和BTS45186在水稻土中的吸附主要受土壤pH值的控制。这说明咪鲜胺在降解代谢后改变了它在土壤中的吸附行为与吸附机理，对此应予以足够的关注。