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《华中农业大学》 2004年
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亚热带典型土壤铁锰胶膜的微形态与化学特性

黄丽  
【摘要】:土壤微域的化学特征、物质转化和环境状况,是土壤学研究中最活跃的领域之一。作为土壤形成过程中的产物和结构特征,处于土壤裂隙或孔隙壁表面的胶膜是土壤特定阶段和特定成分活动、迁移、沉积的化学微环境的记录、土壤中元素淋溶迁移的信息载体,又是土壤固相、液相、气相与植物根系相互接触、影响和作用的交汇场所。研究胶膜的物质组成与形态变化、营养和有毒污染元素的含量及生物有效性,对了解土壤性质和评价环境质量,以及认识土壤的发生与演变规律有重要的理论意义和实用价值。 本文用化学分析和X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、偏光显微观察等技术,研究我国亚热带的黄褐土、黄棕壤和红壤铁锰胶膜及其基质的微形态特征、物质组成、表面化学性质以及元素迁移的地球化学特点。结果表明: 1.铁锰胶膜的微形态特征为黑色和红褐色相间、厚度约为1mm的膜状物,它的物质结构致密,与基质的界限较清晰。SEM/EPMA分析表明,MnO_2和Fe_2O_3在胶膜线剖面上呈波形曲线分布;黄褐土和黄棕壤的铁锰胶膜由外向内,出现富锰区、富铁锰区和富铁区,并在胶膜表面呈锰-铁锰-铁胶膜相间的条带状构造;红壤胶膜条带由外向内为富铁锰区和富铁区,富锰区不明显:三种土壤由南到北,土壤铁锰胶膜的富锰区逐渐明显。胶膜的生长起源于渍水的环境,它的发育是在氧化-还原周期性变化过程中进行的。供试黄褐土、黄棕壤和红壤的铁锰胶膜条带的形成经历了多次较大的环境变化。 2.供试红壤、黄棕壤和黄褐土铁锰胶膜的pH值、铁的活化度,以及粘粒、盐基、Fe_2O_3、P_2O_5、非晶形铁、游离铁、MnO_2、Co、Pb、Li、Cu、Zn、Ni、Cd等含量均比基质土壤明显的高。重金属元素尤其是Co、Pb等在胶膜中大量累积,说明这些元素在胶膜形成中发生了分异,并随铁、锰氧化物在胶膜上的淀积而富集。Ba、Co、Cu、Li、Ni、Pb等元素主要富集于铁锰胶膜的氧化锰矿物中,而Zn、Cd、Cr、Mo主要富集在氧化铁矿物中。 3.成土的气候环境和物质组成的差异,使三类土壤铁锰胶膜的形成各有特点。黄褐土的成土作用相对较弱,在胶膜的物质迁移过程中,MnO_2对Co、Pb、Cu、Cd、Ni等大部分重金属离子的富集起主导作用;随着成土作用的增强,黄棕壤中除MnO_2外,铁氧化物在胶膜形成过程中的作用加强,并且胶膜中对重金属元素地球化学行为影响的作用较集中;红壤胶膜湿润、酸性强,MnO_2在铁锰胶膜形成过程中富集重金属元素的作用下降,粘粒和铁氧化物的影响加强。即从黄褐土到黄棕壤,胶膜中影响重金属行为的作用逐渐聚集,在黄棕壤中表现得最集中,相互影响较强烈;在红壤胶膜中,这些成土作用又变得较分散,相互之间的影响减弱。 4.供试的铁锰胶膜与基质土壤的粘土矿物均由水云母、高岭石和1.4nm矿物组成。黄褐土和黄棕壤基质中的1.4nm矿物为1.4nm过渡矿物和蛭石的混合相,但胶膜中的1.4nm矿物全部为蛭石;红壤胶膜和基质中的1.4nm矿物均为1.4nm过渡矿物和蛭石的混合相。由此认为,黄褐土和黄棕壤胶膜中的蛭 亚热带几种土壤铁锰胶膜的微形态特征、物质组成、性质及地球化学特点 石主要来源于表层粘粒中蛙石的淀积和裂隙周围基质土壤中1.4nm过渡矿物 的转化;在胶膜微环境条件下,其有机质含量、交换性盐基总量等性质明显 不同于基质土壤,其微环境抑制了土壤中的蛙石向1.4nm过渡矿物转化,并 导致1.4nm过渡矿物向蛙石的转化。 5.有机酸盐溶液对黄棕壤和黄褐土基质粘粒的矿物培养试验结果表明,经柠檬 酸钠和乙酸钠溶液培养4至7个月后,基质土样中的部分1.4nln过渡矿物已逐渐向 蛙石转化:与其它处理相比,用0.5m。比的柠檬酸钠和盐溶液培养基质土壤7个 月后,其1.4lun过渡矿物向蛙石转化最为明显。说明土壤经有机酸盐溶液培养后, 部分1.4 nm过渡矿物的层间轻基铝被络合出层间,随后钾、钙、镁等的水合阳离子 进入,使之转化为蛙石;有机酸盐的种类、浓度和培养时间的长短均对转化的进程 起重要作用。这证实了胶膜中有机质和盐基含量更高的微域条件,是导致1.4nm过 渡矿物的演化逆转为蛙石的主要原因。 6.供试铁锰胶膜和基质土壤的氧化铁矿物主要为针铁矿,大部分胶膜中针铁 矿的铝同晶替代量小于相应的基质土壤,这主要是胶膜的复盐基以及有机质对铝的 鳌合作用使铝的活性受到抑制所致。黄褐土和红壤铁锰胶膜的锰矿物为铿硬锰矿和 水钠锰矿的组合,黄棕壤铁锰胶膜的主要为水钠锰矿。 7.与基质土壤比较,铁锰胶膜的比表面积大,PZC低。铁锰胶膜经脱锰处理 后,比表面积明显降低。由STPT法测得黄褐土、黄棕壤、红壤基质的PZC分别为 3.13、3.65、3.90;黄棕壤和红壤铁锰胶膜的PZC分别为3.26和3.42,黄褐土的铁 锰胶膜测不出PZCo 8.铁锰胶膜对Pb2+、cu2+、c子+、zn2+的吸附曲线符合l朋gmuir方程。与基 质土壤相比,铁锰胶膜对重金属离子的吸附和氧化能力强。铁锰胶膜经脱锰处理后, 对P价+、cu2+、cd2+、zn2+的最大吸附量比未处理的降低了53%一100%;其氧化cr(In) 生成cr拟)的量比铁锰胶膜的降低了87%一100%。说明红壤、黄棕壤、黄褐土的铁 锰胶膜中,氧化锰是吸附重金属离子和
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S153

【引证文献】
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