（环境科学专业论文）低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理.pdf

m e c h a nis mo fio wm oie c uia rw eig h to r g a ni0a cid so ns oi l m icr o p o r e s a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fg l o b a li n d u s t r i a l i z a t i o n ，m o r ea n dm o r eo r g a n i c c o n t a m i n a t i o n sh a v eb e e n d i s c h a r g e d i n t o t h ee n v i r o n m e n t a l t h o u g h p h y t o r e r n e d i a t i o ni sr e g a r d a sa na c c e p t a b l ew a yt or e m o v es o i lc o n t a m i n a t i o n s ， o r g a n i cc o n t a m i n a t i o n ss t i l lc o u l dn o tb ed e g r a d e dc o m p l e t e l y t h a ti sa t t r i b u t e dt o s o i lm i c r o p o r e ( p o r ed i a m e t e r o c p s p c b s p b d e s e 6 1 。目前土壤有机污染物的研究主要集中于p a h s 、p c b s 和o c p s 。 1 1 1 多环芳烃污染 对p a h s 的研究主要集中于美国环境保护局( e p a ) 列出的1 6 项p a h s ：萘、 苊烯、苊、芴、菲、葸、荧葸、芘、苯并 a 葸、屈、苯并嗍荧葸、苯并 k 】荧葸、 苯并 a 芘、二苯并 a 1 1 葸、苯并 g h i 】花、茚并 1 ，2 ，3 - c d 芘。彭驰等总结了近几年 所调查的城市市区和市郊表土中多环芳烃残留浓度，发现在各大城市中心的残留 浓度大多达到严重污染的水平，特别是阿格拉、北京、卑尔根、香港等，甚至超 过了1 0 0 0 0 岭k g l 【7 1 。c a i 等总结了中国不同城市和地区的6 0 0 多个土壤样品中 的p a h s 的含量，其中3 2 的土壤样品属于严重污染( 土壤中p a h s 的浓度 1 0 0 0 l a gk g 1 ) ，1 2 的属于污染( p a h s 的浓度为6 0 0 1 0 0 0l a gk g 1 ) ，轻度污染的( p a h s 的浓度为2 0 0 6 0 0l a gk g 1 ) 和未受污染的( p a h s 的浓度 醋酸【4 引。o b u r g e r 等总结了有机酸的快分解和慢分解阶段：( 1 ) 微生物从土壤溶 液中吸收并即时利用有机酸( 例如，呼吸作用) ；( 2 ) 摄取并暂时固定非呼吸代 谢产物的有机酸碳，之后转变为释放c 0 2 4 。丌。除了这种生物过程外，土壤的矿物 相可通过吸附、降解过程控制有机酸的生物利用率。目前，虽然有机酸碳的快、 慢降解过程的分离明显取决于微生物群落的组成和活性，土壤矿物质，以及有机 酸的本身的化学结构，但对慢分解过程知之甚少。 低分子量有机酸涉及到多种土壤过程，如活化不易溶解的养分( 如p 、f e ) ， 促进植物、微生物对营养物质的迁移吸收；促进植物对金属( 如a i ) 的解毒作 用；促进微生物在根际的增殖；加速土壤矿物的溶解导致成土作用等【倒。s t r 6 m 等人研究了石灰土壤中，3 种低分子量有机酸溶液( 柠檬酸、苹果酸、草酸) 的 加入对土壤的p 的提取效率的影响1 4 9 。结果表明p 的提取效率取决于有机酸的 类型和浓度，以及提取物的p h ：高p h 时p 的可利用性更高，并且p 的提取效 率为草酸 柠檬酸 苹果酸：随作用时间的延长，草酸作用下的p 的提取率 明显比苹果酸的和柠檬酸的高，而苹果酸与柠檬酸对p 的提取率的影响没有明显 8 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 差异【4 9 1 。柠檬酸在低浓度时对f e 的迁移性的影响比苹果酸、草酸均有效，但浓 度大于2 0m m 时，柠橡酸作用下的f e 的迁移性降低 4 9 3 。 1 5 2 低分子量有机酸对土壤中有机污染物的影响 已经有文献证明，低分子量有机酸可以促进有机污染物的降解。w h i t e 等人 的研究表明，向种植3 种葫芦科植物的土壤中周期性地添加柠檬酸，可以显著提 高植物根、茎、叶中多氯联苯的含量，减少其在土壤中的含量，例如向种植西葫 芦( c u c u r b i t ap e p os s po v i f e r ac vz e p h y r ) 的土壤中添加lm m 的柠檬酸，5 0d 后， 可以使6 5 的多氯联苯从土壤中去除【3 1 。与添加蒸馏水相比，柠檬酸或草酸的加 入可以使西葫芦从土壤中去除更多的p , p d d e l 5 0 1 。某些植物在有机污染物的诱 导下，可释放出大量的有机酸。植物分泌的有机酸的增加，又会对有机污染物的 去除发挥重要作用。谢明吉等研究了菲对黑麦草根系分泌物的影响，在菲处理下， 低分子有机酸含量随菲质量浓度上升而提高【5 1 】。芘胁迫下促进了玉米幼苗根系乙 酸、酒石酸、草酸和柠檬酸的分泌，但它们增加的趋势不同：随芘初始浓度的升 高，酒石酸和柠檬酸的分泌量呈升高的趋势，乙酸的分泌量呈先升后降的趋势， 草酸的分泌量则表现为先降后升的趋势【5 2 1 。 此外，还有文献证明低分子量有机酸的加入可以促进有机污染物从土壤中解 吸。g a o 等学者研究了人工合成根分泌物( a r e s ) 对土壤中菲和芘的解吸的影 响，发现a r e s 显著促进了菲和芘的解吸，并指出这种促进作用主要是由有机酸 引起的【4 】。柠檬酸和草酸可以提高菲和芘的生物可利用性，并且随有机酸浓度的 增加，菲和芘的提取量增加【5 3 】。草酸、酒石酸和柠檬酸的引入，加速了红壤中 d d t s 类有机氯农药的释放，释放率相对于水提高了1 5 18 s 4 】。 1 5 3 低分子量有机酸对土壤中重金属的影响 低分子量有机酸可以与土壤中的重金属发生作用，从而影响重金属在土壤中 的迁移、转化。有机酸对土壤吸附重金属有时表现为促进作用，有时又表现为抑 制作用，这取决于土壤类型、有机酸种类以及处理条件。 有机酸可以抑制土壤对重金属的吸附，从而促进其生物可利用性。范洪黎等 研究了低分子量有机酸对土壤中镉的生物有效性的影响，结果表明外加苹果酸和 9 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 柠檬酸可以显著降低土壤中专性吸附态c d 的含量，同时可以显著增加有机结合 态c d 、碳酸盐结合态c d 以及交换态c d 的含量，说明苹果酸、柠檬酸可影响土 壤中镉的形态转化，从而促进超累积植物对镉的吸收、积累【5 5 1 。柠檬酸和没食子 酸均可以促进c d ，z n ，c u 和n i 从土壤中的解吸，从而加速了印度芥菜( b r a s s i c a j u n c e a ) 对这些重金属的提取【5 6 , 5 7 1 。王代长等研究表明，柠檬酸、苹果酸、酒石 酸、草酸对四种土壤以及矿物( 红壤、砖红壤、针铁矿、高岭石) 中的c d 均有 不同程度的解吸【5 8 】。低分子量有酸，尤其是乙酸、琥珀酸、草酸、酒石酸和柠檬 酸，均可以促进1 37 c s 从土壤中释放，其中效果最明显的为柠檬酸，酒石酸的效 果次之【5 9 1 。 但也有研究表明有机酸不利于重金属的解吸，反而使其吸附于土壤中。如丁 永祯等研究了草酸、苹果酸、柠檬酸及它们两两混合液在p h3 0 7 0 之间对红壤 中c d 解吸行为的影响，结果表明高、低浓度的苹果酸均不利于镉的解吸；低浓 度草酸及高浓度草酸在p h 对木质素微孔的作用 对胡敏素微孔的作用 、l 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 对土壤微孔的破坏作用 对土壤微孔的作用位点 山 低分子量有机酸对锁定在土壤 微孔中有机污染物的降解机理 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 2n ：和c 0 ：吸附法对土壤孔隙的表征 压汞法，扫描电子显微镜分析，1 2 9 x en m r 法，气体吸附法等都能对孔隙结 构进行表征。压汞法受可测孔径的限制，扫描电子显微镜法不能对孔进行测量， 1 2 9 x en m r 法受所测孔性质的影响，所以气体吸附法是表征孔隙结构较合适的方 法。气体吸附法对孔隙结构的表征主要应用于材料科学【6 l 都】，对土壤孔隙的研究 较少。因此建立气体吸附法对土壤孔隙的表征十分必要。 本章以6 种来自不同地区，理化性质各异的土壤为研究对象。分别用n 2 吸 附法和c 0 2 吸附法对土壤孔隙进行表征。分析土壤孔隙结构，确定土壤微孔的 影响因素，并筛选出微孔丰富的土壤，为后期的研究奠定基础。 2 1 材料与方法 2 1 1 供试土壤 选6 种来自不同地区的土壤：黑土、草甸土、白浆土、盐碱土、棕壤、红壤 ，为研究对象，分别编号为1 6 。土样剔除石块、植物根等后，在遮光通风条件下 风干，过2n l r n 筛( 1 0 目) ，其理化性质见表2 1 。 土壤p h 值用电位法测定。即将土壤与浸提剂以1 ：2 5 混合，搅拌1r a i n ， 静置3 0 m i n ，用p h 计测定。酸性土的浸提剂为1m 的k c l 溶液，碱性土的浸提 剂为o 0 lm 的c a c l 2 溶液。 土壤有机碳( o c ) 的含量是在去除无机碳后，用元素分析仪( v a r i oe li i i e l e m e n t a la n a l y z e r , e l e m e n t a r , 德国) 测得的。无机碳的去除方法是：各土样分别 加入1 0 的h c l ，搅拌后静置2h ，再加入一定量h c i 搅拌静置，如此反复，直 到无气泡冒出，静置1 2h ，用蒸馏水洗至中性，在6 0 烘干惮】。 酸性和中性土壤的阳离子交换量( c e c ) 用乙酸铵交换法【6 引，碱性土壤的用 + 氯化铵乙酸铵交换法测定【鲫。具体方法是：酸性土壤与1m 乙酸铵以l ：3 0 ( w ： v ) 混合均匀，在3 0 0 0r 下离心5r a i n ，弃去上清液，如此反复，用1m 乙酸铵 处理5 次左右，直到最后浸出液中无钙离子反应为止；继续向沉淀的土壤中加入 9 5 的乙醇，混合均匀后在3 0 0 0r 下离心5r a i n ，弃去上清液，如此反复清洗5 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 次左右，以去除多余的乙酸铵；用蒸馏水将沉淀的土壤搅拌成糊状，全部转入到 凯氏瓶中，用定氮仪( 1 n 1 0 2 f ，上海纤检仪器有限公司，中国) 测定铵的量， 再根据铵的量计算出c e c 。碱性土壤c e c 的测定方法是：碱性土壤与氯化铵以 1 ：1 0 ( w ：v ) 混合均匀，低温加热煮沸，直到无氨味为止，其余步骤与碱性土 壤的相同。 土壤的粒径分级按p a n s u 和g a u t h e y r o u 的方法【删稍做修改进行测定。具体 方法可概括为：土壤与分散剂叫5m 六偏磷酸钠混合1 2h ，用水将悬浮液完 全通过o 6 3m m 的洗筛过滤到1l 的量筒中，直到筛下流出的水清澈为止；筛上 部分烘干后做筛析分析；筛下部分即量筒内滤液定容到1l ，用比重法分析。 表2 16 种供试土壤的理化性质 t a b l e2 - 1s o m ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so f6s o i l su s e di nt h es t u d y 2 1 2n 。和c 0 2 吸附法对土壤孔隙的表征 土壤风干后过o 1 2 5m m ( 1 2 0 目) 筛，在6 0o c 下烘干。样品首先在全自动 物理和化学吸附分析仪( a u t o s o r b 1c ，康塔，美国，见图2 1 ) 的脱气站经过 5 0o c 、7 0 o c 、9 0o c 的阶段性升温至1 0 5o c ，真空脱气2 4h ，以去除土壤中的水 分和杂质，然后在分析站分别选n 2 ( 纯度i 9 9 9 9 9 ) 和c 0 2 ( 纯度9 9 9 9 9 ) 进行分析，最后选择合适的模型对数据进行分析。 低分r 量订机眩对i ：j 襄微扎的作j j 机州 图2 1 全自动物理和化学吸附分析仪主体组成 f i g 2 一lb o d yc o m p o s i t i o no f a u t o s o r b - ac 脱气站 分析站 用n 2 作为吸附气体进行分析时，样品处于7 7k 液氮环境巾，共设置8 6 个 点，其中6 6 个吸附点，2 0 个脱附点。相对压力范围是l 木1 0 刁至0 9 9 5 。压力容 忍度( t o l e r a n c e ) 参数设为0 ，平衡时问( e q u i l i b r a t i o nt i m e ) 在极低相对压力卜 设为1 0m i n ，随相对爪力的升高逐渐降至2m i n 。c 0 2 分析时样品处于2 7 3k 的 冰水混合物i 1 。设置5 6 个吸附点。相对压力范围是6 宰1 0 击至0 0 2 9 。压力容忍度 参数设为0 ，平衡时i 日j ( e q u i l i b r a t i o nt i m e ) 随相对压力的升高由6m i n 依次降至 2m i n 。 2 1 3 数据分析 n 2 吸附法1 1 j 计算mf ：壤的比表面积( s p e c i f i cs u r t h c ea r e a ) 、孔体积( p o r e v o l u m e ) 以及孔径( p o r ew i d t h ) ，也i 】j - 以表征t ：壤的孔分布( p o r ev o l u m e d i s t r i b u t i o n ) 。汁算比表【f j i 积选用的模型足b r u n a u e r e m m e t t e l l e r ( b e t ) 方程， 十h 对k 力般取0 0 5 0 3 ，化对含微孔的f ：壤来说，；精要根抛七体的情况进行适 。1 的调整，保i j i ! l l 火系数人j ：0 9 9 9 9 ，常数“c ” 0 1 6 7 】。汁算扎体秋和】孔径时需 根捌f i 川的孔径选扦f i 卜订的模，弘。埘l j 孔的农征采用b a r r e t t j o y n e r h a l e n d a ( b j h ) 法，陔力法也只适j f jj 二1 1 i 孔的表征。j jd u b i n i n r a d u s h k e v i c h ( d r ) 法 测定微孔的体l 。川m 定义密度函数理论( n o n l o c a ld e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ，h j 1 5 低分子量有机陵对f ：壤微孔的作用机理 n l d f t ) 表征土壤的孔径分布。 c 0 2 吸附法仅可表征土壤微孔的比表面积、孔体积、孔径及孔分布，用 n l d f t 模型表征土壤微孔【3 2 1 。 2 2 结果与讨论 2 2 1n ：吸附法对土壤孔隙的表征 b r u n a u e r 等定义了5 种吸附等温线( 图2 2 ) 【6 8 1 。n 2 对6 种土壤的吸附解 吸见图2 3 。从图中可以看出，n 2 在供试土壤中的吸附等温线的趋势是相似的， 图2 - 2b r u n a u c r 等定义的吸附等温线类利删 f i g 2 - 2t y p e so fa d s o r p t i o ni s o t h e r m sd e f i n e db yb r u n a u e re ta l l 6 8 1 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 ， 鼬 一。 吕 3 咖l 莲 螫 相对压力 相对压力 相对压力 曲 昌 u 咖! 莲 督 相对压力 相对压力 图2 - 36 种供试土壤的n 2 吸附脱附等温线 f i g 2 - 3n 2a d s o r p t i o n d e s o r p t i o ni s o t h e r m so f6s o i l su s e di nt h es t u d y 注：a f 分别代表1 6 号土壤。 均属于b r u n a u e r 所定义的5 种等温线中的i i 型吸附等温线。相对压力 2 号 l 号 3 号 5 号 4 号，该顺序与土壤的微孔 体积是一致的。这主要因为土壤的比表面积主要由微孔和较小的中孔提供。6 号 土壤的微孔体积最大，所以其比表面积最大。而4 号土壤的微孔体积最小，所以 其比表面积最小。虽然6 号土壤的微孔体积最大，但其平均孔径达到9 1 2 5m ， 是6 种土壤中平均孔径最大的，这因为6 号土壤含有更多的中孔和大孔。 表2 - 2n 2 吸附法所计算的6 种土样的比表面积、孔体积和平均孔径 t a b l e2 - 2s u r f a c ea r e a ，p o r ev o l u m ea n da v e r a g ep o r eo f6s o i l sc a l c u l a t e db yn 2a d s o r p t i o n 注：ab e t 方法表示的土壤比表面积；b 常数“c ”与吸附能量有关；cb j h 方法测得的土 壤中孔的孔体积；dd r 方法测得的土壤微孔的体积。 n l d f t 方法表征的土壤孔径分布见图2 4 ，每幅图中的小图表示将原图放大 后o 1 0n i n 间的孔径分布。l 、2 、3 、5 号土壤的孔分布相似， 2 号 6 号 3 号 5 号 4 号。因为c 0 2 最大吸附量与c 0 2 吸附法测得的微孔体积成i f 比，所以 从该图即叮看出各上壤所含的微孔体积的人小顺序。这个顺序与n 2 吸附法测得 的不同，说明n 2 和c 0 2 所能测得的微孑l 范n 习不同。n 2 主要吸附在上壤颗粒的外 表嘶，c 0 2i i 要吸附在有机质e 【3 2 1 ，所以c 0 2 吸附法能较好地表征有机质形成 的微孔。 5 4 ，印3 二 。 强 釜2 螫 l 0 le 一7 l e 61 e 5 1 e 4 1 e 一31 e 2 1 e - 1 卡【i 对压力 图2 56 种供试_ | 壤的c 0 2 吸附等温线 f i g 2 - 5c 0 2a d s o r p t i o ni s o t h e r m so f 6s o i l su s e di nt h es t u d y c 0 2 吸附法所能测的孔的上限是1 5n m ，所以c 0 2 吸附法测得的孔隙全为微 孔。6 种卜壤的半均孔径相差不大( 表2 3 ) 。比表面积和孔体积含量均为：l 号 2 号 6 号 3 号 5n 4 号( 表2 3 ) 。n 2 吸附法测得的b e t 比表面积( 表2 2 ) 所表示的是全孔范围内的平均比表面积，而c 0 2 吸附法测得的比表面积仅能计 算微孔的部分。理论上b e t 比表面积心高于微孔的比表面积，但l 号、2 号、3 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 号土壤用c 0 2 所测的比表面积比n 2 所测的比表面积大，这因为这3 种土壤的o c 含量较高( 见表2 1 ) ，有机质的聚合体网状结构含有丰富的微孔，而n 2 进入有 机质形成的微孔受限【2 4 ，3 3 1 ，所以低估了这部分微孔，造成n 2 测得的比表面积比 c 0 2 测得的比表面积偏低。 表2 - 3c 0 2 吸附法所计算的6 种土样的比表面积、孔体积和平均孔径 t a b l e2 - 3s u r f a c ea r e a , p o r ev o l u m ea n da v e r a g ep o r eo f6s o i l sc a l c u l a t e db yc 0 2a d s o r p t i o n l 、2 、3 、6 号土壤的微孔分布相似( 图2 6 ) ，图中出现3 个峰值，说明孔 径在该范围内的微孔较多。4 号和5 号土壤的微孔分布相似，有多个波峰，说明 这两种土壤中的微孔分布较分散。 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 孔径( r i m )孔径( n m ) 孔径( 姗)孔径( n m ) e 径c n m )孔径( 衄) 图2 - 6c 0 2 吸附法测得的6 种土壤的孔径分布 f i g 2 - 6p o r es i z ed i s t r i b u t i o no f6s o i l sm g a s u r e db yc 0 2a d s o r p t i o n 注：a - f 分布代表1 - 6 号土壤 2 2 3 土壤有机碳含量与土壤微孔的关系 土壤有机质中可能存在的高能吸附位点对有机污染物的吸附尤其是慢吸附 有重要作用【3 钔。同时有机质是土壤微孔的一个来源之一。确定土壤微孔与有机质 的关系可以间接反映有机污染物的在土壤中的束缚。 土壤o c 和c 0 2 吸附法表征的微孔体积分别用b e t 比表面积归一化，二者 2 4 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 的关系见图2 7 。二者呈线性相关，这与r a v i k o v i t c h 等的研究是一致的【3 2 1 ，说明 c 0 2 对土壤有机碳有较高的亲和力。延伸的截距表示在有机碳的含量少到可以忽 略不计时，矿物质所能提供的单位面积的微孔体积。 鼷 簸 要曼 ：畦 单位面积有机含量( g m 2 ) 图2 - 7 单位面积土壤有机碳含量和c 0 2 吸附法表征的微孔体积的相关性 f i g 2 - 7r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eo r g a n i cc a r b o nc o n t e n ta n dm i c r o p o r ev o l u m em e a s u r e db yc 0 2 a d s o r p t i o np e ru n i to f s u r f a c ea l e a 2 3 小结 l 、n 2 在土壤中的吸附等温线属于i i 型吸附等温线。土壤的孔隙由微孔、介孔、 大孔组成，但微孔体积所占的比例不高，平均在1 0 左右，最高不超过2 0 ， 但最低的可低于l 。孔隙形状为片形和楔形。 2 、c 0 2 吸附法仅能对土壤微孔进行表征，其吸附等温线是非线性的。土壤单位 面积的有机碳含量与单位面积的微孔体积存在线性关系，说明c 0 2 对土壤有机 碳有较高的亲和力。 3 、6 种土壤中，1 号、2 号和6 号土壤的微孔体积( c 0 2 吸附法) 较大，但1 号 和2 号土壤的理化性质相似，而6 号土壤的性质与它们相差较大，所以选1 号和 6 号即黑土和红壤为研究对象，进一步研究低分子量有机酸对土壤微孔的作用。 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 3 土壤对低分子量有机酸的吸附 土壤中的有机酸主要来源于：植物根系的分泌，动植物残体的分解以及微生 物的生物合成【6 9 , 7 0 。低分子量有机酸在土壤中的半衰期极短，一般在1 2h 之内， 一方面是由于微生物的降解作用，另一方面也归因于其在土壤中的吸附。低分子 量有机酸能被土壤中的阴离子交换位吸附，但不同的有机酸因为官能团不同其吸 附的程度也不同，如草酸、柠檬酸、原儿茶酸可完全被土壤吸附，而乙酸、安息 香酸几乎不被土壤吸附】。研究低分子量有机酸在土壤中的吸附，可揭示有机酸 的吸附位点及影响因素，为研究有机酸对土壤结构的作用奠定基础。 本章所选的4 种低分子量有机酸为植物根系分泌的常见的有机酸：琥珀酸 ( s u c c i n i ca c i d ) 、苹果酸( m a l i ea c i d ) 、酒石酸( t a r t a r i ca c i d ) 和柠檬酸( c i t r i ca c i d ) ， 其中琥珀酸、苹果酸和酒石酸是二元羧酸，但羟基数各异，柠檬酸是三元羧酸， 分别添加到筛选出的黑土和红壤中，确定有机酸的吸附平衡时间及其影响因素。 3 1 材料与方法 3 1 1 材料 所选土壤为微孔比较丰富的黑土和红壤，其理化性质已在表2 1 中列出。土 壤风干后过o 1 2 5 m m ( 1 2 0 目) 筛待用。所用的低分子量有机酸为：琥珀酸、苹 果酸、酒石酸、柠檬酸，均购自f l u k a 公司，纯度9 9 ，购买后直接使用， 未经提纯处理。其性质见表3 1 。n a i l 2 p 0 4 购自f l u k a 公司。h 3 p 0 4 为优级纯。 试验用水为m i l l i q 水。 3 1 2 方法 3 1 2 1 试验设计 将琥珀酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸分别用m i l l i q 水配制成一定浓度的溶 液，均含2 0 0m g k g 1n a n 3 以抑制微生物活性。准确称取o 8g 黑土、红壤于1 2 5 m l 具盖( 聚四氟乙烯内垫) 螺口试管中，分别添加1 0 m l1 5m m 的琥珀酸、苹 果酸、酒石酸和1 0m m 的柠檬酸以保证有机酸提供的羧基数相同。空白对照为 2 6 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 有酸无土，即螺口试管中分别加入1 0m l 相应浓度的4 种有机酸溶液。 土壤与低分子量有机酸溶液混合均匀后在调速多用振动器( h y - 2 ，金坛市 白塔石英玻仪厂，中国) 上避光振荡，吸附达到平衡后停止振荡，样品用离心机 在3 0 0 0r 下离心1 0r a i n 。液相部分过0 2 2l a i n 的尼龙滤膜，用高效液相色谱仪 ( h p l c ，l c 1 0 a t v p ，岛津，日本) 测定溶液中各低分子量有机酸的浓度；用 p h 计测定溶液的p h 。 表3 - 14 种低分子量有机酸的性质 t a b l e3 - 1p r o p e r t i e so f 4l o wm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i ca c i d su s e di nt h es t u d y 分子量溶解度 名称分子式 p i ( 分子结构 n 1 。n 2 。 ( g t o o l 1 )( g l 1 ) 琥珀酸 c 3 h 6 0 4 11 8 0 9 苹果酸 c 4 h 6 0 5 1 3 4 0 9 酒石酸c 批0 6 1 5 0 0 9 柠檬酸 c 6 h 8 0 7 19 2 4 3 1 0 0 0 曲一一丫j 。2 0 y 6 v o “ p k a 2 = 5 6 o p勋1234厶o014558 洲 21帅 a 洲 p k a z = 5 i o p k a l = 3 2 1 3 3 0 p k a 2 - - 4 8 22 p k a l = 3 2 l3 3 0 p k a 2 = 4 鬻上孓豆佣3 l 饵 p k a 3 = 6 4 注：a 每个分子的羧基数：b 每个分子的羟基数。 3 1 2 2h p l c 测定低分子量有机酸浓度 h p l c 测定低分子量有机酸所用的检测器为s p d m 1 0 a 二极管阵列检测器， 色谱柱为h y d o r s p h e r cc 1 8 分析柱( 1 5 0 x 4 6m m ，5i m a ) 。流动相：2 0m m o l l - 1 的n a i - 1 2 p 0 4 - h 3 p 0 4 ( p h2 8 ) 溶液，用前经过0 2 2i n n 的滤膜过滤，超声2 0m i n ： 流速：1 0 m l m i n ；柱温：3 0 ；检测波长：2 1 0n n l ；进样量：2 0u l 。 2 7 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 4 种低分子量有机酸用h p l c 检测的工作曲线如图3 1 示。 浓度( n a g l - 1 ) 浓度( m g - l 1 ) 浓度( m g l 1 ) 浓度( m g l - 1 ) 图3 1h p l c 测得的4 种低分子量有机酸的标准曲线 f i g 3 - ls t a n d a r dc u r v eo f 4l o wm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i ca c i d sm e a s u r e db yh p l c 注：a 琥珀酸：b 苹果酸；c 酒石酸gd 柠檬酸 3 1 2 3 吸附平衡时间的确定 从4 种低分子量有机酸中选分子量最大的柠檬酸为代表，确定有机酸在土壤 中的吸附平衡时间。1 0 m m 柠檬酸( 含2 0 0m g k g 1n a n 3 ) 分别加入到0 8g 黑 土和红壤中，避光振荡，取样时间设为：1h 、3h 、6 h 、1 2 h 、2 4 h 以及之后每 隔2 4h ，直到1 0d 结束。 3 1 3 数据处理 低分子量有机酸在土壤中的吸附用吸附系数( s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ) k d 表示， 其定义为： 低分子量有机酸对土壤微孔的作用机理 瓦譬孚 一。 式( 3 1 ) 其中c e ( m g l 1 ) 表示低分子量有机酸吸附平衡后在液相中的浓度，足 ( m g k 9 1 ) 表示低分子量有机酸在固相即土壤中的浓度，其计算公式为： 瓯= 与严 其中c o ( m g l 1 ) 为空白中低分子量有机酸的液相浓度， 有机酸溶液体积，m ( g ) 表示土壤质量。 式( 3 2 ) y ( l ) 是加入的 数据经e x c e l 整理后，采用s p s s16 0 软件进行单因素方差分析( o n e w a y a n o v a ) 。 3 2 结果与讨论 3 2 1 吸附平衡时间 黑土、红壤对柠檬酸的吸附动力学曲线如图3 2 。本实验在避光条件下进行， 排除了柠檬酸的光解作用，n a n 3 抑制了微生物的降解作用，所以柠檬酸在溶液 中浓度的降低可认为是由土壤吸附引起的。从图中可以看出，柠檬酸在两种土壤 中的吸附是相似的，均经历两个阶段：最初的快速吸附阶段和之后的慢吸附阶段。 在1 2 4h 之间，柠檬酸的吸附量快速上升；2 4h 之后，柠檬酸的吸附量趋于平缓； 到达第8d 后，随时间的延长，柠檬酸的吸附量并不会增加，而是处于较平稳的 状态，说明柠檬酸在这两种土壤中的吸附在第8d 达到平衡。这与宋金风和崔晓 4 阳的研究并不一致【7 1 1 。他们研究了草酸、苹果酸和柠檬酸在暗棕壤上的吸附，发 现这些有机酸在5r a i n 内即可达到平衡。这可能由土壤类型及有机酸的加入量不 同造成的。 低分子量有