Poorly crystalline iron and aluminium oxides contribute to the carbon saturation and sorption of dissolved organic carbon in the soil

Soil carbon (C) saturation implies an upper limit to a soil's capacity to store C depending on the contents of silt + clay and poorly crystalline Fe and Al oxides. We hypothesized that the poorly crystalline Fe and Al oxides in silt + clay fraction increased the C saturation and thus reduced the capacity of the soil to sorb additional C input. To test the hypothesis, we studied the sorption of dissolved organic carbon (DOC) on silt + clay fractions (<53 µm) of highly weathered oxic soils, collected from three different land uses (i.e., improved pasture, cropping and forest). Soils with high carbon saturation desorbed 38% more C than soils with low C saturation upon addition of DOC, whereas adsorption of DOC was only observed at higher concentration (>15 g kg^?1). While high Al oxide concentration significantly increased both the saturation and desorption of DOC, the high Fe oxide concentration significantly increased the desorption of DOC, supporting the proposition that both oxides have influence on the DOC sorption in soil. Our findings provide a new insight into the chemical control of stabilization and destabilization of DOC in soil.     

氮吸附法分析生物质焦孔隙结构

采用氮吸附法对4种生物质焦(稻壳、树叶、玉米秆、棉花秆)的孔隙结构进行测量,结果表明,不同种类焦样的比表面积和孔径分布有明显差别,树叶的比表面积最大,为242.21 m2·g-1,玉米秆的比表面积最小,为0.81 m2·g-1.850℃时,稻壳、树叶、玉米秆焦样的孔径分布曲线在微孔和中孔范围各有一个分布峰,而棉花秆焦样的孔径分布曲线只在中孔范围内出现一个分布峰.热解温度是影响孔隙结构的一个重要因素,在高温条件下,同步热解得到的焦样的比表面积较大,微孔较多.在本研究中,600℃、850℃的稻壳焦样和850℃的树叶焦样具有较大的比表面积,比较适合做吸附剂.     

Influence of the physical and chemical properties of soil on the retention process of isoxaflutole and its two main derivatives

Isoxaflutole is a new pre‐emergence herbicide for use in maize and sugarcane. Its two main derivatives are a diketonitrile derivative, the 2‐cyano‐3‐cyclopropyl‐1‐(2‐methanesulfonyl‐4‐trifluoromethylphenyl)propan‐1,3‐dione, named DKN, and a benzoic acid derivative, the 2‐methanesulfonyl‐4‐trifluoromethylbenzoic acid, named BA. The adsorption/desorption processes have never been studied for isoxaflutole (IFT) at high concentrations nor for BA, and the present work aimed at completing the knowledge of the behaviour of these three molecules in conditions close to those encountered in the context of agricultural use. The adsorption/desorption study was conducted on seven soils of different physical and chemical properties, using the batch equilibrium technique. During the experiments, IFT was chemically converted into DKN in a continuous manner. This reaction appeared to be dependent on the pH of the soil and was taken into account in the calculations of the adsorbed and desorbed amounts. The adsorption isotherms obtained were predominantly C‐shaped for IFT and DKN and S‐shaped for BA, but some differences appeared on a few soils. They fitted well the Freundlich equation, and the values of the Freundlich coefficient K_fa showed that, whatever the soil, IFT was more adsorbed than its two derivatives. The main parameter influencing the adsorption of IFT appeared to be the organic matter content, whereas this effect was not evident for DKN and BA. No correlation was found between the extent of adsorption and either clay content or pH of the soil, for the three molecules.     

基于不同分析方法研究磷酸根在矿物表面吸附机制的进展

磷素是植物生长必需的营养元素,也是联系生态系统中生物与非生物作用的关键元素。对磷酸根在矿物表面吸附反应机制的深入认识,有助于了解其在陆地和水环境中的形态、迁移、转化和生物有效性。本文主要综述了磷酸根在常见(土壤)矿物表面吸附机制的研究进展。各种分析技术或方法,如OH–释放量分析、Zeta电位分析(电泳迁移率测试)、等温滴定量热法、原子力显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、核磁共振波谱、X射线吸收光谱、表面络合模型、量子化学计算等,均以不同方式揭示磷酸根在不同矿物体系的吸附机制。磷酸根在矿物(尤其是铁、铝氧化物)表面的吸附通常伴随着水基和羟基的交换。一般认为磷酸根在矿物表面主要形成双齿双核、单齿单核内圈络合物,且受pH的影响较大。pH以及磷酸根在矿物表面的吸附密度影响内圈络合物的质子化状态。在低pH、高磷浓度、较高反应温度、较长吸附时间,以及弱晶质矿物吸附等条件下矿物表面吸附的磷可在矿物表面转化形成含磷的表面沉淀,造成矿物溶解转化以及磷生物有效性的进一步降低。最后展望了磷酸盐在矿物-水界面吸附有关的研究热点和方向。     

川西黄壤磷和氟在不同处理条件下的竞争吸附特征

本研究利用响应面模型分析不同比例生物质炭、初始p H、初始磷浓度以及初始氟浓度下川西黄壤磷和氟的竞争吸附特征,以为土壤氟固定和土壤施肥技术提供新思路。研究表明:在竞争作用下,不同处理条件对磷的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>pH>初始磷浓度>生物质炭比例;对氟的吸附量影响大小顺序为:初始氟浓度>初始磷浓度>pH>生物质炭比例。考虑到各因素之间的交互作用,根据响应面模型得出在pH、生物质炭比例、初始磷浓度、初始氟浓度等因素的共同影响下的最优反应条件为:p H 5.0、生物质炭比例2.9%、初始磷浓度144.0 mg/kg、初始氟浓度178.8 mg/kg,在此条件下模型预测的磷、氟的吸附量分别为949.6 mg/kg、1 622.0 mg/kg。     

嫁接幼苗正压气流导向方法及参数优化

负压吸附把持手具有对幼苗苗径变化适应性强、减少幼苗把持损伤的优点,但其难以实现对弯曲幼苗的自动吸附把持。针对上述问题,该研究提出了一种利用正压气流对弯曲幼苗进行导向的作业方法。以常见嫁接用黄瓜幼苗为代表进行研究,考察正压气流对纤细幼苗导向效果。首先进行了弯曲应力测定,结果表明,对于长轴平均直径为（1.82±0.07）mm、短轴平均直径为（1.47±0.02）mm的黄瓜幼苗在10 mm长度上矫正5 mm弯曲偏差时所需最大弯曲力平均值为（0.082±0.005）N;针对黄瓜幼苗进行了单管正压气流导向试验并进行高速摄影记录,结果表明,当正压气管内径为4 mm,负压把持手吸嘴口与正压气管口间距为25～30 mm,导向气压为0.3 MPa时,导向成功率为93.3%;为改善导向效果,对黄瓜幼苗进行双管正压气流导向试验,结果表明,在正压气管内径4 mm条件下,当负压把持手吸嘴口与正压气管口间距为20～25mm、导向气压为0.3 MPa时,黄瓜幼苗导向成功率为100%。该研究结果可为基于气力导向方法的幼苗把持作业提供技术参考。     

聚丙烯酸/板栗壳色素水凝胶吸附水中Pb(II)研究

利用板栗壳色素和丙烯酸合成水凝胶用于吸附水中的铅,分析合成工艺中板栗壳色素用量以及吸附工艺中溶液pH、初始浓度、吸附时间等因素对该水凝胶吸附Pb(II)性能的影响,探讨吸附动力学和吸附等温平衡特征。结果表明：底物配比以m_{板栗壳色素}∶m_丙烯酸=0.128为最好,此时所合成水凝胶对Pb(II)的吸附量是不加入板栗壳色素的聚丙烯酸水凝胶的1.263倍。该水凝胶具有三维网状结构,pH_pzc为4.2,氨基、羧基和羟基是Pb(II)的结合位点,适宜的吸附pH为5.6。吸附过程在120 min内达到平衡,符合准二级动力学模型,化学吸附是限速步骤。吸附平衡符合Langmuir等温线模型,最大单层饱和吸附容量达到315.6 mg/g。因此,聚丙烯酸/板栗壳色素水凝胶是一种很有应用潜力的Pb(II)吸附剂。     

BS-CTMAB复配修饰膨润土对苯酚的吸附

采用两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和阳离子表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复配修饰膨润土,通过批处理法研究了不同修饰比例、温度、pH和离子强度等条件下,复配修饰膨润土对苯酚的吸附规律和热力学特征,并探讨了其吸附机制。结果表明,CTMAB复配修饰显著增强了两性修饰膨润土对苯酚的吸附能力,30℃时吸附量呈现100BS+100CT(100%BS-12+100%CTMAB)100BS+50CT(100%BS-12+50%CTMAB)50BS+100CT(50%BS-12+100%CTMAB)100BS+150CT(100%BS-12+150%CTMAB)50BS+50CT(50%BS-12+50%CTMAB)100BS+25CT(100%BS-12+25%CTMAB)50BS+150CT(50%BS-12+150%CTMAB)50BS+25CT(50%BS-12+25%CTMAB)100BS(100%BS-12)50BS(50%BS-12)CK(原土)的顺序。当CTMAB复配修饰比例在0~100%CEC时,两性复配修饰土样对苯酚的吸附量随着修饰比例的增大而升高,而在100%~150%CEC阶段,吸附量则随CTMAB修饰比例的增大有所降低;修饰土样对苯酚吸附量随着温度、pH的升高而降低,在低浓度范围内,随着离子强度的增大而升高。Henry模型适用于描述苯酚在供试土样的吸附,供试土样对苯酚的吸附属于自发的物理吸附过程,吸附呈现焓减、熵增特征。     

土壤富里酸对镉的吸附特征与影响因素的研究

采用改进的连续电位滴定法,研究了土壤富里酸对重金属镉吸附量的主要影响因素。结果表明：富里酸溶液的pH值升高,吸附量增加;富里酸浓度升高,吸附量降低;pH值升高、富里酸浓度增大,吸附率增大。吸附量和pH值之间的关系可用自然对数方程进行拟合．同时富里酸浓度越小、镉离子浓度越高,方程的斜率越大,说明吸附量的大小同时与二者密切相关。分别用Linear方程、Fruendlich方程和Langmiur方程对富里酸一镉的吸附等温线进行拟合,结果发现,pH值大于5．0时,上述方程拟合均较好;pH值小于5．0时,只能用Langmiur方程拟合。富里酸对镉的吸附系数随着pH值的升高而降低。     

有机酸对Cu Pb Cd在土壤表面竞争吸附的影响

选择一种红壤和一种水稻土,研究低分子量有机酸对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在这2种土壤中竞争吸附的影响,并与单一体系中的结果进行比较。结果表明,由于柠檬酸和酒石酸与Cd(Ⅱ)形成络合物的稳定常数较小,2种有机酸对2种土壤中Cd(Ⅱ)的吸附均表现出促进作用,而且这种促进作用随有机酸初始浓度的增加而增大。酒石酸促进了红壤对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附,而且低pH下的促进作用大于高pH下的作用。pH4.2时酒石酸对水稻土吸附Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)有一定的促进作用;在pH5.2时酒石酸使水稻土对Cu(Ⅱ)的吸附量减小,但对Pb的吸附基本无影响。柠檬酸对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附的影响表现为峰形曲线,即吸附量随有机酸浓度的增加而增大,在某一浓度时达最大,然后逐渐减小。在较高浓度和较高pH下,柠檬酸对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附表现出一定程度的抑制作用,特别在水稻土中。由于红壤游离氧化铁的含量比水稻土高得多,有机酸对红壤吸附重金属离子的促进作用大于水稻土中的作用,相反有机酸对水稻土吸附重金属离子的抑制作用大于红壤中的作用。虽然在竞争条件下有机酸对某一重金属离子吸附的促进作用小于单一体系中的,但竞争条件下所有重金属离子吸附增量的总和大于单一体系中单个离子的吸附增量。在柠檬酸体系中,低pH下Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在单一体系中的吸附量高于竞争体系中的,但在高pH下结果相反,这主要与柠檬酸在不同pH下对重金属离子吸附的影响机理不同有关。