离子特异性效应对紫色土孔隙状况的影响机制研究

土壤孔隙对土壤水分和养分迁移及水土保持有着关键作用,不同离子条件下土壤颗粒相互作用控制着土壤团聚体稳定性,而土壤团聚体形成和结构对土壤孔隙状况起重要影响.紫色土是三峡库区代表性土壤之一,探究离子特异性效应下颗粒的相互作用对紫色土孔隙状况的影响,对三峡库区水土生态环境安全具有重要意义.采用工业CT扫描技术和联合测定法分别对不同类型离子条件下的土壤孔隙状况和颗粒表面电荷性质进行测定,并分析其形成土壤孔隙特征差异原因.结果表明,(1)当浓度为0.01 mol·L?1时,Cs+体系下土壤孔隙的数量分别是Li+、Na+和K+体系下的 2.90、2.23和1.44倍,其中,Li+、Na+、K+和Cs+体系下>1 mm孔隙数量分别占0.33％、1.06％、1.57％和1.88％;同时,Cs+体系下土壤最大孔隙的直径分别是Li+、Na+、K+体系下的1.97、1.81、1.30倍.(2)当浓度为0.01 mol·L?1时,Li+、Na+、K+、Cs+体系土体中>1 mm土壤孔隙体积占所有孔隙比例分别为22.7％、40.1％、56.5％、59.9％,并且,Cs+体系下土体中>1 mm土壤孔隙体积分别为Li+、Na+、K+体系的13.70、5.22、2.70倍;同时,土壤孔隙度在Li+、Na+、K+、Cs+体系下分别为1.36％、2.06％、2.84％、7.22％.(3)在测定孔隙相同离子浓度条件下,Li+、Na+、K+、Cs+体系中紫色土颗粒表面电位分别为?210.34、?198.63、?186.29、?175.57 mV,绝对值表现为Li+>Na+>K+>Cs+,进一步计算发现,在相同颗粒间距离3 nm时,Li+、Na+、K+、Cs+体系下颗粒间净作用力分别为4.68、3.90、2.32、?0.15 atm,同样表现为Li+>Na+>K+>Cs+.该研究表明Li+、Na+、K+、Cs+通过改变紫色土表面电荷性质,进而引起土壤颗粒间相互作用力发生变化,最终影响土壤的孔隙状况.