流动电位法研究高岭石胶体对包铝石英砂zeta电位的影响

为探讨采用流动电位法表征带电颗粒间相互作用的可行性,采用自制的流动电位测量装置测定了高岭石胶体流经包铝石英砂时zeta电位的变化(Δζ),研究高岭石与包铝石英砂之间的作用程度,考察了包铝程度、介质离子强度和离子种类对带电颗粒之间相互作用的影响。结果表明,可采用流动电位法表征不同尺寸的异电荷颗粒间的相互作用。随着石英砂表面包铝程度的增加和介质离子强度的降低,包铝石英砂的Δζ增加,说明其与高岭石之间的作用程度增加。含低价态离子的溶液中高岭石胶体与包铝石英砂的作用程度大于其在含有高价离子的溶液中。采用经典的DLVO理论计算得到的高岭石胶体与包铝石英砂间的作用能可以很好地解释高岭石对包铝石英砂表面电化学性质的影响,两种异电荷颗粒间的静电引力大小是决定高岭石与包铝石英砂间作用程度的关键因素。在静电力的作用下,高岭石通过电荷屏蔽作用和双电层重叠作用改变包铝石英砂的zeta电位。高岭石与包铝石英砂间的静电引力越大,高岭石对包铝石英砂表面电化学性质的影响越大。     

采用自制流动电位装置测定包铁石英砂的ζ电位

为方便准确地表征大颗粒包被物的带电特征,采用自制的流动电位测定装置测定了包铁石英砂的流动电位,并计算获得其ζ电位。结果表明,该装置能够准确测定包铁石英砂在不同液压差（ΔP）的流动电位（ΔE）,二者具有极好的直线相关性,因此能保证由ΔP与ΔE拟合得到的流动电位系数（C）的准确性。由C计算得到包铁石英砂的ζ电位能够很好地表征其表面电化学特征。在同一种电解质溶液中,包被物ζ电位的绝对值随着包被度的增加而减小。低离子强度下双电层厚度占毛管孔径的比例较大,因此采用流动电位测定包被物ζ电位时必须考虑表面电导的影响。随着离子强度的增加,包铁石英砂的表面双电层受到压缩而造成ζ电位的绝对值减小。采用流动电位法测得包铁石英砂的等电点为4.6。当溶液pH高于等电点时,包被物的ζ电位为负值,且随着pH升高,其ζ电位向负值方向位移。当溶液pH低于等电点时,包被物的ζ电位为正值,且其数值随着pH降低而增加。流动电位法测得的石英砂的ζ电位与传统电泳法测得的石英胶体的ζ电位之间呈极显著的正相关关系,说明流动电位法测定的ζ电位结果可靠。     

不同盐基离子对黑土胶体zeta电位及凝聚过程的影响

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。     

钢铁的表面电位及其土壤粘附特性

在金属／土壤粘附系统中由于界面水膜而存在着电化学反应。该文研究了犁壁用钢土壤粘附特性与其表面电位的关系。结果表明，钢铁的表面电位能在一定程度上较好地反映出其土壤粘附性能。在试验条件下，试样的粘附力与表面电位符合二次曲线关系，表面电位越低，试样对土壤的粘附力越小。与目前已知的粘附性能评定方法相比，表面电位测定法具有数据稳定和试验周期短的优点。     

稀释介质种类对豆乳蛋白胶体粒子zeta电位测定效果的影响

蛋白粒子zeta电位是衡量豆乳体系稳定性的一个重要指标,而在电位分析前常采用稀释介质对豆乳进行预处理。为了确保zeta电位测定的准确性和科学性,必须选择合适的稀释介质。因此,该研究采用去离子水、豆乳超滤液两种稀释介质分别对豆乳进行稀释,并比较了这2种稀释介质对zeta电位、粒径分布、pH值以及电导率的影响。结果表明,若以去离子水为稀释介质,zeta电位的绝对值会随着稀释倍数的升高而显著增加（*P<0.05）,这主要是由于豆乳蛋白胶体粒子发生解聚导致粒径减小,而pH值的升高和电导率的降低则说明豆乳的离子强度显著降低。相比之下,选用豆乳超滤液稀释豆乳时,体系的 zeta 电位、粒径分布、pH值以及电导率都未随稀释倍数的增加而改变（*P>0.05）,说明此法能够较好地维持豆乳蛋白粒子的荷电稳定性。由此可知,豆乳超滤液可做为豆乳zeta电位测定的理想稀释介质。     

土壤性质对钢铁电极电位的影响

本文研究了土壤的某些物理、化学性质对钢铁在土壤中的电极电位的影响。试验结果表明,土壤水分、土壤松紧度、土壤盐分、土壤pH对钢铁电极电位影响十分明显。在水分非饱和的条件下,电极电位随着土壤含水量的增加而下降。在同一含水量的情况下,电位与土壤容重呈明显的线性反相关。土壤盐分浓度的增高引起电位的正偏。从土壤pH的影响可区分出三个pH范围,在土壤pH为4.5-8.0的范围内,影响不明显。在土壤pH为2.0-4.5及8.0-9.7的两个范围内,钢铁电极电位与土壤pH呈明显反相关,相关系数分别为-0.953及-0.982。     

关于“恒电位表面”概念的讨论

长期以来,人们认为水合氧化物型表面（可变电荷表面）的定位离子是Ｈ＾＋和ＯＨ＾－,所以表面电位（Φ０）只是ｐＨ值的函数,而与电解质的浓度无关。所以反水合氧化物型表面又称恒电位表面。本文从理论上和实验上都表明,情况并非这样,可变电荷表面的电位强烈地依赖于电解质浓度,并且其表面电荷密度既依赖于溶液ｐＨ值也依赖于电解质浓度。所以,可变电荷表面并非恒电位表面。     

单一电解质体系下恒电荷土壤胶体扩散双电层中滑动层厚度的计算

土壤胶体颗粒表面滑动层厚度是一个重要的物理参数。利用Gouy-Chapman理论推导得到单一电解质体系中滑动层厚度计算公式,测得三种紫色土胶体颗粒表面电位值和ζ电位值,通过计算得到滑动层厚度值。结果表明:(1)在2∶1型电解质体系中三种紫色土胶体表面电位和zeta电位绝对值均远低于1∶1型电解质体系,两种单一电解质体系下三种紫色土表面电位值随电解质浓度变化差异要远大于zeta电位值;(2)两种单一电解质体系下三种紫色土胶体滑动层均离双电层中Stern层较远,而与Gouy层靠近,并且在2∶1电解质体系中的滑动层厚度要远低于1∶1电解质体系;(3)三种紫色土胶体颗粒随着电解质浓度升高,其滑动厚度均变薄。不同表面电位土壤胶体颗粒,在电解质浓度较低时,它们的滑动层厚度差异显著;当电解质浓度较高时,它们的滑动层厚度之间差异不明显。     

流动分析仪测定土壤有效磷含量的方法

现有流动分析仪法测定碳酸氢钠浸提的有效磷低含量样品的准确性欠佳,难以适用于批量样品检测分析。为此提出改进方法,所测结果与现方法和人工比色法进行比较分析,探讨改进方法测定土壤有效磷的可行性。结果表明,现方法、人工比色法、改进方法测定有效磷含量在0.60～1 mg/L的样品,三者测定结果趋于一致,且无显著性差异(P>0.05)。现方法与人工比色法、改进方法测定有效磷含量0.04～0.60 mg/L的样品,现方法与另两种方法测定结果有显著性差异(P<0.05),人工比色法和改进方法测定结果无显著性差异(P>0.05)。人工比色法与现方法所测有效磷含量的回归方程:Y(人工比色法)=0.759X(现方法)+0.166(R2=0.811　P<0.01),两种方法所测有效磷呈极显著性相关。人工比色法与改进方法所测有效磷含量的回归方程:Y(人工比色法)=0.894X(改进方法)+0.024(R2=0.973　P<0.01),两种方法所测有效磷含量呈极显著性相关。综合比较,改进方法优于现方法。现方法的管路设置决定了碳酸氢钠与酸反应产生的二氧化碳气体会影响到管路气泡规则性和稳定性,造成基线易波动,有效磷低含量样品的准确性下降。改进方法的管路设置进行了优化,在线排除了二氧化碳气体,消除了干扰,保证了管路气泡的规则性,基线稳定,测定低含量有效磷的相对标准偏差小于8.90%,回收率在94%～106%之间,检测准确性和精密度良好。改进方法可推荐用于有效磷含量高低不同的批量土壤的检测分析。     

电位滴定法研究可变电荷土壤表面酸碱性质的进展

我国长江以南地区的土壤富含铁铝氧化物,其土壤胶体表面电荷具有可变性,显著不同于温带地区的恒电荷土壤,因而称之为可变电荷土壤。开展可变电荷土壤的表面特性研究对农业可持续发展、土壤资源保护等均具有重要的现实意义。电位滴定法是开展可变电荷土壤表面特性研究最直接有效的方法。本文首先总结了电位滴定法的实验条件设置对可变电荷土壤表观电荷零点的影响,在此基础上,归纳了应用电位滴定法结合表面络合模型开展可变电荷土壤酸碱特性的研究进展,分类讨论了黏土矿物组成、氧化物、有机质等相关影响因子对可变电荷土壤酸碱缓冲能力的影响,并展望可变电荷土壤表面酸碱缓冲能力的未来研究。本文将有助于初学者理解可变电荷土壤,呼吁更多学者关注可变电荷土壤的酸碱缓冲特性研究及其在土壤资源可持续利用中所起的重要作用。     

土壤水分-基质势-温度复合传感器研制

土壤水分、基质势是描述土壤持水特性的重要参数,不同类型土壤的水分特征曲线存在明显差异。目前在野外环境下通常采用传感器分离测量法测定土壤水分特征曲线,但因土壤的空间异质性导致较大的测量误差。为此,该研究设计了一种可同步测量土壤水分、基质势和温度的复合传感器,主要组成部分包括32位MCU主控芯片、继电器切换模块、介电水分/基质势测量模块和温度测量模块,主控芯片通过控制继电器切换实现土壤水分、基质势和温度的同步测定,同时进行温度校正。采用森林土壤、农田壤土和砂土对复合传感器进行性能测试、标定和观测试验,并与商业化仪器的测量结果进行对比。结果表明：在干燥至近饱和范围内,复合传感器测定的土壤水分和基质势均具有良好的单调性,决定系数R2均大于0.98,土壤体积含水率和基质势的测量范围分别为0～40%和-1 500～-15 kPa,水分和基质势的响应时间分别为450 ms和150 s。采用商业化仪器分离测量方法与本文复合传感器分别同步测定森林土壤、农田壤土和砂土的水分特征曲线,2种方法测得的土壤水分特征曲线的皮尔逊相关系数均大于0.96。本文研制的复合传感器可以实现不同类型土壤水分特征曲线的准确测定,为农业生产和环境监测等领域提供可靠的技术支持。     

Verification of freezing point depression method for measuring matric potential of soil water

The matric potential of soil water was determined using the freezing point depression method for a range of soil types. Soil water characteristic curves of these soils were obtained and compared with those obtained by the pressure plate, psychrometer, and vapor pressure methods resulting in excellent agreement between the freezing point depression method and the other methods over the range of -10.0 to -0.1 MPa in matric potential (i.e., temperature range of -8.00 to -0.08°C for freezing point) in all soil types. Over those ranges of matric potentials and temperatures, the effect of temperature-dependence on the freezing point of soils both in terms of specific volume of water and latent heat of water freezing was negligibly small. Freezing point of soils was independent of the bulk density of soils due to the fact that soil water in the range of matric potentials less than -0.1 MPa was affected predominantly by adsorptive forces between water and the soil matrix. The results from this study indicate that the freezing point depression method is a simple and practical technique to determine the soil water content in the vicinity of the wilting point     

我国主要植烟土壤氮素矿化潜力研究

为研究我国植烟土壤潜在供氮能力及其分布状况,从18个烤烟主产省的317个县采集了500多个土壤样品,采用Stanford的间歇淋洗好气培养法,测定了土壤氮素矿化势和矿化速率常数。结果表明,植烟土壤氮素矿化速率常数（k）平均为0.017/d,土壤氮素矿化势（No）平均为130.6 mg/kg,变幅为5.5～372.0 mg/kg,0—30 cm土壤累积潜在供氮量达到了470.2 kg/hm2。不同植烟区土壤矿化势差异显著,黄淮烟区、北部西部烟区、东北烟区、南部烟区、长江中上游烟区、长江中下游烟区、西南烟区土壤矿化势的分别为:64.1、78.8、99.0、119.9、127.8、135.0 和160.5 mg/kg。其中南方烟区（南部烟区、长江中上游烟区、长江中下游烟区、西南烟区）的矿化势显著高于北方烟区（北部西部烟区和东北烟区）和黄淮烟区。不同类型土壤矿化势存在显著差异,即使是同一类型土壤,其矿化势变异仍很大。因此应从宏观上把握全国植烟土壤的供氮潜力,对于土壤供氮潜力过高的区域,在植烟土壤区划中应考虑进行调整,而对较高的区域,可以考虑采用农艺措施进行调控,减少烟株生育后期氮素供应;而对于土壤供氮适量的区域,应作为优先发展烤烟生产的区域。     

测量土壤含水率的频域方法改进

For many years a soil water content sensor with low cost, reliability and sufficient accuracy has been desirable. Thus, an improved measurement method based on the frequency domain （FD） principle for determining soil water content was considered. Unlike other measurement principles, a new measurable index, η, which was independent of the output impedance and the amplitude of the oscillator while relying on the electrical impedance of a multi-pin probe, was proposed. Moreover, a model for processing the impedance of the multi-pin soil probe was developed, and several important electrical parameters for establishing their operating ranges applicable to this probe were evaluated. In order to confirm the theoretical analysis, an experiment was conducted with a 4-pin probe. Using the developed model, the relationship between the proposed index η and soil volumetric water content was shown to be linear （R^2 = 0.9921）. Thus, as the measurable index, η seemed satisfactory.     

Effect of Soil Organic Matter on Adsorption and Insecticidal Activity of Toxins from Bacillus thuringiensis

With the large-scale cultivation of transgenic crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal toxin in the world, the problem of environmental safety caused by these Bt crops has received extensive attention. The effects of soil organic matter (SOM) on the adsorption and insecticidal activity of Bt toxin in variable- and constant-charge soils (red and brown soils, respectively) were studied. Organic carbon in the soils was removed using hydrogen peroxide (H_2O_2). After H_2O_2 treatment, the SOM in the red and brown soils decreased by 71.26% and 82.82%, respectively. Mineral composition of the H_2O_2-treated soils showed no significant changes,but soil texture showed a slight change. After SOM removal, the cation exchange capacity (CEC) and pH decreased, while the specific surface area (SSA), point of zero charge (PZC), and zeta potential increased. The adsorption isotherm experiment showed that the Bt toxin adsorption on the natural and H_2O_2-treated soils fitted both the Langmuir model (R~2≥ 0.985 7) and the Freundlich model (R~2≥ 0.984 1), and the amount of toxin adsorbed on the H_2O_2-treated soils was higher than that on the natural soils. There was a high correlation between the maximum adsorption of Bt toxin and the PZC of soils (R~2= 0.935 7); thus, Bt toxin adsorption was not only influenced by SOM content, but also by soil texture, as well as the SSA, CEC, PZC, and zeta potential. The LC_(50) (lethal concentration required to kill 50% of the larvae) values for Bt toxin in the H_2O_2-treated soils were slightly lower than those in the natural soils, suggesting that the environmental risk from Bt toxin may increase if SOM decreases. As the measurement of insecticidal activity using insects is expensive and time consuming, a rapid and convenient in vitro method of enzyme-linked immunosorbent assays is recommended for evaluating Bt toxin degradation in soils in future studies.     

人工模拟降雨条件下花岗岩红壤坡面侵蚀过程与特征分析简

通过室内人工模拟降雨试验,研究降雨强度、坡度及地表覆盖3因素对花岗岩红壤坡面侵蚀过程的影响.结果表明：1）起始产流时间随降雨强度和坡度的增加而有所提前,而地表覆盖能延缓起始产流时间;2）在不同降雨强度和坡度条件下,径流率从产流初期开始都快速增加,7 ～ 10 min后达到稳定,且随着降雨强度和坡度增加,径流率也显著增加;3）随着降雨强度的增大,产沙率明显增大,且降雨强度越大,坡度对产沙率的影响越明显;4）降雨强度和径流总量、产沙总量之间相关性极显著,其相关系数分别为0.892和0.799;5）地表覆盖具有良好的减沙作用,其减沙效益超过90％.     

地下滴灌条件下土壤水能态研究

研究灌水器与土壤界面处的能态是研究地下滴灌土壤水分运动的关键之一。该文通过理论和试验相结合的方法,探讨了地下滴灌土壤水势的分布状况。结果表明:根据灌水器的流量和土壤的导水性之间的关系,将其分为两种情况,在灌水器流量不大于土壤扩散能力时,灌水器出口处的土壤水势等于该处的土壤吸力,为非正压状态;否则,灌水器出口处的土壤水势为正。理论分析和室内试验结果均表明,对同一土壤,影响地下滴灌土壤水势分布的主要因素是灌水器的额定流量和土壤初始含水率,在一定的流量范围内,灌水器出口的稳定正压随灌水器流量的增大而增加,随土壤初始含水率的增大而降低。在此基础上,提出地下滴灌条件下土壤水势分布的近似计算式,并简要分析了这一特殊土壤水分分布对地下滴灌系统的影响。     

黏粒质量分数对土壤水分蓄持能力影响的模拟试验

通过人工配制不同质地土壤,测定土壤水分特征参数,研究土壤中黏粒质量分数对其水分蓄持能力的定量影响。结果表明：1）黏粒质量分数对土壤水分蓄持能力有较大影响,土壤持水能力随黏粒质量分数增加而递增。2个水分特征曲线模型——Gardner模型及van Genuchten模型中,表征土壤持水能力的参数均随黏粒质量分数增加而增大。2）黏粒质量分数对土壤比水容量有较大影响,试验土壤在任一水吸力水平下的比水容量值均随其黏粒质量分数增大而增大。3）试验土壤饱和含水量、田间持水量分别与黏粒质量分数呈指数、对数正相关,凋萎系数与黏粒质量分数呈指数正相关。4）试验土壤有效水、迟效水含量随黏粒质量分数增加呈先升高后降低趋势,二者与黏粒质量分数均呈抛物线关系,最高点分别出现在黏粒质量分数为35.9%和35.8%处,易效水含量与黏粒质量分数相关性不显著。研究结果可为黄土区土壤水分蓄持机制进一步研究提供一定理论依据。