红壤中带电表面之间相互作用的电化学原理与应用

前言
第1章土壤中的带电表面及其电荷特征 1
1.1 土壤矿物表面电荷特征 1
1.1.1 矿物表面电荷的来源和类型 1
1.1.2 矿物表面电荷的表征方法 5
1.2 土壤细菌表面电荷特征 8
1.2.1 细菌表面电荷的来源 8
1.2.2 细菌表面电荷的表征方法 9
1.3 植物根系表面电荷特征 10
1.3.1 植物根系表面电荷的来源 10
1.3.2 植物根系表面电荷的表征方法 12
1.4 红壤表面电荷特征 17
1.4.1 红壤表面电荷的种类与来源 17
1.4.2 红壤表面电荷的影响因素 19
1.4.3 土壤剖面不同层次的电荷特征 21
1.4.4 红壤发育过程中表面电荷的演变 23
参考文献 25
第2章红壤中的离子吸附 28
2.1 红壤中离子交换与电性吸附 28
2.1.1 红壤的阳离子交换量与交换性阳离子 28
2.1.2 红壤中阳离子的电性吸附与离子交换过程 32
2.1.3 红壤中阴离子的电性吸附与离子交换过程 35
2.2 红壤中离子的专性吸附 36
2.2.1 阳离子的专性吸附 36
2.2.2 阴离子的专性吸附 39
2.2.3 介质离子强度对阴离子专性吸附的影响 41
2.3 离子间的竞争吸附与协同吸附 43
2.3.1 离子间的竞争吸附 43
2.3.2 阴阳离子之间的协同吸附 46
2.4 水耕人为作用对离子吸附的影响 48
2.4.1 水耕人为作用对红壤表面电化学性质的影响 48
2.4.2 水耕人为作用对红壤吸附重金属的影响 49
2.4.3 水耕人为作用对红壤吸附磷的影响 51
2.5 生物质炭对离子吸附的影响 53
2.5.1 生物质炭对红壤表面电化学性质的影响 53
2.5.2 生物质炭对红壤吸附重金属的影响 56
2.5.3 生物质炭对红壤吸附磷的影响 61
2.6 离子吸附在农业生产和环境保护中的应用 63
2.6.1 离子吸附在农业生产中的应用 63
2.6.2 离子吸附在环境保护中的应用 64
参考文献 64
第3章红壤中带电颗粒之间的双电层相互作用 67
3.1 胶体双电层的概念 67
3.1.1 胶体双电层的基本概念 67
3.1.2 双电层理论的发展简史 68
3.1.3 双电层理论假说的实验验证 69
3.2 土壤胶体的zeta电位 70
3.2.1 zeta电位的基本概念 70
3.2.2 胶体zeta电位的测定方法 70
3.2.3 红壤胶体的zeta电位 71
3.3 胶体悬液体系中双电层相互作用 78
3.3.1 悬液体系中双电层相互作用的表征 78
3.3.2 双电层相互作用的影响因素 83
3.4 双电层相互作用对离子解吸的影响 87
3.4.1 土壤体系中的双电层相互作用 87
3.4.2 双电层相互作用对盐基阳离子和铵解吸的影响 89
3.4.3 双电层相互作用对Cd²⁺解吸的影响 93
3.5 双电层相互作用与红壤中的盐吸附现象 95
3.5.1 土柱淋溶条件下的盐吸附现象 95
3.5.2 产生盐吸附现象的机制 98
3.5.3 固/液相平衡体系中的盐吸附现象 102
3.6 双电层相互作用研究的意义 106
参考文献 107
第4章铁铝氧化物抑制红壤酸化的双电层互作机制 109
4.1 电荷相互作用抑制红壤酸化的普遍性验证 109
4.1.1 红壤酸度状况 109
4.1.2 电渗析处理对红壤表面电荷和酸度性质的影响 110
4.1.3 不同发育程度可变电荷土壤的酸度性质 114
4.2 添加铁氧化物对土壤酸化的抑制作用 116
4.2.1 不同铁氧化物的影响 116
4.2.2 电渗析过程中高岭石和黄棕壤酸度和ECEC的动态变化 118
4.2.3 铁氧化物加入量的影响 118
4.2.4 离子强度对电渗析样品ECEC的影响 121
4.3 添加铝氧化物对土壤酸化的抑制作用 124
4.3.1 不同铝氧化物的影响 125
4.3.2 电渗析过程中高岭石和黄棕壤酸度和ECEC的动态变化 127
4.3.3 铝氧化物加入量的影响 127
4.3.4 离子强度对电渗析处理样品ECEC的影响 129
4.4 混合和包被铁铝氧化物的作用对比 131
4.4.1 铁铝氧化物的混合和包被处理对矿物及土壤酸度和ECEC的影响 131
4.4.2 离子强度对铁铝氧化物包被和混合样品ECEC的影响 132
4.4.3 铁铝氧化物包被和混合高岭石的X射线衍射分析 134
4.4.4 铁铝氧化物包被和混合高岭石的透射电镜分析 135
4.5 腐殖酸对带电胶体颗粒之间相互作用抑制土壤酸化过程的影响 136
4.5.1 腐殖酸在硅酸盐矿物和土壤表面吸附对酸度的影响 137
4.5.2 腐殖酸在铁铝氧化物表面的吸附对硅酸盐矿物和土壤酸度的影响 139
参考文献 142
第5章流动电位及其在颗粒表面双电层相互作用研究中的应用 144
5.1 流动电位测量原理 144
5.1.1 双电层理论与动电现象 144
5.1.2 流动电位原理 146
5.1.3 流动电位的应用 150
5.2 流动电位测量装置 152
5.2.1 流动电位测量装置的设计思路 152
5.2.2 商品流动电位测量仪 153
5.2.3 自制流动电位测量装置 153
5.3 流动电位表征土壤的表面电化学性质 154
5.3.1 流动电位信号原位表征模拟土体的表面电化学特征 154
5.3.2 流动电位法测量红壤和砖红壤的zeta电位 158
5.4 流动电位法研究土体中颗粒的运移特征 162
5.4.1 黏土矿物胶体运移对包Fe/Al石英砂zeta电位的影响 163
5.4.2 针铁矿胶体滞留对模拟土体zeta电位的影响 166
参考文献 173
第6章细菌与矿物互作对红壤固定磷的影响 179
6.1 细菌–氧化物矿物的界面相互作用特征与机制 180
6.1.1 细菌在氧化物表面的黏附特征 180
6.1.2 细菌在氧化物表面的黏附机制 184
6.2 细菌对氧化物吸附磷的影响 188
6.2.1 细菌对三种氧化物固定磷的影响 188
6.2.2 细菌抑制氧化物表面磷固定的机制 191
6.3 细菌对土壤固定磷的影响 193
6.3.1 细菌对四种土壤固定磷的影响 193
6.3.2 细菌抑制土壤固定磷的机制 196
参考文献 198
第7章红壤与细菌的相互作用及其对土壤表面电化学性质的影响 199
7.1 土壤和矿物对细菌的表面黏附特征 199
7.1.1 土壤和矿物对细菌的等温黏附 199
7.1.2 土壤对细菌的黏附动力学 202
7.1.3 土壤表面特性对细菌黏附的影响 204
7.1.4 环境条件对土壤黏附细菌的影响 205
7.2 土壤和矿物对细菌的黏附机制 208
7.2.1 DLVO理论与土壤对细菌的黏附力 209
7.2.2 表面键合在土壤黏附细菌中的作用 213
7.3 细菌黏附对土壤表面电化学性质的影响 216
7.3.1 细菌黏附对土壤表面电荷的影响 217
7.3.2 细菌黏附对土壤吸附阳离子的影响 221
参考文献 227
第8章细菌胞外聚合物对红壤表面电化学性质的影响 229
8.1 土壤对细菌胞外聚合物的吸附特征 229
8.1.1 细菌胞外聚合物的提取方法与基本特征 229
8.1.2 土壤对细菌胞外聚合物的等温吸附 231
8.1.3 pH和离子强度对胞外聚合物吸附的影响 234
8.1.4 土壤对细菌胞外聚合物的吸附动力学 237
8.1.5 土壤对细菌胞外聚合物的吸附机制 238
8.2 胞外聚合物吸附对土壤表面电化学性质的影响 240
8.2.1 胞外聚合物对土壤表面电荷的影响 240
8.2.2 胞外聚合物对土壤吸附重金属的影响 242
8.3 吸附的胞外聚合物对土壤酸化的抑制作用 244
8.3.1 胞外聚合物吸附对土壤pH的影响 244
8.3.2 吸附的胞外聚合物对土壤酸化的抑制作用与机制 245
参考文献 248
第9章植物根系与离子的相互作用 251
9.1 植物根系形态与结构 251
9.1.1 根系形态 252
9.1.2 根系结构 252
9.1.3 根系生理 254
9.2 植物根表电荷特性与离子有效性 254
9.2.1 大豆和玉米根表Al形态分布及其影响因素 255
9.2.2 大豆根表锰形态分布及其影响因素 262
9.2.3 根表电荷和氮素形态对不同耐铝水稻根表吸附铝的影响 265
9.2.4 根表电荷和官能团对水稻根系吸附Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的影响 272
9.3 根/土界面化学与离子有效性 279
9.3.1 根/土界面的酸碱反应 279
9.3.2 根/土界面的氧化还原反应 284
9.3.3 根际微域内双电层的重叠作用 289
参考文献 298
第10章植物根系表面电荷性质的应用 303
10.1 根系表面电荷特征在筛选耐铝作物品种中的应用 303
10.1.1 铝对植物的毒害与植物的耐铝机制 303
10.1.2 根系电荷性质与水稻耐铝特性 306
10.1.3 根系电荷性质与小麦耐铝特性 311
10.2 根系表面电荷特征与植物对金属阳离子的吸收 319
10.2.1 不同耐铝小麦对铝的吸附 319
10.2.2 水稻根表吸附Mn（Ⅱ）的形态与水稻对Mn（Ⅱ）的吸收 322
10.2.3 不同基因型水稻根系对Cu（Ⅱ）吸收的差异 327
10.2.4 不同基因型小麦对Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）吸收的差异 328
10.3 根系表面电荷特征与植物对酸性土壤的适应性 333
10.3.1 水培条件下营养液pH改变对植物根系表面官能团和表面电荷的影响. 333
10.3.2 土培条件下红壤pH对植物根系表面官能团和表面电荷的影响 335
10.3.3 植物改变根系电荷适应酸性土壤的机制与普遍性 337
参考文献 339
第11章表面电化学原理在土壤酸化调控中的应用 344
11.1 红壤酸化及其酸缓冲性能 344
11.1.1 土壤酸化过程 344
11.1.2 红壤的酸缓冲过程与性能 345
11.2 生物质炭对土壤酸化过程的调控作用与表面电化学原理 347
11.2.1 生物质炭中的碱性物质 347
11.2.2 生物质炭对土壤酸缓冲容量的提升效果 348
11.2.3 生物质炭对土壤酸化过程的阻控效果 349
11.2.4 生物质炭提升土壤抗酸化能力的表面电化学原理 351
11.3 改性生物质炭对土壤抗酸化能力的影响 355
11.3.1 氧化生物质炭表面官能团性质及其对土壤缓冲性能的提升效果 355
11.3.2 壳聚糖和海藻酸盐改性生物质炭的表面性质及其对土壤缓冲性能的影响 358
11.4 长期施用有机肥对土壤抗酸化性能的提升作用 361
11.4.1 施用有机肥对土壤pH缓冲容量的提升作用 361
11.4.2 不同施肥处理对土壤抗酸化能力的影响 362
11.4.3 土壤酸化过程中有机阴离子的质子化与交换性酸的交换作用 363
11.5 秸秆腐解产物对土壤抗酸化性能的提升作用 366
11.5.1 秸秆腐解产物的基本性质 366
11.5.2 四种秸秆腐解产物对土壤pH缓冲容量及抗酸化能力的影响 368
11.5.3 碳酸盐和有机阴离子对秸秆腐解产物抗酸化能力的影响 369
11.5.4 秸秆腐解产物提高土壤pH缓冲容量的机制 371
参考文献 373