土壤有机/无机胶体凝聚的光散射研究

有机/无机复合体是土壤中最重要的物质形态。本文在不同浓度的CaCl2作用下,对黄壤、胡敏酸、黄壤/胡敏酸混合胶体的凝聚动力学和凝聚体结构特征进行了研究,结果表明:黄壤、胡敏酸、黄壤/胡敏酸混合胶体的凝聚与否均强烈地依赖于体系电解质CaCl2浓度,其临界絮凝浓度(Critical flocculation con-centration,CFC)分别为1.38 mmol L-1、45 mmol L-1、15 mmol L-1。当CaCl2浓度高于CFC时,3种胶体的凝聚均表现为快速的扩散控制团簇凝聚(Diffusion limited cluster-cluster aggregation,DLCA)机制,形成分形维数分别为1.45、1.76、1.46的疏松凝聚体;当CaCl2浓度低于CFC时,3种胶体的凝聚过程对电解质浓度非常敏感,表现为慢速的反应控制团簇凝聚(Reaction limited cluster-cluster aggregation,RLCA)机制,形成分形维数高至1.58、1.86、1.56的相对紧实的凝聚体。凝聚速率越快,形成的凝聚体越疏松。在悬液中黄壤胶体自凝聚形成的结构很疏松,但是非常不稳定,而胡敏酸自凝聚体的结构非常稳定。胡敏酸的参与没有改变黄壤胶体凝聚体的结构性质,但显著促进所形成的凝聚体结构的稳定。     

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     

恒电荷土壤和可变电荷土壤动电性质的研究 Ⅱ.阴离子吸附和pH的影响

本工作研究了阴离子吸附和ＰＨ对恒电荷土壤（黄棕壤和黑土）和可变电荷土壤（砖红壤）动电性质的影响。结果表明,砖红壤吸附不同阴离子后的ζ电位随ＰＨ升高由正电位移至负电位,在ζ电位－ＰＨ曲线上均有一个等电点（ＩＥＰ）在ＰＨ３．５～８之间,相同ＰＨ升高由正电红壤的ζ电位随吸附阴离子的负移顺序是ＨＰＯ４＾２－〉Ｆ＾－〉ＳＯ４＾２－〉Ｃｌ＾－〉ＮＯ３＾－。作为恒电荷土壤的黄棕壤和黑土,在不同电解发质溶液中的ε     

不同前处理条件对动态光散射检测酪蛋白胶束粒径的影响

为了准确评价乳的稳定性和加工性能,探讨不同前处理条件对动态光散射检测酪蛋白胶束粒径的影响,研究了稀释液的种类(超纯水、钙咪唑缓冲液、模拟牛乳超滤液和牛乳超滤液)、稀释液温(4和25℃)和稀释液的放置时间(0~48 h)对脱脂乳中酪蛋白胶束粒径的动态光散射测试结果的影响,并将酪蛋白胶束粒径的动态光散射测试结果与冷冻透射电镜图像中测得的真实结果进行比较。研究发现以超纯水和钙咪唑缓冲液作为脱脂乳稀释液时,部分胶束发生解离,影响测试结果;采用牛乳超滤液及模拟牛乳超滤液作为稀释液时,胶束的微环境没有改变,反映了胶束的真实粒径及分布;放置24 h后,牛乳超滤液及模拟牛乳超滤液将产生颗粒;温度对测试有显著的影响(P0.05):4℃的样品用25℃的稀释液进行稀释后,动态光散射的计数率和粒径分别增大了16.6%和11.4%;25℃的样品用4℃的稀释液进行稀释后,计数率和粒径分别降低了16.1%和9.8%。结果表明酪蛋白胶束粒径的测试前处理较适宜的条件为:在与样品的温度相同条件下,以配置好后24 h内的模拟牛乳超滤液或牛乳超滤液(10 k Da超滤膜)作为脱脂乳的稀释液进行稀释。通过与冷冻电镜条件下测得的酪蛋白胶束粒径的真值比较,发现该前处理条件下酪蛋白胶束粒径的动态光散射测试结果的相对误差为-5.7%~1.8%,表明该样品前处理方法可用于动态光散射方法快速检测酪蛋白胶束粒径。研究结果为快速、准确地获取酪蛋白胶束的粒径信息,进而准确分析乳的稳定性及加工性能提供参考。     

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     

2︰1和1︰1型黏土矿物胶体凝聚中Hofmeister效应的比较研究

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   

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。     

长期不同施肥的棕壤胶体凝聚动力学比较研究

土壤胶体的凝聚与土壤团聚体的形成密切相关。施肥改变土壤溶液环境，对土壤团聚体形成、土壤结构和土壤物质组成产生影响。探索长期不同施肥影响土壤胶体微观性质和相互作用进而影响土壤宏观现象的关联十分必要。本研究依托三十五年棕壤长期定位施肥监测试验站，选取不施肥处理（CK）、施用氮肥（N）、施用有机肥（M）、氮肥与有机肥配合施用（N+M）四种处理的土壤为研究对象，采用动态光散射技术监测不同施肥处理的土壤胶体凝聚动力学过程，通过对比分析土壤有机质含量、表面化学性质和土壤矿物组成等探究不同施肥处理对土壤胶体凝聚过程的影响。研究发现：四种长期不同施肥处理的棕壤胶体凝聚特征均表现为在低电解质浓度条件下发生慢速凝聚（RLCA）与高电解质浓度条件下的快速凝聚（DLCA）；不同施肥处理胶体在相同电解质体系中的临界聚沉浓度的大小顺序均为M > N+M > CK > N。有机肥的长期施用增加了土壤有机质含量，从而提高了胶体颗粒表面电场强度，加大了胶体颗粒间的静电斥力，加之有机质组分的空间位阻效应使得胶体的凝聚现象减弱；另一方面，长期不同施肥处理并未改变土壤黏土矿物组成类型，但对其相对含量产生影响：其中，有机肥的长期施入使2:1型伊利石的相对含量增加，1:1型高岭石的相对含量减少，长期施用氮肥使伊利石相对含量减少而高岭石相对含量增加。综上，长期不同施肥处理改变棕壤胶体的基本理化性质和矿物组成比例关系，进而影响棕壤胶体的凝聚动力学过程。     

褐土碳酸钙结核的胶体特性研究

碳酸钙是黄土母质发育土壤的重要胶结物质,对土壤团粒结构的形成具有重要作用。本文采集了碳酸盐褐土中的碳酸钙结核,采用物理分散法和化学分散法分别提取得到褐土碳酸钙结核纳米颗粒和褐土碳酸钙结核胶体,并以工业纳米碳酸钙作为对照对其胶体特性进行研究。采用X射线衍射仪、zeta电位仪和动态光散射仪对褐土碳酸钙结核胶体和工业纳米碳酸钙的矿物组成、zeta电位和胶体稳定性进行了表征。结果表明：褐土碳酸钙结核胶体、褐土碳酸钙结核纳米颗粒和工业纳米碳酸钙的初始颗粒直径分别为224.24、88.01和98.50nm,而褐土碳酸钙结核胶体和褐土碳酸钙结核纳米颗粒的多分散度高于工业纳米碳酸钙。褐土碳酸钙结核胶体中方解石含量为70.3%,其次含有石英、长石和伊利石等矿物;褐土碳酸钙结核纳米颗粒主要含有方解石和伊利石,含量分别为48%和45%。3种碳酸钙胶体表面均带负电荷,其zeta电位绝对值均随着溶液pH的增大而增大。褐土碳酸钙结核胶体在NaCl和CaCl₂溶液中的临界聚沉浓度分别为538.01mmol/L和2.08mmol/L,褐土碳酸钙结核纳米颗粒在NaCl和CaCl₂     

不同pH下黄棕壤镉的吸附-解吸特征

对黄棕壤在pH2 7不同浓度下Cd2 的吸附与解吸进行了测定。结果表明,Cd2 吸附量随平衡液中Cd2 浓度增加而增大,两者关系较好地符合Langmuir吸附方程。根据吸附等温线参数与pH的相关方程,得到镉吸附等温线的pH依存模式,如Langmuir方程为:C/X=69 334e-1 7183pH (5 5793pH-3 0383)·C。式中,X为土壤Cd2 吸附量(mg/kg),C为平衡液中Cd2 之浓度(mg/L)。解吸Cd2 的数量随pH升高和吸附Cd2 的数量增加而增加,但解吸Cd2 占吸附Cd2 的比例随pH升高而降低,在pH3 7下,黄棕壤解吸Cd2 的比例为42%～95%,平均为75%,说明黄棕壤Cd2 以非专性吸附为主,吸附Cd2 的有效性高。     

Evaluation of aggregate stability of Haplic Stagnosols using dynamic light scattering,phase analysis light scattering and color coordinates

Dynamic light scattering and phase analysis light scattering have been used to study organo-clay complexes and aggregate stability of Haplic Stagnosols depending on land use. The study of agricultural soils afforested for 45 years showed that the value of the effective diameter of organo-clay complexes slightly decreased compared to that in arable soil but remains still higher than that in the forest soil. Multiple linear regression statistical models were developed to predict the effective diameter of the particles. The best model (r = 0.95), where all parameters were significant (P < 0.05), included the clay content, clay carbon concentration, total iron (Fe_t) and soil color coordinates (L*, a*, b*). In the upper horizons, the effective diameter depends on the organic matter content, whereas iron oxides with surfaced position play the main role in the underlying horizons. Intensive tillage moves the colloidal system to coagulation and after withdrawal of arable Haplic Stagnosol from the agricultural production, the colloidal system tends to restore its peptization stability. However, it should be noted that the afforestation period (45 years) of arable Haplic Stagnosols is not enough for a full recovery of organo-clay complexes peptization stability.     

一种用于叶片散射光分布测定的新型装置及性能评价

采用微功率激光管作为光源,围绕被测样品旋转的硅光电池作为检测器,研制了一种可以测定植物单个叶片反射和透射光在入射面上分布的装置。分别在650 nm和830 nm波长光照条件下,测定了标准白板(参比样)的反射光和大叶黄杨树叶的反射和透射在入射面上的光强分布。测定结果表明该装置有很好的重现性。所研制的装置可用于植物冠层光辐射传输机理研究。     

光散射技术在土壤胶体颗粒相互作用研究中的应用

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。     

连续解吸中离子强度对可变电荷土壤和高岭石体系pH的影响

研究了两种可变电荷土壤中在去离子水中和0.1 mol L-1 Na NO3溶液中吸附铜离子和钙离子后依次被浓度从低到高的Na NO3溶液连续解吸时,离子强度变化对每次解吸前后体系p H变化(Δp H)的影响,为了进一步了解其相关机理,作为对照,也研究了各种条件下,离子强度变化对高岭石Δp H的影响。结果表明,无论是否有吸附性二价阳离子的存在,或者吸附性阳离子属性(专性吸附型离子或电性吸附型离子)如何,当样品依次被去离子水、0.01 mol L-1 Na NO3、0.1 mol L-1 Na NO3以及1 mol L-1 Na NO3解吸时,在去离子水中和Na NO3溶液中的解吸过程对Δp H的影响截然不同。总体而言,如果解吸时体系离子强度趋于降低,Δp H将为正值,反之则为负值,且Δp H变幅开始增大时的起始点所对应的p H吸附基本相同,该起始点应该与高岭石ZPC(电荷零点)紧密相关。对上述结果的分析表明,解吸过程中,引起上述Δp H变化规律的根本原因之一是连续解吸过程中的离子强度变化导致的可变电荷表面的表面电位变化。     

Comparison of the surface chemical properties of four soils derived from Quaternary red earth as related to soil evolution

The surface chemical properties of soil samples i.e., surface charge and zeta potential, and the mineralogy of soil clay fraction were investigated with reference to soil weathering extent for four different soils derived from Quaternary red earth using the ion adsorption method, a micro-electrophoresis method and the X-ray diffraction analysis. Results indicated that all these soil samples contained kaolinite and gibbsite. The Ultisols from Guizhou, Hunan and Jiangxi possessed the 2:1 type clay minerals of mica and vermiculite. Hematite and magnetite were found in the Ultisols from Guangxi, Hunan and Jiangxi. Goethite was found in the Ultisols from Jiangxi, Hunan and Guizhou. The positive surface charge for these soils decreased with the order: the Ultisol from Guangxi ≅ the Ultisol from Guizhou > the Ultisols from Hunan and Jiangxi from south to north when pH < 5.0. This is consistent with the content of free Fe/Al oxides present in these soils. On the other hand, the value of negative surface charge on the Ultisol from Guangxi was found much lower than the other soils perhaps because of the intensive weathering of the soil. Both permanent and variable negative charges for the former were also lower than the latter, whereas the point of zero salt effect (PZSE) for the former was greater than that of the latter. The variability of soil negative surface charge followed the order: the Ultisol from Guangxi > the Ultisol from Guizhou > the Ultisol from Jiangxi ≅ the Ultisol from Hunan. The zeta potential and isoelectric point (IEP) of soil colloids and soil net surface charge followed the same order: the Ultisol from Guangxi > the Ultisol from Guizhou > the Ultisols from Hunan and Jiangxi. A good correlation between zeta potential and net surface charge of these soils was observed. Therefore, the magnitudes of the PZSE, IEP and zeta potential of these soils were in agreement with the weathering extent of the soils and can be employed as reference criteria for classification and evolution of soils.     

保护地不同灌溉方法表层土壤pH小尺度的空间变异

基于保护地定位灌溉试验,采用经典统计学和地统计学的方法,以网格取样方式采集不同灌溉方法(沟灌、滴灌、渗灌)表层土壤,研究微尺度下土壤pH值的空间变异特征及空间分布。结果表明:经6年灌溉,沟灌处理pH显著降低,沟灌和滴灌0～5cm土层土壤pH表现为中等空间自相关,而其5～10cm和渗灌0～5cm和5~10cm的土壤pH表现为弱空间相关,水分的供给方式和数量影响土壤pH的空间变异。     

Changes in soil pH due to the storage of soils

Abstract. The pH of soil samples was remeasured after storage for 20 years in the laboratory. The pH decreases were minor in acid to neutral soils (-0.3), but greater in alkaline soils (-0.63). The pH differences were statistically significant only for alkaline soils. The decreases of pH with time are probably mainly due to the decomposition of organic matter, the CO₂ produced, the hydroscopic water and the presence of CaCO₃.