酸化土壤表面离子的反应动力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王代长 著

图书标签:

• 酸化土壤
• 表面离子
• 反应动力学
• 土壤化学
• 环境化学
• 土壤污染
• 离子吸附
• 土壤酸化机理
• 动力学模型
• 土壤环境

出版社： 黄河水利出版社

ISBN：9787807346913

版次：1

商品编码：10531425

包装：平装

开本：大32开

出版时间：2009-08-01

用纸：胶版纸

页数：200

字数：200000

正文语种：中文

内容简介

《酸化土壤表面离子的反应动力学》以“973”项目“土壤质量演变规律与持续利用”（G19990118）的子课题“红壤酸化过程、致害机理和调控理论”（G1999011801—3）的研究成果为主线编著而成。全书共分12章，概述了酸沉降造成的土壤中养分离子的淋失，释放出致害铝离子和重金属离子污染物等问题，针对高质量红壤的定向培育与农业持续利用对策，分析了红壤质量演变潜在的危害因素、存在的主要问题和解决措施及未来的发展方向。
《酸化土壤表面离子的反应动力学》可供从事土壤学、农业生态学、环境科学及农学的研究、教学和生产人员阅读参考，也可供各级政府的农业部门参考。

内页插图

目录

前言
第一章 酸沉降对土壤加速酸化和环境的影响
第一节 土壤酸化
第二节 酸沉降的化学组成对土壤酸化的影响
第三节 酸沉降下重金属离子的活化

第二章 酸沉降下土壤酸化过程的化学控制机制
第一节 铝的缓冲机制
第二节 阳离子的缓冲机制
第三节 碳酸盐的缓冲机制
第四节 SO固定的作用
第五节 有机质的缓冲作用
第六节 土壤酸化过程的化学控制机制与酸化模型
第七节 土壤表面的化学性质与双电层理论

第三章 酸沉降对生态环境的影响
第一节 我国酸沉降的状况
第二节 酸沉降对森林生态系统的影响
第三节 酸沉降对水生生态系统的影响
第四节 酸沉降对人类健康的影响

第四章 土壤K+离子反应动力学
第一节 土壤K+离子反应动力学
第二节 模拟酸雨对不同土层K+淋失规律的影响

第五章 土壤Ca2+离子反应动力学
第一节 酸沉降下H+-Ca2+在红壤表面的动力学特征
第二节 酸沉降下H+-ca2+在红壤表面反应的能量特征
第三节 模拟酸雨下Ca的解吸动力学

第六章 土壤H+和Al3+离子释放动力学
第一节 酸雨淋溶对土层酸度的影响
第二节 模拟酸雨对酸性土壤铝溶出的影响
第三节 低分子量有机酸对铝溶出的影响

第七章 土壤磷的释放动力学
第一节 酸性土壤上磷矿粉释磷机理与农学效应
第二节 土壤吸附磷特性对磷矿粉供磷的影响
第三节 磷矿粉中磷和钙溶出动力学特性

第八章 土壤重金属Cd的反应动力学
第一节 酸性土壤中重金属Cd的吸附与运移特性研究
第二节 模拟酸雨下Cd的解吸动力学
第三节 有机酸解吸土壤及矿物表面Cd的动力学特征

第九章 酸性条件下重金属Pb的反应动力学
第一节 酸性条件下可变电荷土壤表面Pb2+-H+反应动力学特征
第二节 酸性条件下红壤表面Ph反应动力学的能量特征

第十章 酸性条件下重金属Zn的反应动力学
第一节 酸性条件下可变电荷土壤对锌吸附动力学特征
第二节 酸性条件下红壤表面Zn2+-H+反应动力学的能量特征

第十一章 酸性条件下重金属Cu的反应动力学
第一节 酸性条件下可变电荷土壤对铜吸附动力学
第二节 酸性条件下H+-Cu在红壤表面反应的能量特征

第十二章 应用Multi-Langmuir模型评价土壤的表面特性
第一节 Multi-Langmuir模型
第二节 应用Multi-Langmuir模型评价土壤的表面电荷特性
参考文献
附件
附件一
附件二

精彩书摘

交换态铝、羟基铝、有机配合态铝虽在量上不大，不到全铝量的2％，却是各级铝形态中较活跃的部分，在生态环境和铝形态转化上具有重要意义。交换态铝或羟基铝都能与有机配体配合形成有机配合态铝，有机配合态铝的形成使对生物有毒性的铝形态（交换态铝和吸附态羟基铝等）转化为无毒或少毒的形态。无论土壤中有机铝含量的高低，在酸性条件下红壤中有机络合态铝都较无机态铝相易活化。当有机铝含量较低时，初期以有机铝的活化为主，在持续酸性条件下有机络合态铝活化量逐步减小，出现明显的亏损趋势。红壤因强烈风化，有机质大量氧化和淋失，含量相对较少，无机铝的活化的重要性显现出来了，后期因有机铝亏损程度增大，无机铝活化的相对比例增大（朱茂旭等，2002a，2002b）。Mulder el al（1989）和Berggren et al（1998）研究了酸化的森林土壤，地表土壤以有机络合态铝活化占绝对优势；当有机络合态铝含量较高时，在持续酸性条件下有机铝的亏损将会得到缓解。有机态铝的亏损有着重要的生态环境意义，一旦有机态铝库亏损，铝的活化能力将大幅度下降，土壤溶液中的可溶性铝浓度也将下降，随之而来的是土壤的酸缓冲能力下降，H+不能得到及时缓冲而导致浓度升高。

前言/序言

　　随着工业的快速发展，全球大气酸沉降已被公认为是威胁地球自然生态系统及人类生存环境的全球性环境问题，近几十年来受到国内外学者的广泛关注。我国酸性降雨的化学组成以硫酸盐型酸雨为主，频率高、酸性强，甚至还检测到pH值低至3.0的降雨；酸雨控制区涉及长江以南14个省、自治区和直辖市，且酸雨分布较严重地区广泛分布着酸性和强酸性土壤，且对大气酸沉降有较大的敏感性。
　　我国南方地区酸沉降污染相当严重，已成为世界第三大酸沉降区，酸沉降造成的土壤酸化面积正在迅速扩展，土壤酸化的程度也在加剧。酸沉降引发的土壤加速酸化过程及其后果已被人们越来越清楚地认识，其本质是外源氢离子进入土壤，并与土壤固相反应，释放出铝离子和铁离子等，水解后又产生新的氢离子，这种周而复始的循环反应致使土壤加速酸化。在我国南方高温多雨的气候条件下，土壤酸化程度的加剧导致土壤中养分离子的淋失，使土壤日趋贫瘠化，同时释放出致害铝离子和重金属等污染物，特别是铝离子和重金属离子活化度提高，可能达到对植物生长有害的水平，使森林退化死亡、农作物减产及品质下降，并污染地表水和地下水，对农业发展及生态环境构成严重的威胁，从而成为制约土壤肥力质量、环境质量和健康质量的主要障碍因子。

酸化土壤表面离子的反应动力学：一本探索土壤化学奥秘的著作 引言 土壤，作为地球表层的重要组成部分，不仅是植物生长的载体，更是亿万生灵赖以生存的物质基础。它是一个复杂且动态的系统，其中包含着矿物质、有机质、水分、空气以及各种生物。土壤的化学性质，尤其是其表面离子的反应动力学，直接影响着土壤肥力、养分的可利用性、重金属的迁移转化以及环境的污染物吸附能力。理解这些动力学过程，对于农业生产、环境保护、生态修复以及地下水保护等领域都具有至关重要的意义。 《酸化土壤表面离子的反应动力学》一书，正是致力于深入剖析土壤酸碱度变化（即酸化）对土壤表面离子行为的影响，并在此基础上，对其反应过程的速率、机理以及影响因素进行系统而详尽的阐述。本书并非泛泛而谈，而是聚焦于土壤酸性环境中，各种重要离子（如氢离子、铝离子、重金属离子、钙镁离子、磷酸根离子等）在土壤矿物表面、有机质表面以及溶液中的相互作用、吸附解吸、沉淀溶解以及络合反应等动力学过程。 核心内容概述 本书首先从理论层面，详细介绍了土壤酸化的原因、过程及其对土壤化学环境的深远影响。这包括了自然因素（如降雨淋溶、生物活动）和人为因素（如化肥施用、工业废气排放）对土壤pH值降低的贡献。随后，本书将重点放在土壤表面，对土壤矿物（如黏土矿物、氧化物、氢氧化物）和土壤有机质的表面化学性质进行深入剖析。我们将详细探讨这些表面基团（如羟基、羧基、氨基）在不同pH条件下的质子化/去质子化行为，以及它们如何成为各种离子吸附和反应的活性位点。 接着，本书将围绕“反应动力学”这一核心概念，系统地阐述土壤表面离子反应的理论模型和实验方法。我们将介绍平衡吸附理论（如Langmuir、Freundlich模型）在描述吸附饱和度和吸附量方面的局限性，并重点转向非平衡吸附和动力学模型（如准一级、准二级反应模型、Elovich模型），这些模型能够更真实地反映吸附过程的速率和机制。对于溶液中的反应，本书也将探讨离子交换反应、沉淀溶解平衡以及络合反应的动力学控制因素。 酸化土壤表面离子的具体研究 本书最引人注目的部分，在于其对酸化土壤中各类关键离子反应动力学的深入研究。 质子和氢氧化物离子的行为： 在酸化土壤中，过量的氢离子是导致pH降低的主要原因。本书将详细分析氢离子在土壤表面的质子化过程，以及它与其他表面基团之间的竞争性吸附。同时，氢离子的浓度变化也将直接影响到土壤溶液中其他离子的活动度和平衡状态。 铝离子的形态与反应： 随着土壤pH的降低，土壤中原本固定的铝矿物会溶解，释放出不同形态的铝离子（如Al3+、AlOH2+、Al(OH)2+等）。这些铝物种具有极强的表面吸附能力，尤其是在黏土矿物表面，它们会形成难以逆转的吸附，影响土壤的阳离子交换量和养分有效性。本书将重点研究铝离子在酸化土壤表面的吸附动力学、络合反应以及其对其他离子（如磷、钾）有效性的影响。 重金属离子的迁移转化： 土壤酸化是重金属（如Cd、Pb、Cu、Zn）在土壤中迁移和毒性风险增加的重要驱动因素。本书将详细探讨在酸化条件下，重金属离子如何从土壤固相表面解吸，进入土壤溶液，并可能被植物吸收或淋溶至地下水。我们将分析重金属离子与土壤有机质、黏土矿物表面基团之间的络合反应动力学，以及pH变化对其吸附解吸速率的影响。 二价阳离子（Ca2+、Mg2+）的交换动力学： 在酸化过程中，土壤中的钙、镁等必需营养元素常常被过量的氢离子和铝离子所取代，导致土壤养分流失。本书将深入研究酸化土壤中Ca2+、Mg2+等阳离子在土壤表面的交换动力学，以及其与Al3+等竞争性阳离子的平衡关系。 磷酸根离子的行为： 土壤磷是植物生长的关键营养元素，但在酸化土壤中，磷酸根离子容易与土壤中的铁、铝氧化物形成不溶性的磷酸盐沉淀，从而降低其有效性。本书将剖析酸化条件下磷酸根离子与土壤表面（尤其是氧化物表面）的吸附解吸动力学，以及pH变化对其沉淀溶解速率的影响。 研究方法与应用 本书在介绍理论知识的同时，也注重实际应用。我们将详细介绍一系列用于研究土壤表面离子反应动力学的实验技术，包括： 静态吸附实验： 通过控制土壤样品、吸附质浓度、pH值和反应时间，来测定平衡吸附量和吸附速率。 动态柱实验： 模拟土壤中的淋溶过程，研究离子在土壤剖面中的迁移和吸附动力学。 光谱学技术（如XPS, FTIR）： 用于表征土壤表面官能团的变化以及离子在表面的结合状态。 电化学方法： 研究土壤溶液中离子的活度以及表面电荷的变化。 模型模拟： 利用建立的动力学模型，预测不同条件下土壤离子反应的趋势，并指导实际应用。 本书的研究成果，不仅能够为土壤化学家、环境科学家、农业工程师提供坚实的理论基础和实验指导，更能在实际层面提供重要的应用价值： 优化农业生产： 准确评估酸化土壤的养分状况，制定合理的施肥方案，提高养分利用效率，减少化肥流失。 环境保护与修复： 预测和控制重金属在土壤中的迁移，为土壤污染治理和修复提供科学依据。 水土资源保护： 评估土壤酸化对地下水水质的影响，指导可持续的水土资源管理。 气候变化研究： 深入理解土壤酸化对土壤碳循环和温室气体排放的影响。 结论 《酸化土壤表面离子的反应动力学》一书，是一部集理论深度、实验广度与应用价值于一体的著作。它系统地揭示了土壤酸性环境中复杂的离子反应过程，为我们理解土壤的化学行为、预测其环境响应提供了关键性的视角。通过对这些动力学过程的深入研究，我们可以更好地保护和利用我们赖以生存的土壤资源，为构建可持续发展的未来贡献力量。本书的每一个章节都凝聚了作者严谨的治学态度和对土壤化学的深刻洞察，旨在为读者打开一扇通往土壤深层奥秘的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本《酸化土壤表面离子的反应动力学》的封面设计得相当朴素，乍一看并不引人注目，甚至有些枯燥。我最初对它抱有的期待也仅仅是希望它能提供一些基础的土壤化学知识。然而，当我翻开第一页，阅读到关于土壤酸性化过程的微观机制时，我才意识到这本书的深度远超我的想象。作者似乎并未满足于介绍那些教科书式的宏观现象，而是执着于深入到离子交换和表面络合的分子层面。书中详尽地阐述了不同矿物晶面对氢离子和铝离子吸附能力的差异，那种对数据图表和实验细节的引用，让人感受到一种近乎偏执的严谨性。特别是关于时间依赖性反应的讨论，它并非简单地套用一个通用模型，而是针对不同土壤类型，构建了多步或非均相反应动力学框架，这对于我们实际进行土壤改良的工程师来说，无疑是一份宝贵的参考资料。虽然阅读过程需要极高的专注度，偶尔会因为复杂的数学公式而感到有些吃力，但每一次攻克一个难点，都能带来豁然开朗的体验，仿佛透过显微镜看到了土壤粒子间那场无声的化学战争。这本书更像是一本专业研究人员的案头工具书，而不是面向初学者的入门读物，它迫使读者去思考“为什么”而不是仅仅接受“是什么”。

评分☆☆☆☆☆

我以一个土壤物理化学专业研究生的身份来评价这本书，我想说，它的参考文献列表本身就是一座小型图书馆。作者在回顾前人研究成果时，展现了极高的学术视野和批判性思维。他没有简单地罗列文献，而是将那些看似矛盾的研究结果，通过引入不同的土壤矿物学背景或溶液化学条件，成功地进行了“调和”或“区分”。例如，他对蒙脱石与高岭石在低pH值下的表面羟基活化能的比较分析，清晰地揭示了不同粘土矿物在应对快速酸化冲击时的反应差异。这本书的结构设计也非常精妙，从宏观的滴定曲线到微观的量子化学计算辅助解释，层层递进，确保了读者不会在某个知识点上掉队。虽然对于一个刚接触土壤科学的新手来说，某些章节的密度可能会让人望而却步，但对于已经具备基础知识的读者而言，这本书提供了一种将零散知识点整合起来，形成完整知识体系的蓝图。它不仅仅是关于“反应动力学”，更是关于如何构建一个可靠的土壤化学预测模型的全景图。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的最大感受，是一种关于“尺度”的震撼。我们通常在实验室里进行离子交换实验时，往往关注的是几分钟到几小时的反应，追求快速平衡。然而，这本书将时间尺度拉伸到了几个月甚至几年的尺度，探讨了长程风化和土壤老化过程中，表面络合体稳定性的缓慢演变。作者通过对不同时间尺度下的表征技术（如XPS、TEM与传统化学浸提法的对比），清晰地展示了土壤表面结构是如何在长期的酸性胁迫下发生不可逆转的结构重排。这种对“慢过程”的关注，极大地拓宽了我对土壤养分有效性与环境风险评估的认知。它让我意识到，很多短期内看不出的环境问题，实际上是累积在缓慢反应动力学中的“定时炸弹”。这本书的叙事方式极为冷静，但其揭示的现实意义却极其深远——它在无声地提醒我们，土壤系统的惰性，并不代表其不会变化，只是变化需要更长的时间轴去丈量和理解。对于关注气候变化和长期生态系统健康的读者来说，这本书提供了一个不可或缺的、基于第一性原理的分析工具箱。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个关于农业可持续发展的研讨会上偶然接触到这本书的推荐的，当时的主讲人用了这本书中的一些实验数据来支撑他的论点，这立刻激起了我的好奇心。坦白讲，我对“动力学”这个词汇向来有些敬而远之，总觉得它意味着冗长、抽象的微分方程。但这本书成功地将这些看似冰冷的理论，与实际的作物生长限制因素紧密地联系了起来。作者对于土壤溶液中活性铝浓度的监测和预测方法论的探讨，简直是一场技术盛宴。他们不仅展示了如何通过精密的电化学技术来实时追踪铝离子的释放速率，还探讨了有机质对这些过程的缓冲效应。我印象非常深刻的是其中一章专门对比了湿法离子交换树脂模型与真实土壤体系的适用性边界，指出在强有机质环境下，简单模型的局限性，并提出了一套修正参数的建议。这说明作者对实际操作中的复杂性有着深刻的理解，这本书的价值就在于，它不是停留在理论推演，而是提供了一套可以被验证和修正的实验操作指导方针，对于农田土壤修复专家的我来说，这些细节至关重要。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的文字风格非常“学术”，以至于我初期阅读时几乎无法带着轻松的心情去享受它。它没有华丽的辞藻，也没有引人入胜的故事叙述，全篇充斥着精确的术语和严密的逻辑链条。然而，正是这种毫不妥协的精确性，赋予了它强大的说服力。我尤其欣赏作者在处理“非理想”体系时的态度。土壤是一个典型的多相、非均相系统，任何模型都必然存在简化。这本书的高明之处在于，它诚实地指出了每一种模型（例如，Langmuir模型、Freundlich模型在酸性条件下的局限性），并展示了如何通过引入界面电荷转移的概念来提升描述的准确性。我感觉自己像是在跟随一位极其耐心的导师，一步步地搭建起对土壤表面反应的认知模型。阅读这本书，与其说是获取知识，不如说是一种思维训练，它教会你如何严谨地定义边界条件，如何在不确定性中寻找最可靠的近似解。对于想在土壤化学领域深耕的人来说，这无疑是一部必经的“成人礼”。