紫色土交换性阳离子定比交换能力研究

【摘要】土壤中交换性阳离子,是土壤提供作物生长所需营养养分的直接来源；同时,也是土壤胶体电荷的直接体现。土壤胶体表面交换性阳离子种类的组成和各自含量水平的高低,除受土壤环境中离子种类和多少影响外,还取于各种离子本身在土壤胶体上的竞争吸附力大小。目前对土壤中可交换性阳离子之间交换能力的强弱的探究已经非常深入,并且提出了影响可交换性阳离子交换能力强弱的因素,并对土壤中各交换性阳离子的交换能力进行了一个排序。从目前的研究来看,对交换性阳离子交换能力虽然有了一个大体的认知,但各交换性阳离子之间的相对交换能力却没有一个具体的度量指标。本研究拟在前人研究的基础上,采用镁饱和——K+、Na+、Ca2+、H定量交换条件下模拟试验的方法,通过“定比定律”的运用,对紫色土壤中主要交换性阳离子之间交换能力进行比较研究,力求取得表征紫色土中各交换性阳离子之间交换能力强弱的参数。具体研究结果如下(1)镁饱和土样制备过程中,随着交换次数的增加,对于土壤胶体上吸附的Mg2+离子、Na+离子、Ca2+离子含量的变化趋势均得到了显著相关关系的二次方程曲线,而对土壤胶体吸附的H+离子含量则得到的是呈显著相关关系的成幂函数方程。这说明在利用10cmol(+)/L的MgSO4溶液对土壤中各交换性阳离子进行依次交换时,土壤胶体对各阳离子吸附量的变化规律均符合一定规律的曲线方程关系。(2)通过用10cmol(+)/L浓度大小的Mg2+离子对酸性紫色土中各交换性阳离子进行交换取代研究发现,Mg2+离子对土壤样品的八次交换,才使得土壤样品的pH值仅提高了0.99个单位,[H+]浓度下降了8.77×10-5mol/L。这主要是因为酸性紫色土中的“Al3+缓冲区”主导了土壤pH的缓冲。(3)用Mg2+离子对土壤胶体吸附的各种交换性阳离子进行交换,由每次交换后土壤吸附的Mg2+离子含量变化曲线可以看出,在进行第五次交换之后,曲线已经趋于平缓。这说明在10cmol(+)/L的Mg2+离子浓度条件下Mg2+离子已经基本完成了对该土壤样品中的各种交换性阳离子的交换。(4)Mg2+离子在对土壤胶体吸附的Ca2+离子、Na+离子、K+离子进行交换时,从各吸附离子的变化曲线上可以看出,Mg2+离子一般在第一次和第二次交换过程中就已经交换取代了大部分的交换性阳离子,但是由于各交换性阳离子对Mg2+离子的交换能力不同,其达到的程度也不一样。其中,对K+的交换最为快速和完全。(5)Mg2+离子在对土壤胶体吸附的K+离子的交换过程可以看出,在交换后期交换液中仍然存在一定量的交换性K+离子,且交换出的K+离子总量超过了原始土样具有的K+离子含量。这是因为土壤粘土矿物中含有大量的以水化云母为主体的2：1型次生粘土矿物,这些矿物释放出了一部分半固定的K+离子。(6)在镁饱和过程中,土壤胶体上吸附的盐基离子总量的变化趋势符合二次曲线方程,且呈现先增加后降低的趋势,这与Mg2+离子的交换能力及所处浓度范围有关。最后因为Mg2+离子浓度限制及体系内H+离子、Al3+离子的存在,盐基离子总量并未达到原始土样中的盐基离子总量。(7)根据定比定律方程,计算得到部分交换性阳离子对Mg2+离子的定比交换平衡常数,用以表征不同交换性阳离子与Mg2+离子之间的交换能力强弱。其中K+-Mg2+的平衡常数k=0.275；Na+-Mg2+的平衡常数k=0.0921；Ca2+-Mg2+的平衡常数k=1.25:H+-Mg2+的平衡常数k=1.18。由此可见,K+离子、Na+离子、Ca2+离子、H+离子、Mg2+离子五种离子之间交换能力排列顺序为：Na+<K+<Mg2+<H+<Ca2+.而常规认定中H+离子因半径较小,水化程度也极弱等因素,其交换能力是大于Ca2+离子的,这种常规认知与本试验是相悖的。所以,H+离子相对于其他离子的交换能力仅限于本试验条件下讨论。
【作者】赵新儒；
【导师】杨剑虹；
【作者基本信息】西南大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】酸性紫色土；交换性阳离子；定比定律；交换强度；

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