[发明专利]利用表面羟基氢离子吸附容量评价土壤酸缓冲性能的方法

说明书

本发明提供了利用表面羟基氢离子吸附容量评价土壤酸缓冲性能的方法，将土壤发生酸碱缓冲反应的具体物质简化为表面羟基(≡SOH)构成于土壤表面，将土壤对酸碱的具体缓冲反应简化为表面羟基的质子化反应和去质子化反应，通过表面络合模型对表面羟基质子化过程吸附氢离子的容量进行定量，创新地从分子角度来评价土壤缓冲酸的能力，实现了将表面络合模型应用于土壤酸碱缓冲性能的评价中。利用本发明的评价方法，获得的结果稳定、可靠，在土壤化学分析领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于土壤化学技术领域，涉及利用表面羟基氢离子吸附容量评价土壤酸缓冲性能的方法，特别涉及利用表面络合模型获得表面羟基的氢离子吸附容量评价土壤的酸缓冲性能。

背景技术

土壤酸化是一个自然的过程，然而人为活动使土壤酸化速度明显加快。由于土壤具有一定的缓冲pH变化的能力，所以准确地评价土壤缓冲对酸的缓冲性能，对预测土壤的酸化以及加强土壤管理是非常关键的。土壤缓冲酸容量获得的一般方法是滴定法，通过对土壤溶液加酸滴定，根据滴定曲线获得改变一个pH单位所需的酸量来确定。但是由于滴定曲线并非线性，依靠线性拟合获得的酸缓冲容量不稳定，且无法从反应机制的角度体现土壤中参与酸缓冲物质的作用。也有研究通过将滴定曲线分割，求得每一段pH范围的缓冲容量。虽然这种方法提高了线性拟合获得酸缓冲容量的准确性，但土壤对酸性物质的缓冲是一个持续的过程，并非界定在某一pH范围内对应特定的物质，仍然未能从反应机制的角度体现出土壤中参与酸缓冲物质的作用。

土壤对酸碱的缓冲能力，是由于土壤中含有的缓冲酸碱的物质决定的。当酸性物质进入土壤后，主要会溶解碳酸盐、发生盐基离子的交换作用、活性铝氧化物的溶解作用和表面官能团的质子化作用等等。当碱性物质进入土壤后，主要会发生铝离子和氢离子的交换作用，表面官能团的去质子化作用。除了碳酸盐遇到酸会产生二氧化碳挥发，其余反应大部分均是可逆反应，且反应发生极为迅速，其赋存形态受到体系化学平衡的影响。

表面络合模型是一种用于描述氧化物和粘土矿物表面反应的模型，将具体的表面近似地认为是由两性的羟基官能团构成，在酸性条件下能够发生质子化反应，在碱性条件下能够发生去质子化反应。目前将表面络合模型应用于土壤中通常采用广义复合法，将土壤表面参与酸碱反应的所有复杂组分简化为活性羟基构成。

现有技术中，Wang等(2018)报道了表面络合模型在可变电荷土壤中的应用，指出了表面活性官能团(羟基、羧基等)吸附氢离子的容量有可能表示可变电荷土壤的酸碱缓冲能力，但并没有将可交换性阳离子、铝氧化物等的作用考虑在内，且连续滴定终点选择9.5很可能导致去质子化作用不完全。针对目前日益严重的土壤酸化现状，如何从缓冲机制入手，获得评价酸性和中性土壤的酸缓冲能力的方法显得极为重要。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有酸缓冲容量评价方法的缺点与不足，提供一种利用表面络合模型获得表面羟基的氢离子吸附容量来评价土壤酸缓冲性能的方法；利用氢离子吸附容量来定量土壤中参与酸缓冲物质的含量，实现了从缓冲机制角度对土壤酸缓冲性能进行评价。

本发明的另一目的在于提供所述的利用表面羟基氢离子吸附容量评价土壤酸缓冲性能的方法的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种利用表面羟基氢离子吸附容量评价土壤酸缓冲性能的方法，包括如下步骤：

(1)平衡：将土壤样品置于离子强度溶液中进行平衡，得到反应体系Ⅰ；

(2)酸滴定：向反应体系Ⅰ中滴加强酸标准溶液，保持搅拌，同时记录滴加的强酸标准溶液体积及反应体系pH，在pH＝3时停止滴定，得到反应体系Ⅱ；

(3)碱滴定：向步骤(2)的反应体系Ⅱ滴加强碱标准溶液，保持搅拌，同时测定并记录所滴加的强碱标准溶液体积及反应体系pH，在pH＝11时停止滴定；