酸沉降下加速土壤酸化的影响因素

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1、王代长等：酸沉降下加速土壤酸化的影响因素5酸沉降下加速土壤酸化的影响因素王代长1，2，蒋新1，卞永荣1，徐仁扣1，贺纪正21：中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008；2：华中农业大学环境资源系，湖北武汉430070摘要：酸沉降对土壤和水域的酸化影响是土壤环境化学研究前沿的热点问题之一。酸沉降的化学组成对酸性土壤的进一步酸化起着催化剂的作用。在酸雨影响下，SO42-、NO-3、有机阴离子是加速土壤酸化和盐基淋溶损失的主要阴离子，外源H+的进入会加速铝离子水解。自然因素与人为因素导致土壤酸化的实际酸化速率差异表明：HCO3-、RCOO-在土壤剖面中的淋失状况可反映

2、自然土壤的酸化速率，而SO42-和NO-3淋溶产生的质子负荷揭示土壤受人为因素影响的酸化速率。通过计算酸沉降的主要化学成分进入土壤前后的质子负荷平衡，与酸中和容量（ANC）相结合，反映酸沉降加速土壤酸化的进程。关键词：酸沉降；土壤酸化；酸中和容量（ANC）；质子负荷中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1008-181X（2002）02-0152-06王代长等：酸沉降下加速土壤酸化的影响因素5酸沉降对生态系统的危害是当前世界重大的环境问题之一。我国是继欧洲[23]和北美[21]之后在世界上出现的第三大酸雨区[1]。我国酸雨区主要分布在南方，该区大部分属于亚热带季

3、风气候区，受不同经纬度的水热条件及生物因素的影响，分布的土壤有黄棕壤、黄壤、红壤、赤红壤及砖红壤[1，4，5]。酸雨不断地进入土壤，引起土壤酸化，可使地上植物受害，严重酸化土壤渗漏水以及酸雨本身进入水生生态系统后也可引起湖泊河流水体酸化[20]。土壤酸化的特征和预测已成为土壤学和环境科学中的重要研究课题[6，22]。1土壤酸化土壤酸化主要是指土壤中的H+和Al+3数量增加，导致土壤阳离子库的耗竭[25]。过去，欧洲与北美地区，酸雨对地表水化学和水域生物体的不利影响是主要的环境问题[21，23]，因酸雨引起的土壤酸化是西欧森林衰退的主要原因[21]。酸沉降引起土壤酸化的

4、问题曾出现争议[11，25]。有学者认为，与自然原因和土地利用方式相比，酸雨对北美和西欧土壤酸化作用相对较小[11]，另有学者并不支持此观点[25]，争论的焦点体现在质子的负荷平衡关系上。根据Krug[11]的观点，vanBreemenetal.(1984)[25]提出的质子负荷概念不能估计土壤酸化速率，只能解释质子的净转化，原因是这一概念排除了有机物质积累产生的酸化作用。因此，在评价自然与人为因素对土壤酸化作用时，有必要明确土壤酸化的概念[8]。1.1土壤酸化的概念pH通常用来表征土壤溶液酸度，土壤固液相发生的许多重要化学反应受pH控制。酸沉降引起土壤和地表水酸化也

5、受土壤中化学过程的控制[18]，外源H+和内源H+仅仅是土壤pH值变化的部分原因[25]。vanBreemenetal.(1984)按照土壤酸度的容量概念定义土壤酸化：土壤酸化是指土壤无机组分酸中和容量(ANC)的下降。在稀溶液体系中，酸中和容量(ANC)是用强酸，如通常用H2SO4滴定到参照pH值(大约4.5)时的酸加入量：ANC(aq.ref.pH4.5)=[HCO-3]+2[CO-23]+[RCOO-]+[OH-]–[H+]……………………（1）上式中，[]代表摩尔浓度，RCOO-代表有机阴离子。同样也可定义矿质土壤组分的酸中和容量ANCS。ANCS=6[Al2

6、O3]+6[Fe2O3]+2[FeO]+4[MnO2]+2[MnO]+2[CaO]+2[MgO]+2[Na2O]+2[K2O]2[SO3]-2[P2O5]-[HCl]（2）或写成：ANCS=BS-AS（3）上式中，S代表矿质土壤，B代表碱组分，A代表强酸组分。式（2）中不包含弱酸组分，如CO2(S)SiO2(S)和H2S(S)，这是因为土壤pH值2~5范围内，这些组分不能接受或释放质子；N的组分也未包括在ANCS[25]是因为矿质土壤中氮的含量也很低。土壤酸化或者说ANC王代长等：酸沉降下加速土壤酸化的影响因素5下降，仅仅是反映矿质土壤阳离子的净损失或阴离子的净积累。

7、简化计算表达式（2）中未包含有机质的作用，在考虑土壤酸化作用时，有机物表面的官能团（-COO-）吸附的盐基离子与氢质子发生交换反应，也对ANC有贡献，特别是N和S在有机物中的积累会增加强酸组分的含量[10]，从而降低ANC。关于酸雨的影响，欧洲与北美的研究重点集中在N和S的地球生物化学过程上，有机物中N和S的积累是土壤酸化的潜在来源[10，18]，正如S在无机组分中积累一样，有机硫也应该包括在ANC的概念之中。土壤中积累的N和S化合物经过土壤有机质的矿质化过程、硝化过程和氧化过程产生氢质子，导致质子负荷增大。Eriksson[9](1998)建立土壤