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我国南方热带、亚热带地区分布大面积的可变电荷土壤,这一地区水热资源丰富,因此这类土壤是我国的重要土壤资源。可变电荷土壤在形成过程中遭受强烈的风化和淋溶作用,其粘土矿物组成和表面化学性质均不同于温带地区的恒电荷土壤。虽然过去已对可变电荷土壤的表面电化学特征开展了比较多的研究,但对这类土壤发生和发育过程中土壤表面电化学性质的演变规律的了解还不深入。
本文首先选择含氧酸根阴离子铬酸根,研究它在两种铁铝土和一种富铁土表面的吸附和解吸行为,应用自动电位滴定装置比较了铬酸根吸附后的羟基释放动力学,探讨了铬酸根在可变电荷土壤表面的吸附机制。结果表明,铬酸根在可变电荷土壤表面可同时发生静电和专性两种吸附,两者的相对贡献随土壤游离氧化铁的变化而改变。铬酸根吸附使可变电荷土壤胶体()电位-pH曲线向负值方向位移,说明铬酸根在可变电荷土壤表面形成内圈型络合物。铬酸根吸附过程中有羟基释放,进一步说明铬酸根与可变电荷土壤表面羟基发生了配位体交换反应,2-60min内的羟基释放曲线可以用Elovich方程进行拟合,说明羟基释放速率随时间增加而减小。
用恒pH自动电位滴定装置系统研究了氟离子、磷酸根和铬酸根在3种可变电荷土壤表面吸附过程中羟基释放动力学。结果表明,3种阴离子在可变电荷土壤表面吸附时羟基释放量的大小顺序为:氟离子>磷酸根>铬酸根,这一顺序与土壤对3种阴离子吸附量的大小顺序一致。pH对不同阴离子体系中羟基释放的影响不同,在F-体系中,pH5.0时羟基释放量最高,铬酸根体系中羟基释放量随pH的增加而减小,pH对磷酸根体系中羟基释放的影响较小。Elovich方程(Y=a+kln(t))能够很好拟合2-60 min之间的释放动力学数据。
研究了采自江西进贤、湖南长沙、广西柳州和贵州贵阳发育于第四纪红色黏土的几种可变电荷土壤的黏土矿物组成和表面电荷性质。结果表明,广西富铁土壤发育程度最高,黏土矿物以高岭石为主,不含2:1型黏土矿物,其它三种土壤中除高岭石外,还含有一定量的水云母和蛭石。当pH小于5.0时,四种土壤表面正电荷量的大小顺序为:广西富铁土兰贵州淋溶土>江西富铁土兰湖南富铁土,这与土壤中游离氧化铁含量的大小顺序一致。广西富铁土表面负电荷数量远低于其它三种土壤。剖面不同层次的测定结果表明,土壤表面正电荷量随采样深度的增加而增加,表面负电荷呈相反的变化趋势。广西富铁土的盐效应零点(PZSE)最高(4.05),其他3种土壤的PZSE数值的差异不大,在3.52-3.65之间。不同土壤及同一土壤剖面的不同层次之间,土壤胶体()电位随pH的变化趋势与土壤净电荷随pH的变化趋势一致,()电位与表面净电荷之间存在很好的相关性。
分析了海南岛北部不同年代喷发的玄武岩发育土壤的黏土矿物组成,发现土壤中2:1型黏土矿物的含量随母岩喷发年龄的增加而减少,高岭石和三水铝石呈相反的变化趋势。比较了雷州半岛和海南岛北部不同年代喷发的玄武岩发育土壤的全铁和游离铁含量、铁游离度和CEC(阳离子交换量),测定它们的表面电荷和()电位。结果表明,土壤全铁随母岩年龄的增加无明显变化,但土壤游离铁含量和铁的游离度随母岩年龄增加而明显增加。随着母岩年龄增加,土壤表面正电荷增加,表面负电荷和净电荷减少,土壤胶体悬液()电位-pH曲线均向正值方向位移,表面净电荷与()电位随pH的变化趋势一致。相关分析结果表明,土壤游离铁和铁的游离度与母岩年龄间存在很好的线性相关,铁的游离度与母岩年龄间的相关性更高。土壤CEC随母岩年龄增加而降低,土壤胶体IEP呈相反变化趋势。