發(fā)布時(shí)間：2020-10-22 06:24

　　 土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性直接或間接地影響土壤中熱、水、氣和養(yǎng)分的調(diào)節(jié),水土流失和農(nóng)田面源污染的發(fā)生等等。提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性是提高土壤肥力、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、控制農(nóng)田面源污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。長(zhǎng)期以來(lái),學(xué)術(shù)界認(rèn)為降水引發(fā)土壤團(tuán)聚體的破壞主要原因是雨滴對(duì)團(tuán)聚體的撞擊作用力,而一直忽略土壤內(nèi)部的各種作用力對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響。土壤主要由納米級(jí)到微米級(jí)的顆粒組成。介觀尺度下,土壤顆粒間的相互作用主要受水合斥力、靜電斥力和范德華引力的影響,其凈合力決定了土壤膠體體系的凝聚和分散。Hofineister效應(yīng)又稱特殊離子效應(yīng),該效應(yīng)對(duì)土壤中的靜電場(chǎng)強(qiáng)度將產(chǎn)生重大影響,從而影響土壤顆粒間的靜電相互租用,因此必對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定和分散產(chǎn)生影響。但此效應(yīng)一直沒(méi)有引起土壤學(xué)界的足夠重視。因此,本研究以恒電荷土壤-紫色土與可變電荷土壤-黃壤作為供試土壤,以團(tuán)聚體破裂后釋放出的10μm、5μm和2μm的土粒(含微團(tuán)聚體)數(shù)量來(lái)定量表征團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,以土壤溶液中的離子構(gòu)成差異來(lái)表征特殊離子效應(yīng),研究了特殊離子效應(yīng)對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明： (1)紫色土團(tuán)聚體的穩(wěn)定性存在很強(qiáng)的陽(yáng)離子特殊離子效應(yīng)。在各個(gè)電解質(zhì)濃度下,鉀團(tuán)聚體要比鈉團(tuán)聚體穩(wěn)定。比如,鈉離子體系中團(tuán)聚體破壞釋放的小于10、5和2微米的土壤顆粒(含微團(tuán)聚體)的數(shù)量分別是鉀體系的釋放量的4～5倍、5～11倍和5～8倍。因此,鈉體系中土壤團(tuán)聚體發(fā)生了猛烈的破裂過(guò)程,而鉀體系的團(tuán)聚體只發(fā)生了輕度的分散過(guò)程。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),鉀/鈉團(tuán)聚體的穩(wěn)定性差異隨電解質(zhì)濃度的降低而急劇增加,該結(jié)果否定了基于離子水合作用和色散力的Hofineister效應(yīng)的理論解釋。本研究指出,土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的這種差異可能來(lái)自于土壤電場(chǎng)對(duì)離子核外電子的量子漲落的放大作用。當(dāng)電解質(zhì)濃度越低時(shí),土壤電場(chǎng)越強(qiáng),鉀/鈉離子間核外電子的量子漲落差異被此電場(chǎng)放大,最終導(dǎo)致低電解質(zhì)濃度時(shí)鉀/鈉團(tuán)聚體的穩(wěn)定性的差異更大。雖然本文只研究了鉀、鈉兩種離子的效應(yīng),但其結(jié)論表明“特殊離子效應(yīng)”將普遍性地對(duì)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。 (2)黃壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性存在很強(qiáng)的陰離子特殊離子效應(yīng)。鉀肥中不同陰離子,特別是不同的磷酸根離子將使團(tuán)聚體穩(wěn)定性呈現(xiàn)很大差異,因此磷肥使用所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題將是多重性的。研究發(fā)現(xiàn),Cl-使黃壤團(tuán)聚體具有良好的穩(wěn)定性,而H2PO4-與HPO42-則使團(tuán)聚體發(fā)生了劇烈的分散作用,團(tuán)聚體破裂后釋放出了大量的＜10μm、＜5μm、＜2μm土壤顆粒,而且HPO42-比H2PO4-更能顯著地降低團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn),(1)不論是H2PO4-還是HPO42-,團(tuán)聚體破裂后釋放出來(lái)的＜10μm、＜5μm、＜2μm的顆粒百分含量都隨著電解質(zhì)濃度的增加而降低,而且在相同電解質(zhì)濃度下HPO42-體系所釋放出的各粒徑土粒數(shù)量都顯著高于H2PO4-體系;(2)與Cl-體系比較,H2PO4-與HPO42-都顯著提高了土壤顆粒的Zeta電位,而相同電解質(zhì)濃度下HPO42-體系中土粒的Zeta電位值遠(yuǎn)高于H2PO4-體系中的Zeta電位值,因此H2PO4-特別是HPO42-的專性吸附顯著提高了土壤顆粒的表面負(fù)電荷密度。上述研究結(jié)果使我們得出如下重要結(jié)論：(1)肥料中的磷酸根離子可能顯著地降低可變電荷土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性；(2)土粒間的靜電場(chǎng)是團(tuán)聚體失去穩(wěn)定性的根本原因；(3)H2PO4-特別是HPO42-的專性吸附將顯著增強(qiáng)土壤電場(chǎng),從而降低團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。本研究還發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚體穩(wěn)定性中兩個(gè)重要的臨界值：濃度臨界值和Zeta電位臨界值。10-3mol/L是電解質(zhì)濃度的臨界值,-30mV是Zeta電位的臨界值。當(dāng)電解質(zhì)濃度低10-3mol/L或Zeta電位高于-30mV時(shí),進(jìn)一步降低電解質(zhì)濃度或進(jìn)一步升高zeta電位,團(tuán)聚體穩(wěn)定性急劇下降。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X144
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 土壤團(tuán)聚體的形成
    1.2 影響土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的因素
        1.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)
        1.2.2 土地利用
        1.2.3 土壤生物
    1.3 土壤團(tuán)聚體分散破裂機(jī)制
    1.4 介觀尺度下土壤顆粒的內(nèi)部相互作用機(jī)理
        1.4.1 土壤帶電情況
        1.4.2 介觀尺度下土壤顆粒間的相互作用力
        1.4.3 DLVO理論
    1.5 特殊離子效應(yīng)
    1.6 結(jié)語(yǔ)
第2章 研究方案與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    2.1 研究方案
        2.1.1 研究目標(biāo)
        2.1.2 研究?jī)?nèi)容
        2.1.3 技術(shù)路線
    2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.2.2 樣品處理與土壤團(tuán)聚體的制備
        2.2.3 供試土樣團(tuán)聚體分散的定量測(cè)定
        2.2.4 Zeta電位的測(cè)定
第3章 土壤顆粒表面電化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定
    3.1 供試土壤陽(yáng)離子交換量與比表面積
    3.2 土壤顆粒表面電化學(xué)性質(zhì)
        3.2.1 土壤顆粒的表面電位
        3.2.2 土壤顆粒的表面電場(chǎng)強(qiáng)度
第4章 特殊離子效應(yīng)對(duì)恒電荷紫色土團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
    4.1 不同一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)紫色土團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
    4.2 特殊離子效應(yīng)對(duì)表面電位的影響
    4.3 特殊離子效應(yīng)對(duì)相鄰顆粒間靜電排斥壓強(qiáng)的影響
    4.4 不同二價(jià)陽(yáng)離子對(duì)紫色土團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 特殊離子效應(yīng)對(duì)可變電荷土壤-黃壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
+化學(xué)肥料中Cl^-,H₂PO4
-,HPO4
2-對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響'>    5.1 K⁺化學(xué)肥料中Cl^-,H₂PO4
-,HPO4
2-對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
-,H₂PO4
-,HPO4
2-對(duì)土壤顆粒Zeta電位的影響'>    5.2 Cl^-,H₂PO4
-,HPO4
2-對(duì)土壤顆粒Zeta電位的影響
    5.3 團(tuán)聚體穩(wěn)定性與Zeta電位之間的關(guān)系
+化學(xué)肥料中Cl^-,H₂PO4
-,HPO4
2-對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響'>    5.4 Na⁺化學(xué)肥料中Cl^-,H₂PO4
-,HPO4
2-對(duì)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
參與科研及論文發(fā)表情況

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