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1、王代長(zhǎng)等：酸沉降下加速土壤酸化的影響因素5酸沉降下加速土壤酸化的影響因素王代長(zhǎng)1，2，蔣新1，卞永榮1，徐仁扣1，賀紀(jì)正21：中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇南京210008；2：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境資源系，湖北武漢430070摘要：酸沉降對(duì)土壤和水域的酸化影響是土壤環(huán)境化學(xué)研究前沿的熱點(diǎn)問題之一。酸沉降的化學(xué)組成對(duì)酸性土壤的進(jìn)一步酸化起著催化劑的作用。在酸雨影響下，SO42-、NO-3、有機(jī)陰離子是加速土壤酸化和鹽基淋溶損失的主要陰離子，外源H+的進(jìn)入會(huì)加速鋁離子水解。自然因素與人為因素導(dǎo)致土壤酸化的實(shí)際酸化速率差異表明：HCO3-、RCOO-在土壤剖面中的淋失狀況可反映
2、自然土壤的酸化速率，而SO42-和NO-3淋溶產(chǎn)生的質(zhì)子負(fù)荷揭示土壤受人為因素影響的酸化速率。通過計(jì)算酸沉降的主要化學(xué)成分進(jìn)入土壤前后的質(zhì)子負(fù)荷平衡，與酸中和容量（ANC）相結(jié)合，反映酸沉降加速土壤酸化的進(jìn)程。關(guān)鍵詞：酸沉降；土壤酸化；酸中和容量（ANC）；質(zhì)子負(fù)荷中圖分類號(hào)：X144文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-181X（2002）02-0152-06王代長(zhǎng)等：酸沉降下加速土壤酸化的影響因素5酸沉降對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害是當(dāng)前世界重大的環(huán)境問題之一。我國(guó)是繼歐洲[23]和北美[21]之后在世界上出現(xiàn)的第三大酸雨區(qū)[1]。我國(guó)酸雨區(qū)主要分布在南方，該區(qū)大部分屬于亞熱帶季
3、風(fēng)氣候區(qū)，受不同經(jīng)緯度的水熱條件及生物因素的影響，分布的土壤有黃棕壤、黃壤、紅壤、赤紅壤及磚紅壤[1，4，5]。酸雨不斷地進(jìn)入土壤，引起土壤酸化，可使地上植物受害，嚴(yán)重酸化土壤滲漏水以及酸雨本身進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)后也可引起湖泊河流水體酸化[20]。土壤酸化的特征和預(yù)測(cè)已成為土壤學(xué)和環(huán)境科學(xué)中的重要研究課題[6，22]。1土壤酸化土壤酸化主要是指土壤中的H+和Al+3數(shù)量增加，導(dǎo)致土壤陽(yáng)離子庫(kù)的耗竭[25]。過去，歐洲與北美地區(qū)，酸雨對(duì)地表水化學(xué)和水域生物體的不利影響是主要的環(huán)境問題[21，23]，因酸雨引起的土壤酸化是西歐森林衰退的主要原因[21]。酸沉降引起土壤酸化的
4、問題曾出現(xiàn)爭(zhēng)議[11，25]。有學(xué)者認(rèn)為，與自然原因和土地利用方式相比，酸雨對(duì)北美和西歐土壤酸化作用相對(duì)較小[11]，另有學(xué)者并不支持此觀點(diǎn)[25]，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)體現(xiàn)在質(zhì)子的負(fù)荷平衡關(guān)系上。根據(jù)Krug[11]的觀點(diǎn)，vanBreemenetal.(1984)[25]提出的質(zhì)子負(fù)荷概念不能估計(jì)土壤酸化速率，只能解釋質(zhì)子的凈轉(zhuǎn)化，原因是這一概念排除了有機(jī)物質(zhì)積累產(chǎn)生的酸化作用。因此，在評(píng)價(jià)自然與人為因素對(duì)土壤酸化作用時(shí)，有必要明確土壤酸化的概念[8]。1.1土壤酸化的概念pH通常用來表征土壤溶液酸度，土壤固液相發(fā)生的許多重要化學(xué)反應(yīng)受pH控制。酸沉降引起土壤和地表水酸化也
5、受土壤中化學(xué)過程的控制[18]，外源H+和內(nèi)源H+僅僅是土壤pH值變化的部分原因[25]。vanBreemenetal.(1984)按照土壤酸度的容量概念定義土壤酸化：土壤酸化是指土壤無機(jī)組分酸中和容量(ANC)的下降。在稀溶液體系中，酸中和容量(ANC)是用強(qiáng)酸，如通常用H2SO4滴定到參照pH值(大約4.5)時(shí)的酸加入量：ANC(aq.ref.pH4.5)=[HCO-3]+2[CO-23]+[RCOO-]+[OH-]–[H+]……………………（1）上式中，[]代表摩爾濃度，RCOO-代表有機(jī)陰離子。同樣也可定義礦質(zhì)土壤組分的酸中和容量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?qū)懗桑篈NCS=BS-AS（3）上式中，S代表礦質(zhì)土壤，B代表堿組分，A代表強(qiáng)酸組分。式（2）中不包含弱酸組分，如CO2(S)SiO2(S)和H2S(S)，這是因?yàn)橥寥纏H值2~5范圍內(nèi)，這些組分不能接受或釋放質(zhì)子；N的組分也未包括在ANCS[25]是因?yàn)榈V質(zhì)土壤中氮的含量也很低。土壤酸化或者說ANC王代長(zhǎng)等：酸沉降下加速土壤酸化的影響因素5下降，僅僅是反映礦質(zhì)土壤陽(yáng)離子的凈損失或陰離子的凈積累。
7、簡(jiǎn)化計(jì)算表達(dá)式（2）中未包含有機(jī)質(zhì)的作用，在考慮土壤酸化作用時(shí)，有機(jī)物表面的官能團(tuán)（-COO-）吸附的鹽基離子與氫質(zhì)子發(fā)生交換反應(yīng)，也對(duì)ANC有貢獻(xiàn)，特別是N和S在有機(jī)物中的積累會(huì)增加強(qiáng)酸組分的含量[10]，從而降低ANC。關(guān)于酸雨的影響，歐洲與北美的研究重點(diǎn)集中在N和S的地球生物化學(xué)過程上，有機(jī)物中N和S的積累是土壤酸化的潛在來源[10，18]，正如S在無機(jī)組分中積累一樣，有機(jī)硫也應(yīng)該包括在ANC的概念之中。土壤中積累的N和S化合物經(jīng)過土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程、硝化過程和氧化過程產(chǎn)生氫質(zhì)子，導(dǎo)致質(zhì)子負(fù)荷增大。Eriksson[9](1998)建立土壤
