中国白浆土研究Ⅱ．无定形铁、锰、铝氧化物特性及其元素地球化学分异

本文主要研究了白浆土中无定形态铁、锰、铝氧化物特性及其元素的地球化学特征。结果表明：（１）游离态、活性态及络合态的铁、锰、铝氧化物都向着粘粒中富集。其中游离态及活性态中，Ａｌ＿２Ｏ＿３富集最强烈，Ｆｅ＿２Ｏ＿３次之，ＭｎＯ最弱。（２）铁、锰、铝氧化物的活性是ＭｎＯ高于Ｆｅ＿２Ｏ＿３，而Ａｌ＿２Ｏ＿３主要取决于ｐＨ值，同时也受其它因素的影响。ＭｎＯ和Ｆｅ＿２Ｏ＿３在活性上的差异，不仅取决于两者在标准氧化还原电位的差异上，还与两者和有机质形成络合物的能力有关。（３）白浆土中有机质含量与结合态氧化物含量之间的相关关系特性，以及络合物中金属原子与碳原子比值（Ｍ／Ｃ）的特点表明，络合态淋溶作用在白浆土形成中不但存在，而且还起着一定的作用.

添加无定形铝氧化物对雷竹林土壤有机质矿化的影响

土壤中无定形铝氧化物对有机质的存在有很大的影响,由于雷竹特殊的经营方式导致土壤中有机质快速积累,为了解无定形铝氧化物对土壤中快速积累的有机质分解产生的影响,本文通过往不同种植年限的雷竹林土壤中增加不同量的无定形铝氧化物(0、2、10、20、40g/kg)以及室内密闭培养法测定CO2的释放量来反映有机质的分解状况,以便了解无定形铝氧化物对快速增加的雷竹林土壤有机质分解的影响,了解集约经营下的雷竹林土壤有机质的变化趋势及稳定性。结果表明,无定形铝氧化物的加入可显著抑制土壤有机质的分解,当无定形铝氧化物的加入量为40g/kg时,对0年(水稻)、1年、5年、15年雷竹林土壤有机质分解的抑制率分别为56.97%、60.75%、58.87%、44.25%;0年(水稻)土壤加入无定形铝氧化物0、2、10、20、40g/kg,对有机质分解的抑制效率分别为7.49%、38.04%、50.79%、56.98%。无定形铝氧化物对有机质分解的抑制效率随其加入量的增加而提高,但随土壤有机质含量的增加而下降。

线性和非线性方法估计单宁酸共存下形成的无定形铝氧化物上菲的吸附等温线参数比较

采用批实验研究了菲在单宁酸干扰下形成的不同晶形铝氧化物上的吸附现象,并用不同的吸附等温线方程对吸附平衡数据进行了拟合,重点比较了线性和非线性回归方法估计吸附等温线参数的差异。结果表明:菲在各种晶形的铝氧化物上都有明显的吸附,但并不是完全随着单宁酸含量和结晶度的变化而规律性变化。吸附平衡数据以Langmuir、Redlich-Peterson和Dubinin-Radushkevich吸附等温方程,用不同的回归方法估计的等温线参数值均有显著性差异。线性回归得到的参数有不确定性,表明用线性回归来判断吸附等温线能否对吸附平衡数据进行最优拟合是不可靠的。相反,非线性回归能较好地确定菲在不同晶形铝氧化物上的最佳吸附等温线及相应参数。采用R2和χ2共同检验发现,菲在4种不同结晶度(单宁酸与铝的摩尔比(MR)=0,10-3,10-2,10-1)铝氧化物上的最佳吸附等温线方程并不尽相同,分别为Freundlich,Freundlich,Dubinin-Radushkevich和Freundlich,反映了各种晶形的铝氧化物的表面异质性。修正的Freundlich方程比较不同晶形铝氧化物对菲的相对吸附容量顺序为:MR=10-3<MR=10-2<MR=0<MR=10-1。由此,认为菲在无定形铝氧化物上的吸附是熵驱动的结果。

无定形铝氧化物对雷竹土壤有机质矿化的影响

通过对不同覆盖年限的雷竹林土壤添加无定形铝氧化物,进行室内培养,分析土壤有机质矿化,以及土壤微生物活性的变化,探讨无定形铝氧化物对土壤有机质矿化的影响。结果显示,无定形铝氧化物通过吸附及抑制微生物活性,抑制土壤有机质的分解。当土壤中有机质和无定形铝氧化物的含量水平在一定范围内时,无定形铝氧化物对有机质分解的抑制作用主要通过抑制微生物的活性来实现。

模拟酸雨、磷肥对红壤铁氧化物及速效磷的影响

为阐明酸雨、磷肥对铁氧化物和速效磷的影响,进一步揭示铁氧化物和磷的交互作用。以种植蔬菜5年,抛荒2年的旱地红壤为研究对象,研究了施磷肥后经不同强度和持续时间的模拟酸雨浸泡、速效磷、游离铁氧化物、无定形铁氧化物对模拟酸雨、磷肥的响应。结果表明:速效磷随施磷量、酸化天数的增加而增加,磷肥对速效磷的影响大于酸对速效磷的影响;磷肥对游离铁氧化物、无定形铁氧化物的影响不显著,不同强度酸作用下,土壤游离铁氧化物表现为:9 d>3 d>15 d>6 d,无定形铁氧化物表现为:6 d>15 d>9 d>3 d;酸化作用下游离铁氧化物与无定形铁氧化物存在此消彼长的关系,铁氧化物形态的转化影响磷的释放,无定形铁氧化物的释放促使了磷的释放。

水稻土嗜中性微好氧亚铁氧化菌多样性及微生物成矿研究

微生物驱动亚铁氧化过程在水稻土中十分普遍,该过程被认为是水稻土中联接各生物地球化学过程的中心枢纽。嗜中性微好氧亚铁氧化菌能够利用氧气作为电子受体将亚铁氧化成三价铁,获得生长所需能量。然而,对水稻土中微好氧亚铁氧化菌的多样性与分布及其微生物成矿类型仍然未知。采用铁氧反向浓度梯度管法富集培养并分离水稻土中微好氧亚铁氧化菌,利用16S r RNA基因测序手段分析培养过程中微好氧亚铁氧化菌群落多样性与分布,并初步研究分离得到的亚铁氧化菌的亚铁氧化能力与生物成矿类型。结果表明,在富集培养和传代培养过程中,Azospira、Magnetospirillum、Clostridium和Rhodoplanes等属在群落中占优势。在分离最后阶段,得到几种细菌的混合菌团,可能是由于这几种亚铁氧化菌存在互养关系而难以纯化分离,其中占优势的为Azospira(63.9%)。Azospira是一类已知硝酸盐依赖型Fe OB,可以利用硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐为电子受体进行厌氧亚铁氧化。混合菌团具有活跃的亚铁氧化能力,反应第15天生成6.9 mmol·L-1 HCl-Fe。XRD结果表明菌团氧化亚铁形成的三价铁矿物类型为无定形铁氧化物。TEM结果显示微好氧Fe OB菌体呈杆状,细菌表面和周围散布着颗粒状的物质,可能是由无定形铁氧化物组成。综上所述,认为反硝化细菌可能在水稻土有氧-无氧界面进行微好氧亚铁氧化,其氧化亚铁的产物为无定形铁氧化物。

东南崩岗侵蚀区崩壁土壤岩土特性的空间分异特征

为明确花岗岩崩岗区崩壁土壤理化性质与抗剪强度的空间异质性,进一步量化两者之间的定量关系,以福建省安溪县典型崩岗区崩壁土壤为研究对象,对崩壁垂直(红土层、砂土层和碎屑层)和水平(表层和内部)两个方向不同深度土壤理化性质和抗剪强度的差异进行分析。结果表明:崩壁不同土层表层土壤游离态铁铝氧化物和无定形态铁铝氧化物含量均大于内部土壤,而有机质、pH值、颗粒组成和抗剪强度参数不同土层表层和内部土壤的差异规律不明显;崩壁不同土层土壤性质差异显著,红土层土壤的游离态铁铝氧化物、无定形态铁铝氧化物含量、黏粒、黏聚力最大,碎屑层最小;相关分析表明土壤游离态和无定形态铁铝氧化物、有机质、中粉粒和更小细颗粒与土壤黏聚力呈显著正相关,游离氧化锰、粗粉粒及以上粗颗粒与黏聚力呈显著负相关;内摩擦角与游离氧化铁呈显著正相关;逐步回归分析表明无定形氧化铝、游离氧化铁、细黏粒、细粉粒为影响崩壁抗剪强度的主要土壤因子,根据4个主要影响因子建立了崩壁土壤抗剪强度的预测模型(r=0.96,P<0.01,RMSE=10.44)。

使用胶体刻蚀法制备纳米线氧化物场效应晶体管

透明无定形氧化物半导体作为场效应晶体管的沟道材料在微电子学各个领域有着广泛应用。在这里我们报道一种使用胶体刻蚀方法制备Zn-Sn-O(ZTO)纳米线作为场效应晶体管的沟道材料。电学测量显示制备的底栅型ZTO纳米线晶体管有着优良的电学性能,其中源漏电极间的导通/关闭电流比约为3.9×105,电子迁移率约为2 cm2/Vs,而门电极的漏电流却小于1 nA/cm2。在使用分子自组装层封装ZTO表面后,底栅型ZTO纳米线晶体管的正/负向电压稳定性和回滞性均得到了很大改善,这得益于氧化物半导体表面污染物的减少。

微生物介导的高砷沉积物中砷释放来源性分析

江汉平原某些地区地下水已受到砷的严重污染,探讨高砷地下水的形成机制十分必要。采集江汉平原高砷区不同深度(20m、50m、100m、130m、160m和225m)的高砷沉积物样品,对其进行了地球化学成分特征分析,并通过实验室模拟试验对微生物介导的高砷沉积物中砷的溶解与转化以及来源进行了分析。地球化学分析表明:高砷沉积物中不可溶性砷和铁的平均含量分别为27.57mg/kg和21.06g/kg;实验室模拟试验表明:微生物群落可以明显促进高砷沉积物中不可溶性砷和铁的溶解与释放;砷顺序提取试验结果表明:沉积物中34.5%的不可溶性砷为无定形铁锰氧化物结合态砷;进一步的相关性分析表明:试验体系中可溶性砷的含量与沉积物中无定形铁锰氧化物结合态砷密切相关。这些结果表明:微生物可以促进高砷沉积物中不可溶性砷的溶解与释放,且释放的砷主要来自于沉积物中无定形铁锰氧化物的还原与溶解。

一种生物铁氧化物对镉的吸附特性

本研究以一种铁细菌代谢形成的生物铁氧化物为研究对象,人工合成的无定形铁氧化物作为对照,分析了这种生物铁氧化物对镉的吸附动力学和吸附热力学特性,为该生物铁氧化物在重金属废水处理中的应用提供科学依据。从吸附去除率看,Cd初始浓度为0.75 mg/L,生物铁氧化物在吸附平衡状态下对Cd的吸附去除率为95.75%,高于人工合成无定形铁氧化物。生物铁氧化物对Cd的吸附动力学符合准二级动力学方程,相关系数高达0.99,对Cd吸附动力学特征为快速吸附、稳定吸附、吸附平衡,在开始快速吸附5 h后基本达到稳定吸附阶段,48 h后达到吸附平衡。生物铁氧化物对Cd的吸附符合Langmuir吸附方程,相关系数R2>0.9。根据Langmuir方程,Cd的最大吸附量分别为13.53 mg/g。研究结果表明:该生物铁氧化物对Cd具有显著的吸附性能,在含镉废水的处理方面具有应用潜力。

Fe-Si-Mn-Oxyhydroxide Encrustations on Basalts at East Pacific Rise near 13°N:An SEM-EDS Study

Fe-Si-Mn-oxyhydroxide encrustations at the East Pacific Rise （EPR） near 13°N were analyzed using the scanning electron microscope （SEM） with an energy dispersive spectrometer （EDS）. These encrustations are mainly composed of amorphous Fe- Si-Mn-oxyhydroxides forming laminated, spherical, porous aggregates with some biodetritus, anhydrite, nontronite, and feldspar particles. Anhydrite particles and nontronite crystals in the Fe-Si-Mn-oxyhydroxide encrustations imply that the Fe-Si-Mn-oxyhy- droxide may have formed under relatively low- to high-temperature hydrothermal conditions. The Fe-Si-Mn-oxyhydroxide encrusta- tions on pillow basalts are 1-2mm thick. The growth rate of ferromanganese crusts in the survey area suggests that these encrusta- tions are an unlikely result of hydrogenic deposition alone having a hydrothermal and （Fe/Mn ratio up to 7.7 and Fe/（Fe＋Mn＋A1） ratio exceeding 0.78） hydrogenic origin （0.22 Fe/Mn ratio close to the mean value of 0.7 for open-ocean seamount crusts）. The varying Fe/Mn ratios indicate that the Fe-Si-Mn-oxyhydroxide encrustations have formed through several stages of seafloor hydrother- malism. It is suggested that, at the initial formation stage, dense Fe-Si-oxyhydroxides with low Mn content deposit from a relatively reducing hydrothermal fluid, and then the loose Fe-Si-Mn-oxyhydroxides deposit on the Fe-Si-oxyhydroxides. As the oxidation degree of hydrothermal fluid increases and Si-oxide is inhibited, Mn-oxide will precipitate with Fe-oxyhydroxides.