CrO42-对两种可变电荷土壤吸附钾的影响

生态环境2004,13(4):542-543，[e-mail]基金项目：国家重点基础规划项目（2002CB410808）作者简介：徐仁扣（1965－），男，博士，研究员，主要从事土壤表面电化学的研究工作。E-mail:[e-mail]收稿日期：2004-05-25CrO42-对两种可变电荷土壤吸附钾的影响徐仁扣1，蔡红涛2，肖双成1，王强盛21.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008；2.南京农业大学农学院，江苏南京210095摘要：用一次平衡法研究了CrO42-对两种可变电荷土壤吸附钾的影响，用火焰光度法测定平衡溶液中的钾，根据差减法计算土壤对钾的吸附量。结果表明，加入铬酸根能增加土壤对钾的吸附量。铬酸根对钾吸附的影响程度与土壤游离氧化铁含量和土壤对铬酸根的吸附量的大小有关。砖红壤游离氧化铁含量高于红壤，它对铬酸根的吸附量也大于红壤，因此，铬酸根对砖红壤吸附钾的影响程度大于红壤。CrO42-主要通过自身的吸附增加土壤的表面净负电荷，并从而增加土壤对钾的吸附量。关键词：铬酸根；可变电荷土壤；钾吸附中图分类号：X131.3；S153文献标识码：A文章编号：1672-2175（2004）04-0542-03随着工业化的进展，受重金属污染的土壤面积不断扩大，重金属污染问题越来越受到人们的关注。近几十年来，人们已对包括铬在内的重金属在土壤中的化学行为进行了大量的研究，取得了许多有意义的研究成果[1,2]。这些研究成果为重金属污染控制对策的制定和污染土壤修复方法的选择提供了重要依据。另一方面，重金属进入土壤后也可对土壤本身的某些化学性质，特别是表面化学性质产生影响。有关这个方面的研究，目前文献上的报道还不多。可变电荷土壤由于遭受强烈的风化和淋溶作用，土壤酸度较高，土壤CEC和盐基饱和度低[3,4]。因此，可变电荷土壤对钾的吸附和解吸对维持该类土壤的钾素营养具有重要意义。关于无机阴离子对可变电荷土壤吸附钾的影响，文献上已有研究报道[5~7]。研究结果表明不同阴离子增加可变电荷土壤钾吸附量（设其符号为u）的大小顺序为：u(SiO3)u(PO4)u(SO4)u(Cl)u(ClO4)[7]。作者等的研究结果表明，低分子量有机酸阴离子也可以增加可变电荷土壤对钾的吸附量，不同有机阴离子影响力（设其符号为y）的大小顺序为：y(柠檬酸根)y(苹果酸根)y(丙二酸根)≈y(草酸根)y(乙酸根)[8]。但至今为止，很少有人研究污染物阴离子对钾吸附的影响。本文初步探讨了铬酸根对砖红壤和红壤吸附钾的影响。1材料和方法1.1土壤样品分别采自广东徐闻和江西进贤的两种可变电荷土壤的底层土壤用于本研究中。土样风干磨细过60目筛备用。供试土壤的基本性质见表1。1.2溶液配制用Na2CrO4·4H2O配制0.010mol/L的铬酸根标准溶液，用在110℃下烘干2h的KCl配制0.010mol/LKCl标准溶液。然后用上述两种标准溶液配制成含不同浓度钾和铬酸根的混合溶液，用HCl和NaOH将混合溶液pH调至所需的值。1.3实验方法称取2.0g氢铝饱和的土壤样品于100ml塑料离心管中，加入20ml上述混合溶液，摇匀后在(251)℃恒温水浴振荡机上振荡2h，放置24h后离心10min（3000r/min），过滤后取上层清液测定钾。溶液中的钾用火焰分光光度计测定。当测定土壤对铬酸根的吸附量时，称取2g土于离心管中，加入不同浓度的铬酸根溶液20ml，按上述方法获得铬酸根的吸附平衡溶液，用二苯碳酰二肼分光光度法测定溶液中的六价铬。根据平衡浓度和初始浓度的差值计算土壤对铬酸根和钾的吸附量。所有处理均重复2次，文中结果为2次结果的平均值。2结果和讨论2.1铬酸根加入量对钾吸附的影响图1示两种可变电荷土壤对钾的吸附量与铬酸根加入量之间的关系。结果表明，随着铬酸根加入量的增加，土壤表1供试土壤样品的基本性质土壤采样地点pH交换性铝/(mmolkg-1)有机质/(gkg-1)游离铁/(gkg-1)主要粘土矿物砖红壤广东徐闻5.440.607.0156.4高岭石，三水铝石和赤铁矿红壤江西进贤4.7410.34.451.1高岭石，水云母和少量蛭石图1土壤对钾的吸附量与铬酸根加入量之间的关系图1两种土壤对K的吸附量（钾的初始浓度为2mmol·L-1，平衡pH值为5.69）0510152000.511.522.5CrO42-初始浓度/(mmol·L-1)K+吸附量/(mmol·kg-1)红壤砖红壤徐仁扣等：CrO42-对两种可变电荷土壤吸附钾的影响543对钾的吸附量增加。在铬酸根初始浓度较低的情况下(0~1.0mmol/L)，钾的吸附量随铬酸根的加入量呈直线增加，在较高的铬酸根加入量下，钾吸附的增加幅度变小。铬酸根主要通过自身的吸附并增加可变电荷土壤的表面负电荷而增加土壤对钾的吸附量。可变电荷土壤既可吸附阳离子也可吸附阴离子，它们对阴离子的专性吸附将导致土壤表面负电荷的增加[4]，并从而影响其对阳离子的吸附量。图2是两种土壤对铬酸根的吸附等温线。低的初始浓度下，加入的铬酸根的绝大部分为土壤所吸附。例如，当铬酸根的初始浓度为0.25和0.5mmol/L时，砖红壤对铬酸根的吸附率分别为96.5%和90.0％；红壤对铬酸根的吸附率分别为84.5%和70.0%。土壤对铬酸根的吸附量随铬酸根初始浓度的增加而增加，砖红壤对它的吸附量大于红壤，这主要与土壤游离氧化铁含量有关。因为土壤中的氧化铁是土壤吸附阴离子的主要载体，氧化铁含量越高，土壤对阴离子的吸附量越大。从表1结果可知，砖红壤游离氧化铁的含量比红壤高得多，这是前者对铬酸根吸附量大于后者的主要原因。2.2铬酸根对钾吸附等温线的影响图3和图4示铬酸根对砖红壤和红壤对钾吸附等温线的影响。结果表明，在对照体系中红壤对钾的吸附量大于砖红壤中的，这是因为红壤的CEC(8.9cmol/kg)高于砖红壤的(7.2mmol/kg)，前者带有比较多的表面负电荷。加入铬酸根使红壤和砖红壤对钾的吸附量增加，而且其影响程度随钾的平衡浓度的增加而增加。比较两种土壤中的结果可以发现，加入同样量的铬酸根使砖红壤中钾吸附量的增加幅度和增加的百分数均大于红壤中的。例如，从图3和图4中可以估算出当钾的平衡浓度为1.0和2.0mmol/L时，铬酸根使砖红壤中钾的吸附量分别增加了10.6和14.6mmol/kg，分别增加了757.1%和456.3%；红壤中钾的吸附量分别增加了7.3和8.0mmol/kg，分别增加了81.1%和69.6%。这一趋势与上节中提到的两种土壤游离氧化铁的含量和它们对铬酸根的吸附量的大小顺序相一致。从上述分析可以看出，污染元素铬进入土壤后除对作物的产量和品质产生影响外，还影响可变电荷土壤的表面化学性质并从而影响土壤对营养元素钾的吸附量。参考文献：[1]陈怀满.土壤中化学物质的行为与环境质量[M].北京:科学出版社,2003.[2]CHENYX,ZHUZX,HEZY.Mechanismsofchromiumtransformationsinsoilsanditseffectonricegrowth[J].浙江农业大学学报,1994,20(1):1-7.[3]熊毅,李庆逵.中国土壤(第2版)[M].北京:科学出版社,1987.[4]于天仁,季国亮,丁昌璞,等.可变电荷土壤的电化学[M].北京:科学出版社,1996.[5]ARYESAS,HAGIHARAHH.Effectoftheaniononsorptionofpotassiumbysomehumicandhydrolhumiclatosols[J].SoilSci,1953,75:1-17.[6]EVANGELOUVP.Theinfluenceofanionsonpotassiumquantity-intensityrelationships[J].SoilSciSocAmJ,1986,50:1182-1188.[7]SADUSKYMC,SPARKSDL.Anionseffectsonpotassiumreactionsinvariable-chargeatlanticcoastalplainsoils[J].SoilSciSocAmJ,1991,55:371-375.[8]XURK,ZHAOAZ,JIGL.Effectoflowmolecularweightorganicanionsonadsorptionofpotassiumbyvariablechargesoils[J].CommunSoilSciPlantAnal,2004(inpress).（下转第552页）图2两种土壤对CrO42-的吸附量图4铬酸根对红壤中钾吸附等温线的影响（CrO42-的初始浓度为1.0mmolL-1，平衡液pH值为5.37）图3铬酸根对砖红壤中钾吸附等温线的影响（CrO42-的初始浓度为1.0mmol·L-1，平衡液pH值为5.52）02468101200.511.522.5CrO42-初始浓度/(mmol·L-1)CrO42-吸附量/(mmol·kg-1)砖红壤红壤051015202501234K+平衡浓度/(mmol·L-1)K+吸附量/(mmol·kg-1)加铬酸根对照05101520012345K+平衡浓度/(mmol·L-1)K+吸附量/(mmol·kg-1)加铬酸根对照