酸沉降对土壤地球化学过程的影响VIP免费

文章编号：1008-0244（2002）04-0068-07酸沉降对土壤地球化学过程的影响许第发，钟天祥，徐冬梅，刘广深（浙江大学环境科学研究所，浙江杭州310027）摘要：酸沉降通过影响土壤组分的化学行为进而影响土壤地球化学过程。本文就该领域的目前研究进展做了较详细的论述。考察了酸化条件下土壤中盐基离子和铝、硅的释放淋失及硅对铝毒的缓解作用；论述了酸沉降通过影响土壤中微量金属及稀土离子沉淀-溶解、吸附-解吸、络合-解离、氧化-还原平衡进而影响其存在形态和化学行为；同时关注了酸沉降对C、N、S、P循环转化直接和间接的影响。关键词：酸沉降；土壤组分；化学行为；循环转化收稿日期：2002-06-21；修回日期：2002-03-20第一作者简介：刘广深（1964—），男，教授，博士，环境地球化学专业。中图分类号：X142文献标识码：A酸雨是指pH值小于5.6的雨水，也包括雪、霜、露、雾等其它形式的大气降水。酸雨是通俗的叫法，科学上称作酸沉降，包括湿沉降如酸雨、酸雪、酸雾和干沉降如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、氯化合物（HCl）等气体酸性物。我国是继欧洲、北美之后，在世界上出现的第三大酸雨区。近年来，由于燃煤和汽车尾气等造成的污染，使我国的酸性沉降物，尤其是酸雨有愈演愈烈之势，并且呈硫酸型［1~2］。这些外部输入的大量氢离子对大气酸沉降的主要受体———土壤最直接的影响就是引起土壤pH值降低和盐基饱和度减少，造成土壤酸化。酸沉降通过影响土壤中一系列物理、化学、生物的性质，进而影响土壤中营养离子、稀土元素及有毒重金属离子的环境化学行为，并且通过更为复杂的机制影响主要以有机形态存在于土壤中的C、N、S、P的循环转化。!酸化条件下盐基离子和Al、Si的释放淋失在酸沉降条件下，土壤中发生的化学过程实质上是土壤组分对H+缓冲作用的表现。国内外研究表明，土壤对酸沉降的缓冲作用分别是由初级缓冲体系和次级缓冲体系来完成。初级缓冲体系表现为土壤阳离子，主要为盐基离子（K、Na、Ca、）的交换反应，伴随着盐基离子的大量淋失、初级缓冲体系缓冲能力的减弱或耗尽，土壤对输入质子的缓冲作用向次级缓冲体系过渡。次级缓冲体系是动力学上较慢的土壤矿物风化过程，主要表现为土壤中原生及次生铝硅酸盐的酸性水解，在此过程中除Al3+、Si（OH）4外，同时伴随有盐基的释放，以补偿可溶态和交换态盐基的淋失［3］。降水酸度及酸雨淋溶量对土壤盐基离子、铝和硅释出的影响已见有很多研究报道［4~8］。这里值得一提的是，由酸雨导致的铝异常富集明显抑制植物根伸长，妨碍根的生长和吸收功能［9］及光合作用的能力。当土壤溶液中Ca/Al接近1时，即对植物产生毒害作用［10］。铝通过食物链及饮用水对动物和人的危害更是不容忽视［11~13］。铝作为一种有毒元素越发引起人们的关注。可以认为：酸作用下土壤中硅的释出可以有效缓解Al的生物毒性，减缓土壤pH的下降辐度。有研究表明，加硅处理的酸性土壤可以促进植物对某些营养元素的吸收，降低地上部分铝的含量，对根际土壤的酸化有一定的缓冲作用［14］。唐志华［15］指出：生物体的进化是通过pH值和必不可少的过量硅的缓解拮抗来防止铝中毒的。在土壤溶液中，铝主要以Al3+、Al（OH）2+、Al（OH）2+和Al（OH）4-等可溶性离子存在。各形态与pH关系如图1。在我国南方一些长期受酸雨影响的区域，土壤中活性铝的含量非常高。因此，可通过向土壤中添加含硅矿料并配合施用土壤改良剂的方86地质地球化学GEOLOGY-GEOCHEISTRY2002年第30卷第4期l.30，N.4，2002法来减缓铝毒。图1土壤溶液的可溶性铝与pH关系［16］Fig.1.RelationshipbetweensolubleAlandpHinsoilsolution.!微量金属离子的活化土壤中含有多种微量金属元素，其中Fe、Mn、Cu、Zn为植物、动物和人体所必需；Cr、Co和Ni为动物和人而并非植物所需，称其为生命元素。Pb、Hg、Cd等为对生物体有毒害作用的环境污染元素，其实，即便是生物营养元素，其有益的效应也只是在适量范围内体现，超过一定浓度限制后，对生物体将会产生不利影响。土壤中的金属元素均有自然和人为两种来源，前者主要为岩石母质的释放，后者则来源于工业三废、化石燃料的燃烧及化肥农药。它们的形态非...