铝同晶替代对铁(氢)氧化物表面活性的影响研究进展

铝同晶替代现象在铁(氢)氧化物中普遍存在，可改变铁(氢)氧化物的结构、表面特性和反应活性，影响土壤中元素的行为、形态和归趋。运用文献计量法分析了铝同晶替代铁(氢)氧化物的国内外研究现状，分别综述了铝同晶替代对铁(氢)氧化物晶体结构、表面电荷和界面过程的影响，从静电作用、比表面积、位点组成与密度、Fe/Al位点亲和性以及空位缺陷等方面阐明了铝同晶替代对铁(氢)氧化物表面活性和吸附行为的影响机制。在此基础上，提出了未来研究应着眼于构建铝替代量–结构–反应活性定量关系、深入探究铝同晶替代铁(氢)氧化物不同晶面上的界面机制，以及将研究对象与体系过渡到实际土壤等。     

氧化物研究的动态和展望

土壤粘粒中的氧化物包括铁、锰、铝、硅等氧化物及其水合物,代表土壤胶体中另一种重要的表面,属水合氧化物型。根据其表面性质有称为可变电荷表面,或可逆表面。     

胶体悬液中白云母与铁铝氧化物表面双电层的相互作用

白云母是一种原生矿物,也是土壤中常见的层状硅酸盐矿物,其负电荷主要由四面体结构中的Al置换Si而来[1]。在通常的pH条件下,白云母带负电荷,可变电荷土壤中的铁、铝氧化物带正电荷。当白云母与铁、铝氧化物存在于同一悬液     

九宫山土壤剖面中黏土矿物的组成特征

以湖北省九宫山的4种垂直地带性土壤为对象,研究其剖面层次的黏土矿物组合和铁、铝氧化物的特征,揭示山地土壤中黏土矿物的变化特点。结果表明,随海拔升高,土壤中黏土矿物类型从以高岭石为主,逐渐变为以14.0?矿物、伊利石及三水铝石为主,有从1︰1型向2︰1型矿物过渡的趋势;不同层次的土壤中黏土矿物类型和相对含量变化明显;土壤随垂直高程的升高,其中游离态铁、铝减小,非晶形和络合态铁、铝增加,各种形态铁、铝氧化物的总量也增加。     

草甸黑土团聚体稳定性对耕作与炭基肥施用的响应

为了阐明东北草甸黑土典型区域短期耕作深度及炭基肥料施入对土壤团聚体稳定性影响,2016-2018年连续3a翻耕秸秆全量还田玉米地上,设置深耕(DCF)与旋耕(SCF),配施有机肥(M)和生物炭(C),共6个处理:DCF、DCF+M、DCF+B、SCF、SCF+M、SCF+B。利用干湿筛法获得土壤团聚体6个粒级组,分析了平均重量直径(mean weight diameter,MWD)、水稳性团聚体比例(water-stable aggregate,WSA)、团聚体破坏度(percentage of aggregate destruction,PAD)、水稳性团聚体几何直径(geometric mean diameter,GMD)以及土壤团聚体有机碳组成和游离结晶态铁铝氧化物(Fe^DCB和Al^DCB)、无定性态铁铝氧化物(Fe^oxa和Al^oxa)。结果表明,耕作方式和施肥显著影响土壤团聚体组成,影响程度表现为旋耕>深耕,增施有机肥>常规施肥>增施生物炭。不同形态铁铝氧化物质量分数在0.10~2.45g/kg之间,游离结晶态铁铝氧化物含量显著高于无定形态铁铝氧化物含量。除FeDCB外,DCF处理铁铝氧化物含量均高于DCF+B处理,SCF处理Aloxa含量显著高于SCF+M、SCF+B处理19.35%和12.12%;Fe^oxa和Al^oxa与>0.25mm团聚体、WSA相关性大于其他影响因素,Fe^oxa对变异解释贡献率为61.3%。土壤有机碳含量与<0.25 mm团聚体负相关,而与>0.25 mm团聚体成正相关,其贡献率为33.0%。Al^DCB、Al^oxa及>0.25mm团聚体的形成呈正相关关系,二者总贡献率为9.3%;铁铝氧化物及有机碳改变共同解释74.9%土壤团聚体稳定性和粒级分布,铁铝氧化物单独贡献率为7.9%,有机碳组分单独贡献率为9.2%;综上所述,短期耕作与炭基肥料施入对土壤结构稳定性影响显著,SCF+M是比较理想的耕作模式,在草甸黑土改良中具有一定应用价值。     

中国白浆土研究Ⅱ.无定形铁、锰、铝氧化物特性及其元素地球化学分异

本文主要研究了白浆土中无定形态铁、锰、铝氧化物特性及其元素的地球化学特征。结果表明：（１）游离态、活性态及络合态的铁、锰、铝氧化物都向着粘粒中富集。其中游离态及活性态中，Ａｌ２Ｏ３富集最强烈，Ｆｅ２ｏ３次之，ＭｎＯ最弱。（２）铁、锰、铝氧化物的活性是ＭｎＯ高于Ｆｅ２Ｏ３，而Ａｌ２Ｏ３主要取决于ＰＨ值，同时也受其它因素的影响。ＭｎＯ和Ｆｅ２Ｏ３在活性上的差异，不仅取决于两者在标准氧化还原电位的差异上     

长期秸秆还田对砂姜黑土矿质复合态有机质稳定性的影响

依托10 a定位试验研究了秸秆还田对典型砂姜黑土有机矿质复合体中有机质稳定性的影响机制。田间试验设置5个处理:氮磷钾配施下的小麦和玉米秸秆双季还田(WMS+F)、小麦秸秆还田(WS+F)、玉米秸秆还田(MS+F)、非秸秆还田(F)处理,以不施肥模式下的非秸秆还田为对照(CK)。结果显示,铁铝键合态和紧密结合态有机质含量累计占土壤总有机质的88.70%,且三者变化趋势一致,均呈现WS+F≈WMS+F≈MS+FFCK,并与土壤短程有序、有机结合态铁铝氧化物呈显著正相关,但与非晶型铁铝氧化物呈负相关性。秸秆还田显著促进了土壤有机质累积,并受到土壤铁铝键合态有机质的影响,但由于非晶型铁铝氧化物生成速度较慢,限制了土壤有机质的进一步累积。土壤紧密结合态有机质对其全量的贡献明显高于铁铝键合态有机质,相关机制值得进一步研究。     

不同林地类型土壤团聚体稳定性与铁铝氧化物的关系

[目的]探究浙江省凤阳山保护区内土壤铁铝氧化物对土壤团聚体稳定性的影响机理,为该区恢复与保护土壤资源提供理论依据。[方法]以浙江省凤阳山保护区内黄棕壤地带4种林分类型(阔叶混交林、针阔混交林、杉木林、竹林)为对象,测定不同土层(0—10cm,10—20cm,20—30cm)水稳定性团聚体粒径分布以及不同形态的铁铝氧化物含量,分析各形态铁铝氧化物含量对土壤团聚体稳定性的影响。[结果](1)4种林分类型土壤团聚体水稳性大团聚体(0.25mm)含量均在90%以上,水稳定性大团聚体含量和平均质量直径(MWD)均表现为:杉木林针阔混交林阔叶混交林竹林。(2)不同形态铁铝氧化物含量大小整体上表现为:游离态氧化铁Fe_d游离态氧化铝Ald无定形氧化铁Fe_o无定形氧化铝Alo络合态氧化铁Fe_p络合态氧化铝Al_p,各形态的氧化铁含量随土层加深均增加。(3)增强回归树BRT分析结果显示,对土壤团聚体MWD影响最大的是Al_p,贡献率为43.6%;其次是Ald(23.5%)和Fe_d(19.5%);Fe_o(6.9%),Alo(4%)及Fe_p(2.4%)的影响程度较小。[结论]Al_p,Ald和Fe_d能促进土壤团聚体稳定,络合态氧化铝Al_p对土壤团聚体稳定性的促进作用大于游离态铁铝氧化物Ald和Fe_d。     

土壤中铁铝氧化物与黏土矿物交互作用的研究进展

铁铝氧化物与黏土矿物是土壤中最重要、最活跃的固相组分之一,一般占土壤质量的90%以上,它们之间的交互作用直接影响土壤界面活性、理化性质和肥力状况.本文以铁铝氧化物和黏土矿物胶结过程中的一些表观特征变化为出发点,重点阐述了交互作用前后对土壤理化性质的影响,以及宏观表现到微观交互作用的机理,并提出了宜加强二者交互作用的界面特性、非晶形向晶形转化过程等的研究,以期揭示土壤退化、团聚体形成、元素的保蓄与释放、土壤污染物的调控等土壤的基本属性问题.     

杉木人工林土壤微团聚体中铁铝氧化物与微生物的分布及其关系

[目的]探究亚热带红壤区土壤微团聚体中铁铝氧化物与微生物的分布及其关系,为该区域土壤结构的改良提供理论依据.[方法]以亚热带红壤区典型林分杉木人工林为对象,研究不同粒级微团聚体胶结物中铁铝氧化物含量、结合态有机碳含量和微生物群落多样性在不同土层中的分布,并分析各形态铁铝氧化物含量与微生物群落多样性的关系.[结果]微团聚...     

冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响

为了解沈阳棕壤水溶性盐和土壤氧化物在冻融条件下的变化规律,采用冻融模拟试验研究了冻融作用对棕壤水溶性盐和土壤氧化物的影响。结果表明,(1)冻融作用促进了土壤K+、Na+、Ca2+、Mg2+的释放,有机质和黏粒含量是影响其释放的重要因素。(2)冻融作用促使土壤中CO2含量增加,促进了HCO3-的形成。虽然SO42-、Cl-性质稳定,但冻融作用中水分和温度的变化,致使SO42-、Cl-随着冻融次数的增加呈先增加后稳定的趋势。(3)冻融作用促进土壤铁结晶老化形成氧化铁,且氧化铁含量随土壤深度增加逐渐增加;氧化锰主要受冻融条件下土壤pH影响,pH上升氧化锰含量增加。(4)土壤氧化硅和氧化铝受pH影响,pH降低其含量增加,pH增加其含量降低。此外,有机质含量较多的土层不易形成硅铝氧化物,土壤铁锰氧化物的增加不利于土壤硅铝氧化物的形成。     

祁连山区成土过程驱动的土壤地形序列土壤有机碳固存特征

土壤有机碳（SOC）含量和动态是有机碳输入输出平衡和土壤固持能力共同作用的结果，前者主要受生物气候条件控制，而后者则主要受黏粒及无机矿物等土壤理化属性的影响。本研究通过沿海拔梯度选择表土地形序列作为“自然试验场”，探究祁连山区SOC含量及组分变化的控制因素。研究发现：该地形序列土壤母质主要来源于黄土沉积，土壤黏土矿物以绿泥石和水云母为主，指示该区域的整体弱风化特征。在巨大的水热梯度影响下，地形序列内土壤成土强度差异明显，低海拔地区土壤含有碳酸盐，随着海拔上升，碳酸盐物质逐渐淋失，SOC和铁铝氧化物含量增加。进一步分析发现，铁铝氧化物是SOC含量及组分方差的主要解释变量。偏相关分析显示，当控制铁铝氧化物后，气候对SOC含量及组分的影响不显著。这表明气候对SOC的影响可能主要通过影响土壤属性，造成铁铝氧化物等属性的差异，间接影响SOC的长期固存，且该机制主要作用于矿物结合态有机碳（MOC）组分。本研究对理解SOC固存及其对气候变化的动态响应有重要启示。     

铁铝柱撑膨润土组成特征及其磷吸附性能研究

利用天然膨润土合成了铁柱撑膨润土（Fe1-Mt、Fe10-M）t、羟基铁膨润土（FeOx-M）t、羟基铝膨润土（AlOx-M）t和羟基铝铁膨润土复合体（AlFe-M）t,对其化学组成和矿物组成等特征进行分析,比较了5种不同铁铝柱撑膨润土对磷污染水体的吸附净化性能,并通过等温吸附试验探讨了柱撑膨润土对磷的吸附机制。结果发现,不同铁铝柱撑均可以增加天然膨润土的层间距,其中以羟基铝铁膨润土复合体的层间距增加最明显,与原土相比增加约为2倍。5种不同铁铝柱撑均能显著增强膨润土对磷污染水体的吸附净化能力,其中以FeOx-Mt的理论磷吸附容量最大,为12.03mg.g-1,其次为Fe10-Mt、AlFe-Mt和AlOx-Mt,吸附等温曲线同时符合Freundlich方程和Langmuir方程,均达显著水平。结果表明,除膨润土层间距外,不同铁铝柱撑膨润土的磷吸附能力主要与铁铝氧化物的含量及铁的存在形态相关。     

金属离子在铁(氢)氧化物与腐殖质微界面上的吸附机理和模型研究进展

铁(氢)氧化物和腐殖质是广泛分布在土壤中的重要天然活性物质,因其具有较大的比表面积并且铁(氢)氧化物表面的-OH与腐殖质表面的-COOH、-OH等活性官能团可通过静电作用、配体交换等多种机制对重金属离子产生较强吸附,从而影响重金属离子在环境中的迁移、转化和生物效应。深入了解重金属离子在铁(氢)氧化物-腐殖质复合体微界面相互作用的分子机理,对于阐明重金属离子在环境中的迁移、转化过程具有重要意义。本文综述了金属离子在铁(氢)氧化物与腐殖质上吸附机理和模型的研究进展,为重金属污染土壤的风险评估和控制提供理论依据。     

我国几种地带性土壤无机胶体的表面电荷特性

研究了用返滴定法测定我国七个不同地带土壤无机胶体的表面电荷特性。结果表明 :( 1 )返滴定法测定的供试土壤无机胶体可变电荷量随纬度升高而逐渐上升。这主要与供试土壤粘土矿物、铁铝氧化物组成及含量有关。一般来说 ,土壤层状硅酸盐粘土含量越多 ,永久负电荷量和其可变负电荷量越大 ;铁铝氧化物含量越高 ,可变负电荷量越低。( 2 )七个地带性土壤无机胶体的Qv pH曲线上在pH5左右有一峰值 ,这可能与供试土壤胶体中铁铝氧化物的ZPC及供试土样层状硅酸盐的边面Si OH基吸附H 及Al OH基离解H 有关     

几种典型酸性旱地土壤磷吸附的关键影响因素

以几种典型的酸性旱地土壤为研究对象,测定了土壤磷的等温吸附曲线,描述土壤磷的吸附特征,分析土壤最大吸磷量与土壤理化性质之间的关系,通过通径分析等方法明确了影响磷吸附的关键土壤因素。结果表明:土壤粘粒、游离态氧化铝(Al_d)、非晶质氧化铝(Al_o)及有机络合态铝(Al_p)的含量均与最大吸磷量(X_m)呈极显著正相关(P0.01),土壤pH值与X_m呈极显著负相关(P0.01);非晶质铁铝氧化物含量(Feo+Al_o)与X_m有显著的正相关关系(r=0.62,P=0.01);而土壤有机质、游离态氧化铁(Fe_d)、非晶质氧化铁(Fe_o)及有机络合态铁(Fe_p)的含量对X_m均无显著影响(P0.05)。即在本研究区域内,pH值越低,粘粒含量越高的土壤,其铝氧化物、非晶质铁铝氧化物(Fe_o+Al_o)含量越高,土壤的固磷能力越强。粘粒含量可能是影响土壤吸磷能力的一个最关键因素,其次为游离态氧化铝Al_d、非晶质氧化铝Al_o、有机络合态铝Al_p及土壤pH值等,其中各形态氧化铝对X_m的影响效应主要是通过与粘粒的间接作用来实现。     

植被刈割对红壤酸度及有机无机复合状况的影响

在红壤地区自然植被（白茅）条件下,不同的刈割周期对土壤交换性盐基离子组成、土壤有机质、有机无机复合体、腐鱼质组成及铁、铝氧化物含量等均具有较大的影响。从１年刈割一次至６刈割一次处理,虽然土壤酸度的变化无明显规律,但土壤交换性钾、无定形铁、无定形铝、络合态铁的含量及铁活化度值均呈增加趋势,且土壤有机质和复合体的含量相应增高,松结态腐残质／紧结态腐殖质的比值亦增大,即腐残质的活性较强、质量较高,土壤肥     

奥地利Wallersee沉积物—水界面铁锰的循环和迁移特征

对奥地利Wallersee沉积物中铁、锰的分布特征进行了分析，说明Wallersee沉积物中铁的循环比锰微弱，铁氧化物的还原作用受到了溶解氧和锰氧化物的双重控制。输入沉积物中的铁大部分都保存于沉积物中。锰氧化物的还原虽然也受到溶解氧的制约，但其还原作用仍比较激烈，孔隙水中有特征的还原峰，只不过峰位下移，所以铁对环境的敏感程度比锰高，沉积物中的铁具有环境记录意义，而锰不具有环境记录意义。铁氧化物中无定形铁氧化物优先还原，晶体铁氧化物可以向无定形铁氧化物转化，参与各种反应。     

土壤铁氧化物-亚铁的相互作用及其环境影响研究进展

铁氧化物和溶液相亚铁常在厌氧土壤环境中共存。铁氧化物能够加快亚铁的氧化速率，且控制亚铁氧化成矿产物的类型，同时，亚铁与铁氧化物组成的系统是一种良好的还原剂，能够有效还原重金属及降解有机污染物。另一方面，亚铁能够催化铁氧化物晶相转变，导致铁氧化物结构和表面性质发生改变，进而影响相关重金属、有机质的环境行为。本文综述了铁氧化物催化亚铁氧化成矿、铁氧化物-亚铁系统还原污染物以及亚铁催化铁氧化物相变的反应机制及影响因素，最后，对未来在自然土壤中研究铁氧化物-亚铁界面反应及其环境影响进行了展望。     

铁铝氧化物–层状硅酸盐矿物互作对Cr (Ⅵ)和As (Ⅴ)吸附的影响

以高岭石、蒙脱土、针铁矿和三水铝石四种单一典型土壤矿物以及针铁矿-蒙脱石和三水铝石-蒙脱石（质量比为1:1）两种代表性土壤矿物复合体为吸附材料，采用吸附平衡实验、能谱分析（(EDS）、红外光谱、扫描电镜、酸碱滴定和zeta电位测定等方法，研究了铁铝氧化物与层状硅酸盐矿物之间的相互作用对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)吸附的影响及其机制。吸附平衡实验和EDS实验结果表明，两种复合体对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附容量均小于其两种组成矿物单一体系吸附量的平均值，即铁铝氧化物与蒙脱石的互作降低了这些氧化物对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附能力。表面性质表征结果表明，与蒙脱石复合后，针铁矿与三水铝石表面的正电荷均被完全中和，电荷符号发生反转。与理论值相比，三水铝石-蒙脱石复合体的表面位点总浓度无明显变化，比表面积减小。针铁矿-蒙脱石复合体的比表面积与理论值无明显差异，但矿物表面位点浓度减小，表面羟基红外吸收峰强度减弱。氧化物与层状硅酸盐矿物互作改变了矿物表面性质，这可能是导致氧化物对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附能力降低的主要原因。当评估污染元素在土壤中有效性时应当考虑土壤固相组分间的互作对离子吸附的影响。