本文關(guān)鍵詞： 界面反應(yīng) 離子特異性效應(yīng) 腐殖質(zhì) 團聚體 顆粒遷移　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：土壤顆粒隨水遷移常引發(fā)水土流失、農(nóng)田面源污染等一系列生態(tài)與環(huán)境問題,其中團聚體的破碎被認為是土壤顆粒隨水遷移發(fā)生的開始。降雨過程中土壤團聚體分散成小粒徑的微團聚體顆�；騿瘟�,這些小的土壤顆粒經(jīng)濺蝕作用、雨水沖刷等作用發(fā)生遷移,造成土壤流失。因此,控制團聚體的破碎程度是控制土壤顆粒水遷移強度直接而有效的手段。一直以來,雨滴打擊等外部作用被普遍認為是降雨引發(fā)團聚體破碎的主導(dǎo)作用,然而,最近研究指出,相比于經(jīng)典侵蝕理論中的各種外力作用,土壤膠體顆粒間強大的內(nèi)力作用才是主導(dǎo)團聚體破碎的主要因素。實際上我們看到的土壤“干土凝聚成塊、濕土分散成�！钡暮暧^現(xiàn)象全都是基于土粒間各種內(nèi)在相互作用力差異的外在表現(xiàn)。腐殖質(zhì)作為土壤中有機質(zhì)的主要組成成份,被認為是影響團聚體穩(wěn)定性的重要因素。腐殖質(zhì)粒徑大小介于100-500 nm,與大多數(shù)土壤礦物一樣屬于典型的土壤膠體顆粒,所以,腐殖質(zhì)與礦物之間的凝聚本質(zhì)上是膠體顆粒間的凝聚,二者之間的相互作用必然會對團聚體穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。經(jīng)典的DLVO理論只考慮了離子界面反應(yīng)中離子濃度和化合價的貢獻,而忽略了同價離子間顆粒相互作用的差異,即離子的特異性效應(yīng)。已有研究表明,同價態(tài)不同離子在膠體顆粒相互作用中表現(xiàn)出了強烈的離子特異性效應(yīng)。那么,這種效應(yīng)必然也會影響腐殖質(zhì)與礦物膠體顆粒之間的相互作用,從而對團聚體穩(wěn)定性造成影響。基于此,本研究將從膠體顆粒相互作用出發(fā),探討基于不同離子界面反應(yīng)下土壤顆粒間相互作用力的差異,闡明其對腐殖質(zhì)-粘土團聚體穩(wěn)定性的影響,進而闡明其對粘粒水遷移強度的影響。本研究以蒙脫石粘土團聚體為材料,用K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)四種陽離子表征不同離子界面反應(yīng)特征,以團聚體分散強度和粘粒水遷移強度來表征其對團聚體穩(wěn)定性和粘土流失強度的影響,結(jié)果表明:(1)Na~+/K~+界面反應(yīng)對粘土團聚體穩(wěn)定性影響的實驗結(jié)果表明,無論是否含有腐殖質(zhì),K~+體系中團聚體穩(wěn)定性均強于Na~+體系的,并且兩體系中團聚體穩(wěn)定性之間的差異隨電解質(zhì)濃度的降低而增大。通過計算發(fā)現(xiàn),Na~+體系中顆粒的電場強度遠高于同濃度下的K~+體系,相應(yīng)地Na~+體系中粘粒間靜電排斥力遠強于K~+體系。K~+體系中,隨腐殖質(zhì)含量的增加,團聚體穩(wěn)定性增強;Na~+體系中,雖然腐殖質(zhì)的增加也加強了團聚體的穩(wěn)定性,但團聚體穩(wěn)定性并不與腐殖質(zhì)含量呈正比。通過測定顆粒zeta電位發(fā)現(xiàn),兩體系中顆粒zeta電位隨腐殖質(zhì)含量的增加而增大,Na~+體系中的zeta電位均高于同濃度下K~+體系的,與Na~+/K~+體系中顆粒的表面電位具有一致性。通過比較界面反應(yīng)中離子非經(jīng)典極化效應(yīng)與腐殖質(zhì)對團聚體穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn),離子的強極化作用對團聚體穩(wěn)定性具有重要影響,其對團聚體的穩(wěn)定作用明顯強于腐殖質(zhì)的作用,而離子強極化與腐殖質(zhì)的耦合效應(yīng)對團聚體的穩(wěn)定作用要遠強于二者單獨對團聚體的穩(wěn)定作用。(2)Ca~(2+)/Mg~(2+)界面反應(yīng)對粘土團聚體穩(wěn)定性影響的實驗結(jié)果表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)兩種二價陽離子維系團聚體穩(wěn)定性的能力也存在差異,Ca~(2+)體系中團聚體穩(wěn)定性更高,通過計算考慮離子非經(jīng)典極化效應(yīng)下的粘粒表面電位和靜電排斥力發(fā)現(xiàn),相同條件下Ca~(2+)體系中的表面電位和靜電排斥力均低于Mg~(2+)體系的。研究還發(fā)現(xiàn),Ca~(2+)/Mg~(2+)體系中腐殖質(zhì)的加入并沒有促進團聚體的穩(wěn)定,反而促進了團聚體的分散,并且分散程度取決于顆粒電場強度的大小。這似乎與現(xiàn)有理論推測相矛盾,其原因還有待于進一步揭示。其可能的原因之一是,Ca~(2+)/Mg~(2+)可能導(dǎo)致了腐殖質(zhì)分子間的凝聚,從而減少了腐殖質(zhì)與粘粒的接觸面積。對比二價陽離子與一價陽離子對團聚體穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn),二價陽離子維系團聚體穩(wěn)定性的能力明顯強于一價陽離子的。(3)Na~+/K~+體系中,粘粒水流遷移強度存在明顯的離子特異性效應(yīng),Na~+體系中粘土顆粒遷移強度遠遠大于同濃度下的K~+體系。與Na~+/K~+體系中粘土團聚體穩(wěn)定性實驗結(jié)果具有一致性,蒙脫石團聚體內(nèi)部的靜電場強度越強,顆粒間的靜電排斥壓越高,粘土團聚體穩(wěn)定性越差,粘粒水遷移強度就越大。研究發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)離子界面反應(yīng)中考慮離子非經(jīng)典極化作用帶來的差異時,粘粒水流遷移強度的實驗結(jié)果才能與理論預(yù)測結(jié)果吻合。研究還發(fā)現(xiàn),團聚體中的電場強度主要通過顆粒間的靜電排斥力影響粘粒水遷移,但在低電解質(zhì)濃度下,這個電場還可能通過對水合斥力的影響來影響粘粒的水流遷移強度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU442

【參考文獻】

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本文編號：1509873