低分子量有机酸促进黑云母释钾的研究(附件)
促进土壤原生矿物黑云母的风化对提高土壤钾素水平具有重要意义，而黑云母的风化速率和风化产物受不同温度、湿度、风化试剂及其浓度的影响。本实验以甲酸、乙酸和草酸为例，以硝酸作为对照，对低分子量有机酸风化黑云母的效果进行研究。结果表明（1）黑云母的元素溶出顺序和各种元素溶出速率及其变化规律受酸的种类和pH值的影响；（2）不同种类的酸对同一种元素的淋溶效果优劣次序随pH值而改变，当pH值相同时，同一种酸对元素的淋溶效果随元素的种类而改变；（3）对于同一种酸，多数情况下，pH为3时的风化效果最优，pH为5时的风化效果类似或优于pH为4时效果，配体促进效应随pH的下降而增大；（4）pH值的变化可能与各种有机酸分子的电离以及与水分子的加成反应有关。以钾元素为例，当pH值为3时，各种酸都具有较好的释放钾元素效果，其中，硝酸释放钾元素能力最高，乙酸释放钾元素初始速率最大；当pH值为4时，甲酸释放钾元素能力最高，乙酸释放钾元素初始速率最大；当pH值为5时，甲酸释放钾元素能力最高，草酸释放钾元素初始速率最大。对于甲酸，pH值按释放钾元素能力由高到低排列依次为pH 3、pH 5 和pH 4；对于草酸、乙酸和硝酸，pH值按释放钾元素能力由高到低排列依次为pH 3、pH 4 和pH 5。
目录
摘要1
关键词1
Abstract3
Key words3
引言4
1材料与方法5
2结果与分析5
2.1 元素浓度的动态变化5
2.1.1甲酸作用下黑云母风化12
2.1.2草酸作用下黑云母风化12
2.1.3乙酸作用下黑云母风化13
2.1.4硝酸作用下黑云母风化14
2.2不同pH值对元素浓度的影响16
2.2.1初始pH值为3时不同酸对K浓度的影响16
2.2.2初始pH值为4时不同酸对K浓度的影响17
2.2.3初始pH值为5时不同酸对K浓度的影响18
2.3 元素与pH关系19
3讨论 19
3.1对黑云母风化效果的评估19
3.2元素浓度与pH值关系19
（略）
致谢19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 参考文献19
低分子量有机酸促进黑云母释钾的研究
引言
近30年来，增施钾肥已成为农业持续高产稳产和提高化肥效益的重要措施之一，而黑云母的钾素比较容易释放，它的释钾速率分别是金云母、白云母和微斜长石的13~16、75~105、118~190倍[1]。当溶液中钾浓度在0.2 mmol/L以下时，黑云母就可以释放出钾，当土壤中黑云母处在不同程度的风化过程中时，土壤钾素固定与释放的平衡临界浓度可以高达5 mmol/L[1]。并且黑云母在地球表面分布广泛，并常与石英、钾长石、斜长石、霞石、白云母、辉石、 闪石、红柱石、堇青石、石榴石和尖晶石等矿物伴生[2]。因此，黑云母释钾研究对于土壤培肥尤为重要。
黑云母属于单斜晶系，不常见良好的晶体，表格或短柱状，具有伪六边形轮廓，至3米，通常不规则叶状或弯曲质量；在鳞片状集合体或播散性粒绞合：在构成平面{001}孪轴[310] [2]。黑云母K(MgFe)3[AlSi3O10](OH,F)2，是云母族矿物中的重要成员之一，也是地壳中分布较广泛的矿物原料之一[3]。黑云母属于层状硅酸盐矿物,晶体结构是由结构单元层（晶层）相互平行叠置而成[4]。晶层包括结构层和层间域（物）两个部分，结构层是由硅氧四面体片和铝氧八面体片按1:1或2:1方式构成[4]。结构层之间为层间域（物），它可以是空的，也可以填充水分子、阳离子、水化阳离子及氢氧化物等[4]。随蚀变和风化环境的变化，黑云母能反应生成许多不同的矿物相，包括蛙石、蒙脱石、绿泥石、三水铝石或高岭石[5]。伍英的研究中，扫描电镜下的观察发现，黑云母颗粒的一部分已基本转化为绿泥石，实验所观察的黑云母矿物，其化学式为K{(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2}，当它们受到富含Mg2+的地层水作用时，一方面Mg2+离子取代晶体中的K+和Fe2+离子，另一方面一定量的地层水进入其晶体中成为结构水从而使黑云母蚀变为绿泥石(Mg5[AlSiO10](OH)6)[6]。云母水化的难易程度与其结构性质密切，三八面体黑云母中3个二价阳离子对OH偶极上质子产生的斥力相等，OH偶极取向垂直底面，K—H距离短，H+对K+的斥力大；而在二八面体云母中，Al3+只占据了2/3八面体孔隙，另外的1/3八面体孔隙是空的，OH与两个Al3+相邻，OH偶极上质子倾向空位一边，K—H的距离加大，质子对K+的斥力减弱，这就使三八面体黑云母的K+较二八面体黑云母的K+容易释放[4]。同理，当八面体中的部分OH被F取代时，由于F不产生对K+的斥力，黑云母中K+相对稳定[4]。土壤的固钾特性直接受粘土矿物类型的影响，它们的固钾能力大小顺序是：高岭石<云母<伊利石<蛭石[1]。黑云母风化后形成的次生矿物是土壤中粘土矿物的重要来源，因此，在有关矿物风化（无论是化学风化还是生物风化）的研究中，黑云母常常被作为首选对象[7]。
目前，微生物对含钾硅酸盐矿物解钾作用机理研究成果已有较多的报道，其原因有可能是细菌分泌的代谢产物对矿物的溶解[8]。如摇瓶试验证明，硅酸盐细菌NBT菌株能通过破坏钾长石晶格结构，使矿物中的钾释放出来，从而增加了溶液中的钾含量[9]。虽然细菌通过代谢产物分泌对矿物溶解具有显著效果，对于配位体促进的溶解，有机酸的量并非唯一考虑的参数，细菌产生的配位体的类型（螯合程度）也必须被考虑，配体的有效性依赖于组合物、结晶和形成的矿物的情况，例如，在低的温度和压力下，乙酸和葡糖酸抑制蒙脱石风化，葡萄糖酸增强了金云母和黑云母的风化[10]。不同细菌风化黑云母的效果不同，从矿物层深处分离的细菌菌株通过络合淋溶作用风化云母矿物，而从富碳处（土壤表层和植物根际）分离的细菌菌株通过酸解作用风化云母矿物，与从有机物原因丰富的根际环境分离的兼性厌氧菌菌株相比，从缺乏有机物的深处分离的好氧细菌菌株显得风化云母矿物最有效，在伯克霍尔徳氏菌属、Collimonas属、假单胞菌和鞘脂单胞菌类中风化黑云母最有效的菌株属于伯克霍尔徳氏菌属类（Burkholderia sp.），它们的分泌的代谢产物的种类和浓度也不同[10]。
但由于对黑云母的微生物风化研究尚少，虽然已经证明伯克氏菌能加速黑云母的风化进程，而且能促进形成鳞片状和球状粘土矿物（很有可能分别是蛭石和蒙脱石），但其原因是细菌分泌的代谢产物对矿物的化学溶解还是细菌对矿物的机械破坏尚不明确，也不清楚对矿物起到化学溶解作用的细菌代谢产物为胞外多糖、有机酸或脂肪酸的一种或几种[7]。黑云母被伯克霍尔德菌菌株8B风化的途径可能有两种，一是其层间域中的K+通过质子交换的方式被释放，另一种是低分子量有机酸、胞外多糖（EPS）上的羟基、羧基等官能团与黑云母晶格中的Si、Al离子络合，导致Si—O—Si键和Al—O—Al键断裂进而引起黑云母的风化[7]。EPS具有保持水分的功能，能减轻盐分对微生物产生的胁迫作用，而菌株8B在生长过程中分泌多糖，分泌的多糖数量与细菌的生长阶段有关，在对数生长期和稳定生长期分泌的多糖数量较多，当细菌进入衰亡期时分泌的多糖数量降低至相当于延缓期的水平[7]。另一方面，不完全的有氧降解会导致介质中各种低分子量的羧酸的排泄，尽管知道柠檬酸（pKa : 3.13; 4.76; 6.4）是比葡萄糖酸（pKa : 3.86）更有效的风化试剂，有机酸在溶解和其抑制次生矿物（如氧化氢氧化物）的沉淀能力的影响是难以评估[10]。弱有机酸（螯合剂）的存在同时减少了溶解的铁的再吸附行为和不溶性的铁或铝的氧化氢氧化物如氢氧化铁、三羟铝石等的形成[10]。与此相反，一些代谢产物化合物，如一些长链和短链脂肪酸可以与活性矿物表面建立不可逆的键并抑制溶解[10]。
目录
摘要1
关键词1
Abstract3
Key words3
引言4
1材料与方法5
2结果与分析5
2.1 元素浓度的动态变化5
2.1.1甲酸作用下黑云母风化12
2.1.2草酸作用下黑云母风化12
2.1.3乙酸作用下黑云母风化13
2.1.4硝酸作用下黑云母风化14
2.2不同pH值对元素浓度的影响16
2.2.1初始pH值为3时不同酸对K浓度的影响16
2.2.2初始pH值为4时不同酸对K浓度的影响17
2.2.3初始pH值为5时不同酸对K浓度的影响18
2.3 元素与pH关系19
3讨论 19
3.1对黑云母风化效果的评估19
3.2元素浓度与pH值关系19
（略）
致谢19
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 参考文献19
低分子量有机酸促进黑云母释钾的研究
引言
近30年来，增施钾肥已成为农业持续高产稳产和提高化肥效益的重要措施之一，而黑云母的钾素比较容易释放，它的释钾速率分别是金云母、白云母和微斜长石的13~16、75~105、118~190倍[1]。当溶液中钾浓度在0.2 mmol/L以下时，黑云母就可以释放出钾，当土壤中黑云母处在不同程度的风化过程中时，土壤钾素固定与释放的平衡临界浓度可以高达5 mmol/L[1]。并且黑云母在地球表面分布广泛，并常与石英、钾长石、斜长石、霞石、白云母、辉石、 闪石、红柱石、堇青石、石榴石和尖晶石等矿物伴生[2]。因此，黑云母释钾研究对于土壤培肥尤为重要。
黑云母属于单斜晶系，不常见良好的晶体，表格或短柱状，具有伪六边形轮廓，至3米，通常不规则叶状或弯曲质量；在鳞片状集合体或播散性粒绞合：在构成平面{001}孪轴[310] [2]。黑云母K(MgFe)3[AlSi3O10](OH,F)2，是云母族矿物中的重要成员之一，也是地壳中分布较广泛的矿物原料之一[3]。黑云母属于层状硅酸盐矿物,晶体结构是由结构单元层（晶层）相互平行叠置而成[4]。晶层包括结构层和层间域（物）两个部分，结构层是由硅氧四面体片和铝氧八面体片按1:1或2:1方式构成[4]。结构层之间为层间域（物），它可以是空的，也可以填充水分子、阳离子、水化阳离子及氢氧化物等[4]。随蚀变和风化环境的变化，黑云母能反应生成许多不同的矿物相，包括蛙石、蒙脱石、绿泥石、三水铝石或高岭石[5]。伍英的研究中，扫描电镜下的观察发现，黑云母颗粒的一部分已基本转化为绿泥石，实验所观察的黑云母矿物，其化学式为K{(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2}，当它们受到富含Mg2+的地层水作用时，一方面Mg2+离子取代晶体中的K+和Fe2+离子，另一方面一定量的地层水进入其晶体中成为结构水从而使黑云母蚀变为绿泥石(Mg5[AlSiO10](OH)6)[6]。云母水化的难易程度与其结构性质密切，三八面体黑云母中3个二价阳离子对OH偶极上质子产生的斥力相等，OH偶极取向垂直底面，K—H距离短，H+对K+的斥力大；而在二八面体云母中，Al3+只占据了2/3八面体孔隙，另外的1/3八面体孔隙是空的，OH与两个Al3+相邻，OH偶极上质子倾向空位一边，K—H的距离加大，质子对K+的斥力减弱，这就使三八面体黑云母的K+较二八面体黑云母的K+容易释放[4]。同理，当八面体中的部分OH被F取代时，由于F不产生对K+的斥力，黑云母中K+相对稳定[4]。土壤的固钾特性直接受粘土矿物类型的影响，它们的固钾能力大小顺序是：高岭石<云母<伊利石<蛭石[1]。黑云母风化后形成的次生矿物是土壤中粘土矿物的重要来源，因此，在有关矿物风化（无论是化学风化还是生物风化）的研究中，黑云母常常被作为首选对象[7]。
目前，微生物对含钾硅酸盐矿物解钾作用机理研究成果已有较多的报道，其原因有可能是细菌分泌的代谢产物对矿物的溶解[8]。如摇瓶试验证明，硅酸盐细菌NBT菌株能通过破坏钾长石晶格结构，使矿物中的钾释放出来，从而增加了溶液中的钾含量[9]。虽然细菌通过代谢产物分泌对矿物溶解具有显著效果，对于配位体促进的溶解，有机酸的量并非唯一考虑的参数，细菌产生的配位体的类型（螯合程度）也必须被考虑，配体的有效性依赖于组合物、结晶和形成的矿物的情况，例如，在低的温度和压力下，乙酸和葡糖酸抑制蒙脱石风化，葡萄糖酸增强了金云母和黑云母的风化[10]。不同细菌风化黑云母的效果不同，从矿物层深处分离的细菌菌株通过络合淋溶作用风化云母矿物，而从富碳处（土壤表层和植物根际）分离的细菌菌株通过酸解作用风化云母矿物，与从有机物原因丰富的根际环境分离的兼性厌氧菌菌株相比，从缺乏有机物的深处分离的好氧细菌菌株显得风化云母矿物最有效，在伯克霍尔徳氏菌属、Collimonas属、假单胞菌和鞘脂单胞菌类中风化黑云母最有效的菌株属于伯克霍尔徳氏菌属类（Burkholderia sp.），它们的分泌的代谢产物的种类和浓度也不同[10]。
但由于对黑云母的微生物风化研究尚少，虽然已经证明伯克氏菌能加速黑云母的风化进程，而且能促进形成鳞片状和球状粘土矿物（很有可能分别是蛭石和蒙脱石），但其原因是细菌分泌的代谢产物对矿物的化学溶解还是细菌对矿物的机械破坏尚不明确，也不清楚对矿物起到化学溶解作用的细菌代谢产物为胞外多糖、有机酸或脂肪酸的一种或几种[7]。黑云母被伯克霍尔德菌菌株8B风化的途径可能有两种，一是其层间域中的K+通过质子交换的方式被释放，另一种是低分子量有机酸、胞外多糖（EPS）上的羟基、羧基等官能团与黑云母晶格中的Si、Al离子络合，导致Si—O—Si键和Al—O—Al键断裂进而引起黑云母的风化[7]。EPS具有保持水分的功能，能减轻盐分对微生物产生的胁迫作用，而菌株8B在生长过程中分泌多糖，分泌的多糖数量与细菌的生长阶段有关，在对数生长期和稳定生长期分泌的多糖数量较多，当细菌进入衰亡期时分泌的多糖数量降低至相当于延缓期的水平[7]。另一方面，不完全的有氧降解会导致介质中各种低分子量的羧酸的排泄，尽管知道柠檬酸（pKa : 3.13; 4.76; 6.4）是比葡萄糖酸（pKa : 3.86）更有效的风化试剂，有机酸在溶解和其抑制次生矿物（如氧化氢氧化物）的沉淀能力的影响是难以评估[10]。弱有机酸（螯合剂）的存在同时减少了溶解的铁的再吸附行为和不溶性的铁或铝的氧化氢氧化物如氢氧化铁、三羟铝石等的形成[10]。与此相反，一些代谢产物化合物，如一些长链和短链脂肪酸可以与活性矿物表面建立不可逆的键并抑制溶解[10]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/zyyhj/396.html
