砂柱和土柱中铁锰元素的运移淀积特征

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本研究以石英砂和棕红壤的B层土壤为供试材料,分别用不同摩尔浓度的FeSO4(0-0.08mol/L)和MnCl2(0-0.08mol/L)混合或单一溶液以同时或交替(每淋溶十次铁锰交替)两种淋溶方式淋溶石英砂柱和土柱40次,其中石英砂和棕红壤分别淋溶十次和二十次为一个取样阶段,并设置淋溶液的pH(砂柱的淋溶液pH为5和3.5,土柱的淋溶液pH为3.5),铁锰摩尔比(Fe/Mn为1:1、2:1、4:1)等影响因素,分析砂柱和土柱淋出液的成分变化及柱中各形态铁锰的淀积和迁移情况,研究土壤中铁锰元素的运移淀积特征。研究结果如下:1.砂柱淋出液的pH呈现波动变化,淋溶液为pH5时波动下降,pH3.5时变化较小,比较稳定。铁锰同时淋溶处理的砂柱,淋出液的pH在整个淋溶过程中变化较为平缓,淋溶液为pH5和pH3.5条件下分别在3.0-4.5和2.4-3.5间变化;铁锰交替淋溶的波动较大,尤其是pH5处理淋出液的pH呈阶段性变化,随淋溶阶段(每淋溶十次为一个淋溶阶段)的交替,差值可达1.5以上;与石英砂柱相比,土柱不同淋溶方式下淋出液的pH变化较一致,均缓慢下降到2.5左右。2.石英砂淋出液中,铁锰浓度的变化与淋溶方式和阶段密切相关。同时淋溶处理砂柱的淋出液中铁锰的浓度变化很小,都接近于淋溶液的浓度;铁锰交替淋溶处理的铁锰浓度随淋溶液的更替而变化,当该阶段淋溶铁溶液时,淋出液的铁浓度和淋溶液铁浓度相近,而锰浓度则很低,且随着淋溶进行下降很快,在淋溶阶段后期几乎为0,反之亦然;土柱淋出液铁锰浓度的变化相对缓和,铁锰交替淋溶的土柱,淋出液的铁锰浓度随淋溶阶段的更替而变化,逐渐接近淋溶液的浓度。3.随着淋溶进行,石英砂表面铁锰的淀积量增加,铁的淀积量大于锰。两种pH条件下,同时淋溶处理石英砂表面铁锰的淀积量逐渐增加,交替淋溶的砂柱呈阶段性变化,总体上上升。pH3.5条件下(淋溶液的铁锰浓度较高)砂柱中的铁锰淀积量高于pH5条件的(淋溶液的铁锰浓度较低),前者下层(25cm处)的铁锰含量高于上层(5cm)和中层(15cm)的,后者的各层差异不明显。pH3.5条件下,当淋溶液中铁锰比为2:1和4:1时,铁的淀积量较大,锰的淀积量与淋溶液的锰浓度呈正相关。前期淀积的铁锰对后阶段铁锰的累积有促进作用。4.SEM图片和EDS图谱表明,铁锰在石英砂表面不均匀分布,锰的淀积量较铁少。同时淋溶处理的石英砂表面铁锰淀积较密集,以不规则片状、小球状、块状堆积较多,交替淋溶处理石英砂表面铁锰的淀积较同时淋溶处理的稀疏,呈细小薄片状分散分布。随着淋溶时间增加,石英砂表面铁锰的覆盖物质增加。高浓度铁锰淋溶的处理,石英砂表面的包被物质较低浓度处理的多。5.经过长期铁锰淋溶的土壤,其pH和氧化还原电位降低。同时淋溶方式的土壤pH较交替淋溶的低,而各土柱的Eh相差不大,均处于还原状态。土壤中的盐基离子尤其是钙镁离子随着淋溶的进行大量流失。6.淋溶土柱中,铁的淀积量大于锰,但淀积量远远高于砂柱。淋溶后土壤中游离态铁锰的含量最高,分别达91.67mg/g和4.64mg/g,其次为非晶质铁锰,为71.49mg/g和4.47mg/g以下,最低的为络合态铁锰,在7mg/g以下。全量、游离态和非晶质态铁的淀积量是相应形态锰的几倍到几十倍,络合态铁和锰的淀积量较接近。随着淋溶的进行,土柱中铁的淀积量逐渐增加,而锰的淀积量却出现降低的现象。铁锰同时淋溶处理的土柱中,铁的淀积量高于相应的交替淋溶处理的,而锰的淀积量反之。
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