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1、熊明彪等：鉀離子在土壤中吸附和解吸動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展3鉀離子在土壤中吸附和解吸動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展熊明彪1，2，雷孝章1，田應(yīng)兵3，宋光煜3，曹叔尤11：四川大學(xué)高速水力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065；2：四川省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，四川成都610041；3：西南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶北碚400716摘要：就國(guó)內(nèi)外有關(guān)鉀離子在土壤中的吸附、解吸動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要的綜述。主要論述的內(nèi)容包括土壤鉀離子吸附、解吸動(dòng)力學(xué)常用數(shù)學(xué)模型，土壤吸附、解吸鉀離子的機(jī)理，以及影響土壤對(duì)鉀離子吸附、解吸的因
2、素。最后提出了有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。中圖分類(lèi)號(hào)：S153文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-2175（2003）01-0115-04熊明彪等：鉀離子在土壤中吸附和解吸動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展3鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量營(yíng)養(yǎng)元素之一。土壤鉀素缺乏會(huì)造成作物因生理失調(diào)而減產(chǎn)。眾所周知，土壤水溶性K+和交換性K+是土壤鉀庫(kù)中最活躍的組分。K+在固液相間的轉(zhuǎn)化速率及數(shù)量取決于K+與土壤固相表面的作用方式，并決定著肥料K+進(jìn)入土壤后的去向和土壤固K+能力。研究K+在土壤固液相間轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，對(duì)了解陽(yáng)離子型養(yǎng)分在土
3、壤固相表面的作用機(jī)理及評(píng)價(jià)土壤保持、供應(yīng)鉀素能力有重要的理論與實(shí)踐意義。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著土壤K+吸附、解吸動(dòng)力學(xué)的研究[1~5]和連續(xù)液流法的引進(jìn)[6]，土壤對(duì)K+作用的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文就土壤K+吸附、解吸動(dòng)力學(xué)的研究作一綜述，以期為有關(guān)研究提供參考。1鉀離子在土壤中吸附、解吸的動(dòng)力學(xué)模型鉀離子的吸附過(guò)程即從土壤液相轉(zhuǎn)到土壤固相表面的過(guò)程；鉀離子的解吸過(guò)程即吸附過(guò)程的反過(guò)程，是指土壤固相表面的鉀離子進(jìn)入土壤液相的過(guò)程，土壤鉀的吸附與解吸過(guò)程經(jīng)常用以下幾種方程來(lái)
4、加以描述[2,4,7,8]。（1）Elovich方程qt=a+blnt（2）指數(shù)方程（也稱雙常數(shù)方程）qt=atb（3）拋物線擴(kuò)散方程qt=a+bt1/2（4）一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程ln(1-qt/q∞)=kat式中t為時(shí)間，qt為t時(shí)間內(nèi)累積吸附（解吸）量，a、b為動(dòng)力學(xué)方程的參數(shù)（在不同方程中其含義不同），ka為一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的表現(xiàn)速率常數(shù)，q∞為表現(xiàn)平衡的吸附（解吸）量。除此，也有研究者用Langmuir、Freundlich和Temkin等等溫吸附方程來(lái)描述土壤鉀的吸附解吸過(guò)程[9]。不同的研究
5、者在不同的土壤上用不同的方程來(lái)描述鉀離子的吸附解吸動(dòng)力學(xué)，擬合程度有所差異。薛泉宏等（1997）用一級(jí)方程、Elovich方程、指數(shù)方程和擴(kuò)散方程對(duì)陜西五種黃土性土壤K+吸附解吸過(guò)程進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)一級(jí)反應(yīng)方程和Elovich方程分別為描述K+吸附、解吸反應(yīng)的最優(yōu)模型[10]。龍懷玉等（2000）用這4種方程對(duì)褐土和潮土K+吸附過(guò)程進(jìn)行描述，發(fā)現(xiàn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程為最優(yōu)模型，其次為拋物線擴(kuò)散方程，而Elovich方程和指數(shù)方程不適合描述褐土和潮土對(duì)鉀的吸附過(guò)程[11]。Prasad等（1995）的研究
6、表明，鈣飽和土壤和鋁飽和土壤K+的吸附均可用Langmuir、Freundlich和Temkin方程來(lái)描述，但Freundlich方程能更好地描述鈣飽和土壤，而Langmuir方程描述鋁飽和土壤更佳[9]。冪函數(shù)、Elovich和一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程適合對(duì)希臘中部Xerorthents新成土壤K+吸附進(jìn)行描述[12]；Ferundlich和Elovich方程適合對(duì)希臘Haploxeralf地區(qū)淋溶土壤K+的吸附進(jìn)行描述[13]；Freundlich方程能很好地?cái)M合澳大利亞南方Adelaide山區(qū)土壤K
7、+的吸附過(guò)程[19]。Elovich和拋物線方程能較好地描述埃及干熱沖積土（Torrifluvents）和鈣積正常干旱土（Calciorthids）Ap層K+的解吸過(guò)程[14]；一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能很好地描述石灰性土壤中K+釋放動(dòng)力學(xué)[15]。2土壤K+吸附、解吸機(jī)理關(guān)于土壤K+吸附、解吸機(jī)理目前較肯定的是熊明彪等：鉀離子在土壤中吸附和解吸動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展3K+在土壤中主要發(fā)生物理化學(xué)吸附，吸附位點(diǎn)主要在粘粒上，而不在有機(jī)質(zhì)上[11,22]。有機(jī)質(zhì)對(duì)吸附量產(chǎn)生顯著影響，這是由于土壤中有機(jī)質(zhì)52%~98
8、%同粘粒結(jié)合[17]，覆蓋了部分鉀吸附位點(diǎn)，致使鉀吸附量減少，或是有機(jī)質(zhì)所能提供的鉀吸附位點(diǎn)不足以抵消它所覆蓋的粘粒上的鉀吸附位點(diǎn)。粘粒上K+的吸附位點(diǎn)可分為p位、e位、i位[16]，其中p位是指粘粒礦物晶層表面的吸附位點(diǎn)，e位為邊緣上的吸附位點(diǎn)，i位為層間里面的吸附位點(diǎn)。K+吸附的快、慢反應(yīng)及解吸時(shí)快、中、慢反應(yīng)則是p、i、e位存在的有力證據(jù)[10]。鉀的吸附解吸機(jī)理也存在一定的爭(zhēng)論。一些研究者認(rèn)為[18,20]K+在顆粒表面的吸附解吸是擴(kuò)散控制過(guò)程。他們認(rèn)為土壤顆粒表面存在電場(chǎng)和剩余力場(chǎng)，因
