酸沉降對土壤中的鋁的形態(tài)影響

1、酸沉降對土壤中的鋁的形態(tài)影響史艷青 MG0424048摘要: 環(huán)境和生物體系中鋁的形態(tài)是當(dāng)前的熱點研究課題。本文就酸沉降對土壤中鋁的形態(tài)及其形態(tài)轉(zhuǎn)化進行了綜述，并在此基礎(chǔ)上提出了展望。Abstract: The configuration of aluminium is a hotsport in the system of environment and biology.This text summarized the configuration of aluminum and the transform of configuration.At the same time,the expec

2、tation is put forward on the base.關(guān)鍵詞 酸沉降 鋁 形態(tài) 形態(tài)轉(zhuǎn)化酸雨是指PH值小于5.6的雨水，也包括雪、霜、露、霧等其他形式的大氣降水。酸雨是通俗的叫法，科學(xué)上稱作酸沉降，包括濕沉降如酸雨、酸雪、酸霧和干沉降如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、氯化合物（HCl）等氣體酸性物。我國是繼歐洲、北美之后，在世界上出現(xiàn)的第三大酸雨區(qū)。近年來，由于燃煤和汽車尾氣等造成的污染，是我國的酸性沉降物，尤其是酸雨有愈演愈烈之勢并且呈硫酸型1，2這些外部輸入的大量氫離子是大氣酸沉降的主要受體土壤最直接的影響就是引起土壤PH值降低和鹽基飽和度減少，造成土壤和地表水中溶解

3、鋁含量增加，導(dǎo)致森林枯萎，谷物收成下降和水生物如魚類死亡3,4,5以來，進入土壤中的鋁會改變土壤PH的緩沖容量，進而影響一些重要元素如磷、鈣和溶解有機碳等的循環(huán)。因此，對酸沉降對鋁的形態(tài)影響進行一下綜述具有極其重要的意義。1鋁的基本性質(zhì)鋁是含量最豐富的金屬元素，在地殼和土壤中的含量僅次于氧和硅，約占地殼總量的7.1%。在自然界中，鋁通常以難溶性的硅酸鹽或氧化鋁的形式存在于一系列含鋁礦物中，諸如長石、云母、氯泥石、蒙脫石、高齡石和三水鋁石等；其他鋁則以各種化學(xué)形態(tài)存在，如水溶性鋁、交換性鋁、活性羥基鋁和有機絡(luò)合態(tài)鋁6等。通常認(rèn)為水溶性鋁是植物重要的生長限制因子，交換性鋁的活性最大，Al3+則有較

4、強的電荷，離子半徑很小，僅為0.051納米，對鄰近的原子具有強極化效應(yīng)，而有機絡(luò)合態(tài)鋁的形成則增加得鋁在土壤中的移動性，也降低了鋁對生物的毒性。2土壤中Al形態(tài)在土壤緩沖酸沉降的過程中不同形態(tài)的Al具有不同的作用，因此有必要認(rèn)識土壤中的鋁的形態(tài)。在土壤溶液中，鋁主要是以Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)4-等可溶性離子存在7。各種形態(tài)與PH值關(guān)系如圖由上圖可以看出：在PH<4時自由Al3+占主要地位；在PH46之間一邊形態(tài)鋁如Al(OH)2+、Al(OH)2+、AlF+、AlF2+、AlSO42-,硅氧基化鋁和磷氧基化鋁占主導(dǎo)地位；在PH>5后才開始出現(xiàn)Al

5、(OH)4-，在PH=8左右該形態(tài)占主導(dǎo)地位。通常將自由Al3+和易變形態(tài)鋁視為有毒形態(tài)。我們還可以歸納出，PH在2.84.2范圍是，鋁起主要緩沖作用，此時活性Al的作用十分顯著；PH在4.25.0時，土壤中有羥基鋁離子生成，并且多聚合13。隨著酸雨P(guān)H值的降低，土壤溶液中的鋁淋出量逐漸增多，毒性大的Al3+占單核無機鋁的比例增加，而毒性小的Al絡(luò)合物則反而呈下降趨勢。3土壤中Al的形態(tài)轉(zhuǎn)化土壤中的鋁主要包括原生和次生的礦物鋁、無定型鋁、粘土礦物的層間結(jié)合鋁、無機和有機交替吸附的可交換鋁以及土壤溶液中自由的和絡(luò)合的鋁。這些不同形態(tài)的鋁在土壤固液界面及土壤溶液中可以相互轉(zhuǎn)化，這使Al的形態(tài)更加復(fù)

6、雜（下圖）9。從根本上講，土壤中的Al都直接或間接來至于土壤中的含Al礦物。各種原生和次生含Al礦物經(jīng)過風(fēng)化作用最終轉(zhuǎn)化成Al的氧化物和氫氧化物。在酸性條件下，Al的氧化物和氫氧化物溶解釋放出Al3+,Al3+有進一步和其他土壤成分發(fā)生反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成各種形態(tài)。所謂無定型Al是指可重復(fù)性晶格半徑3nm的細小晶粒。這些顆粒的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成不確定，其與結(jié)晶礦物的主要區(qū)別在于顆粒大小而不在于組成和結(jié)構(gòu)。盡管土壤中無定型Al的含量較低，但在控制土壤中Al活度方面起著非常重要的作用。研究認(rèn)為土壤中無定型Al控制著Al溶解度的上限。另外，在許多礦物如云母、綠泥石等的晶格層間表面存在著被吸附的羥基Al，其羥基

7、與Al的摩爾比在2.53.0之間。這些礦物層間Al在PH4.25.0范圍內(nèi)對酸沉降具有明顯的緩沖作用10。土壤的可交換Al主要是指吸附在有機、無機膠體表面的自由Al離子和Al的絡(luò)合物。這部分Al主要是在土壤發(fā)育過程中產(chǎn)生的，盡管其含量遠小于礦物Al但它使土壤活性Al的主要組成部分并且明顯控制著土壤溶液中Al的活度。當(dāng)這一部分可交換Al完全流失時，地表水中Al的濃度相對于三水鋁石就是不飽和的11。土壤溶液中Al的形態(tài)的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在Al能與OH-、F-、SO42-等形成絡(luò)合物。在其他配位體濃的較低的酸性溶液中，幾乎所有的Al都以Al(OH)63+的形式存在。隨著PH值的上升， OH-開始取代A

8、l3+周圍水分子并形成從正電性到負(fù)電性的一系列羥基Al絡(luò)合物。如果溶液PH至進一步上升，各種單體的羥基Al絡(luò)合物相互聚合形成多和羥基絡(luò)合物。上層土壤中含有大量的溶解有機質(zhì)（DOC），DOC包括一系列有機物，其主要成分是有機酸。他們分子中的羧基和酚羥基對Al有特殊的親和力并能夠與Al形成各種絡(luò)合物。國外的一些研究表明土壤中大約有25%40%的Al與有機質(zhì)相結(jié)合12。Al與有機質(zhì)（DOC）的結(jié)合能夠促進固相Al的溶解以及Al在土壤剖面遷移的過程。4展望總之，土壤系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的體系，其間發(fā)生的任何反映都不是孤立進行的。Al的形態(tài)要受到諸如土壤的結(jié)構(gòu)、土壤組成、降水量等多種影響因素的相對重要性不

9、同。一次根據(jù)區(qū)域特征結(jié)合多種機制來解釋Al形態(tài)是非常有前景的途徑。參考文獻： 1楊昂.中國酸雨的分布、成因及其對土壤環(huán)境的影響J.土壤,1999,31(1)2況琪軍,李建秋,夏宜.不同類型土壤對SO4 2-吸附特性的研究J.環(huán)境科學(xué),1995,16(4)3楊小弟，畢樹平.無機化學(xué)學(xué)報，2001，17（2）7許第發(fā)，鐘天祥，徐冬梅，劉廣深.酸沉降對土壤地球化學(xué)過程的影響J.2002,30(4)8何振立.污染及有益元素的土壤化學(xué)平衡.北京:環(huán)境科學(xué)出版社,1998.10 Sullivan TJ. Progress in the quantifying the role of aluminum in acidification of surface and soil water. Journal of Ecological Chemistry, 1994, 3(3)11 Larssen T, Schnoor JL, Seip HM, et al. Evaluation of different approach for modeling ef