人生必读的60篇散文

1、黄土中矿物元素的淋溶释放研究许卉1 ,杨昕2（1 ：烟台大学应用化学系，山东烟台264005 ； 2 :华东师范大学化学系，上海200063）摘要：选取我国西北地区广泛分布的黄土进行模拟降水淋溶实验，研究了在动态淋溶系统中盐基离子和SiO2、Cl-等黄土主 要组份的释放规律及淋出液的pH值变化特点，在此基础上对黄土中各矿物元素的淋溶释放机制进行了探讨。结果表明，黄 土中的Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-主要通过快速的无机盐溶解过程淋失，而K+、SiO2的淋溶释放则与缓慢的硅酸盐矿物风化有 关。粗略的通量计算结果显示，在黄河流域，降水淋溶侵蚀作用每年可从黄土中淋失盐基离子40.7x109mol

2、，占黄河溶解态 物质入海通量的近20%。关键词：黄土；常量组分；模拟降水；淋溶释放中图分类号：S153.6文献标识码：A 文章编号：1008-181X （ 2002 ） 01-0038-04我国黄土集中分布于大青山以南、秦岭以北、 贺兰山青藏高原以东、太行山以西区域，包括晋、 陕、蒙、甘、宁、青、豫的大部或一部分地区，面 积6.3x105km2，通称黄土区1。黄土区是古老的农 业区，但水土流失严重，这一方面导致土壤中富含 的营养物质（如Na、K、Ca、Mg、P等）逐渐淋 失，同时使得黄土成为黄河的主要物源。因此，研 究黄土性土壤在降水淋溶侵蚀过程中的物质释放 规律，探讨元素在外动力地质过程中的

3、循环，对于 这一地区的水土保持和发展农业生产，以及环境规 划和保护都有重要的意义。本文利用动态系统模拟 降水对黄土的淋溶侵蚀过程，通过对淋溶液的分析 测定，研究了黄土矿物元素的淋溶释放规律，探讨 了黄土淋溶风化这一地球化学过程对黄河常量物 质输送的贡献。1材料与方法1.1供试土壤试验用土壤样品系采自黄土高原中部内蒙古 托克托县的表层马兰黄土。将土壤样品置于洁净瓷 盘中，剔除石粒、草根等杂物，自然风干后研成20 -60目的粉末，装瓶备用。黄土的基本理化性状见表1。X-射线衍射分 析结果显示，试验用黄土中含5%的无机盐矿物（石 盐、石骨等X 15%的碳酸盐和5%的重矿物（包括 赤铁矿、角闪石、磷灰

4、石、石榴石、钛铁矿、辉石 和错石等）。石英、云母是主要的碎屑矿物，主要 的粘土矿物有伊利石（50% 高岭石（15% ）和绿 泥石（10% ）土柱装置称取定量风干均匀的土样，装入内径5.0 cm、 高10 cm、下部垫有0.45 |im醋酸纤维滤膜的有机 玻璃淋溶管中。土柱高度3.2 cm，与黄河流域盆地 的理论淋洗深度相当2。土样上铺一薄层玻璃纤维， 以防土粒溅出。1.3动态淋溶与淋出液测定按黄土区实际降水的平均化学组成，用去离子 水稀释摩尔比SO42- : NO3-=5.8: 1的酸性母液 配制pH为5.6的淋溶液，采用间歇淋入法，每隔 24h淋溶一次，每次淋溶量相当于30 mm降雨量， 淋

5、溶速率为0.5 ml/min，共淋溶10次，累积淋溶量 为300 mm，相当于我国黄河流域盆地平均年降水 量的50%3。每30 mm淋溶量收集淋溶样一个，收表1供试黄土的基本理化性状1土壤CaCO3有机质全N全P2O5有效K2O碱解N有效P有效K2O盐基代换量物理粘粒pH值/%/(gkg-1)/(mgkg-1)/(mmol-kg-1)/%8.2510.286.00.581.2119.840.75.5127.378.530.7基金项目：国家自然科学基金项目（49376278 ）:霍英东教育基金项目（0301051 ）作者简介：许卉（1971 -）,女，硕士，讲师。E-mail: HYPERLIN

6、K mailto:WXR2001S WXR2001S 或 HYPERLINK mailto: 收稿日期：2001-08-27淋溶量/mm0601201802403000 9 81值HP0760120180240300淋溶量/mm8 6 4 .JKg-lom m- 斜量放释子离基盐图1黄土淋出液pH值集完淋出液后立即用PHS-2型酸度计测定pH值； K+、Na+、Ca2+、Mg2+用原子吸收分光光度计测定； Cl一用硫氧酸汞光度法测定；Si用硅钼蓝比色法测 定。2结果与讨论2.1淋出液pH值的变化如图1所示，模拟降水淋溶黄土时，淋出液的 pH值在淋溶初期迅速增大，此后渐趋平稳，并维 持在一个较高

7、的水平。这一结果表明，在黄土的淋 溶侵蚀过程中发生了快速的可交换盐基与外源质 子的交换反应，这种快速的阳离子交换过程是黄土 缓冲外源质子输入的初级反应。和淋入雨水相比，黄土淋出液呈明显的碱性， 与黄河水的pH值相近3。这也间接表明黄土是黄 河的主要物源，黄土的淋溶侵蚀是黄河溶解态物质 输送的一个重要地球化学过程。2.2盐基离子淋失总量及其动态变化表2列出了在模拟降水淋溶过程中质子的累积 输入量和黄土盐基离子的累积释放量。其中，m4 为K+、Na+、Ca2+和Mg2+四种阳离子释放量之和， 称为盐基离子淋失总量。由表2数据可以看出，在 降水淋溶过程中，黄土盐基离子的淋失量远大于外 源降水的质子输

8、入量，这表明在淋溶降水的pH值 较高时（pH4.0），黄土盐基离子的淋失主要来自土 壤中可溶性无机盐类的溶解，而阳离子交换反应的 释放作用则相对是次要的。由M4释放速率变化曲线（图2 ）可知，淋溶初 期m4释放速率变化很大，由一个较高值迅速下降，图2黄土淋溶过程中M4释放速率变化曲线至淋溶后期m4释放速率基本稳定不变。这进一步 说明无机盐的溶解和阳离子交换反应是一个快速 的过程，黄土中的盐基离子能够很快通过溶解和交 换作用被淋洗下来。Na+、Ca2+和Mg2+的淋失特点如图3所示，黄土中 Na+、Ca2+、Mg2+ 三种盐 基阳离子具有共同的淋失变化特征，即在淋溶初始 阶段大量淋出，随后释放量

9、迅速下降，并很快达到 稳定，直至淋溶实验结束。这种淋溶动态变化表明， 在模拟淋溶实验条件下黄土中的Na+、Ca2+和Mg2+ 主要是通过快速的离子交换和无机盐类矿物（如石 盐、石骨、方解石等）的同成分溶解过程淋失的。 淋溶过程中Na+与CL的一致性淋失变化也进一步 说明了这一点。K+和SiO2的释放由图3可以看出，在降水淋溶过程中，黄土中 K+的释放情况明显不同于Na+、Ca2+和Mg2+。尽管 在淋溶初期K+的释放速率也迅速下降至一个低点， 但随着淋溶过程的推进，其释放速率由此低点一直 缓慢增大，直至实验结束。这种淋失变化特征显示， K+的淋溶释放先后受两个不同速度的过程控制。初 期的快速释

10、放源于离子交换和含K+无机盐的溶解， 此后K+的淋出则与比较缓慢的硅酸盐矿物如黄土 中风化程度较低且富含钾的伊利石、正长石、云母 等）的异成分溶解反应有关4:3KAlSi3O8 （正长石）+2H2CO3 + 12H2Ot2K+ + 2HCO - + 6H SiO + KAI Si O （OH）（云母）3443 3 82KMgAlSiO（OH）（黑云母）+ 7HCO + 0.5HO33 82232表2模拟降水（pH=5.6 ）淋溶黄土时的阳离子平衡关系淋溶量/mm质子累积输入量/（U mol.kg-1）30092601 84902771203 691504 621805542106462407.

11、39270831300924M 46.059.3611.0411.6512 1212 4612 7913 0913.3413 58、-皿Na+5.809.0110.6211.2011 6411 9512 2412 5012 7012 88阳离子累积释放量K +0.050.070.080.090 110 130 150 190 230 28/(mmol-kg-1)Ca2+0.130.170.190.200 210 210 220 220 230 23Mg2+_007011_0140 150 16_016017017018018图3黄土淋溶过程中各元素释放速率变化曲线图5淋出液中钾和硅含量的关系-

12、K+ + 3Mg2+ + 7HCO3 - + 2叩论4 + 0.5A1 Si O （OH）（高岭石）2 2 54如图4所示，在淋溶过程中，硅的释放量一直 随降水淋溶量以类似线性的速率缓慢增加。由于受 淋溶量的限制，直至实验结束也未能观察到其最大 释放量，但SiO2与K+两者的累积释放量间存在有 良好的相关性（见图5 ）。K、Si的这种相关淋失变 化特征进一步表明，有关硅酸盐矿物的风化控制着 淋溶过程中K+和SiO2的释放。在此过程中，除释 放简单离子，同时还有多种次生矿物生成，反应速 率低于无机盐矿物的同成分溶解过程，因而K、Si 淋失缓慢，在表生地质作用中表现出较强的抗风化 能力。2.5盐基

13、离子淋溶通量估算确定化学物质的淋溶通量是一项复杂而困难 的工作。它受许多因素的影响，如产生有效淋溶侵 蚀的土壤总量、元素的淋溶释放速率以及淋溶降水 量等。我们按下式对黄土的盐基离子淋溶通量进行 粗略估算：F A =DxAxMxPM4式中，D、A、M、P分别代表黄土的物理剥蚀速率、 黄土覆盖面积、盐基离子淋溶释放速率和年降水 量。在黄河流域，黄土主要覆盖在中游地区，面积 达3x105 km2，其物理剥蚀速率平均可达5x106 kg Km_2.a_i。假设在淋溶过程中盐基离子的释放是 均匀的，那么，根据表2的数据计算可得P二 13.58/300 = 0.045 mmol-kg-1-mm-1，年均

14、600 mm 的表3 黄河主要元素的通量(x109moa-1 )Ca2+Mg2+K+Na+ (M4 )42.930.03.6107.0183.5降水则可使黄土中淋失盐基离子40.7x109 mol。对 比表3的数据可看出，黄土中盐基离子的淋溶通量 是黄河化学要素输送通量的22%。这一结果进一步 表明黄土是黄河的主要物源，淋溶风化是黄土向黄 河进行溶解态物质输送的一个重要地球化学过程。3结论(1)黄土各主要组分表现出不同的淋失特征。 Na+、Ca2+、Mg2+、Cl 一通过离子交换和无机盐矿 物的同成分溶解过程在淋溶初期即大量快速淋失， 但K+、SiO2的淋溶释放过程受有关硅酸盐矿物的 风化反应

15、控制，淋失缓慢，在表生地质作用中表现 出较强的抗风化能力。(2 )碱性的黄土对淋溶雨水的酸度具有较强 的缓冲作用。在pH = 5.6的降水淋溶过程中，黄土 通过快速的阳离子交换反应来缓冲外源质子的输 入，淋出液呈明显碱性。(3)黄土是黄河的主要物源，其淋溶侵蚀是 黄河溶解态物质输送的一个重要地球化学过程。初步的通量计算结果显示，在黄河流域，降水淋溶侵 蚀作用每年可从黄土中淋失盐基离子40.7 x 109mol，占黄河溶解态物质入海通量的近20%。参考文献：余存祖，刘耀宗，彭琳，等.黄土区土壤肥力形成过程与肥力指标 分析J. 土壤通报，1990，21(5): 197-200.ZHANG J, H

16、UANG W W., LIU M G，et al, Drainage basin weathering and major element transport of two large Chinese rivers (Huanghe and Changjiang)J. J Geophy Res, 1990, 95(C8): 13 277-13 288.ZHANG J, HUANG W W, TOLLE RLE, et al. Major element chemistry of the Huanghe (Yellow River), China: weathering processes an

17、d element fluxesJ. Journal of Hydrology, 1995, 168: 173-203.戎秋涛，翁焕新.环境地球化学M.北京：地质出版社，1990.Releasing of major elements from loess leached by rainXU Hui1，YANG Xin2(1: Department of Applied Chemistry, Yantai University, Yantai 264005, China2: Department of Chemistry, East China Normal University, Shang

18、hai 200063, China)Abstract: Based on a dynamic experiment design, loess sampled from northwestern China was leached by simulated rain of a pH value of 5.6. The characteristic and mechanisms of cations, Si and Cl - release and pH value of the leachate were investigated. The results showed that Na+, Ca2+, Mg2+ and Cl - were leached mainly through fast congruent dissolution of inorganic salts and the release of K+ and Si was controlled