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相似文献
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1.
特定pH条件下Ca2+/Cu2+引发胡敏酸胶体凝聚的比较研究   总被引:3,自引:0,他引:3  
高晓丹  李航  朱华玲  田锐 《土壤学报》2012,49(4):698-707
土壤腐殖质颗粒与金属离子间的相互作用深刻地影响着土壤中的微观过程和宏观现象的发生。而胡敏酸是土壤腐殖质的主要组成物质,本文利用光散射技术研究了不同浓度的Ca(NO3)2和Cu(NO3)2溶液中胡敏酸胶体颗粒的凝聚过程和形成凝聚体的结构,并在此基础上进行比较分析。结果表明:由于Ca2+和Cu2+在带电胶体表面的吸附方式不同而对胡敏酸胶体的凝聚的影响表现出很大差异。(1)散射光强的稳定与否可以反映体系的稳定性,Ca(NO3)2体系中散射光强可以在较宽的电解质浓度范围从0 mmol L-1至20 mmol L-1内保持稳定,而Cu(NO3)2体系中光强稳定的电解质浓度范围较窄,只有0 mmol L-1至3 mmol L-1。(2)随电解质浓度的提高,两种电解质体系中凝聚体的有效粒径随时间先呈线性增长再呈幂函数增长,但胡敏酸胶体凝聚过程对Cu(NO3)2体系浓度变化的敏感性远大于Ca(NO3)2体系,并且1 mmol L-1Cu2+吸附下胡敏酸胶体的凝聚速率为69.55 nm min-1,近乎是7.5 mmol L-1Ca2+吸附下凝聚速率23.94 nm min-1的3倍,可见Cu2+作用下颗粒的平均凝聚速率远远高于Ca2+作用的情况。(3)Ca(NO3)2体系中,电解质浓度越高形成凝聚体的结构越开放,但放置50 d后分形维数变小,结构变得更加疏松,说明该凝聚过程具有可逆性;而Cu2+作用下形成的凝聚体初期结构开放度较高,在放置50 d后分形维数变大,结构更加致密紧实,说明该凝聚过程具有不可逆性。这些信息为研究腐殖质超分子聚合物的形成机制提供了新思路。  相似文献   

2.
以胡敏酸为研究对象,通过光散射技术比较土壤中常见盐基离子(Na~+、Ca~(2+)和Na~+-Ca~(2+)混合三种电解质)不同浓度条件下胡敏酸胶体凝聚动力学过程,明确不同价态离子界面行为和陪补离子效应对胡敏酸分散稳定性和凝聚体结构的影响。结果发现,Na~+和Ca~(2+)对胡敏酸胶体聚沉能力的差异远远大于舒尔策-哈迪(Schulze-Hardy)规则中因其化合价不同所引起的差异;Na~+-Ca~(2+)混合体系中Ca~(2+)主导凝聚过程,且Na~+-Ca~(2+)混合与Ca~(2+)两种离子体系中凝聚现象的差异随离子浓度的降低而增大;混合离子体系中Na~+作为陪补离子,其陪补离子效应对临界聚沉浓度、颗粒间活化能和胡敏酸凝聚体结构均有一定影响,尤以对凝聚体的结构特征影响显著;Na~+-Ca~(2+)混合体系中胡敏酸凝聚体的结构紧实程度介于单纯离子体系之间,因此可通过调节溶液中的离子组成实现对凝聚体结构紧实程度的调控。上述结果表明,Ca~(2+)对胡敏酸的聚沉不仅依赖于静电作用,还有Ca~(2+)在强电场中的极化诱导其与胡敏酸表面含氧官能团之间发生的共价键和桥键的贡献;此外,陪补离子Na~+与Ca~(2+)在胡敏酸胶体表面的竞争吸附抑制了Ca~(2+)对胡敏酸的聚沉作用,从而形成紧实程度适中的结构体。研究结果为探究胶体界面反应及土壤胶体凝聚机制提供新的思路和理论。  相似文献   

3.
《土壤通报》2020,(1):99-104
以黑土胶体为研究对象,比较黑土胶体在不同浓度的四种盐基离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+体系中的zeta电位、颗粒凝聚动力学过程和平均凝聚速率,明确不同离子界面行为对黑土胶体zeta电位和凝聚过程的影响。研究发现土壤胶体较高的颗粒密度(0.61 g L-1)更有利于获得稳定的zeta电位值;二价阳离子与一价离子相比,因其有更强的压缩双电层能力而引起zeta电位的降低和较强的土壤胶体凝聚过程;同价离子对zeta电位和土壤胶体聚沉影响的差异表现为离子浓度同为200 mmol L-1时,黑土胶体在K+体系中的凝聚速率是Na+体系中的7.65倍,离子浓度同为4 mmol L-1时,黑土胶体在Ca2+体系中的凝聚速率是Mg2+体系中的2.79倍。除了其自身体积的差异还与离子在表面强电场中的极化作用有关。不同盐离子受土壤表面附近电场的强烈影响,在土壤胶体表面固-液界面上被诱导极化,从而易引起胶体zeta电位的不同。该研究为表征土壤胶体表面性质及胶体凝聚过程和团聚体形成理论研究提供基础。  相似文献   

4.
耗时长是目前进行大规模体系分形凝聚模拟的主要障碍。该文采用优化存储结构来降低时间复杂度的思路,对传统On-lattice集团凝聚模型算法进行了改进。用三维数组表征模拟体系,用链表表征团簇结构,实现了在体系中直接访问任意团簇,以及确定组成团簇单粒在三维数组中对应数组元素具体位置的新方法。论文基于新的存储结构重新设计了集团凝聚模型中布朗运动、碰撞检测和凝聚的算法,使得模拟算法的总时间复杂度从立方阶变为了线性阶。该改进算法为研究人员进行大规模体系分形凝聚模拟提供了技术支撑。  相似文献   

5.
唐嘉  朱曦  刘秀婷  张烨坤  田锐  李航 《土壤学报》2020,57(2):381-391
土壤胶体是土壤具备肥力与生态功能的物质基础,土壤胶体凝聚与分散影响着土壤中一系列微观过程和宏观现象。采用动态光散射技术比较研究三种碱金属阳离子(Li+、Na+、K+)引发不同类型黏土矿物(2︰1型蒙脱石和1︰1型高岭石)胶体凝聚中的Hofmeister效应。研究发现,Li+、Na+、K+作用下蒙脱石、高岭石胶体的凝聚速率、临界聚沉浓度及活化能都存在明显差异,表现出强烈的Hofmeister效应。当电解质浓度为20 mmol·L–1时,K+引发蒙脱石胶体凝聚的速率为66.61 nm·min–1,远高于Na+、Li+引发蒙脱石胶体凝聚速率(5.93、4.41 nm·min–1);而与之对应的临界聚沉浓度则呈现K+(蒙脱石21.8 mmol·L–1、高岭石34.6 mmol·L–1)低于Na+(蒙脱石57.6 mmol·L–1、高岭石85.8 mmol·L–1)低于Li+(蒙脱石81.8 mmol·L–1、高岭石113.9 mmol·L–1)规律,胶体凝聚中活化能可合理解释此现象。电解质浓度为25 mmol·L–1时,Li+、Na+、K+引发蒙脱石、高岭石胶体凝聚的活化能分别为1.97 kT、1.43 kT、0 kT和2.94 kT、1.71 kT、0.49 kT,说明蒙脱石、高岭石胶体凝聚过程中Hofmeister效应序列均为Li+相似文献   

6.
铁氧化物-胡敏酸复合物对磷的吸附吸附   总被引:1,自引:0,他引:1  
本试验通过设置不同磷酸根浓度、 pH和不同电解质及电解质强度梯度,研究磷酸根在针铁矿-胡敏酸(HA)复合物和赤铁矿-胡敏酸(HA)复合物表面的吸附特性。X射线衍射(XRD)、 扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)图谱显示: 铁氧化物包覆胡敏酸后其内部结构特性保持不变; 氧化铁与胡敏酸通过氢键形成粒径大、 表面光滑的铁氧化物-HA复合微粒,且复合物比表面减小; 形成的氧化铁-胡敏酸复合物对磷的吸附能力增强,且针铁矿复合物的吸附能力大于赤铁矿复合物,均为多层吸附过程; pH增高抑制铁氧化物复合物对磷的吸附,同时电解质浓度增加促进复合体对磷的吸附,且反应后体系pH随之降低。  相似文献   

7.
分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景   总被引:3,自引:2,他引:1  
蒋先军  李航  谢德体  魏朝富  熊海灵 《土壤》2007,39(5):677-683
分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.  相似文献   

8.
土壤胶体的凝聚或分散紧密地联系着许多环境问题,并受胶体表面电荷性质的调控.以黄壤为实验材料,利用动态光散射技术研究pH作用下该可变电荷胶体颗粒的凝聚动力学.结果发现:土壤胶体的凝聚与否强烈依赖于pH.不同浓度HNO3和KOH诱发的土壤胶体凝聚均表现出慢速和快速凝聚特征,在快速凝聚中,HNO3作用较KOH作用的黄壤胶体平均凝聚速率更高、变化更快,表明表面电荷中和诱发的凝聚远大于压缩双电层诱发的凝聚.通过快速平均凝聚速率变化的反转点对应的pH,估计电荷零点(Zero pointof charge,ZPC),提供了一个实验测定ZPC的新方法.  相似文献   

9.
光散射技术在土壤胶体颗粒相互作用研究中的应用   总被引:3,自引:2,他引:1  
贾明云  朱华玲  李航 《土壤学报》2010,47(2):253-261
由于测试手段的限制,目前对土壤中粒径为0·001~1μm的"超微粒子"之间相互作用的微观效应研究还未引起足够的重视。本文从散射角和悬液颗粒密度两个方面讨论了光散射技术在土壤胶体研究中的应用条件,探讨了土壤胶体颗粒凝聚动力学机制及形成的聚合体结构特征。结果表明:(1)对于本实验所用黄壤悬液,应用光散射准确测定的散射角范围为90°~135°,初始颗粒密度范围为1·90×10-3~0·119gL-1。(2)在自相关曲线平滑地衰减至基线且散射光强保持不变的条件下,可以用光散射技术准确测定土壤胶体颗粒凝聚过程中有效直径、最可几粒径及粒径分布的变化,反映凝聚动力学规律。(3)在298K、90mmolL-1KNO3体系中用动态光散射测得黄壤胶体颗粒凝聚动力学为扩散控制团簇聚集机制,用静态光散射测得形成的聚合体分形维数为1·56±0·02。  相似文献   

10.
结合吸附实验和X光吸收精细结构光谱(XAFS)分析,研究了草酸根和胡敏酸对As(V)在红壤中吸附的影响,分析了As(V)在红壤中的化学形态和微观结构以及草酸根、胡敏酸的影响特征。结果表明,当pH6.0时,红壤主要是通过基团交换反应吸附As(V),草酸根和胡敏酸可以通过竞争吸附位点抑制红壤中As(V)的吸附,其抑制作用随浓度增大而增强。XAFS光谱学数据表明,红壤中吸附的砷以+5价态存在,主要与铁铝矿物形成以约0.317 nm As-Al和0.328 nm As-Fe原子间距为特征的双齿双核结构的内层复合物,复合物结构类型不受砷浓度和草酸根、胡敏酸的影响。  相似文献   

11.
腐殖酸对磷在红壤中有效性的影响   总被引:3,自引:0,他引:3  
An investigation was conducted to study the effect of humic substance (HS) on the phosphorus (P) solubility in acidic soil. The soil (2.5 g), HS (0, 0.5, and 2.5 g), and P as monocalcium phosphate (0.31 and 1.25 g P kg^-1 soil) were mixed with 50 mL distilled water and two different sequences of adding HS and P were used. The results indicated that the P concentration in water and 0.01 mol L-1 CaCl2 solution increased with increasing amounts of humic substance. The concentrations of Fe and Al were also increased. However, Olsen P decreased with increasing amount of humic substance. Water-soluble P concentrations from P rates at 0.31 and 1.25 g P kg^-1 soil in the treatment with 0.5 g (2.5 g) humic substance addition were 360% and 70% (500% and 90%) higher, respectively, than those in the treatment with no humic substance addition. P extracted by 0.01 mol L^-1 CaCl2 in the treatments with 0.5 and 2.5 g humic substance addition was increased by 400% and 540%, respectively, compared with that in the treatment without humic substance at the rate of 0.31 g P kg^-1 soil, while the corresponding P concentrations were increased by 80% and 90% at the rate of 1.25 g P kg^-1 soil. The order of mixing humic substance and phosphate did not significantly affect desorbed P and labile P extracted with CaCl2.  相似文献   

12.
通过室内土柱培养,采用聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)、沃特保水剂、β-环糊精、腐殖酸等4种土壤结构改良剂对黄绵土水稳性团聚体进行改良。结果表明:4种改良剂均可促进>0.25 mm水稳性团聚体的形成,在浓度0.05%~0.40%范围内,其改良效果表现为PAM>β-环糊精>沃特保水剂>腐殖酸,且黄绵土团聚体分形维数显著降低,尤以PAM改良效果最明显;在低浓度条件下,4种改良剂均可有效地降低土壤密度;土壤粒径分布表明,PAM改良黄绵土水稳性团聚体的机制是使<1 mm粒径的团聚体团聚为更大的团聚体,尤其是团聚为>5 mm的团聚体,PAM在4种改良剂中对黄绵土改良效果最好。阐明不同改良剂对黄绵土水稳性团聚体的改良效果及机制,可为合理利用改良剂改良土壤结构提供理论依据。  相似文献   

13.
The origin and loss of fractal scaling in simulated soil aggregates   总被引:2,自引:0,他引:2  
A growing body of evidence supports the use of fractals to approximate the heterogeneous structure of soil. Fractal models of transport processes in soil indicate that the fractal dimension and the upper limit to fractal scaling (denoted ξ) determine flow rates and scaling properties. A two-dimensional Monte Carlo simulation of soil aggregation is used to identify the key processes which may lead to fractal-like scaling in the soil matrix. A bonding law is developed which parameterizes the relative importance of chemical bonding to binding by microbial by-products and fungi. We investigate the sensitivity of the fractal dimension and ξ to the nature of the bonding law, and to aggregate fragmentation, initial particle size distribution and mechanical restructuring. Fractal-like structures result from the aggregation process. However, the measured fractal dimension is insensitive to the detailed form of the bonding law. The factor that most sensitively influences the fractal dimension is found to be mechanical restructuring such as would arise from the action of roots, soil fauna and natural weathering. By contrast, ξ is most sensitive to the bonding law. The results suggest that the fractal dimension and characteristic diameter of aggregates should be uncorrelated, and that increased binding by microbial by-products and fungi should produce larger, less dense, aggregates.  相似文献   

14.
为探索土壤团聚体稳定性对电解质的响应情况,该文研究湖北省2种土地利用方式下(林地、耕地)的3种类型土壤(黄褐土、黄棕壤、棕红壤)团聚体,在不同浓度(0、0.005、0.01、0.02、0.05、0.08、0.10、0.20 mol/L)电解质(KNO_3、Ca(NO_3)_2)溶液中快速湿润时的稳定性和破碎过程。结果表明:1)浓度低于0.1 mol/L时,团聚体稳定性随电解质浓度增大而减小;2)团聚体稳定度AS随湿润时间呈双指数衰减,与纯水相比,棕红壤和林地黄褐土的破碎过程受电解质溶液影响尤为显著,黄褐土和耕地黄棕壤在电解质溶液中迅速全部破碎;3)初始阶段团聚体破碎能量与土壤粉粘比和有机质含量呈负相关,与铁铝氧化物含量呈正相关。总之,团聚体稳定性随电解质溶液浓度增大而减小,且相对于纯水,团聚体在电解质溶液中破碎更快。  相似文献   

15.
半湿润区长期施肥对土壤结构体分形特征的影响   总被引:7,自引:0,他引:7  
利用黄土高原南部半湿润地区长达25年田间肥料定位试验020.cm土层土样,研究了长期不同施肥模式与土壤结构体大小、结构体分形特征与土壤肥力的相互关系。结果表明,长期不同施肥模式下土垫旱耕人为土结构体分形特征存在一定差异:7种施肥处理土壤结构体分形维数分布在2.4388~2.6363之间,其中以化肥+厩肥处理土壤结构体分形维数最大,不施肥土壤结构体分形维数最低,说明化肥与有机肥长期配施对土壤团聚体结构分布影响较大。相关分析发现,土壤结构体分形维数与5~2mm团聚体间具有极显著的正相关关系(r=0.994,P0.01);与土壤有机碳、全氮、硝态氮、有效磷含量均具显著正相关关系,与土壤碳氮比(C/N)呈显著负相关关系。在长期不同施肥模式下,分形维数对土壤性质变化的边际量亦有明显差异:土壤结构体分形维数每增加一个单位值,土壤有机碳、全氮、C/N、硝态氮和有效磷的变化依次为31.628%、2.404%、-6.014%、90.370%和172.760%。由边际分析可知,长期施肥条件下土壤结构体分形维数的变化对土壤有效磷、硝态氮的影响最大。  相似文献   

16.

Purpose

The critical coagulation concentration (CCC) is considered as one of the most important parameters to evaluate the particles aggregation and sedimentation behaviors in the environment. Even though there are a few methods for its measurement, each method has its limitations especially as those methods to be applied to polydisperse systems like soil. Thus, the purpose of this research is to establish a new and more reliable method for its determination.

Materials and methods

Two types of polydisperse colloidal materials were adopted: soil and humus in the experimental studies. The dynamic light scattering technique was employed to determine the effective hydrodynamic diameter of the particles or aggregates changing with time under different pH and electrolyte concentrations of CaCl2 or KCl. In addition, the fractal dimension of aggregates was also detected with the static light scattering technique.

Results and discussion

A new aggregation rate total average aggregation rate (TAA rate) was defined firstly. We found the defined TAA rate increased linearly with the increase of electrolyte concentration at electrolyte concentrations lower than the CCC value, and the TAA rate stayed approximately constant at electrolyte concentrations higher than the CCC value; an intersection point of the two straight lines therefore could be observed, and the electrolyte concentration at the intersection point will theoretically be the CCC value. The experimental results for the two materials under different pH conditions indeed meet those theoretical predictions, which imply that the CCC value can be determined through the measurement of the TAA rate under different electrolyte concentrations. The comparison of the CCC values obtained between our new method and the widely applied stability ratio method showed that the new method was much better than the stability ratio method for the two polydisperse materials. In addition, the static light scattering measurements also showed that the variations of the fractal dimensions of the aggregates with electrolyte concentrations could be well explained by the CCC values obtained by the new method, which once again verified the applicability of the new method.

Conclusions

A new theory and a corresponding new method for the CCC estimation, which can be applied to polydisperse colloidal suspensions, were developed, and the new method has been demonstrated to be much better than the widely applied method for polydisperse materials in environment.  相似文献   

17.
土壤颗粒尺寸分布分维及对粘附行为的影响   总被引:6,自引:0,他引:6  
依据Tyler和Wheatcraft推导的土壤颗粒累积质量—尺寸标度关系,计算了我国主要土壤的颗粒尺寸分布(PSD)分维,结果表明:淡栗钙土、黄绵土、黑垆土、褐土((土娄)土)、潮土、灰漠土、黑土、黄棕壤、黄壤、红壤及赤红壤(砖红壤)的PSD分维依次增大,土壤粘粒含量增加使其PSD分维增大。结合上壤颗粒表面分形特性及土壤粘附的基本原理,探讨了土壤PSD分维对土壤—固体表面粘附行为的影响。PSD分维高的土壤与固体表面粘附力大,与固体表面发生明显粘附的起始含水量提高,发生明显粘附的含水量区间增宽。  相似文献   

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