本文關(guān)鍵詞： 界面反應(yīng) 離子特異性效應(yīng) 腐殖質(zhì) 團(tuán)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(tuán)聚體的破碎被認(rèn)為是土壤顆粒隨水遷移發(fā)生的開始。降雨過程中土壤團(tuán)聚體分散成小粒徑的微團(tuán)聚體顆粒或單粒,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(tuán)聚體的破碎程度是控制土壤顆粒水遷移強(qiáng)度直接而有效的手段。一直以來(lái),雨滴打擊等外部作用被普遍認(rèn)為是降雨引發(fā)團(tuán)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(qiáng)大的內(nèi)力作用才是主導(dǎo)團(tuán)聚體破碎的主要因素。實(shí)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(jī)質(zhì)的主要組成成份,被認(rèn)為是影響團(tuán)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(huì)對(duì)團(tuán)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(jià)的貢獻(xiàn),而忽略了同價(jià)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(jià)態(tài)不同離子在膠體顆粒相互作用中表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的離子特異性效應(yīng)。那么,這種效應(yīng)必然也會(huì)影響腐殖質(zhì)與礦物膠體顆粒之間的相互作用,從而對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性造成影響�；诖�,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(duì)腐殖質(zhì)-粘土團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響,進(jìn)而闡明其對(duì)粘粒水遷移強(qiáng)度的影響。本研究以蒙脫石粘土團(tuán)聚體為材料,用K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)四種陽(yáng)離子表征不同離子界面反應(yīng)特征,以團(tuán)聚體分散強(qiáng)度和粘粒水遷移強(qiáng)度來(lái)表征其對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性和粘土流失強(qiáng)度的影響,結(jié)果表明:(1)Na~+/K~+界面反應(yīng)對(duì)粘土團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,無(wú)論是否含有腐殖質(zhì),K~+體系中團(tuán)聚體穩(wěn)定性均強(qiáng)于Na~+體系的,并且兩體系中團(tuán)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(jì)算發(fā)現(xiàn),Na~+體系中顆粒的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)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(yuǎn)強(qiáng)于K~+體系。K~+體系中,隨腐殖質(zhì)含量的增加,團(tuán)聚體穩(wěn)定性增強(qiáng);Na~+體系中,雖然腐殖質(zhì)的增加也加強(qiáng)了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性,但團(tuán)聚體穩(wěn)定性并不與腐殖質(zhì)含量呈正比。通過測(cè)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(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn),離子的強(qiáng)極化作用對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性具有重要影響,其對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定作用明顯強(qiáng)于腐殖質(zhì)的作用,而離子強(qiáng)極化與腐殖質(zhì)的耦合效應(yīng)對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定作用要遠(yuǎn)強(qiáng)于二者單獨(dú)對(duì)團(tuán)聚體的穩(wěn)定作用。(2)Ca~(2+)/Mg~(2+)界面反應(yīng)對(duì)粘土團(tuán)聚體穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ca~(2+)、Mg~(2+)兩種二價(jià)陽(yáng)離子維系團(tuán)聚體穩(wěn)定性的能力也存在差異,Ca~(2+)體系中團(tuán)聚體穩(wěn)定性更高,通過計(jì)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(jìn)團(tuán)聚體的穩(wěn)定,反而促進(jìn)了團(tuán)聚體的分散,并且分散程度取決于顆粒電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。這似乎與現(xiàn)有理論推測(cè)相矛盾,其原因還有待于進(jìn)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(duì)比二價(jià)陽(yáng)離子與一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn),二價(jià)陽(yáng)離子維系團(tuán)聚體穩(wěn)定性的能力明顯強(qiáng)于一價(jià)陽(yáng)離子的。(3)Na~+/K~+體系中,粘粒水流遷移強(qiáng)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(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同濃度下的K~+體系。與Na~+/K~+體系中粘土團(tuán)聚體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性,蒙脫石團(tuán)聚體內(nèi)部的靜電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng),顆粒間的靜電排斥壓越高,粘土團(tuán)聚體穩(wěn)定性越差,粘粒水遷移強(qiáng)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(lái)的差異時(shí),粘粒水流遷移強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果才能與理論預(yù)測(cè)結(jié)果吻合。研究還發(fā)現(xiàn),團(tuán)聚體中的電場(chǎng)強(qiáng)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(gè)電場(chǎng)還可能通過對(duì)水合斥力的影響來(lái)影響粘粒的水流遷移強(qiáng)度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU442

【參考文獻(xiàn)】

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