中文摘要：

土壤颗粒凝聚/分散过程是水土保持、农业水土工程和环境保护等学科共同关注的热点问题之一。目前对其研究主要集中在沉降特性、影响因素分析和凝聚结构分布特征等方面，然而，土壤颗粒周围本身存在一个巨大的电场，其凝聚/分散过程本质是不同环境条件下受到表面电场作用的结果。以前研究表面电场作用下土壤颗粒凝聚/分散过程的困难是没有可靠方法对颗粒表面电荷性质测定和位能的计算，现在已经解决此问题。本项目以水体中土壤颗粒的静电场作用为核心，采用动态/静态激光散射、扫描隧道显微镜、原子力显微镜和计算机模拟等方法分析表面电场作用下紫色土土粒凝聚/分散临界点、凝聚/分散过程及速率，分形凝聚临界值和分形结构特征、土粒凝聚体分形维度和孔隙特征，得到不同环境条件下表面电荷性质与紫色土土粒凝聚/分散的关系。进而阐明表面电场作用下紫色土凝聚/分散产生的条件和机制，为代表性土壤是紫色土的三峡库区水体生态环境安全提供重要的理论依据。

结论摘要：

土壤颗粒凝聚/分散过程是水土保持，农业水土工程和环境保护等学科共同关注的热点问题之一，众多研究者从各种外部环境条件改变对其过程进行了大量研究，但是从电场作用条件下颗粒相互作用力变化规律对其研究甚少。本项目从颗粒表面电场作用出发，采用理论推演、物质表面电荷性质联合测定、光散射测定、zeta电位测定等实验方法，对颗粒表面电化学性质及离子极化作用的影响、颗粒相互作用力、凝聚过程临界粒径、凝聚体结构特征、分散过程临界值等进行了研究。结果表明(1) 紫色土zeta电位值与表面电位值差距甚远，酸性、中性和石灰性紫色土在1:1型电解质体系表面电位值在-102.9 ± 3.3 ~ 249.7 ± 7.6 mV之间，而zeta电位值在-30.9±1.9 ~ -45.5±3.0 mV之间，紫色土颗粒表面电位值远大于zeta电位值，随着电解质浓度升高，紫色土颗粒表面电位值和zeta电位值均减小，但是表面电位值减小的幅度远大于zeta 电位值; (2) 在考虑离子极化作用条件下，颗粒表面电位值有较大差异，主要是由于在土壤固/液界面附近，当物质的外出电子云发生量子涨落时，强大的外电场将使这种涨落急剧放大，这种变化又会影响界面性质和界面附近电场强度的变化，而呈现耦合特征。我们实验发现带电颗粒考虑离子极化作用条件下表面电位值为-69.9 ~ -95.6 mV，不考虑离子极化作用下其值为 -118.8 ~ -162.4 mV，变化幅度较大；(3) 根据单一和混合电解质体系中电位的分布关系式，将相关方程进行推演，代入研究得到的表面电位值和zeta电位值，建立了一种带电颗粒扩散双电层中滑动层厚度测定新的理论和方法；(4) 酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土三种胶体颗粒凝聚过程凝聚体凝聚临界粒径分别为1.1 μm、1.2 μm和1.4 μm，凝聚临界粒径大小规律为中性 >石灰性 >酸性紫色土； 酸性紫色土胶体快速凝聚和慢速凝聚的临界浓度为1~2 mmol L-1，中性紫色土凝聚临界浓度为2~3 mmol L-1，石灰性紫色土凝聚临界浓度为1~2 mmol L-1，但更接近于2 mmol L-1。三种紫色土胶体颗粒凝聚临界浓度大小规律与它们表面电位值大小变化规律一致; (5) 我们研究发现土壤颗粒间内在作用力(水合作用力、静电排斥力和范德华作用力)对土壤颗粒分散起着十分重要的作用。