稻草與土壤礦物的動(dòng)態(tài)互作及其對(duì)銅吸附的影響.pdf

1、在自然土壤中，有機(jī)質(zhì)和礦物極少數(shù)是單獨(dú)存在的，而是通過一定的作用力結(jié)合以有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的形式存在。秸稈還田是提升農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的重要措施，施入土壤中秸稈的腐解動(dòng)態(tài)與土壤礦物的組成緊密相關(guān)。土壤中有機(jī)質(zhì)與礦物的相互作用，不僅會(huì)影響有機(jī)質(zhì)的周轉(zhuǎn)，并且對(duì)重金屬在土壤中的環(huán)境化學(xué)行為有重要影響。本文以稻草和常見土壤礦物（蒙脫石、高嶺石、三水鋁石、赤鐵礦、針鐵礦）為材料，通過室內(nèi)模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了稻草腐解過程中的物質(zhì)變化及其與土壤礦物共培養(yǎng)中的

2、有機(jī)-無機(jī)相互作用。利用原子力顯微鏡(AFM)、掃描電鏡(SEM)、酸堿滴定、X射線衍射(XRD)、三維熒光光譜(3D-EEM)、固態(tài)13C核磁共振波譜(NMR)等手段對(duì)稻草腐解過程中形成的固相有機(jī)物、胡敏酸、有機(jī)無機(jī)復(fù)合體進(jìn)行表征。通過批量吸附-解吸實(shí)驗(yàn)并聯(lián)合等溫滴定微量熱(ITC)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)等技術(shù)，研究了稻草腐解過程中形成的固相有機(jī)物、胡敏酸、有機(jī)無機(jī)復(fù)合體對(duì)銅離子的吸附行為。主要結(jié)

3、果如下:
　　1.稻草腐解過程中（1-12個(gè)月），固相有機(jī)物中有機(jī)碳含量顯著降低，由351.7g kg-1下降到301.3g kg-1;而腐殖酸含量顯著增加，由49.7g kg-1增加到74.9g kg-1，且以胡敏酸為主;酸性含氧基團(tuán)中羧基含量變化不明顯，而羥基含量由0.73mmol g-1增加到1.07mmol g-1，兩者總量也顯著增加;比表面積和孔容呈增大趨勢(shì)，而平均孔徑呈減小趨勢(shì)。形狀無規(guī)則的胡敏酸顆粒多以聚集態(tài)存在。隨

4、著腐解的進(jìn)行，胡敏酸中羧基和羥基含量逐漸增加。腐解后期形成的胡敏酸具有較高的氧化度和芳香度，顆粒分散度提高。
　　2.稻草與蒙脫石、高嶺石、三水鋁石、針鐵礦共培養(yǎng)，針鐵礦對(duì)稻草腐解表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用。共培養(yǎng)18個(gè)月后，添加針鐵礦稻草腐熟度最高，有機(jī)碳損失量最大，形成的腐殖物質(zhì)以胡敏酸為主;添加蒙脫石、高嶺石、三水鋁石稻草腐熟度相對(duì)較低，有機(jī)碳損失量相對(duì)較少，且三者差異不明顯。
　　3.與對(duì)照（Ck-HA）相比，添加針鐵礦（

5、Go-HA）形成的胡敏酸具有較小的顆粒尺寸、較高的羧基和羥基含量以及氧化度和芳香度。而添加蒙脫石(M-HA)、高嶺石(K-HA)、三水鋁石(Gi-HA)處理形成的胡敏酸顆粒尺寸較大、分散性差，羧基和羥基含量以及氧化度和芳香度均低于Ck-HA。
　　4.有機(jī)無機(jī)復(fù)合體中有機(jī)碳含量的高低順序?yàn)?有機(jī)-蒙脫石(O-M)復(fù)合體＞有機(jī)-赤鐵礦(O-H)復(fù)合體＞有機(jī)-高嶺石(O-K)復(fù)合體＞有機(jī)-三水鋁石(O-G)復(fù)合體。隨著互作時(shí)間的延長(zhǎng)，

6、有機(jī)碳含量在O-G復(fù)合體中遞增，而在其它3種礦物類型復(fù)合體中遞減;腐殖酸含量在4種礦物類型復(fù)合體中均逐漸增加，且以胡敏酸為主。O-M、O-K和O-G復(fù)合體中有機(jī)碳均以脂肪族碳為主，隨著互作時(shí)間的延長(zhǎng)，O-M復(fù)合體中有機(jī)碳的芳香度降低，而O-K和O-G復(fù)合體中有機(jī)碳的芳香度呈上升趨勢(shì)。O-M復(fù)合體的比表面積和表面活性位點(diǎn)總濃度較蒙脫石減小，而在其它3種礦物類型復(fù)合體中均較純相礦物增大。共培養(yǎng)過程中礦物的破損、溶解及與有機(jī)物結(jié)合，使有機(jī)無機(jī)

7、復(fù)合體中礦物相純度降低、結(jié)晶度變差。
　　5.在pH5.0時(shí)，Langmuir方程對(duì)固相有機(jī)物、胡敏酸、有機(jī)無機(jī)復(fù)合體吸附銅離子的等溫曲線均能進(jìn)行很好的擬合;吸附動(dòng)力學(xué)過程用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合的效果最佳;熱力學(xué)分析表明，這3種組分吸附銅離子均為自發(fā)、吸熱、熵增的過程。從吸附量來看，不同腐解期形成的固相有機(jī)物和胡敏酸對(duì)銅離子的吸附能力均隨著腐解時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增強(qiáng);O-M復(fù)合體對(duì)銅離子的吸附能力弱于蒙脫石，而其它3種礦物類型復(fù)合體對(duì)

8、銅離子的吸附能力均強(qiáng)于純相礦物;共培養(yǎng)形成的胡敏酸對(duì)銅離子的吸附能力按大小排序?yàn)?Go-HA＞Ck-HA＞Gi-HA＞K-HA＞M-HA。從吸附速率看，不同腐解期形成的固相有機(jī)物和胡敏酸對(duì)銅離子的吸附速率隨著腐解時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)，固相有機(jī)物呈下降趨勢(shì)，胡敏酸呈上升趨勢(shì);復(fù)合體對(duì)銅離子的吸附速率較純相礦物均呈下降趨勢(shì)。
　　6.在pH5.0時(shí)，同相有機(jī)物對(duì)銅離子的吸附是離子交換和表面絡(luò)合兩種作用共同的結(jié)果，在腐解后期形