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1、第39卷第3期土壤学报Vol39,No32002年5月ACTAPEDOLOGICASINICAMay,2002*低分子量有机酸对高岭石中铝释放的影响徐仁扣季国亮蒋新(中国科学院南京土壤研究所,南京210008)摘要选择了几种土壤中可能存在的低分子量脂肪羧酸,研究了它们对高岭石中铝释放的影响。结果表明,有机酸可以通过络合作用促进高岭石中铝的释放。几种有机酸对体系中可溶性铝影响的大小顺序为:草酸>柠檬酸>丙二酸>苹果酸>乳酸。草酸、柠檬酸和乳酸对可溶性铝释放的促进作用随体系pH的升高而减小,其中草酸体系中可溶性铝
2、随pH的变化幅度最大。在苹果酸体系中,可溶性铝随pH的升高而稍有增加。体系中的可溶性铝随有机酸浓度的增加而增加,而交换性铝随柠檬酸浓度的增加而减少,先随苹果酸浓度增加而增加,然后又逐渐减少。与对照相比,柠檬酸和草酸使交换性铝的量减小,苹果酸和乳酸在低pH下使交换性铝明显增加,而苹果酸在较高pH下使交换性铝减少。有机酸影响释放出的铝在固液相间的分配比,苹果酸在低pH下使体系中释放出的大部分铝以交换性形态存在,而在较高pH下,大部分铝以可溶形态存在。在草酸体系中,释放出铝的大部分都以可溶形态存在。不同有机酸的不同表现与体系中铝的溶解平衡、
3、铝的吸附-解吸平衡、有机酸的吸附-解吸平衡、有机酸的离解平衡和铝与有机酸的络合-离解平衡有关。关键词低分子量有机酸,高岭石,铝的释放中图分类号S153低分子量有机酸是土壤中广泛存在的,植物在生长过程中其根系会不断分泌出各种[1~3]有机酸并释放到土壤中,植物残体在分解过程中也会产生有机酸。有机酸能与铝形成络合物,从而影响铝在土壤及环境中的化学行为。高岭石是热带、亚热带地区酸性土壤中的主要黏土矿物,虽然它在酸性条件下是较为稳定的矿物,但研究结果表明,它仍可以释放出铝并有可能成为控制土壤中铝的溶解度的[4~7]矿物。有机酸可以从各
4、种矿物包括高岭石中溶解出铝及其它阳离子,从而促进矿物的风化,[8,9]这在文献中已有报道。动力学研究结果表明在铝氧化物和铝硅酸盐矿物表面形成单核双齿表面络合物的有机阴离子如草酸根、柠檬酸根和水杨酸根能促进铝的短程(50h内)溶解,而在矿物表面形成多核表面络合物的有机阴离子对铝的短程溶解有抑制作[10]3+用。有机配体对-Al2O3的短程溶解的促进作用与该有机配体对溶液中Al的络合能[11]力的大小呈正相关。从长程溶解的研究结果看,有机配体对刚玉溶解的促进作用不明[12]显,也不影响高岭石的溶解。*国家自然科学基金(49831005
5、)和国家重点基础规划项目(G1999011801-3)资助收稿日期:2001-07-23;收到修改稿日期:2001-12-293期徐仁扣等:低分子量有机酸对高岭石中铝释放的影响335从矿物中释放的铝有部分成为可溶性铝进入溶液,还有部分将以交换性铝的形态存在于矿物的表面。有机酸的存在不仅会影响可溶性铝,也有可能会影响矿物表面的交换性铝以及铝在固液相间的分配比例。对后一问题,目前文献上还很少有报道,对此还了解甚少。本文选择了几种土壤中可能存在的常见的低分子量的脂肪羧酸,研究了它们对高岭石中铝释放(包括可溶性铝和交换性铝)的影响。1材料
6、和方法11材料-1选用的有机酸有:乳酸、苹果酸、丙二酸、柠檬酸和草酸。所用高岭石采自苏州阳山,用05molL-1CaCl2制成Ca饱和高岭石。具体做法是,用05molLCaCl2处理高岭石5次,然后用蒸馏水反复洗至检-测不出Cl。将其风干磨细备用。12有机酸溶液的配制[9]-1因为醋酸对铝的络合作用很弱,所以我们选择001molL醋酸/醋酸钠作为缓冲溶液以保持反应-1前后体系的pH基本不变。先配制05molL的醋酸/醋酸钠溶液。取145ml冰醋酸于烧杯中,用蒸馏水稀释至约450ml,再用NaOH将pH值调至35,然
7、后将其转入500ml容量瓶中并定容。在100ml容量瓶-1-1中加入2ml05molL的醋酸/醋酸钠溶液,分别加入上述有机酸并定容。然后用11HCl和50molLNaOH将溶液pH调至所需的值。13实验方法称取0100g高岭石于60ml塑料瓶中,称重并记录瓶和高岭石的总重量。加入25ml有机酸溶液,摇匀后在恒温水浴振荡机上振荡2h,放置过夜。在整个实验过程中温度控制在27(1)范围内。以-13000rmin的速度离心10min后,将上层清液倒出过滤,滤液供测定可溶性铝。然后将倒出清液的塑料-1瓶再次称重,记录瓶加高岭石
8、和残液的总重量。加入25ml1molLKC1,摇匀后振荡1h,按上述同样方法离心过滤,滤液供测定交换性铝。设一个不加其他有机酸,只含缓冲溶液的处理作对照。所有处理均重复一次。从溶解反应前后塑料瓶及内容物的总重量之差可计算
