酸化土壤中养分离子的淋失机理及金属离子反应动力学

摘要

论文紧扣中国土壤酸化过程中的肥力退化及环境问题,采用土柱淋溶和流动搅动的动力学方法研究土壤酸化过程中养分的淋失机制及重金属反应动力学规律,取得的主要结果和重要结论如下:1、设计一套流动搅动法的动力学实验装置,其优点是溶液与土壤充分混合;解吸下来的离子迅速流出;解决了颗粒堵塞问题;一次实验能获取大量数据;且数控计滴自动部分收集器的设计取样时间间隔稳定,保证以恒定的流速(或流量)自动收集流出液.2、利用该文设计的动力学装置能很好地研究K<'+>的吸附动力学,其中以一级动力学方程和Elovich方程为最优模型;pH2.5、pH3.5、pH4.5和pH5.6的表观平衡吸附量分别为0.47、1.68、1.97、2.24mmol/kg,表观吸附速率常数分别为0.085、0.047、0.043、0.041min<'-1>.3、模拟酸雨的土柱淋溶实验明确了表土施用钾肥后对不同土层酸度及K<'+>淋失规律有显著的影响;淋出液的超始pH值在A层为4.5,在AB层和ABC层为6.0~6.5,淋溶量在150~600mm内,均先下降到3.8后又上升,依据不同的土层,pH值上升的范围为4.0~5.5,但pH2.5模拟酸雨在A层和AB层的中后期又下降,这反映出强酸性降雨会加深土体的酸化.4、模拟酸雨对不同土层交换性阳离子迁移动力学的规律1)表土直接受到模拟酸雨的淋溶，是最易发生酸化的土层,pH2.5酸雨淋溶后表土pH值从4.57下降到3.5~4.2之间,土壤交换性氢和铝含量上升,交换性铝含量的增加显示出土壤对酸沉降的缓冲效率和缓冲能力的急剧减弱;pH4.5酸雨淋溶后,AB层土壤pH值上升了0.3~0.5.2)降雨酸度的不同引起土壤中盐基离子向下迁移的程度有明显的差异.5、红壤表面H<'+>-Ca<'2+>的反应动力学揭示了:1)随溶液酸度的增加,Ca<'2+>的最大吸附量显著降低;且随温度升高,Ca<'2+>吸附的快反应速率增加;2)Ca<'2+>的吸附机理与土壤表面酸度密切相关.3)引入过渡态理认研究Ca<'2+>在红壤表面的能量特征,结果表明:随酸度的增加,Ca<'2+>的吸附活化能增加,Ca<'2+>扩散速率降低,但升高温度可促进Ca<'2+>的扩散;活化熵变均为负值,说明吸附反应使体系有序度增加.4)从Ca<'2+>与Cd<'2+>相互作用看,可变电荷土壤表面存在Ca<'2+>的专性吸附,这占Ca<'2+>总吸附量的10~20﹪.6、酸沉降下土壤对Cd<'2+>吸附与解吸机理研究揭示了:1)土壤表面性质的改变对Cd<'2+>吸附的影响极为明显,2)用平衡法研究Cd<'2+>等温吸附反应,Freundlich方程比 Langmuir方程更适合拟合Cd<'2+>的吸附规律,3)Cd<'2+>的解吸动力学能用一级动力学描述,红壤和针铁矿上Cd<'2+>解吸率为70﹪~100﹪;砖红壤和高岭土上的为25~50﹪.

目录

摘要

Ⅰ文献综述

1酸沉降对土壤酸化影响的研究进展

1.1土壤酸化的概念

1.2H+的来源与去向

1.3酸沉降的化学组成对土壤酸化的影响

1.4酸沉降下重金属离子的活化

2酸沉降下土壤酸化过程的化学控制机制

2.1铝的缓冲机制

2.2阳离子的缓冲机制

2.3SO42-固定的作用

2.4有机质的缓冲作用

2.5碳酸盐的缓冲作用

2.6土壤酸化过程的化学控制机制与酸化模型

3酸沉降对生态环境影响的研究进展

3.1我国酸沉降的状况

3.2酸沉降对森林生态系统的影响

2.3酸沉降对水生生态系统的影响

3.3酸沉降对人类健康的影响

4动力学研究的进展

4.1研究方法

4.2常用动力学方程

4.3速率限制步及影响因素

4.4动力学数据计算假热力学参数

Ⅱ研究的目的与意义

Ⅲ材料和方法

1土柱的淋溶实验

1.1供试土壤

1.2土样制备

1.3模拟酸雨的配制

1.4模拟酸雨土柱淋溶

2钾的平衡吸咐实验

3动力学实验

3.1动力学实验装置(如图1)

3.2反应池结构

3.3K+吸附动力学实验

3.4Ca2+吸附动力学实验

3.5Ca2+解吸动力学实验

3.6Cd2+吸附动力学实验

3.7Cd2+解吸动力学实验

4测定分析方法

Ⅳ结果与分析

第一章模拟酸雨对不同土层酸度和K+淋失规律的影响

1引言

2材料与方法

3结果与讨论

4小结

第二章模拟酸雨对阳离子在土壤内迁移动力学的影响

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4小结

第三章酸沉降下红壤对K+吸附特征及反应动力学

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4结论

第四章酸沉降下红壤表面H+-Ca2+反应动力学特征研究

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4小结

第五章酸沉降下红壤表面H+-Ca2+反应动力学的能量特征

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4结论

第六章酸沉降下Ca2+的解吸动力学特征

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4小结

第七章酸沉降下Cd2+的吸附动力学特征

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4小结

第八章几种矿物和土壤Cd2+解吸动力学实验研究

1引言

2实验材料与方法

3结果与讨论

4结论

Ⅴ结语

参考文献

博士期间发表的论文:

个人主要简历:

致谢