土壤養(yǎng)分熱力學

前言

　　土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要物質基礎，是植物營養(yǎng)的主要源泉。土壤養(yǎng)分的有效性不僅與養(yǎng)分的數量有關，而且與養(yǎng)分的能量水平關系密切，特別是一些具有較強吸持力的土壤，養(yǎng)分的能量狀態(tài)成為制約有效性的關鍵因素。朱祖祥（1979）在“土壤磷酸鹽位的理論與應用”一文中對土壤養(yǎng)分的能量和數量關系進行了明確的分析，指出只有能量水平達到一定標準，其數量因素才有意義，表明了土壤養(yǎng)分能量對養(yǎng)分有效性的重要作用。因此，國內外學者對土壤養(yǎng)分能量及其轉化特征倍加關注，進行了較多研究。　　熱力學是研究物質系統(tǒng)能量轉化與趨向的科學，應用熱力學原理研究土壤養(yǎng)分能量狀態(tài)和變化趨向，是土壤養(yǎng)分領域的重要研究內容，已在土壤離子活度、養(yǎng)分位、離子吸附、交換熱力學特征等方面獲得較大研究進展。但是，迄今尚無反映土壤養(yǎng)分熱力學研究成果的專著，僅Sposito（1981）所著The Thermodynamics of Soil Solutions一書，側重熱力學原理在土壤溶液中的應用，從理論上進行了較系統(tǒng)論述，但對土壤養(yǎng)分各領域熱力學研究成果涉及較少。因此，全面匯總撰寫這方面的專著，對促進土壤養(yǎng)分熱力學發(fā)展和土壤養(yǎng)分領域研究的深化具有重要意義?！　”緯窃凇巴寥浪譄崃W”、“土壤有機質熱力學”為主題的國家自然科學基金、國家高等學校博士學科點科研基金等課題同步開展的土壤養(yǎng)分熱力學研究工作基礎上，依據所取得的研究成果及國內外有關資料編寫而成的。書中闡述了土壤養(yǎng)分熱力學的基本理論、研究途徑和方法；土壤離子活度及養(yǎng)分位的特點；土壤離子吸附、交換的熱力學特征；土壤氮素轉化熱力學及土壤微生物參與反應的熱力學條件；基于“擴散動力學”概念，拓展論述了溶質運移動力學及熱力學的研究成果；同時，針對農業(yè)生產中水熱條件對土壤養(yǎng)分狀態(tài)的顯著影響，就土壤養(yǎng)分轉化及揮發(fā)逸出的水熱耦合效應和能量特征進行了較系統(tǒng)的論證。此外，針對重金屬對土壤的污染問題，還概述了土壤以及修飾改性土中重金屬吸附、運移等方面的熱力學研究資料?！　”緯饕獌热輥碜哉n題組張一平、白錦鱗、陳思根的相關研究，以及樊小林、徐明崗、楊亞提、何緒生、呂家瓏、張增強、王玉、曲東、高鵬程、白紅英、孟昭福、尉芹、杜建軍等同志在博士論文、碩士論文等研究工作中所取得的有關成果，這些成果對本書編寫作出了重要貢獻。沈陽農業(yè)大學劉孝義教授、西北農林科技大學呂殿青研究員對我們的土壤熱力學研究工作給予了大力支持；甘化民博士積極促進了我校土壤熱力學研究與國外的合作交流；本書是《土壤水分熱力學》、《土壤有機質熱力學》、《土壤養(yǎng)分熱力學》三部土壤熱力學系列專著之一，為這三部土壤熱力學專著的出版，科學出版社彭勝潮、韓鵬、關焱編輯付出了大量心血和辛勞；本書出版得到國家科學技術學術著作出版基金和西北農林科技大學校長基金資助，在此一并表示衷心感謝。

內容概要

本書闡述了土壤養(yǎng)分熱力學的基本理論、研究途徑和方法；土壤離子活度及養(yǎng)分位的特點；土壤離子吸附、交換、擴散、運移的熱力學特征；土壤氮素轉化熱力學及土壤微生物參與反應的熱力學條件；以及土壤養(yǎng)分轉化、揮發(fā)逸出的水熱耦合效應和能量特征；并針對土壤重金屬污染問題，對土壤及修飾改性土中重金屬吸附、運移等方面的熱力學研究進行了較系統(tǒng)的論述。    本書可作為土壤學、植物營養(yǎng)與施肥、地理學、環(huán)境科學、生態(tài)學、微生物學等教學、科研人員和研究生的參考書。

書籍目錄

前言第一章  土壤養(yǎng)分熱力學基礎  1.1 化學勢與活度  1.2 活度系數與離子強度  1.3 土壤離子的吸附結合能  1.4 養(yǎng)分位  1.5 土壤離子吸附反應熱力學的研究途徑    1.5.1 土壤離子吸附反應熱力學研究的平衡法    1.5.2 土壤離子吸附反應熱力學研究的動力學法    1. 5.3 土壤離子吸附反應熱力學研究的離子活度法  1.6 土壤離子交換熱力學的研究途徑    1.6.1 土壤離子交換熱力學研究的平衡法    1.6.2 土壤離子交換熱力學研究的動力學法  1.7 土壤養(yǎng)分擴散運移的熱力學研究途徑    1.7.1 土壤養(yǎng)分擴散的熱力學研究途徑    1.7.2 土壤養(yǎng)分運移的熱力學研究途徑第二章  土壤離子活度及養(yǎng)分位  2.1 離子締合對土壤溶液濃度及活度的影響  2.2 不同土壤鉀離子活度及其影響因素    2.2.1 不同土壤鉀離子濃度、活度及活度系數    2.2.2 不同土壤鉀離子活度的影響因素  2.3 石灰位及其影響因素  2.4 磷酸鹽位及其在土壤磷固定轉化和診斷研究中的應用    2.4.1 標準磷位圖譜    2.4.2 磷位在土壤磷固定機制研究中的應用    2.4.3 磷位在土壤磷轉化特征研究中的應用    2.4.4 磷位值與土壤有效磷源    2.4.5 石灰性土壤不同施肥處理對土壤磷位的影響    2.4.6 磷酸鹽位在非石灰性土壤需磷診斷上的應用  2.5 土壤鉀鈣養(yǎng)分位第三章  土壤離子吸附及其熱力學特征  3.1 土壤離子吸附的機制  3.2 吸附等溫線吸附模型及土壤離子吸附的影響因素    3.2.1 吸附等溫線    3.2.2 描述吸附等溫線的吸附模型    3.2.3 多粒級組分的吸附等溫線及吸附模型    3.2.4 土壤離子吸附的影響因素及其定量關系    3.2.5 非飽和土壤離子吸附等溫線的測定(濾紙法)  3.3 土壤離子吸附的熱力學特征    3.3.1 磷吸附的熱力學特征    3.3.2 銨固定的熱力學特征    3.3.3 土壤鉀吸附解吸的熱力學特征    3.3.4 土壤對微量元素吸附的熱力學特征  3.4 土壤及有機修飾改性土對重金屬離子吸附的熱力學特征    3.4.1 土壤對重金屬離子吸附的熱力學特征    3.4.2 有機修飾改性土對重金屬離子吸附的熱力學特征第四章  土壤離子交換熱力學特征  4.1 離子交換等溫線及其類型  4.2 表征離子交換特征的熱力學參數  4.3 不同土壤K—Ca交換熱力學特征    4.3.1 平衡法途徑對不同土壤K—Ca交換熱力學特征的研究      4.3.2 動力學途徑對不同土壤K—Ca交換熱力學特征的研究      4.3.3 土壤K—Ca交換熱力學特征的影響因素  4.4 微量元素鋅銅離子交換熱力學特征    4.4 1 不同土壤Zn—Ca交換熱力學特征    4.4.2 膨潤土Cu—Ca交換熱力學特征  4.5 重金屬鎘離子交換熱力學特征第五章  土壤離子擴散運移及其熱力學特征  5.1 土壤離子擴散定量關系及機理    5.1.1 擴散定律的熱力學推導及擴散系數的剖析    5.1.2 離子在土壤中的擴散機理    5.1.3 土壤中離子的擴散公式  5.2 土壤離子擴散的熱力學特征    5.2.1 不同土壤反應性溶質磷擴散的熱力學特征    5.2.2 不同土壤非反應性溶質氯離子擴散的熱力學特征    5.3 土壤溶質運移機制及運移狀態(tài)下的吸附等溫線    5.3.1 土壤溶質運移機制和基本方程    5.3.2 土壤溶質運移狀態(tài)下的吸附等溫線及其斜率  5.4 土壤溶質運移的熱力學特征    5.4.1 銨、鉀運移的動力學及熱力學特征    5.4.2 飽和流及入滲過程中土壤剖面銨吸持動力學和能量特征    5.4.3 磷運移動力學及熱力學特征    5.4.4 鋅運移動力學及熱力學特征    5.4.5 鎘運移動力學及熱力學特征第六章  無機氮轉化的熱力學及土壤微生物參與反應的熱力學條件  6.1 無機氮轉化的熱力學    6.1.1 氧化還原平衡    6.1.2 無機氮轉化的反應自由能    6.1.3 不同氮組分的pe+pH與組分活度的關系  6.2 甲烷產生的機制及水稻土產甲烷的熱力學條件    6.2.1 甲烷產生的機制及產甲烷反應的自由能參數計算      6.2.2 水稻土產甲烷的熱力學條件    6.2.3 添加氧化鐵對水稻土甲烷形成及其熱力學條件的影響  6.3 水稻土中鐵還原過程的熱力學條件    6.3.1 水稻土缺氧培養(yǎng)過程中Fe2+的產生    6.3.2 鐵還原反應的自由能參數計算    6.3.3 不同氧化鐵還原過程Gibbs自由能(△GFe)變化第七章  土壤養(yǎng)分轉化及揮發(fā)逸出的水熱耦合效應和能量特征  7.1 土壤鉀素轉化的水熱耦合效應及能量特征    7.1.1 水分和溫度對土壤速效鉀含量的影響    7.1.2 水熱耦合作用對土壤速效鉀含量的影響及水熱耦合效應特征參數      7.1.3 水熱耦合作用下土壤鉀轉化動態(tài)特征及動力學方程    7.1.4 水熱耦合作用下土壤鉀轉化的能量特征  7.2 施肥土壤氨揮發(fā)的水熱耦合效應及能量特征    7.2.1 不同水熱條件下施肥土壤氨揮發(fā)的動態(tài)特征    7.2.2 施肥土壤氨揮發(fā)水熱耦合效應動力學方程及特征參數    7.2.3 水熱耦合作用下施肥土壤氨揮發(fā)的能量特征  7.3 水熱條件對土壤氧化亞氮排放逸出的影響及其能量特征    7.3.1 溫度對土壤氧化亞氮排放影響的定量模式及特征參數    7.3.2 水分對土壤氧化亞氮排放影響的定量模式及特征參數    7.3.3 水熱耦合作用下土壤氧化亞氮排放動態(tài)及能量特征參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一章　土壤養(yǎng)分熱力學基礎　　土壤養(yǎng)分對植物的有效性是農業(yè)生產中備受關注的一個重要問題。土壤養(yǎng)分的有效性不僅與養(yǎng)分的數量有關，而且與養(yǎng)分的能量狀態(tài)關系密切，特別是一些對養(yǎng)分具有較強吸持力的土壤，養(yǎng)分的能量狀態(tài)成為制約有效性的關鍵因素。因此，國內外學者對土壤養(yǎng)分能量及其轉化特征進行了較多研究，朱祖祥在“土壤中有效養(yǎng)料的能量概念”（熊毅等，1965）一文中，對土壤交換性離子養(yǎng)分的有效度等問題進行了較全面的概述，并在“土壤磷酸鹽位的理論與應用”（朱祖祥，1979）一文中對土壤養(yǎng)料的能量概念和數量概念進行了分析，認為兩者既有區(qū)別，又有聯系，并指出只有能量水平達到一定標準，其數量因素才有意義，促進了土壤養(yǎng)分能量概念的應用和土壤養(yǎng)分能量狀態(tài)研究的深化?！　崃W是研究物質系統(tǒng)能量轉化與趨向的科學，應用熱力學原理研究土壤養(yǎng)分能量狀態(tài)和變化趨向，是土壤養(yǎng)分領域的重要研究內容，已取得較多研究成果，本章側重對土壤養(yǎng)分熱力學的基本理論、研究方法及研究途徑作較系統(tǒng)的論述?！　?.1化學勢與活度　　化學勢（化學位）與活度是熱力學中的重要參數，在土壤養(yǎng)分熱力學研究中具有重要意義?；瘜W熱力學中將（ex/eni）T，P，n。定義為偏摩爾量（partial molar quantity），式中X代表任意一容量性質，如自由能（G）、內能（U）等，該式表示保持溫度（T）、壓力（P）和除i以外其他組分的摩爾數不變的情況下，向體系中加入1摩爾i種物質所引起整個體系的熱力學性質的變化量。相應（eG／eni）T，P，n，稱為組分i的偏摩爾自由能（Gi），并以專用符號μi代表。

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