一种土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算方法，向离心瓶中加入风干且去除杂物的土样；向土样中加入EDTA‑乙酸铵溶液，搅拌均匀后，密闭，震荡；离心过滤收集上清液，测定上清液中的盐基离子含量；重复上述直至收集到的上清液中的盐基离子含量不再变化为止；用无铵乙醇将土壤中多余的EDTA‑乙酸铵洗净；向已经洗脱盐基的土样中加入酸雨淋溶液，搅拌均匀震荡离心，过滤收集上清液，测定pH、硅和盐基离子的含量；间歇6天，重复淋洗，计算各盐基离子的酸雨淋出量和盐基离子与硅的风化计量关系。本发明专利技术采用分批次Batch方法，因此洗脱能力强，洗脱效果好。这种土壤交换性盐基的洗脱方法显著提升了实验的效果和精度，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算方法
本专利技术属于土壤风化计量关系估算方法，具体地通过Batch方法洗脱土壤胶体吸附的交换性盐基离子，继而进行酸雨淋溶实验，估算土壤混合矿物风化时释放的盐基离子和硅量，进而能够准确估算矿物风化速率和土壤酸化速率。
技术介绍
土壤矿物的化学风化是土壤形成的基础，也是植物所需营养物质的重要来源，还是缓冲土壤中H+不可缺少的过程。因此，矿物风化和盐基离子的释放速率是土壤形成速率和土壤酸化速率估算的基础，对土壤的可持续发展具有重要的意义。但是，矿物风化是一个缓慢的过程，野外风化速率在短时间内难以监测。有研究通过模拟酸雨淋溶后盐基离子的释放速率来计算土壤矿物风化速率，但其中包含了大量土壤胶体上吸附的交换性盐基离子，以此总量作为矿物风化释放量并不准确。盐基离子主要以三种不同形式存在于土壤中：a—活性态，以离子态的形式存在于土壤溶液中；b—吸附态，其中包括有机胶体和无机胶体的专性吸附，易与其他阳离子发生交换吸附反应；c—矿物态，与氧、硅、铝、铁等形成原生矿物和次生矿物，矿物化学风化时才释放出来。因此，一般的淋溶实验，淋出液中包含了大量的阳离子交换作用和矿物化学风化反应所释放的盐基离子。如何消除交换性盐基离子的影响而准确判断土壤矿物风化后盐基离子的释放特征，是目前研究的难点。也有采用流域观测、物质输入输出平衡方法以及模型方法等，这些方法均无法区分土壤吸附的盐基离子和矿物风化释放的盐基离子，因此对风化速率的估算和土壤的形成速率估算带来较大的误差。在目前酸沉降严重的情况下，大气酸沉降输入质子(H+)引起的土壤养分流失和酸化是全球普遍存在的环境问题。在流域生态系统中，质子输入和输出是可以监测和估算的，而质子进入土壤系统后，H+的2个主要消耗途径：土壤中的(原生和次生)矿物风化反应消耗与土壤胶体上吸附的阳离子交换消耗难以监测。在过去的类似研究中，一直没有很好地区分这两个过程对质子的消耗，笼统地将土壤中全部质子的消耗量作为土壤酸化速率。但事实上，质子作用于矿物风化时并不能直接导致土壤酸化，只有当质子与盐基离子交换时才导致土壤活性酸或潜性酸的增加，才是真正意义上的酸化过程。杨金玲等(2013)在皖南花岗岩地区利用斜长石完全风化到高岭石的特例下的矿物风化计量关系，区分径流水中来源于阳离子交换和矿物风化比例，估算的酸化速率仅为没有区分的一半。因此没有定量区分土壤风化反应和阳离子交换的土壤酸化速率在用于生态系统的稳定性评估中会产生误导。为了避免盐基离子的影响，也有人用单一矿物来研究矿物风化后盐基离子的释放特征。单一矿物虽然能定量所研究矿物风化后不同元素释放、矿物风化产物以及矿物结构改变等，但自然界中存在的土壤中并非只含一种矿物，且经过不同强度的风化后，矿物的成分比例会有所改变，导致自然界中的土壤矿物风化是一个很复杂的过程。因此，实验室内单一矿物的元素风化释放特征与野外矿物风化盐基离子的释放计量关系可能完全不同，不适于土壤矿物风化速率和酸化速率的估算。有研究利用花岗岩地区斜长石风化释放硅和盐基离子的计量关系估算风化释放盐基和阳离子交换释放盐基比例，结合流域内H+的输入输出平衡，估算的土壤酸化速率仅是不考虑阳离子交换所获得的酸化速率的一半。但是该方法只是假设斜长石直接风化到高岭石的一种特例情况。在自然界中，即使在花岗岩地区，矿物类型也不会是单一的斜长石风化，同时还会有云母(白云母、黑云母、水云母等)、正长石、蛭石、石英等矿物，尽管风化程度和强度不同，但均参与风化过程。因此自然界中矿物风化释放的硅和盐基离子计量关系估算非常困难。如何能够消除土壤胶体吸附的盐基离子的影响，准确观测土壤中混合矿物风化后盐基离子的释放特征及计量关系，从而进一步准确估算矿物的风化速率、土壤的形成速率以及土壤的酸化速率是目前研究的难点。
技术实现思路
解决的技术问题：针对以上缺陷，本专利技术提供一种土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算方法，该方法适用于将大量土壤中的交换性盐基离子洗脱，利用已洗脱盐基的土壤进行酸雨淋溶实验，从而获得土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系，从而明确土壤矿物的风化特征，并可用于准确估算矿物风化速率和土壤酸化速率。技术方案：一种土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算方法，包括以下步骤：步骤1，向离心瓶中加入风干且去除杂物的土样；步骤2，按照固液比(g:mL)1:1，向土样中加入1molL-1的EDTA-乙酸铵溶液，搅拌均匀后，密闭，震荡2-3h；步骤3，离心10min，过滤收集上清液，测定上清液中的盐基离子含量；步骤4，重复上述步骤2～3，直至收集到的上清液中的盐基离子含量不再变化为止；步骤5，用无铵乙醇将土壤中多余的EDTA-乙酸铵洗净；步骤6，按照固液比1:1(g:mL)，向已经洗脱盐基的土样中加入酸雨淋溶液，搅拌均匀震荡24小时，离心10min，过滤收集上清液，测定pH、硅(Si)和盐基离子中K+、Ca2+、Mg2+和Na+的含量；步骤7，间歇6天，重复步骤6继续淋洗，5-20次后，计算各盐基离子的酸雨淋出量和盐基离子(BC)与硅的风化计量关系(BC:Si)。所述土样与所加入EDTA-乙酸铵溶液的固液比为1:7。所述酸雨淋溶液的配制方法为：(1)pH小于5.1的酸雨淋溶液的配制：称取53.49gNH4Cl分析纯溶于800mL去离子水中，定容至1L，配制成1mol/LNH4Cl，量取100mL1mol/L的NH4Cl稀释至1L，配制成0.1mol/LNH4Cl溶液，用0.1mol/LHCl调节pH至实验所需的酸度；(2)pH大于5.1的酸雨淋溶液的配制：量取75.1mL以NH3计质量浓度为25％、密度为0.907g/cm3的浓氨水，加去离子水定容至1L，即浓度为1mol/L的NH4OH，量取100mL1mol/L的NH4OH，加100～150mL1mol/L的HCl，加去离子水至近1L，用0.1mol/LHCl调节pH至实验所需的酸度，定容至1L。有益效果：(1)本专利技术采用分批次Batch方法，进行了土壤吸附盐基离子的洗脱。Batch方法样品用量少，而且洗脱液与样品能够完全混合，具有充分的反应时间，并能够反复洗脱。因此洗脱能力强，洗脱效果好。这种土壤交换性盐基的洗脱方法显著提升了实验的效果和精度，具有广阔的应用前景。(2)本专利技术洗脱盐基后的土壤进一步采用分批次Batch方法，进行酸雨淋溶实验。能够获得不同pH酸雨淋溶下，土壤混合矿物的盐基离子风化释放特征以及盐基离子总量与硅的风化计量关系。(3)本专利技术提出的洗脱土壤吸附交换性盐基并结合酸雨淋溶实验的方法，能够为土壤矿物风化速率、土壤盐基离子释放计量关系、土壤酸化速率、土壤酸缓冲性能研究、土壤养分供给能力研究以及土壤的可持续发展和利用等研究提供估算基础。(4)本专利技术方法能够应用于土壤学、矿物学、地球化学和环境学等的研究中，具有广阔的应用市场和潜力。附图说明图1土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算实验的总体流程图；图2未洗脱盐基处理土壤盐基离子释放特征；图3洗脱盐基处理土壤矿物风化后盐基离子释放特征。具体实施方式下面结合附图和具体实例，对本专利技术作进一步详细说明。参照实验室测定阳离子交换量的方法，利用EDTA-乙酸铵溶液(1mol本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，向离心瓶中加入风干且去除杂物的土样；步骤2，按照固:液比（g:mL）1:1，向土样中加入1 mol L‑1的EDTA‑乙酸铵溶液，搅拌均匀后，密闭，震荡2‑3 h；步骤3，离心10 min，过滤收集上清液，测定上清液中的盐基离子含量；步骤4，重复上述步骤2~ 3，直至收集到的上清液中的盐基离子含量不再变化为止；步骤5，用无铵乙醇将土壤中多余的EDTA‑乙酸铵洗净；步骤6，按照固液比1:1（g:mL），向已经洗脱盐基的土样中加入酸雨淋溶液，搅拌均匀震荡24小时，离心 10 min，过滤收集上清液，测定pH、硅（Si）和盐基离子中K+、Ca2+、Mg2+和Na+的含量；步骤7，间歇6天，重复步骤6继续淋洗，5‑20次后，计算各盐基离子的酸雨淋出量和盐基离子（BC）与硅的风化计量关系（BC:Si）。
【技术特征摘要】
1.一种土壤混合矿物的盐基离子和硅风化计量关系估算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，向离心瓶中加入风干且去除杂物的土样；步骤2，按照固:液比g:mL为1:1，向土样中加入1mol·L-1的EDTA-乙酸铵溶液，搅拌均匀后，密闭，震荡2-3h；步骤3，离心10min，过滤收集上清液，测定上清液中的盐基离子含量；步骤4，重复上述步骤2~3，直至收集到的上清液中的盐基离子含量不再变化为止；步骤5，用无铵乙醇将土壤中多余的EDTA-乙酸铵洗净；步骤6，按照固液比g:mL为1:1，向已经洗脱盐基的土样中加入酸雨淋溶液，搅拌均匀震荡24小时，离心10min，过滤收集上清液，测定pH、硅（Si）和盐基离子中K+、Ca2+、Mg2+和Na+的含量；酸雨淋溶液的配制方法为：（1）pH小于5.1的酸雨淋溶液的配制：...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨金玲，张甘霖，宋效东，庄翔宇，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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