土壤中水合氧化物型表面的化学区分Ⅰ.表面电荷

本文研究了氧化物对土壤、粘土和合成无定形铝硅酸盐的表面电荷的贡献.结果表明,水合氧化物型表面可进一步区分为电荷性质完全不同的两类亚表面.在所研究的样本中,氧化铁和氧化铝是带可变正电荷的亚表面,而氧化硅是带可变负电荷的亚表面.     

土壤胶体中氧化物表面性质的初步研究

我们以蒙脱石为对照,测定了以水合氧化物型表面为主的试样四个方面的表面性质:电荷零点(ZPC)、滴定曲线、羟基释放量及不同pH条件下对NH₄⁺和Cl^-的吸附。结果表明,在pH 4—9范围内,氧化物型表面提供可变正电荷1—8 meq/100g,提供可变负电荷3—15meq/100g;三二氧化物使土壤的ZPC升高,而永久负电荷和有机质使土壤的ZPC降低。作为粘土酸,氧化物表面的酸性较弱,其表面质子逐步解离,使滴定曲线不出现突跃。氧化物表面的羟基和水合基密度很高,增加了土壤对离子的专性吸附能力。土壤中常见的氧化物型表面主要来自Fe,Al氧化物及非品质矿物,就它们的化学式而言,主要有Si—OH、Fe—OH及Al—OH,它们可存在于同一土壤中,在土壤常见的pH范围内,具有低ZPC的Si—OH亚表面提供可变负电荷,具有高ZPC的Fe—OH和Al—OH亚表面提供可变正电荷。     

两种夏威夷热带土壤的表面电荷特征

本文研究了典型三水铝矿腐殖质氧化土(Hadii Soil)和水化不饱和火山灰始成土(Maile Soil)的表面电荷特征。测出Maile粉砂壤土的比表面比Halii粉砂粘土的比表面将近要大一倍。Maile粉砂壤土的表面电荷零点(pH₀)为5.90,Halii粉砂粘土的pH₀为4.55;钙离子的吸附使土壤的pH₀移至较低值,硫酸根离子的吸附使pH₀移至较高值。Maile粉砂壤土的pH₀>ZPNC(净电荷零点),Halii粉砂粘土的pH₀<ZPNC。根据Uehara和Gillman^[12]表面电荷模式,Halii粉砂粘土带永久净正电荷,Maile粉砂壤土带永久净负电荷。     

土壤胶体表面羟基释放的初步研究

土壤中铁、铝、硅等氧化物及其水合物表面属可变电荷表面,或称恒电位表面。层状硅铝酸盐边缘裸露的铝醇基(Al—OH)和硅醇基(Si—OH)也具有氧化物的表面性质^[10,21]。这些胶体表面的特点是含有羟基(—OH)和水合基(—OH₂),其表面吸附或解离质子都受介质的pH所决定。     

土壤中可变电荷表面磷的解吸特性

本文研究了土壤中可变电荷表面磷的解吸特性。结果表明,磷解吸量与吸附量成正相关,并与直线方程和指数方程拟合。其平均解吸百分数依次为:高岭石(66%)>无定形硅酸铝(60%)>砖红壤粘粒(55%)>>无定形氧化铁(29%)>三水铝石(23%)>>火山灰粘粒(9%)。解吸体系的pH是借对磷酸根质子的解离和表面电荷的影响而制约解吸量。F^-和OH^-离子对磷酸盐化的三水铝石连续解吸的结果表明,磷酸根和氟离子在三水铝石表面的吸附量或剩余量之和均较为接近,这揭示了H₂PO₄^-和F^-离子之间既竞争又相互补充表面空位。它可作为一种区分磷吸附形态和沉淀的定量方法来进一步研究。     

中南地区几种土壤的表面电荷特性Ⅲ.土壤的电荷量,电荷零点(PZC)和净电荷零点(PZNC)

研究了中南地区3种土壤的电荷量、电荷零点(PZC)和净电荷零点(PZNC)等表面电荷性质及其与土壤矿质组成的关系.结果表明:(1)从赤红壤、红壤到黄棕壤,永久负电荷量(CECp)趋于增大,主要与土壤的粘土矿物组成和粘粒含量有关;可变负电荷量(CECv)变异趋势不明显,主要与土壤氧化铁铝的组成及含量有关;可变负电荷量占负电荷总量的比例趋于降低;正电荷量趋于减小.(2)供试赤红壤、红壤和黄棕壤的PZC分别为3.90、3.35～3.50和2.96～3.12;赤红壤和红壤的PZNC分别为3.85和2.15～2.84,黄棕壤不存在PZNC.(3)初步提出可变电荷土壤表面电荷性质的指标为:PZC>3.0、PZNC>2.0、PZC朠ZNC<1.0和CECv/CEC8.2>0.4.     

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。     

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     

土壤电化学性质的研究——Ⅹ.红壤胶体的表面性状和离子专性吸附对表面电荷性质的影响

根据可变电荷和永久电荷共存的土壤体系的模式,研究了一个砖红壤和一个红壤胶体的表面电荷特性。由于两种土壤胶体的矿物成分和铁铝氧化物的含量不同,砖红壤胶体的pH。值、ZPNC和IEP都高于红壤胶体者。红壤胶体的永久负电荷量多,其pH₀与ZPNC的差值也大。土壤加3%的有机质淹水培育4个月后,胶体的腐殖质含量增加不足0.5%,对胶体的pH₀的影响不明显。砖红壤胶体用磷酸盐或硅酸盐处理后,表面正电荷减少,负电荷增多,pH₀值和IEP都降低。磷酸盐的效应较硅酸盐为甚。不同浓度的KCl溶液中存在少量SO₄^2-时,砖红壤胶体的正电荷减少,负电荷增加,ZPNC和pH₀值降低;如存在少量Ca²⁺,则pH₀值升高。以单一的K₂SO₄、为支持电解质时,pH₀值较KCl者为高。     

高温高压间歇灭菌对中国典型土壤性质的影响

以中国8种典型土壤(砂质潮土、壤质潮土、黄泥土、乌栅土、红壤、红黏土、赤红壤和砖红壤)为代表,首先比较土壤高温高压间歇灭菌前后细菌、真菌、放线菌的数量,以评估灭菌效果,其次评价灭菌前后主要土壤性质的变化,包括土壤有机质(OM)、比表面积(SSA)、pH、阳离子交换量(CEC)、游离铁铝氧化物(Fed、Ald)、电荷零点(ZPC)。结果表明,该方法可以达到理想的灭菌效果,对部分理化性质则会造成一定的影响。除砂质潮土和红壤高温高压灭菌后OM含量显著增加外,其他6种土壤的OM含量受该灭菌方法的影响不大;酸性和有机质含量高的土壤,pH受高温高压灭菌影响较大,而碱性和有机质含量低的土壤则影响不大;所有供试土壤的SSA均显著降低,而CEC和Fed,Ald没有显著变化;4种可变电荷土壤中,红黏土、赤红壤和砖红壤的电荷零点(ZPC)没有变化,而红壤的ZPC则显著降低,且未出现于本研究测定的pH范围内(pH2.5~8)。由于土壤是一个复杂的多物质体系,受高温高压灭菌导致其性质变化还有待进一步的研究。     

中国南亚热带乡土针阔树种人工林土壤不同形态铁铝氧化物对有机碳含量的影响

[目的] 探究南亚热带地区乡土针阔树种人工林土壤不同形态铁铝氧化物对土壤有机碳含量的作用特征,为深入理解该地区乡土树种人工林土壤有机碳积累机理提供科学依据。[方法] 以位于广西壮族自治区凭祥市的中国林业科学研究院林业试验中心的马尾松(Pinus massoniana)纯林、格木(Erythrophleum fordii)纯林和马尾松—格木混交林3个乡土针阔树种人工林为研究对象,应用电感耦合等离子体发射光谱仪以及重铬酸钾法分别测定各林分不同土层(0—20,20—40,40—60 cm)土壤铁铝氧化物含量和有机碳含量,采用方差分析法检验各观测指标在不同林分不同土层间的差异性,利用Pearson相关分析法探讨土壤不同形态铁铝氧化物与有机碳之间的关系。[结果] 马尾松—格木混交林土壤有机碳含量显著高于马尾松林和格木林,且3个林分土壤有机碳含量均随土层深度增加而减少;3个人工林土壤中各形态铁铝氧化物含量总体表现为：游离态氧化铁(Fe_d)＞游离态氧化铝(Al_d)＞无定形氧化铁(Fe₀)＞无定形氧化铝(Al_o)＞络合态氧化铁(Fe_p)＞络合态氧化铝(Al_p);土壤Fe_d与土壤有机碳含量显著负相关(p＜0.05),而土壤Fe_o,Fe_p和Al_p与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(p＜0.05)。[结论] 南亚热带乡土针阔树种人工林土壤Fe_d含量高,因而增强了土壤有机碳的矿化能力,Fe_o,Fe_p和Al_p含量虽少,但有助于提升土壤有机碳的固持与稳定。     

SURFACE CHARGE CHARACTERISTICS OF SOILS IN CENTRAL AND SOUTHERN CHINA

研究了中南地区3种土壤的电荷量、电荷零点（PZC）和净电荷零点（PZNC）等表面电荷性质及其与土壤矿质组成的关系。结果表明（1）从赤红壤、红壤到黄棕壤,永久负电荷量（CECp）趋于增大,主要与土壤的粘土矿物组成和粘粒含量有关;可变负电荷量（CECv）变异趋势不明显,主要与土壤氧化铁铝的组成及含量有关;可变负电荷量占负电荷总量的比例趋于降低;正电荷量趋于减小。（2）供试赤红壤、红壤和黄棕壤的PZC分别为3.90、3.35～3.50和2.96～3.12;赤红壤和红壤的PZNC分别为3.85和2.15～2.84,黄棕壤不存在PZNC。（3）初步提出可变电荷土壤表面电荷性质的指标为PZC>3.0、PZNC>2.0、PZC朠ZNC<1.0和CECv/CEC8.2>0.4。     

中南地区几种土壤的表面电荷特性 Ⅲ.土壤的电荷量,电荷零点(PZC)和净电荷零点(PZNC)

研究了中南地区３种土壤的电荷量,电荷零点和净电荷零点等表面电荷性质及其与土壤矿物组成的关系,结果表明：（１）从赤红壤,红壤到黄棕壤,永久负电荷量趋于增大,主要与土壤的粘土矿物组成和粘粒含量有关,可变负电荷量变异有明显,     

雷州半岛玄武岩发育土壤的表面电荷性质与土壤发育程度的关系

<正>热带、亚热带地区的可变电荷土壤由于遭受强烈的风化和淋溶作用并富含铁铝氧化物,其表面化学性质与温带地区的恒电荷土壤显著不同。其中最重要的差别在于这类土壤的表面电荷随着pH等环境条件的改变而变化[1]。过去对我国南方可变电荷土壤的表面电化学性质已开展了比较多的研     

氧化铁的存在方式对土壤和黏土矿物胶体动电电位的影响

土壤表面带有电荷是土壤胶体的基本特征,也是土壤具有保肥能力的主要原因。可变电荷土壤由于矿物组成的特点,其表面电荷特征与恒电荷土壤有很大不同。在通常的pH条件下这类土壤中的硅酸盐矿物带负电荷,而铁、铝氧化物带正电荷,因此,可变电荷土壤中存在两类带相反电荷的胶体颗粒,两者之间存在相互作用。Qafoku和Sumner[1]发现当用很稀的CsCl溶液(0.5mmol L-1)对美国老成土进行淋溶实验时,淋出液中Cs+和Cl-的浓度在开始阶段几乎保持不变,而且较加入的淋溶液低很多,淋出液的电导率(EC)较加入的淋溶液的电导率也低得多。此现象无法用传统的离子交换理论和形成离子对模型来解释,他们提出可变电荷     

水解聚丙烯腈对土壤氮磷影响的初步研究

水解聚丙烯腈是一种土壤结构改良剂,它具有大量的活性功能基,如羧基(-COOH),胺基(-NH₂),酰胺基(-CONH₂)等等.这些活性功能基在溶液中离解,产生剩余价键,使聚合物离解成具有许多活性点的带电荷的离子.这种具有大量活性功能基的土壤结构改良剂,在土壤介质这一分散系统中,引起土壤胶体和金属离子发生一系列复杂的化学、物理化学、胶体化学变化和力学作用,使分散的土粒形成具有水稳性团粒结构的土壤,使土壤容重降低,土壤总孔隙度增加,有效地防止土壤板结龟裂^[2,3],对作物出苗和根系发育有良好的作用^[6].     

我国几种主要土壤胶体的NH4+吸附特征

本文讨论我国几种主要土壤胶体的NH₄⁺吸附特征。土壤胶体对NH₄⁺的吸附符合两种表面Langmuir方程。土壤胶体对NH₄⁺的结合能力强弱顺序是:黄棕壤>黑土、(土娄)土>红壤>砖红壤,而NH₄⁺的解吸率大小顺序与此相反。Langmuir吸附方程参数K₁与土壤胶体的粘粒矿物组成有关,并与土壤胶体对NH₄⁺的相对偏好性(A值)呈正相关。Langmuir参数(M₁+M₂)与土壤胶体的CEC呈正相关,去有机质(OM.)前后△K₁与△OM.呈反相关。去有机质可增加土壤胶体对NH₄⁺的偏好性。土壤胶体的NH₄⁺吸附和解吸特征决定于其组成和表面性质,并受有机无机复合作用的影响。永久电荷吸附位对NH₄⁺的偏好性较强,而可变电荷吸附位则较弱。     

可变电荷土壤对SO42-的吸附

本文研究了三种带可变电荷的红壤在恒定pH和Cl^-离子存在条件下对SO₄^2-的吸附.三种红壤的OH^-释放量分别仅占SO₄^2-吸附量的12%,14%和20%.砖红壤在pH5.0时的电荷变化占所吸附的SO₄^2-的64-82%.作者认为大部分SO₄^2-以置换水合基的方式被吸附.     

应用Multi-Langmuir模型评价土壤的表面电荷特性

用返滴定技术测定土壤的可变电荷量(Qv),应用Muti-Langmuir模型评价土壤的表面电荷特性。结果表明,黄壤和黄棕壤可变电荷量的变化范围在0～45cmolkg-1,红壤为0～21cmolkg-1,砖红壤和赤红壤为0～14cmolkg-1。可变电荷量(Qv)依赖土壤悬液的pH,3点位模型能很好地描述6种土壤的可变电荷量随pH的变化关系;黄壤、黄棕壤、湖南红壤、江西红壤、赤红壤和砖红壤的pK1分别为4.45、4.46、4.76、4.62、4.66和4.74,可变电荷量Qv1分别为11.7、9.64、9.31、7.14、4.86和5.95cmolkg-1。黄壤和黄棕壤pK1较红壤、砖红壤和赤红壤约低0.3。pK1与ZPC呈现极显著的线性关系,可变电荷量(Qv(i))与有机质含量呈极显著的正相关。     

土-水体系中电导频散的影响因素

用红壤、赤红壤和砖红壤3种土壤胶体,测定胶体悬液在不同频率时的电导和直流电导,用以观察频散现象。结果表明,各种胶体的电导频散能力因土壤类型而异,红壤最强,赤红壤次之,砖红壤最弱。呈现明显频散所需要的频率,红壤和赤红壤为10千赫左右,砖红壤约为100千赫。可变电荷土壤的类型对电导频散的影响与土壤胶体所带的电荷总量密切相关。对于同一种胶体,悬液相对电导率(某一频率时的电导率与300赫时的电导率之比)随胶体浓度的增加而变大。红壤悬液在各种电解质存在时的电导频散曲线的形状不同,其中KCl者为一斜上直线,Ca(NO₃)₂,和CaCl₂,者则为上翘的曲线。在1到100千赫之间,频散的顺序为:KCl>Ca(NO₃)₂>CaCl₂。呈现明显频散所需要的频率,对KCl者为1千赫左右,Ca(NO₃)₂者约为10千赫,CaCl₂者高达100千赫左右。在同一频率下,红壤胶体悬液的相对电导率随KCl溶液浓度的增加(10^-5—10^-3mol/L)而减小。