人生必讀的60篇散文

1、黃土中礦物元素的淋溶釋放研究許卉1 ,楊昕2（1 ：煙臺大學應用化學系，山東煙臺264005 ； 2 :華東師范大學化學系，上海200063）摘要：選取我國西北地區(qū)廣泛分布的黃土進行模擬降水淋溶實驗，研究了在動態(tài)淋溶系統(tǒng)中鹽基離子和SiO2、Cl-等黃土主 要組份的釋放規(guī)律及淋出液的pH值變化特點，在此基礎上對黃土中各礦物元素的淋溶釋放機制進行了探討。結果表明，黃 土中的Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-主要通過快速的無機鹽溶解過程淋失，而K+、SiO2的淋溶釋放則與緩慢的硅酸鹽礦物風化有 關。粗略的通量計算結果顯示，在黃河流域，降水淋溶侵蝕作用每年可從黃土中淋失鹽基離子40.7x109mol

2、，占黃河溶解態(tài) 物質入海通量的近20%。關鍵詞：黃土；常量組分；模擬降水；淋溶釋放中圖分類號：S153.6文獻標識碼：A 文章編號：1008-181X （ 2002 ） 01-0038-04我國黃土集中分布于大青山以南、秦嶺以北、 賀蘭山青藏高原以東、太行山以西區(qū)域，包括晉、 陜、蒙、甘、寧、青、豫的大部或一部分地區(qū)，面 積6.3x105km2，通稱黃土區(qū)1。黃土區(qū)是古老的農(nóng) 業(yè)區(qū)，但水土流失嚴重，這一方面導致土壤中富含 的營養(yǎng)物質（如Na、K、Ca、Mg、P等）逐漸淋 失，同時使得黃土成為黃河的主要物源。因此，研 究黃土性土壤在降水淋溶侵蝕過程中的物質釋放 規(guī)律，探討元素在外動力地質過程中的

3、循環(huán)，對于 這一地區(qū)的水土保持和發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及環(huán)境規(guī) 劃和保護都有重要的意義。本文利用動態(tài)系統(tǒng)模擬 降水對黃土的淋溶侵蝕過程，通過對淋溶液的分析 測定，研究了黃土礦物元素的淋溶釋放規(guī)律，探討 了黃土淋溶風化這一地球化學過程對黃河常量物 質輸送的貢獻。1材料與方法1.1供試土壤試驗用土壤樣品系采自黃土高原中部內(nèi)蒙古 托克托縣的表層馬蘭黃土。將土壤樣品置于潔凈瓷 盤中，剔除石粒、草根等雜物，自然風干后研成20 -60目的粉末，裝瓶備用。黃土的基本理化性狀見表1。X-射線衍射分 析結果顯示，試驗用黃土中含5%的無機鹽礦物（石 鹽、石骨等X 15%的碳酸鹽和5%的重礦物（包括 赤鐵礦、角閃石、磷灰

4、石、石榴石、鈦鐵礦、輝石 和錯石等）。石英、云母是主要的碎屑礦物，主要 的粘土礦物有伊利石（50% 高嶺石（15% ）和綠 泥石（10% ）土柱裝置稱取定量風干均勻的土樣，裝入內(nèi)徑5.0 cm、 高10 cm、下部墊有0.45 |im醋酸纖維濾膜的有機 玻璃淋溶管中。土柱高度3.2 cm，與黃河流域盆地 的理論淋洗深度相當2。土樣上鋪一薄層玻璃纖維， 以防土粒濺出。1.3動態(tài)淋溶與淋出液測定按黃土區(qū)實際降水的平均化學組成，用去離子 水稀釋摩爾比SO42- : NO3-=5.8: 1的酸性母液 配制pH為5.6的淋溶液，采用間歇淋入法，每隔 24h淋溶一次，每次淋溶量相當于30 mm降雨量， 淋

5、溶速率為0.5 ml/min，共淋溶10次，累積淋溶量 為300 mm，相當于我國黃河流域盆地平均年降水 量的50%3。每30 mm淋溶量收集淋溶樣一個，收表1供試黃土的基本理化性狀1土壤CaCO3有機質全N全P2O5有效K2O堿解N有效P有效K2O鹽基代換量物理粘粒pH值/%/(gkg-1)/(mgkg-1)/(mmol-kg-1)/%8.2510.286.00.581.2119.840.75.5127.378.530.7基金項目：國家自然科學基金項目（49376278 ）:霍英東教育基金項目（0301051 ）作者簡介：許卉（1971 -）,女，碩士，講師。E-mail: HYPERLIN

6、K mailto:WXR2001S WXR2001S 或 HYPERLINK mailto: 收稿日期：2001-08-27淋溶量/mm0601201802403000 9 81值HP0760120180240300淋溶量/mm8 6 4 .JKg-lom m- 斜量放釋子離基鹽圖1黃土淋出液pH值集完淋出液后立即用PHS-2型酸度計測定pH值； K+、Na+、Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度計測定； Cl一用硫氧酸汞光度法測定；Si用硅鉬藍比色法測 定。2結果與討論2.1淋出液pH值的變化如圖1所示，模擬降水淋溶黃土時，淋出液的 pH值在淋溶初期迅速增大，此后漸趨平穩(wěn)，并維 持在一個較高

7、的水平。這一結果表明，在黃土的淋 溶侵蝕過程中發(fā)生了快速的可交換鹽基與外源質 子的交換反應，這種快速的陽離子交換過程是黃土 緩沖外源質子輸入的初級反應。和淋入雨水相比，黃土淋出液呈明顯的堿性， 與黃河水的pH值相近3。這也間接表明黃土是黃 河的主要物源，黃土的淋溶侵蝕是黃河溶解態(tài)物質 輸送的一個重要地球化學過程。2.2鹽基離子淋失總量及其動態(tài)變化表2列出了在模擬降水淋溶過程中質子的累積 輸入量和黃土鹽基離子的累積釋放量。其中，m4 為K+、Na+、Ca2+和Mg2+四種陽離子釋放量之和， 稱為鹽基離子淋失總量。由表2數(shù)據(jù)可以看出，在 降水淋溶過程中，黃土鹽基離子的淋失量遠大于外 源降水的質子輸

8、入量，這表明在淋溶降水的pH值 較高時（pH4.0），黃土鹽基離子的淋失主要來自土 壤中可溶性無機鹽類的溶解，而陽離子交換反應的 釋放作用則相對是次要的。由M4釋放速率變化曲線（圖2 ）可知，淋溶初 期m4釋放速率變化很大，由一個較高值迅速下降，圖2黃土淋溶過程中M4釋放速率變化曲線至淋溶后期m4釋放速率基本穩(wěn)定不變。這進一步 說明無機鹽的溶解和陽離子交換反應是一個快速 的過程，黃土中的鹽基離子能夠很快通過溶解和交 換作用被淋洗下來。Na+、Ca2+和Mg2+的淋失特點如圖3所示，黃土中 Na+、Ca2+、Mg2+ 三種鹽 基陽離子具有共同的淋失變化特征，即在淋溶初始 階段大量淋出，隨后釋放量

9、迅速下降，并很快達到 穩(wěn)定，直至淋溶實驗結束。這種淋溶動態(tài)變化表明， 在模擬淋溶實驗條件下黃土中的Na+、Ca2+和Mg2+ 主要是通過快速的離子交換和無機鹽類礦物（如石 鹽、石骨、方解石等）的同成分溶解過程淋失的。 淋溶過程中Na+與CL的一致性淋失變化也進一步 說明了這一點。K+和SiO2的釋放由圖3可以看出，在降水淋溶過程中，黃土中 K+的釋放情況明顯不同于Na+、Ca2+和Mg2+。盡管 在淋溶初期K+的釋放速率也迅速下降至一個低點， 但隨著淋溶過程的推進，其釋放速率由此低點一直 緩慢增大，直至實驗結束。這種淋失變化特征顯示， K+的淋溶釋放先后受兩個不同速度的過程控制。初 期的快速釋

10、放源于離子交換和含K+無機鹽的溶解， 此后K+的淋出則與比較緩慢的硅酸鹽礦物如黃土 中風化程度較低且富含鉀的伊利石、正長石、云母 等）的異成分溶解反應有關4:3KAlSi3O8 （正長石）+2H2CO3 + 12H2Ot2K+ + 2HCO - + 6H SiO + KAI Si O （OH）（云母）3443 3 82KMgAlSiO（OH）（黑云母）+ 7HCO + 0.5HO33 82232表2模擬降水（pH=5.6 ）淋溶黃土時的陽離子平衡關系淋溶量/mm質子累積輸入量/（U mol.kg-1）30092601 84902771203 691504 621805542106462407.

11、39270831300924M 46.059.3611.0411.6512 1212 4612 7913 0913.3413 58、-皿Na+5.809.0110.6211.2011 6411 9512 2412 5012 7012 88陽離子累積釋放量K +0.050.070.080.090 110 130 150 190 230 28/(mmol-kg-1)Ca2+0.130.170.190.200 210 210 220 220 230 23Mg2+_007011_0140 150 16_016017017018018圖3黃土淋溶過程中各元素釋放速率變化曲線圖5淋出液中鉀和硅含量的關系-

12、K+ + 3Mg2+ + 7HCO3 - + 2叩論4 + 0.5A1 Si O （OH）（高嶺石）2 2 54如圖4所示，在淋溶過程中，硅的釋放量一直 隨降水淋溶量以類似線性的速率緩慢增加。由于受 淋溶量的限制，直至實驗結束也未能觀察到其最大 釋放量，但SiO2與K+兩者的累積釋放量間存在有 良好的相關性（見圖5 ）。K、Si的這種相關淋失變 化特征進一步表明，有關硅酸鹽礦物的風化控制著 淋溶過程中K+和SiO2的釋放。在此過程中，除釋 放簡單離子，同時還有多種次生礦物生成，反應速 率低于無機鹽礦物的同成分溶解過程，因而K、Si 淋失緩慢，在表生地質作用中表現(xiàn)出較強的抗風化 能力。2.5鹽基

13、離子淋溶通量估算確定化學物質的淋溶通量是一項復雜而困難 的工作。它受許多因素的影響，如產(chǎn)生有效淋溶侵 蝕的土壤總量、元素的淋溶釋放速率以及淋溶降水 量等。我們按下式對黃土的鹽基離子淋溶通量進行 粗略估算：F A =DxAxMxPM4式中，D、A、M、P分別代表黃土的物理剝蝕速率、 黃土覆蓋面積、鹽基離子淋溶釋放速率和年降水 量。在黃河流域，黃土主要覆蓋在中游地區(qū)，面積 達3x105 km2，其物理剝蝕速率平均可達5x106 kg Km_2.a_i。假設在淋溶過程中鹽基離子的釋放是 均勻的，那么，根據(jù)表2的數(shù)據(jù)計算可得P二 13.58/300 = 0.045 mmol-kg-1-mm-1，年均

14、600 mm 的表3 黃河主要元素的通量(x109moa-1 )Ca2+Mg2+K+Na+ (M4 )42.930.03.6107.0183.5降水則可使黃土中淋失鹽基離子40.7x109 mol。對 比表3的數(shù)據(jù)可看出，黃土中鹽基離子的淋溶通量 是黃河化學要素輸送通量的22%。這一結果進一步 表明黃土是黃河的主要物源，淋溶風化是黃土向黃 河進行溶解態(tài)物質輸送的一個重要地球化學過程。3結論(1)黃土各主要組分表現(xiàn)出不同的淋失特征。 Na+、Ca2+、Mg2+、Cl 一通過離子交換和無機鹽礦 物的同成分溶解過程在淋溶初期即大量快速淋失， 但K+、SiO2的淋溶釋放過程受有關硅酸鹽礦物的 風化反應

15、控制，淋失緩慢，在表生地質作用中表現(xiàn) 出較強的抗風化能力。(2 )堿性的黃土對淋溶雨水的酸度具有較強 的緩沖作用。在pH = 5.6的降水淋溶過程中，黃土 通過快速的陽離子交換反應來緩沖外源質子的輸 入，淋出液呈明顯堿性。(3)黃土是黃河的主要物源，其淋溶侵蝕是 黃河溶解態(tài)物質輸送的一個重要地球化學過程。初步的通量計算結果顯示，在黃河流域，降水淋溶侵 蝕作用每年可從黃土中淋失鹽基離子40.7 x 109mol，占黃河溶解態(tài)物質入海通量的近20%。參考文獻：余存祖，劉耀宗，彭琳，等.黃土區(qū)土壤肥力形成過程與肥力指標 分析J. 土壤通報，1990，21(5): 197-200.ZHANG J, H

16、UANG W W., LIU M G，et al, Drainage basin weathering and major element transport of two large Chinese rivers (Huanghe and Changjiang)J. J Geophy Res, 1990, 95(C8): 13 277-13 288.ZHANG J, HUANG W W, TOLLE RLE, et al. Major element chemistry of the Huanghe (Yellow River), China: weathering processes an

17、d element fluxesJ. Journal of Hydrology, 1995, 168: 173-203.戎秋濤，翁煥新.環(huán)境地球化學M.北京：地質出版社，1990.Releasing of major elements from loess leached by rainXU Hui1，YANG Xin2(1: Department of Applied Chemistry, Yantai University, Yantai 264005, China2: Department of Chemistry, East China Normal University, Shang

18、hai 200063, China)Abstract: Based on a dynamic experiment design, loess sampled from northwestern China was leached by simulated rain of a pH value of 5.6. The characteristic and mechanisms of cations, Si and Cl - release and pH value of the leachate were investigated. The results showed that Na+, Ca2+, Mg2+ and Cl - were leached mainly through fast congruent dissolution of inorganic salts and the release of K+ and Si was controlled