恒电荷土壤和可变电荷土壤动电性质的研究Ⅰ.阳离子吸附和pH的影响

本工作研究了阳离子吸附和pH对恒电荷土壤（黄棕壤、棕壤、暗棕壤和黑土）和可变电荷土壤（砖红壤）动电性质的影响。研究结果表明,砖红壤在不同溶液中的ζ电位随pH升高由正值变为负值,均有一个等电点（IEP）;pH>5时,在不同溶液之间砖红壤ζ电位的变化顺序为MnCl     

恒电荷土壤和可变电荷土壤动电性质的研究 Ⅰ.阳离子吸附和pH的影响

本工作研究了阳离子和吸附和ＰＨ对恒电荷土壤和可变电荷土壤动电动性质的影响。研究结果表明,砖红 不同溶液中的ζ电位随ＰＨ升高由正值变为负值,均有一个等电点：ＰＨ〉５时,在不同溶液之间砖红壤ζ电位的变化顺序为：ＭｎＣｌ２〉ＺｎＣｌ２≥ＣａＣｌ２〉ＮａＣｌ。     

可变电荷土壤和恒电荷土壤CI^—吸附特性的研究

对不同浓度KCI和不同pH下，3种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤CI^-吸附量进行了测定。结果表明，土壤CI^-吸附量随平衡CI^-浓度C（e）增加而增大，恒电荷土壤呈线性，可变电荷土壤在添加CI^-0.5-5.0mmol/L下，符合Langmuir吸附等温式。同一浓度下的CI^-吸附量及其随浓度增加的速率均为砖红壤＞红壤＞赤红壤＞黄棕壤＞棕壤、暗棕壤和黑土，与这些土壤所带正电荷量顺序相一致。Langmuir方程K值较小且几种土壤差异不大。恒电荷土壤对CI^-的吸附量很小，在浓度较低时常出现负吸附，其吸附机理可能更多的是与K^ 吸附时的同时吸附。7种土壤CI^-吸附量均随pH增加而降低，但降低强度可变电荷土壤远大于恒电荷土壤。     

阴离子对可变电荷土壤吸附铜离子的影响机理

根据NO-3、Cl-和SO24-对可变电荷土壤和恒电荷土壤吸附Cu2+的影响的比较,探讨了阴离子对可变电荷土壤吸附Cu2+的影响机理。结果表明,当3种阴离子的浓度相同时,在SO24-体系中铁质砖红壤对Cu2+的吸附率较在NO3-和Cl-体系中大得多,而在浓度相同的3种阴离子体系中,黄棕壤对Cu2+的吸附率相差不大。在离子强度相近的NaCl体系中,砖红壤对Cu2+的吸附率相近。在3种阴离子体系中,随着pH升高,砖红壤对Cu2+的吸附率均增大;但在NO-3体系和Cl-体系中Cu2+的吸附率相近;而在SO24-体系中Cu2+的吸附率最大。随着Na2SO4浓度的增大,铁质砖红壤和砖红壤对Cu2+的吸附率减小。但在0.005 mol L-1和0.05 mol L-1Na2SO4体系中,Cu2+的吸附率大于在不含Na2SO4的体系中者。而在0.5 mol L-1Na2SO4体系中,Cu2+吸附率小于在不含Na2SO4体系中者。在3种浓度的Na2SO4体系中,黄棕壤对Cu2+的吸附率均小于在不含Na2SO4体系中者。总之,阴离子可通过离子强度、专性吸附和形成离子对影响土壤对Cu2+的吸附。在可变电荷土壤中,阴离子对Cu2+吸附的影响机理较在恒电荷土壤中复杂得多。     

恒电荷土壤与可变电荷土壤对Cl~-和NO_3~-吸附的差异及其机理

对 3种可变电荷土壤和 4种恒电荷土壤在不同 pH、不同浓度、不同相伴阴阳离子下混合体系中Cl-和NO3-的吸附进行了测定。结果表明 ,在Cl-和NO3- 共存体系中 ,Cl-比例增大使可变电荷土壤Na+吸附量及OH-释放量增加 ,而对恒电荷土壤影响不大。Cl-和NO3-吸附量随平衡Cl-和NO3-浓度增加而增大 ,随pH升高而减少。但恒电荷土壤在上述各种条件下对Cl-和NO3-吸附均相同 ,而可变电荷土壤对Cl-吸附量大于NO3-的吸附量 ;NO3-、Cl-的选择系数为 0.51～0.78,Cl-和NO3-的相对吸附量分别为56.9%和 43.1%。在不同相伴阳离子下 ,可变电荷土壤平衡溶液Cl-/NO3-比值均小于 1,且为Na+K+Ca2+Mg2+Fe3+;而恒电荷土壤Cl-/NO3-比值为 1左右 ,且不受阳离子类型的影响。由此认为 ,Cl-和NO3-在两类土壤中均以电性吸附为主 ,恒电荷土壤对Cl-和NO3-的亲合力及吸附机理相同 ;而可变电荷土壤对Cl-的亲合力 NO3- ,Cl-存在着专性吸附     

恒电荷土壤及可变电荷土壤与离子间相互作用的研究 Ⅱ.共存体系中Cl-的吸附特性

对 3种可变电荷土壤和 4种恒电荷土壤在陪伴阳离子分别为Na 、K 、NH 4 、Mg2 、Ba2 、Al3 和共存SO2 -4下Cl- 的吸附量进行了测定。结果表明 ,供试土壤的Cl-吸附量顺序均为AlCl3>BaCl2 和MgCl2 >KCl和NH4 Cl>NaCl,其中可变电荷土壤的差异较大。不同电解质溶液中Cl- 吸附量的顺序与土壤所带正电荷量的顺序一致。Langmuir方程的K值较小 ,且在不同介质中的差异不大。随SO2 -4浓度的增大 ,可变电荷土壤对Cl- 的吸附量减少 ,平衡液的pH值增大 ,而恒电荷土壤则变化甚微 ,说明共存的SO2 -4使可变电荷土壤的表面负电荷增加 ,但对恒电荷土壤则影响不大。这些结果说明 ,Cl- 以电性吸附的机理不因介质而变。可变电荷土壤在一价阳离子存在时 ,除土壤本身所带的正电荷外 ,还有一价阳离子吸附后产生的正电荷以及由此引起的对Cl- 的协同吸附。在二、三价阳离子存在时 ,还有Cl- 的离子对吸附 ,而恒电荷土壤在所有介质中 ,似乎总是以与Cl- 的协同吸附为主     

几种有机酸对恒电荷和可变电荷土壤吸附Cu2+的影响

以恒电荷土壤(黄褐土和黄棕壤)和可变电荷土壤(红壤和砖红壤)为供试材料,研究了乙酸、草酸、酒石酸和柠檬酸对土壤吸附重金属铜离子(Cu2 )的影响。结果表明,在相同酒石酸浓度下,土壤对酒石酸的吸附量依次为黄棕壤(2 1 8mmolkg-1) >红壤(15 4mmolkg-1) >砖红壤(9 5mmolkg-1) ,土壤吸附有机酸后负电荷量增加,相同条件下增幅为砖红壤>红壤>黄棕壤;无有机酸配体时,供试土壤对Cu2 的吸附量为黄褐土>黄棕壤>砖红壤>红壤;加入有机酸时,随有机酸浓度增高,土壤对Cu2 的吸附一般表现为“峰”形曲线,峰所对应的有机酸浓度因有机酸类型而异,且随土壤可变电荷性质增强而增高;土壤吸附有机酸后对Cu2 的次级吸附不同于有机酸与铜共存时的竞争吸附,且因土壤性质表现迥异。这些结果意味着在存在有机酸配体的根际环境中,恒电荷土壤与可变电荷土壤对Cu2 的吸附明显不同,并将影响重金属离子在根际的转化与有效性     

恒电荷土壤及可变电荷土壤与离子间相互作用的研究Ⅲ Cu2+和Zn2+的吸附特征

研究了3种典型可变电荷土壤和4种典型恒电荷土壤在不同pH和不同浓度下单纯及共存体系中Cu2 和Zn2 的吸附及其影响因素。结果表明,两类土壤对Cu2 或Zn2 的吸附量均随平衡浓度增加而增大,符合Langmuir吸附等温式;当Cu2 、Zn2 浓度一定时,pH升高使Cu2 、Zn2 吸附量增大,但当pH >5时,Cu2 、Zn2 吸附量随pH变化甚微,出现一个接近最大吸附量的“平台”。当添加Cu2 、Zn2 浓度相同,但二种离子的总浓度不同时,平衡液的Cu2 /Zn2 浓度比均小于1,说明两类土壤对Cu2 的吸附选择性大于Zn2 ,且这种趋势不因pH和离子浓度而改变。当Cu2 、Zn2 共存时,使可变电荷土壤的Zn2 吸附量减小约70 % ,是恒电荷土壤降低量的约1.5倍;可变电荷土壤吸附一个Cu2 或Zn2 时所释放H 的平均数,明显大于恒电荷土壤者,说明可变电荷土壤对Cu2 及Zn2 的吸附中专性吸附的比例较恒电荷土壤大     

恒电荷土壤及可变电荷土壤与离子间相互作用的研究 Ⅰ.共存离子对NO3-吸附的影响

研究了我国典型3种可变电荷土壤和4种恒电荷土壤在陪伴阳离子分别为K+、Na+、Ca2+时和1mmolL-1KCl、K2SO4支持电解质中NO-3的吸附.结果表明,NO-3吸附量随pH的增加而减小.在添加相同浓度NO-3时,3种可变电荷土壤对NO-3的吸附量顺序为Ca(NO3)2＞KNO3＞NaNO3＞KNO3+KCl＞KNO3+K2SO4;在初始NO-3浓度0.5～5mmolL-1的范围内,吸附量随浓度变化的关系符合Langmuir等温吸附式.由此求出与NO-3吸附结合能有关的常数(K)在不同共存离子存在下数值较小且差异不大,因此认为不同陪伴阳离子和不同伴随阴离子对NO-3吸附的电性机理影响不大,只是改变了土壤表面的正电荷数量从而使吸附量发生变化.4种恒电荷土壤对NO-3的吸附量通常很小,其中在Ca(NO3)2介质中较在其他介质中稍大,最大吸附量仅为1.5mmolkg-1左右,约为可变电荷土壤的1/10,且在浓度较低时常观察到负吸附.     

磷酸盐吸附对可变电荷土壤正负电荷的影响

本文研究了华南地区不同类型的可变电荷土壤，并对磷酸盐的吸附量和吸附磷后土壤的正、负电荷的变化，以及ｐＨ和游离氧化铁对这种变化的影响进行了研究。结果表明，土壤吸磷量与土壤游离氧化铁含量成良好的正相关。土壤吸磷后正电荷减少，负电荷增加，土壤电荷量与吸磷量之间呈抛物线状相关。吸附１摩尔磷酸盐对土壤净负电荷的贡献在０．３－１．０摩尔之间。土壤中的游离氧化铁使吸附的磷对土壤负电荷的贡献减少。     

离子专性吸附对可变电荷土壤的动电学性质的影响

Studies were carried out by using electrophoretic method on the effects of the specific adsorption of the anions,such as SO4^2-,PO4^3-,and F^- ions,the cations,such as Ca^2 ,Mn^2 ,Zn^2 ,and Cu^2 ,ions,and the anions and cations coexisting,such as Zn^2 and SO4^2= ions,on electrokinetic properties of the red soils as typical variable charge soils in China concerning variation in the specific ion species and concentrations,with an emphasis on the interaction between soil colloid surfaces and the ions in soil solutions.The results showed that the adsorption of specific ions led to a very pronounced decrease in zeta potentials of the soil colloids and a shift of the IEPs to lower values for specific anions,and an obvious increase in zeta potentials of the soil colloids and a shift of the IEPs to higher values for specific cations.Under circumstances of the specific anions and cations coexisting,for instance,Zn^2 and SO4^2- ions,the zeta potentials changed with values higher than the value for SO4^2- alone and lower than that for Zn^2 alone,and the IEP was between that for Zn^2 and that for SO4^2-.The adsorption of Zn^2 and Cu^2 ions resulted in a reversal of the zeta potentials,and appearance of two IEPs for Zn^2 and no IEP for Cu^2 ,exhibiting interesting special effects of these kinds of metal ions.The higher the concentrations of the ions,the greater the change of the electrokinetic properties.     

pH对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在可变电荷土壤表面竞争吸附的影响

在实际的重金属污染体系中往往有多种重金属元素同时存在，当这一污染体系与土壤作用时不同重金属离子对土壤表面存在竞争吸附。Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）是土壤中常见的2种重金属离子，土壤和矿物表面对2种离子的竞争吸附或2种离子吸附亲和力的比较已有一些研究报道。一般认为土壤对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于对Cu（Ⅱ）的吸附亲和力，但在可变电荷土壤和矿物中情况有所不同。McKenzie的结果表明合成赤铁矿在pH3．0～6．0范围内对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于Cu（Ⅱ），而针铁矿的结果相反。     

有机酸对恒电荷土壤表面电荷性质的影响

低分子量有机酸在土壤中随着各种有机物的分解和生物的生命活动不断形成、转化并累积,形成一些较高浓度的有机酸微区,影响养分的生物有效性和根际系统中的物质循环。随着根际化学的兴起, 根际土壤化学和元素行为越来越引起广大土壤科学工作者的关注。     

低分子量有机酸对可变电荷土壤中铝吸附的影响

铝毒是酸性土壤上植物生长不良的主要限制因素,铝的生物毒性与铝离子的化学形态有密切的关系[1, 2],而铝的化学形态又受包括低分子量有机酸在内的多种因素的影响[3, 4].低分子量有机酸是土壤中广泛存在的一类非常活泼的物质,植物在生长过程中其根系会不断分泌出各种有机酸,植物残体分解过程中和土壤微生物代谢过程中均会产生有机酸[5, 6].一些有机酸阴离子可以被可变电荷土壤吸附,并影响土壤的某些表面化学性质;另一方面某些有机酸阴离子能够与铝形成稳定的络合物从而改变铝离子在溶液中的存在形态,这两方面的原因都有可能对可变电荷土壤中铝的吸附产生影响.     

稻草生物质炭对3种可变电荷土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响

按土重的3%和5%向采自海南和广西的3种可变电荷土壤中添加由稻草制备的生物质炭,混合培养30 d后用一次平衡法研究了生物质炭对土壤吸附Cd（Ⅱ）的影响及其与土壤表面电化学性质的关系,旨在阐明生物质炭促进可变电荷土壤吸附和固定Cd（Ⅱ）的机制。结果表明,添加稻草炭显著提高了3种土壤的阳离子交换量（CEC）和土壤pH,并使土壤胶体Zeta电位向负值方向位移。因此,添加稻草炭增加了土壤表面的负电荷量,土壤表面对Cd（Ⅱ）的吸附容量增强,使3种可变电荷土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量增加,且Cd（Ⅱ）吸附量的增幅随稻草炭添加水平的提高而增加。Freundlich方程和Langmuir方程可以拟合3种土壤对Cd（Ⅱ）的吸附等温线,但Freundlich方程拟合效果更好,该方程表征吸附容量的常数k也随着稻草炭添加水平提高而增大。研究表明在pH3.0~5.0范围内,稻草炭均增加土壤对Cd（Ⅱ）的吸附量。添加稻草炭提高土壤pH,促进Cd（Ⅱ）的吸附,因为Cd（Ⅱ）的吸附量随pH升高而增加。解吸实验表明,添加稻草炭处理Cd（Ⅱ）的解吸量高于对照处理,说明生物质炭提高了土壤对Cd（Ⅱ）的静电吸附量。     

邻苯二甲酸和水杨酸在可变电荷土壤中的吸附行为

研究了2种低分子量有机酸邻苯二甲酸和水杨酸在2种代表性可变电荷土壤红壤和砖红壤中的吸附行为。结果表明,可变电荷土壤对有机酸的吸附容量较大,对邻苯二甲酸的吸附亲和力大于对水杨酸的亲和力,在砖红壤中2种有机酸的吸附量大于在红壤中的,这与土壤的游离铁、铝氧化物的含量一致。土壤氧化铁在有机酸吸附中起着重要作用,粘土矿物如高岭石对有机酸的吸附量很小。有机酸的吸附涉及专性吸附和静电吸附2种机制,并以前者为主。当pH小于4.5时,pH的改变对有机酸的吸附影响不大;当pH大于4.5时,有机酸的吸附量随pH的增加而减小。     

多种有机酸共存对可变电荷土壤吸附磷的影响

研究了２种或３种有机酸在不同浓度组合时对可变电荷土壤吸附磷酸根离子的影响,结果表明:（１）有机酸的种类、各自的浓度及总浓度对土壤吸附磷有显著影响;（２）土壤组成及表面性质不同时,有机酸与磷的竞争效果也不大相同;（３）多种有机酸混存对土壤吸附磷量的影响不等于各单一有机酸贡献的简单加和。因此,根际环境中有机酸、磷在土壤表面的相互作用还有许多待探讨的问题。     

土壤表面电荷特征与重金属吸附解吸的相互关系

土壤对重金属的吸附 解吸与土壤性质特别是土壤表面电荷性质密切相关。本文概述了恒电荷土壤与可变电荷土壤表面电荷特征与重金属吸附 解吸的相互关系及研究进展。