鋁在土壤中化學(xué)行為

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 鋁的形態(tài)鋁的形態(tài) 一、土壤固相鋁的形態(tài)及其化學(xué)性質(zhì)一、土壤固相鋁的形態(tài)及其化學(xué)性質(zhì) 二、土壤溶液中鋁離子的形態(tài)及其相對(duì)毒性二、土壤溶液中鋁離子的形態(tài)及其相對(duì)毒性 第二節(jié)第二節(jié) 土壤酸化與鋁的溶出土壤酸化與鋁的溶出 一、酸沉降引起土壤酸化與鋁的溶出一、酸沉降引起土壤酸化與鋁的溶出 二、有機(jī)酸引起的土壤鋁的活化二、有機(jī)酸引起的土壤鋁的活化 三、施肥、種植與鋁的溶出三、施肥、種植與鋁的溶出 第三節(jié)第三節(jié) 土壤鋁的遷移與環(huán)境土壤鋁的遷移與環(huán)境 一、土壤鋁的遷移一、土壤鋁的遷移 二、土壤鋁毒與植物生長(zhǎng)二、土壤鋁毒與植物生長(zhǎng) 第一節(jié) 鋁的形態(tài) 鋁是地殼中最豐富的元素，約占地

2、殼組成的鋁是地殼中最豐富的元素，約占地殼組成的8 8。鋁。鋁 也是土壤中大量存在的一種元素，它主要存在于土壤固相也是土壤中大量存在的一種元素，它主要存在于土壤固相 部分，以鋁硅酸鹽、鋁氧化物和鋁的氫氧化物形態(tài)存在。部分，以鋁硅酸鹽、鋁氧化物和鋁的氫氧化物形態(tài)存在。 一、土壤固相鋁的形態(tài)及其化學(xué)性質(zhì)一、土壤固相鋁的形態(tài)及其化學(xué)性質(zhì) 土壤鋁化學(xué)是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，它包括土壤固相土壤鋁化學(xué)是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，它包括土壤固相 鋁和溶液中的鋁兩部分。鋁和溶液中的鋁兩部分。 1.1.土壤鋁的分級(jí)法土壤鋁的分級(jí)法 2.2.土壤固相鋁的形態(tài)土壤固相鋁的形態(tài) 交換態(tài)鋁：交換態(tài)鋁：土壤黏粒表面以靜電引力吸附又

3、能被中性鹽土壤黏粒表面以靜電引力吸附又能被中性鹽 （如如KCl或或BaCl2）的陽(yáng)離子所置換的鋁，對(duì)生物的危害性的陽(yáng)離子所置換的鋁，對(duì)生物的危害性 很大。很大。 羥基鋁聚合物：羥基鋁聚合物：位于膨脹性層狀礦物層間或以膠膜形式位于膨脹性層狀礦物層間或以膠膜形式 存在于礦物表面和邊緣的帶不同正電荷的聚合鋁離子。廣存在于礦物表面和邊緣的帶不同正電荷的聚合鋁離子。廣 泛分布于土壤中。泛分布于土壤中。 有機(jī)配合鋁：有機(jī)配合鋁：與大分子與大分子(分子量分子量1000)腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)相螯合的鋁，相螯合的鋁， 多呈膠體狀態(tài)。廣泛分布于酸性土壤的表土中。多呈膠體狀態(tài)。廣泛分布于酸性土壤的表土中。 含水氧化鋁和氫氧

4、化鋁：含水氧化鋁和氫氧化鋁：主要指土壤中存在的三水鋁主要指土壤中存在的三水鋁 石石(Al2O33H2O)和氫氧化鋁和氫氧化鋁(Al2O3nH2O) 。 土壤酸度的變化易引起有機(jī)態(tài)鋁的分解，圖土壤酸度的變化易引起有機(jī)態(tài)鋁的分解，圖7-1（A） 表明酸性土壤有效鋁主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，長(zhǎng)期使用表明酸性土壤有效鋁主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)存在，長(zhǎng)期使用 酸性肥料，有可能增加了土壤酸度，從而改變土壤鋁化酸性肥料，有可能增加了土壤酸度，從而改變土壤鋁化 學(xué)行為，使土壤中各形態(tài)鋁進(jìn)行再分配。學(xué)行為，使土壤中各形態(tài)鋁進(jìn)行再分配。 酸處理土壤導(dǎo)致各形態(tài)鋁含量下降，有機(jī)態(tài)鋁與無(wú)酸處理土壤導(dǎo)致各形態(tài)鋁含量下降，有機(jī)態(tài)鋁與無(wú)

5、 機(jī)態(tài)鋁的溶解度差別很大，有機(jī)結(jié)合態(tài)占所釋放到溶液機(jī)態(tài)鋁的溶解度差別很大，有機(jī)結(jié)合態(tài)占所釋放到溶液 鋁總鋁量的鋁總鋁量的80以上以上。圖。圖7-1（B） 二、土壤溶液中鋁離子的形態(tài)及其相對(duì)毒性二、土壤溶液中鋁離子的形態(tài)及其相對(duì)毒性 土壤固相鋁藉溶解和陽(yáng)離子交換作用進(jìn)入土壤溶液之中，土壤固相鋁藉溶解和陽(yáng)離子交換作用進(jìn)入土壤溶液之中， 進(jìn)入的鋁能與溶液中的許多無(wú)機(jī)和有機(jī)配體形成配合物，進(jìn)入的鋁能與溶液中的許多無(wú)機(jī)和有機(jī)配體形成配合物， 通常為通常為“混合配體混合配體”混合物。土壤溶液中可溶性總鋁濃度混合物。土壤溶液中可溶性總鋁濃度 約為約為10-5mol/L。這些鋁能被植物所吸收的機(jī)理，或許是通。

6、這些鋁能被植物所吸收的機(jī)理，或許是通 過胞吞作用或與運(yùn)鐵蛋白相結(jié)合而進(jìn)入根的細(xì)胞之中，但過胞吞作用或與運(yùn)鐵蛋白相結(jié)合而進(jìn)入根的細(xì)胞之中，但 不同形態(tài)的鋁吸入通量各不相同，因而其相對(duì)毒性不同。不同形態(tài)的鋁吸入通量各不相同，因而其相對(duì)毒性不同。 在土壤學(xué)上對(duì)土壤鋁毒的診斷，早期主要根據(jù)土壤化學(xué)在土壤學(xué)上對(duì)土壤鋁毒的診斷，早期主要根據(jù)土壤化學(xué) 性質(zhì)的測(cè)定，如性質(zhì)的測(cè)定，如pH、代換性鋁和土壤鋁的飽和度，但都不、代換性鋁和土壤鋁的飽和度，但都不 夠可靠；繼后轉(zhuǎn)向用化學(xué)提取劑劃分土壤鋁的形態(tài)，但這夠可靠；繼后轉(zhuǎn)向用化學(xué)提取劑劃分土壤鋁的形態(tài)，但這 些提取劑提取的土壤鋁量，除個(gè)別外與植物生長(zhǎng)的相關(guān)性些提取

7、劑提取的土壤鋁量，除個(gè)別外與植物生長(zhǎng)的相關(guān)性 并不密切。近年，集中于水溶性鋁，即土壤溶液中鋁離子并不密切。近年，集中于水溶性鋁，即土壤溶液中鋁離子 的形態(tài)分布以及鋁毒的生物鑒定，企圖檢出鋁的毒害形態(tài)。的形態(tài)分布以及鋁毒的生物鑒定，企圖檢出鋁的毒害形態(tài)。 1.1.土壤溶液中鋁離子形態(tài)分布土壤溶液中鋁離子形態(tài)分布 土壤溶液中土壤溶液中Al離子的形態(tài)分布主要根據(jù)鋁的各種形態(tài)離子的形態(tài)分布主要根據(jù)鋁的各種形態(tài) 的化學(xué)穩(wěn)定性及分子量的不同，用定時(shí)比色法、離子交換的化學(xué)穩(wěn)定性及分子量的不同，用定時(shí)比色法、離子交換 法、過濾法等進(jìn)行分離鑒定（法、過濾法等進(jìn)行分離鑒定（分析途徑分析途徑），或是先確定溶），或是

8、先確定溶 液中各種陰離子配體的種類和濃度，應(yīng)用化學(xué)平衡模式計(jì)液中各種陰離子配體的種類和濃度，應(yīng)用化學(xué)平衡模式計(jì) 算鋁離子的形態(tài)分布（算鋁離子的形態(tài)分布（計(jì)算途徑計(jì)算途徑）。）。 A.分析途徑分析途徑 依據(jù)配合劑與可溶性鋁的反應(yīng)速度進(jìn)行土壤溶液中鋁的 形態(tài)區(qū)分。 用陽(yáng)離子交換樹脂將不帶電荷的有機(jī)鋁與帶電荷的無(wú)機(jī) 鋁區(qū)分開來(lái)。 用過濾法區(qū)分膠體鋁和溶液中鋁。 以F-電位法區(qū)分溶液中無(wú)機(jī)和有機(jī)鋁的各種形態(tài)。舉例 用離子層析儀法進(jìn)行鋁的形態(tài)區(qū)分。 B.計(jì)算途徑計(jì)算途徑 單組分質(zhì)量平衡方程，用連續(xù)逼近法求解。 多組分質(zhì)量平衡方程，用計(jì)算機(jī)求解。舉例 表表7-2是用是用F-電位法研究大麥根際土壤中鋁離子形

9、態(tài)分布電位法研究大麥根際土壤中鋁離子形態(tài)分布 及其生物毒性的結(jié)果（宜家祥，及其生物毒性的結(jié)果（宜家祥，1995） 返回返回 游離游離Al3+與與單核羥基鋁單核羥基鋁 溶液中的三價(jià)鋁離子通常溶液中的三價(jià)鋁離子通常以水合以水合Al(H2O) 3+形態(tài)形態(tài) 存在，水溶液中存在，水溶液中Al3+極易發(fā)生水解，即使在低極易發(fā)生水解，即使在低pH下也下也 是如此，水解過程會(huì)產(chǎn)生氫離子。是如此，水解過程會(huì)產(chǎn)生氫離子。 2.2.土壤溶液中鋁離子形態(tài)土壤溶液中鋁離子形態(tài) 水解反應(yīng)水解反應(yīng)： lgK0 Al3+ + H2O = Al(OH)2+ + H -5.02 Al3+ + 2H2O = Al(OH)2+ +

10、 2H -9.30 Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H -14.99 Al3+ + 4H2O = Al(OH)4- + 4H -23.33 鋁的各種水解產(chǎn)物的數(shù)量鋁的各種水解產(chǎn)物的數(shù)量 和分布隨溶液的和分布隨溶液的pH而變化而變化 游離游離Al3+是較毒的，在其是較毒的，在其 活度活度11umol/L時(shí)就可引起時(shí)就可引起 某些植物的鋁毒。某些植物的鋁毒。 多核羥基鋁多核羥基鋁: :單核羥基鋁可進(jìn)一步聚合成各種多核物種，單核羥基鋁可進(jìn)一步聚合成各種多核物種， 多核羥基鋁的形成主要決定于鋁的濃度及其堿度多核羥基鋁的形成主要決定于鋁的濃度及其堿度（Al/OH 摩爾比），其生物毒性大

11、于游離摩爾比），其生物毒性大于游離Al3+。 AlF配合物：配合物：F F離子對(duì)鋁有很強(qiáng)的親和力，易行成離子對(duì)鋁有很強(qiáng)的親和力，易行成Al F 配合物，是底層土壤的主要鋁離子化合物，對(duì)植物有一定配合物，是底層土壤的主要鋁離子化合物，對(duì)植物有一定 毒性。毒性。 AlSO4配合物：配合物：在土壤中穩(wěn)定性不如在土壤中穩(wěn)定性不如Al F配合物，一配合物，一 般認(rèn)為低毒。般認(rèn)為低毒。 有機(jī)結(jié)合態(tài)鋁：有機(jī)結(jié)合態(tài)鋁：有機(jī)陰離子與溶液中鋁形成穩(wěn)定的有機(jī)鋁有機(jī)陰離子與溶液中鋁形成穩(wěn)定的有機(jī)鋁 配合物，占可溶性總鋁的配合物，占可溶性總鋁的80以上，易遷移，對(duì)作物無(wú)毒。以上，易遷移，對(duì)作物無(wú)毒。 水培試驗(yàn)法水培試驗(yàn)

12、法 3.3.鋁毒的生物鑒定法鋁毒的生物鑒定法 鋁的毒害形態(tài)的直接鑒定均采用水培試驗(yàn)法進(jìn)行。供鋁的毒害形態(tài)的直接鑒定均采用水培試驗(yàn)法進(jìn)行。供 給不同的鋁源和水平以及調(diào)節(jié)溶液的給不同的鋁源和水平以及調(diào)節(jié)溶液的pH等以形成鋁的各等以形成鋁的各 種形態(tài)或保持種形態(tài)或保持Al3+的濃度不變改變某些無(wú)機(jī)配合態(tài)的濃度。的濃度不變改變某些無(wú)機(jī)配合態(tài)的濃度。 供試作物則選擇鋁敏感或耐鋁的不同品種，生長(zhǎng)一定時(shí)間供試作物則選擇鋁敏感或耐鋁的不同品種，生長(zhǎng)一定時(shí)間 后，依據(jù)根的相對(duì)生長(zhǎng)百分率來(lái)評(píng)判對(duì)作物有毒性的鋁的后，依據(jù)根的相對(duì)生長(zhǎng)百分率來(lái)評(píng)判對(duì)作物有毒性的鋁的 形態(tài)。形態(tài)。 根的相對(duì)生長(zhǎng)（）根的相對(duì)生長(zhǎng)（） 10

13、0 Al處理溶液的根長(zhǎng)處理溶液的根長(zhǎng) 對(duì)照溶液的根長(zhǎng)對(duì)照溶液的根長(zhǎng) 快速土培法快速土培法 如果著眼點(diǎn)僅在于快速篩選出鋁毒土則可采用如果著眼點(diǎn)僅在于快速篩選出鋁毒土則可采用4d的的 土培試驗(yàn)法。把待檢土壤和對(duì)照土壤（無(wú)鋁毒且鈣充足土培試驗(yàn)法。把待檢土壤和對(duì)照土壤（無(wú)鋁毒且鈣充足 的土壤）置于塑料杯中，種上已發(fā)芽的種子放于自然光的土壤）置于塑料杯中，種上已發(fā)芽的種子放于自然光 或人工光下，或人工光下， 4d后測(cè)量根長(zhǎng)，以相對(duì)根長(zhǎng)來(lái)劃分，如后測(cè)量根長(zhǎng)，以相對(duì)根長(zhǎng)來(lái)劃分，如 （85100）為無(wú)毒，）為無(wú)毒， （4056）為中毒，）為中毒， （1829）而為劇毒。）而為劇毒。 土壤溶液中的鈣鋁比土壤溶液

14、中的鈣鋁比（Ca/Al）能較好地反映根系吸收能較好地反映根系吸收 點(diǎn)上鈣、鋁之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，是評(píng)價(jià)鋁毒性的良好指標(biāo)之點(diǎn)上鈣、鋁之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，是評(píng)價(jià)鋁毒性的良好指標(biāo)之 一。一。Ca/Al1或或Ca/Al硫酸硫酸硝硝 酸酸非配位有機(jī)酸（如乳酸等）（圖非配位有機(jī)酸（如乳酸等）（圖7-7） 酸沉降中無(wú)機(jī)酸進(jìn)入土壤后，與有機(jī)酸發(fā)生交互作用，酸沉降中無(wú)機(jī)酸進(jìn)入土壤后，與有機(jī)酸發(fā)生交互作用， 其活化的鋁不是無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸單獨(dú)活化鋁的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)加其活化的鋁不是無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸單獨(dú)活化鋁的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)加 和，兩者之間存在著交互作用。其交互作用的大小，取決和，兩者之間存在著交互作用。其交互作用的大小，取決 于有機(jī)酸種類

15、、濃度，以及土壤類型、層次。于有機(jī)酸種類、濃度，以及土壤類型、層次。 草酸與硫酸之間表現(xiàn)為正交互作用。草酸與硫酸之間表現(xiàn)為正交互作用。乳酸與硫酸之間表現(xiàn)為負(fù)交互作用。乳酸與硫酸之間表現(xiàn)為負(fù)交互作用。 三、施肥、種植與鋁的溶出三、施肥、種植與鋁的溶出 1.1.農(nóng)田施農(nóng)田施N引起土壤酸化與鋁的溶出引起土壤酸化與鋁的溶出 農(nóng)田施肥，主要是長(zhǎng)期施用農(nóng)田施肥，主要是長(zhǎng)期施用N肥，殘留在土壤中的肥，殘留在土壤中的 NH4+經(jīng)微生物的硝化作用產(chǎn)生酸從而可降低土壤的經(jīng)微生物的硝化作用產(chǎn)生酸從而可降低土壤的pH值，值， 增加土壤交換性鋁和可溶性鋁的含量。增加土壤交換性鋁和可溶性鋁的含量。 NH4+ + 2O2

16、2H+ + NO3- + H2O 1mol NH4+ 產(chǎn)生2mol H+ 土壤酸化程度隨土壤酸化程度隨N肥品種而異，大體上硫酸銨肥品種而異，大體上硫酸銨尿素尿素 硝酸態(tài)肥（表硝酸態(tài)肥（表7-5） 。 土壤不同在施用同類化學(xué)氮肥時(shí)土壤酸化程度也不相土壤不同在施用同類化學(xué)氮肥時(shí)土壤酸化程度也不相 同，水稻土具有較大的酸性緩沖力而紅壤則較弱。同，水稻土具有較大的酸性緩沖力而紅壤則較弱。 上圖比較了作物栽培、土地利用方式、施肥歷史不同上圖比較了作物栽培、土地利用方式、施肥歷史不同 情況下，肥料施用與土壤活性情況下，肥料施用與土壤活性Al之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 2.2.植物生長(zhǎng)引起土壤酸化與鋁的溶出植

17、物生長(zhǎng)引起土壤酸化與鋁的溶出 當(dāng)植物吸收當(dāng)植物吸收NH4+等陽(yáng)離子，為了保持電中性，根系會(huì)等陽(yáng)離子，為了保持電中性，根系會(huì) 分泌出等當(dāng)量分泌出等當(dāng)量H+從而將根際從而將根際土壤酸化，有時(shí)可使根際土壤酸化，有時(shí)可使根際pH 下降下降2.4個(gè)單位（從個(gè)單位（從pH6.8降至降至4.4）而致）而致0.01mmol/LCaCl2 提取的可溶性鋁從提取的可溶性鋁從0增至增至0.023mmol/L，大于鋁的毒害水平，大于鋁的毒害水平 （0.010.002mmol/L）。）。 除了分泌除了分泌H+以外，根系在逆境下，如缺磷，會(huì)分泌以外，根系在逆境下，如缺磷，會(huì)分泌 出檸檬酸、草酸、酒石酸和蘋果酸等有機(jī)酸，它

18、們大部分出檸檬酸、草酸、酒石酸和蘋果酸等有機(jī)酸，它們大部分 被土壤所吸附，或與固相鋁作用，少部分與在根內(nèi)自由空被土壤所吸附，或與固相鋁作用，少部分與在根內(nèi)自由空 間中的間中的Al迅速反應(yīng)形成有機(jī)結(jié)合態(tài)鋁。迅速反應(yīng)形成有機(jī)結(jié)合態(tài)鋁。 第三節(jié) 土壤鋁的遷移與環(huán)境 一、土壤鋁的遷移一、土壤鋁的遷移 1.1.土壤鋁的壤中流土壤鋁的壤中流 土壤固相鋁主要通過與有機(jī)質(zhì)的配位作用而溶出進(jìn)入土壤固相鋁主要通過與有機(jī)質(zhì)的配位作用而溶出進(jìn)入 土壤水中，并隨土壤含水量的變化形成徑流或壤中流向內(nèi)土壤水中，并隨土壤含水量的變化形成徑流或壤中流向內(nèi) 外環(huán)境遷移。外環(huán)境遷移。 土壤溶液中鋁主要以有機(jī)鋁的形式在土層中移動(dòng)。如

19、果土壤溶液中鋁主要以有機(jī)鋁的形式在土層中移動(dòng)。如果 土壤表層有足夠的活性鋁鐵和胡敏酸和富里酸等有機(jī)酸相土壤表層有足夠的活性鋁鐵和胡敏酸和富里酸等有機(jī)酸相 結(jié)合，有機(jī)鋁就會(huì)失去活性而固定于表層土壤中，但表層結(jié)合，有機(jī)鋁就會(huì)失去活性而固定于表層土壤中，但表層 土中鋁鐵含量常不足以中和所產(chǎn)生的有機(jī)酸，使低飽和度土中鋁鐵含量常不足以中和所產(chǎn)生的有機(jī)酸，使低飽和度 的有機(jī)鋁化合物仍具相當(dāng)?shù)目扇苄?，從而繼續(xù)向下層土壤的有機(jī)鋁化合物仍具相當(dāng)?shù)目扇苄?，從而繼續(xù)向下層土壤 遷移，其溶解度隨鋁飽和度增加而下降直至達(dá)到飽和狀態(tài)遷移，其溶解度隨鋁飽和度增加而下降直至達(dá)到飽和狀態(tài) 而失活固定在某一底層土壤中。此即所謂而

20、失活固定在某一底層土壤中。此即所謂土壤有機(jī)鋁遷移土壤有機(jī)鋁遷移 理論理論。 2.2.土壤鋁的徑流與水環(huán)境土壤鋁的徑流與水環(huán)境 干旱期間鋁的隨水移動(dòng)主要在酸性土壤的非毛管孔干旱期間鋁的隨水移動(dòng)主要在酸性土壤的非毛管孔 隙中進(jìn)行。當(dāng)夏季來(lái)臨時(shí)融雪和暴雨使表層土壤含水量隙中進(jìn)行。當(dāng)夏季來(lái)臨時(shí)融雪和暴雨使表層土壤含水量 達(dá)到飽和狀態(tài)，以致形成地表徑流，大量的活性鋁迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，以致形成地表徑流，大量的活性鋁迅速 涌入江河、湖泊之中。涌入江河、湖泊之中。 水中的鋁不僅危害水生生物，也影響到人類的健康。水中的鋁不僅危害水生生物，也影響到人類的健康。 例如，飲水中鋁濃度例如，飲水中鋁濃度大于大于0.11

21、mg/L地區(qū)的人群患早老性地區(qū)的人群患早老性 癡呆癥的危險(xiǎn)性比鋁濃度小于癡呆癥的危險(xiǎn)性比鋁濃度小于0.01 mg/L地區(qū)大地區(qū)大50。 3.3.土壤鋁的回流土壤鋁的回流 土壤鋁的回流是指隨水分移動(dòng)進(jìn)入地表水中的鋁土壤鋁的回流是指隨水分移動(dòng)進(jìn)入地表水中的鋁 重新返回到土壤中形成的一種倒流。在山坡地的土壤重新返回到土壤中形成的一種倒流。在山坡地的土壤 中此種現(xiàn)象較為常見。中此種現(xiàn)象較為常見。 例如，從高坡處的土壤移出的鋁，可再次隨徑流例如，從高坡處的土壤移出的鋁，可再次隨徑流 進(jìn)入低坡處的表層土壤中，從而極大地提高該處的土進(jìn)入低坡處的表層土壤中，從而極大地提高該處的土 壤中活性鋁的含量，尤其在大氣

22、酸沉降嚴(yán)重的情況下，壤中活性鋁的含量，尤其在大氣酸沉降嚴(yán)重的情況下， 必定會(huì)危及局部地帶林木與草類的生長(zhǎng)，造成環(huán)境問必定會(huì)危及局部地帶林木與草類的生長(zhǎng)，造成環(huán)境問 題。題。 二、土壤鋁毒與植物生長(zhǎng)二、土壤鋁毒與植物生長(zhǎng) 1.1.鋁中毒癥狀鋁中毒癥狀 雖然有些作物能耐鋁毒，如茶樹，其根系能吸收高量雖然有些作物能耐鋁毒，如茶樹，其根系能吸收高量 的鋁并向地上部分轉(zhuǎn)移。但多數(shù)農(nóng)作物在的鋁并向地上部分轉(zhuǎn)移。但多數(shù)農(nóng)作物在低于低于pH5.0的酸性的酸性 土壤土壤上，生長(zhǎng)不良，顯示鋁毒癥狀。上，生長(zhǎng)不良，顯示鋁毒癥狀。 珊瑚狀根系、主根變短變粗、珊瑚狀根系、主根變短變粗、 側(cè)根煅燒、根毛稀疏并多節(jié)瘤。側(cè)根

23、煅燒、根毛稀疏并多節(jié)瘤。 吸收養(yǎng)分和水分效率不高。在吸收養(yǎng)分和水分效率不高。在 嚴(yán)重中毒時(shí)根變棕色，易斷并嚴(yán)重中毒時(shí)根變棕色，易斷并 經(jīng)常壞死。經(jīng)常壞死。 鋁在鋁在酸性酸性pH下對(duì)植物下對(duì)植物根系根系 作用的主要部位是根尖分生組作用的主要部位是根尖分生組 織細(xì)胞?？椉?xì)胞。 毒害性鋁的含量隨添加的毒害性鋁的含量隨添加的 Al量增加明顯增加。量增加明顯增加。 2.2.作用機(jī)理作用機(jī)理 鋁在土鋁在土/根界面上首先表現(xiàn)為改變細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與根界面上首先表現(xiàn)為改變細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與 功能抑制與膜相結(jié)合的酶的活性，從而引起礦質(zhì)養(yǎng)分和水功能抑制與膜相結(jié)合的酶的活性，從而引起礦質(zhì)養(yǎng)分和水 分吸收效率的降低；細(xì)胞

24、分裂和伸長(zhǎng)受到抑制，這可能是分吸收效率的降低；細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)受到抑制，這可能是 由于鋁強(qiáng)烈抑制根尖細(xì)胞激動(dòng)素的生物合成之故。鋁進(jìn)入由于鋁強(qiáng)烈抑制根尖細(xì)胞激動(dòng)素的生物合成之故。鋁進(jìn)入 根細(xì)胞以后在原生質(zhì)溶膠中能與根細(xì)胞以后在原生質(zhì)溶膠中能與DNA中的磷酸鹽相結(jié)合，中的磷酸鹽相結(jié)合， 與鈣調(diào)蛋白起反應(yīng)，故而必影響植物的與鈣調(diào)蛋白起反應(yīng)，故而必影響植物的P、Ca代謝反應(yīng)代謝反應(yīng)。 鋁毒對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育過程某些生理鋁毒對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育過程某些生理 和生化過程的影響和生化過程的影響 1 1、干擾根及次生根的細(xì)胞分化、干擾根及次生根的細(xì)胞分化 2 2、使果膠物質(zhì)十字相連，從而增加細(xì)胞壁的剛性、使果膠物質(zhì)十字相

25、連，從而增加細(xì)胞壁的剛性 3 3、增加、增加DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的剛性，使雙螺旋結(jié)構(gòu)的剛性，使DNADNA復(fù)制受阻復(fù)制受阻 4 4、改變根細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能、改變根細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能 5 5、干擾有關(guān)糖磷酸化和細(xì)胞壁多糖聚積的酶的活性、干擾有關(guān)糖磷酸化和細(xì)胞壁多糖聚積的酶的活性 6 6、通過凝固蛋白及阻礙細(xì)胞分化降低細(xì)胞的滲透性、通過凝固蛋白及阻礙細(xì)胞分化降低細(xì)胞的滲透性 7 7、抑制對(duì)大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用、抑制對(duì)大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用 8 8、降低根系及地上部的生長(zhǎng)、降低根系及地上部的生長(zhǎng) 9 9、阻礙植物對(duì)水分的吸收、降低作物產(chǎn)量、阻礙植物對(duì)水分的吸收、降低作物產(chǎn)量 1010、

26、降低根系呼吸作用，導(dǎo)致水及營(yíng)養(yǎng)元素吸收受阻、降低根系呼吸作用，導(dǎo)致水及營(yíng)養(yǎng)元素吸收受阻 1111、和核酸結(jié)合形成絡(luò)合物使核酸失活、和核酸結(jié)合形成絡(luò)合物使核酸失活 1212、使核糖體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非正常分布，從而干擾蛋白質(zhì)合成、使核糖體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)非正常分布，從而干擾蛋白質(zhì)合成 1313、在豆科植物中增加蛋白質(zhì)、在豆科植物中增加蛋白質(zhì)/ /纖維的剛性，減少其可溶性纖維的剛性，減少其可溶性 1414、與蛋白質(zhì)中的羧基和硫氫基共同形成配位絡(luò)合物，導(dǎo)、與蛋白質(zhì)中的羧基和硫氫基共同形成配位絡(luò)合物，導(dǎo) 致形成交叉十字網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致形成交叉十字網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 1515、既能和蛋白質(zhì)，也能和多肽結(jié)合，這取決于、既能和蛋白質(zhì)，也能

27、和多肽結(jié)合，這取決于pHpH及其它及其它 條件條件 鋁毒對(duì)植物生理和生化過程的影響 加入能與鋁配合的配位基加入能與鋁配合的配位基 a. 加入加入OH ，即通過施用石灰等堿性物質(zhì)提高溶液的 ，即通過施用石灰等堿性物質(zhì)提高溶液的 pH來(lái)改良鋁毒。來(lái)改良鋁毒。 b.加入磷酸鹽、氟化物和各種有機(jī)化合物，通過與鋁的 加入磷酸鹽、氟化物和各種有機(jī)化合物，通過與鋁的 沉淀、配位或螯合作用以減少毒害性鋁物種的濃度。沉淀、配位或螯合作用以減少毒害性鋁物種的濃度。 陽(yáng)離子改良作用毒害性鋁濃度不減少但其活度減少陽(yáng)離子改良作用毒害性鋁濃度不減少但其活度減少 加入加入Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子到溶液中可以改良鋁毒，其等

28、陽(yáng)離子到溶液中可以改良鋁毒，其 機(jī)理可能是機(jī)理可能是Ca2+、Mg2+與與Al3+競(jìng)爭(zhēng)原生質(zhì)膜上交換位競(jìng)爭(zhēng)原生質(zhì)膜上交換位 之故。一價(jià)陽(yáng)離子也有一定的改良效果。之故。一價(jià)陽(yáng)離子也有一定的改良效果。 植物抗鋁毒特性的遺傳改良植物抗鋁毒特性的遺傳改良 3.3.鋁毒改良鋁毒改良 總之，在酸性條件下鋁的化學(xué)行為、遷移和毒性都涉總之，在酸性條件下鋁的化學(xué)行為、遷移和毒性都涉 及到鋁形態(tài)這一根本問題，而形態(tài)的區(qū)分又是當(dāng)前的一及到鋁形態(tài)這一根本問題，而形態(tài)的區(qū)分又是當(dāng)前的一 個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。所以詳細(xì)研究鋁形態(tài)轉(zhuǎn)化過程及其動(dòng)力學(xué)個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。所以詳細(xì)研究鋁形態(tài)轉(zhuǎn)化過程及其動(dòng)力學(xué) 仍是必要的。而惟有此才能理解酸沉降下

29、土壤鋁的過程仍是必要的。而惟有此才能理解酸沉降下土壤鋁的過程 化學(xué)的復(fù)雜性與鋁濃度季節(jié)性變化的特點(diǎn)，從而正確評(píng)化學(xué)的復(fù)雜性與鋁濃度季節(jié)性變化的特點(diǎn)，從而正確評(píng) 價(jià)土壤、水體中鋁的生物毒性，提出適宜的管理措施。價(jià)土壤、水體中鋁的生物毒性，提出適宜的管理措施。 土壤中土壤中Al行為的研究不僅對(duì)行為的研究不僅對(duì)Al毒和土壤酸化應(yīng)予關(guān)注，毒和土壤酸化應(yīng)予關(guān)注， 而且對(duì)其引起的其他環(huán)境影響也不容忽視。有研究表明而且對(duì)其引起的其他環(huán)境影響也不容忽視。有研究表明 由由Al所導(dǎo)致的酸化可加劇土壤大氣甲烷消耗的抑制作用，所導(dǎo)致的酸化可加劇土壤大氣甲烷消耗的抑制作用， 從而增加了全球變暖中甲烷的貢獻(xiàn)。此外，從而增

30、加了全球變暖中甲烷的貢獻(xiàn)。此外，Al對(duì)土壤中對(duì)土壤中 可溶性有機(jī)碳已有一定的影響，因而可溶性有機(jī)碳已有一定的影響，因而Al對(duì)整體環(huán)境質(zhì)量對(duì)整體環(huán)境質(zhì)量 影響的研究也應(yīng)給予足夠的重視。影響的研究也應(yīng)給予足夠的重視。 耐鋁植物蕎麥耐鋁植物蕎麥 1.1.土壤溶液中鋁離子形態(tài)分布土壤溶液中鋁離子形態(tài)分布 土壤溶液中土壤溶液中Al離子的形態(tài)分布主要根據(jù)鋁的各種形態(tài)離子的形態(tài)分布主要根據(jù)鋁的各種形態(tài) 的化學(xué)穩(wěn)定性及分子量的不同，用定時(shí)比色法、離子交換的化學(xué)穩(wěn)定性及分子量的不同，用定時(shí)比色法、離子交換 法、過濾法等進(jìn)行分離鑒定（法、過濾法等進(jìn)行分離鑒定（分析途徑分析途徑），或是先確定溶），或是先確定溶 液中

31、各種陰離子配體的種類和濃度，應(yīng)用化學(xué)平衡模式計(jì)液中各種陰離子配體的種類和濃度，應(yīng)用化學(xué)平衡模式計(jì) 算鋁離子的形態(tài)分布（算鋁離子的形態(tài)分布（計(jì)算途徑計(jì)算途徑）。）。 A.分析途徑分析途徑 依據(jù)配合劑與可溶性鋁的反應(yīng)速度進(jìn)行土壤溶液中鋁的 形態(tài)區(qū)分。 用陽(yáng)離子交換樹脂將不帶電荷的有機(jī)鋁與帶電荷的無(wú)機(jī) 鋁區(qū)分開來(lái)。 用過濾法區(qū)分膠體鋁和溶液中鋁。 一、酸沉降引起土壤酸化與鋁的溶出一、酸沉降引起土壤酸化與鋁的溶出 土壤的自然酸化：土壤的自然酸化：鹽基性陽(yáng)離子淋失殆盡，導(dǎo)致土壤鹽基性陽(yáng)離子淋失殆盡，導(dǎo)致土壤交換交換 性陽(yáng)離子以性陽(yáng)離子以Al3+和和H+為主為主的過程，此過程進(jìn)行得極其緩慢。的過程，此過程

32、進(jìn)行得極其緩慢。 沉降沉降到地面的到地面的SO2和和NOx 酸沉降酸沉降 干沉降干沉降濕沉降濕沉降 酸雨和酸霧酸雨和酸霧 近代大工業(yè)的迅猛發(fā)展，大近代大工業(yè)的迅猛發(fā)展，大 量燃燒石油、煤炭排放出量燃燒石油、煤炭排放出SO2 和和NOx，與大氣中水汽發(fā)生發(fā)，與大氣中水汽發(fā)生發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)酸，通過生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)酸，通過 干濕沉降進(jìn)入土壤，大大增加干濕沉降進(jìn)入土壤，大大增加 土壤的酸化速率與鋁的溶出。土壤的酸化速率與鋁的溶出。 我國(guó)酸雨的主要分布區(qū)在長(zhǎng)我國(guó)酸雨的主要分布區(qū)在長(zhǎng) 江以南地區(qū)，正好與酸性土壤江以南地區(qū)，正好與酸性土壤 分布區(qū)重疊。分布區(qū)重疊。 酸沉降下，土壤交換性鋁與土壤中酸

33、沉降下，土壤交換性鋁與土壤中的的SO42-呈正相關(guān)。在許呈正相關(guān)。在許 多酸化模型中都采用硫酸的沉降量來(lái)預(yù)測(cè)酸雨對(duì)土壤酸化和水多酸化模型中都采用硫酸的沉降量來(lái)預(yù)測(cè)酸雨對(duì)土壤酸化和水 體的影響。也有人認(rèn)為鋁的溶出主要是體的影響。也有人認(rèn)為鋁的溶出主要是HNO3的作用，可能是由的作用，可能是由 于于SO42-易為土壤吸附而易為土壤吸附而NO3-極少吸附之故。極少吸附之故。 土壤溶液中活性鋁濃土壤溶液中活性鋁濃 度隨著度隨著H2SO4濃度增加而濃度增加而 上升，但在土壤溶液上升，但在土壤溶液 pH4.04.1時(shí)，土壤活性時(shí)，土壤活性 鋁隨酸度的變化很小，離鋁隨酸度的變化很小，離 子交換、吸附是土壤緩沖子交換、吸附是土壤緩沖 酸度的主要機(jī)制；而當(dāng)酸度的主要機(jī)制；而當(dāng) pH4.04.1時(shí)，土壤活性時(shí)，土壤活性 鋁濃度顯著增加，含鋁礦鋁濃度顯著增加，含鋁礦 物溶解釋放出鋁來(lái)控制土物溶解釋放出鋁來(lái)控制土 壤溶液酸度。壤溶液酸度。（見右圖見右圖） 酸沉降中無(wú)機(jī)酸進(jìn)入土壤后，與有機(jī)酸發(fā)生交互作用，酸沉降中無(wú)機(jī)酸進(jìn)入土壤后，與有機(jī)酸發(fā)生交互作用， 其活化的鋁不是無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸單獨(dú)活化鋁的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)加其活化的鋁不是無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸單獨(dú)活化鋁的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)加 和，兩者之間存在著交互作用。其交互作用的大小，取決和，兩者之間存在著交互作用。其交互作用的大小，取決 于有機(jī)酸種類、濃度，以及土壤類型、層次。于有機(jī)