土壤酸化作業(yè)

土壤酸化萬夢(mèng)雪（土壤資源與遙感應(yīng)用室）寧琪（封丘站）張瀾（土壤生物與生化研究室）許敏（土壤化學(xué)與環(huán)境保護(hù)室）陸海龍（土壤化學(xué)與環(huán)境保護(hù)室）第三組成員2016.10.2515min內(nèi)容土壤酸化的定義土壤酸化的分布現(xiàn)狀土壤酸化的原因土壤酸化的本質(zhì)土壤酸化的危害土壤酸化的改良土壤酸化的定義39.5億公頃，1/32.04億公頃，1/5赤道N40S40熱帶亞熱帶中國(guó)、南亞，東南亞非洲、澳洲東北部、南美洲灰化土北歐、北美、中國(guó)東北部土壤酸化的分布現(xiàn)狀從世界范圍來看，酸性土壤主要分布在兩大地區(qū)，一是熱帶、亞熱帶地區(qū)，二是溫帶地區(qū)。土壤酸化的原因土壤酸化的原因分為自然因素和人為因素。自然因素：1.土壤母質(zhì)。在母巖風(fēng)化過程中所產(chǎn)生的鈣鎂鉀鈉等鹽基成分已被淋失，無石灰性，鹽基不飽和，呈微酸性至酸性反應(yīng)。2.土壤本身是一種弱的膠體酸。粘土礦物是土壤酸的主要載體，硅氧四面體和鋁氧八面體中的同晶替代所產(chǎn)生的負(fù)電荷可以吸附質(zhì)子而表現(xiàn)為酸基；腐殖質(zhì)的羧基、羥基和稀醇羥基在一定條件下離解也表現(xiàn)為酸基。3.植物吸收養(yǎng)分引起的土壤酸化。植物根系從土壤吸收養(yǎng)分離子的同時(shí)，要向土壤溶液分泌H+或OH-和HCO3-，以保持體系的電荷平衡。通常分泌的是酸性物質(zhì)。4.土壤中生物的代謝活動(dòng)。根系、微生物和其他各種各樣生物有機(jī)體的代謝活動(dòng)可以引起土壤的酸化。生物代謝不停地產(chǎn)生CO2、可溶性有機(jī)酸、酸性有機(jī)殘余物等弱酸性物質(zhì)，它們解離出的質(zhì)子，可以與土壤交換點(diǎn)位上的鹽基離子進(jìn)行交換作用。5.膠體上吸附的H+和Al3+被其他置換到溶液中而使土壤呈酸性。氣候生物地形母質(zhì)成土年齡“五大成土因素”+人為活動(dòng)干擾46億年前38億年前地球的形成生命的出現(xiàn)經(jīng)歷“滄海桑田”1902年合成氨自然過程人為干擾N肥的大量施用脫硅富鋁化硝化致酸、酸沉降豆科植物種植、茶樹致酸人為因素：由于肥料的大量施用，酸性氣體的大量排放，導(dǎo)致酸沉降的增加。排放到空氣中的SO2和NOx。有一部分直接滲入地表形成干沉降，另一部分經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)最后形成強(qiáng)酸H2SO4和HNO3，雨水pH值隨之下降形成酸雨，引起土壤酸化加劇。NO3--N硝化作用硝酸反原作用反硝化淋洗損失NH4+-N氨揮發(fā)吸附固定生物固定生物固定NH3+H2ONH4HCO3NH4NO3(NH2)2CONH4H2PO4(NH4)2SO4(NH4)2HPO4NONO2NH3N2ONH4+N2NO3-NH3N2H2OH2O長(zhǎng)期施肥“硝化致酸”煤炭的燃燒SO42-酸沉降硝化致酸：2NH4++3O2---NH2OH---?---2NO2-+2H2O+4H++Energy氨氧化細(xì)菌（AOB）被植物吸收2molH+有機(jī)氮的礦化：產(chǎn)生NH4++OH-（豆科植物固氮）SXOYNXOYNH3NH4+HNO3H2SO4破壞臭氧層PM2.5—OHN2O環(huán)境效應(yīng)利：弊：沉降到河流里，水體富營(yíng)養(yǎng)化沉降到土壤中，土壤酸化對(duì)于缺氮土壤，增加肥效滯空能力弱N2O二次源石油化工汽車尾氣和燃煤排放農(nóng)田氨揮發(fā)土壤酸化的本質(zhì)交換性氫學(xué)說：土壤酸度以土壤交換性氫為基礎(chǔ)，土壤溶液中的H+主要來土壤交換性氫。土壤交換性H+土壤溶液中H+但是這個(gè)學(xué)說是錯(cuò)誤的，一直到上世紀(jì)50年代才得以糾正。土壤交換性鋁土壤溶液中Al3+溶液中Al3+水解產(chǎn)生H+交換性氫、鋁學(xué)說：土壤酸度是以交換性氫和交換性鋁的共同作用為基礎(chǔ)的，而且以交換性鋁為主。實(shí)際上礦質(zhì)土壤中的交換性氫所占比例在5%以下。土壤遭受強(qiáng)烈淋溶作用，導(dǎo)致鹽基離子大量淋失，土壤表面被交換性氫鋁離子取代，土壤發(fā)生酸化。K+Cs+Ca2+Mg2+Na+Cd2+H+

H+Ca2+K+Cd2+氫鋁轉(zhuǎn)化Al3+Al3+Al3+Al3+H+Ca2+

H2O2H++OH-鋁硅酸鹽礦物Mg2+Na+

K+

Cs+土壤酸化的危害1.

酸化土壤可使土壤微生物種群變化，細(xì)菌個(gè)體生長(zhǎng)變小，生長(zhǎng)繁殖速度降低，如分解有機(jī)質(zhì)及其蛋白質(zhì)的主要微生物類群牙孢桿菌、極毛桿菌和有關(guān)真菌數(shù)量降低，影響營(yíng)養(yǎng)元素的良性循環(huán)，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。2.土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤板結(jié)，物理性狀差，抗逆能力下降，蔬菜抵御旱、澇自然災(zāi)害的能力減弱。酸化土壤加速土壤礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的流失；改變土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤貧瘠，影響植物正常發(fā)育。3.酸性條件下，土壤中的氫離子增多，對(duì)蔬菜吸收其他陽(yáng)離子產(chǎn)生頡頏作用。4.在酸性條件下，鋁、錳的溶解度增大。土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風(fēng)化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態(tài)鋁化合物。植物長(zhǎng)期和過量地吸收鋁，會(huì)引起中毒，甚至死亡。pH=3.9pH=4.9Underfieldcondition,canolacannotgrowatpH3.9.WheatyielddecreasedwiththedecreasingpH.土壤酸化的改良1.酸雨的控制

我國(guó)的酸雨降水主要是以硫酸鹽為主要成分，分布在長(zhǎng)江以南地區(qū)，以局部沖刷和中長(zhǎng)距離傳輸為其形成機(jī)制，對(duì)土壤環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在土壤酸化，鹽基離子大量流失，有毒金屬離子活化和土壤酸化，鹽基離子大量流失，有毒金屬離子活化和土壤酶活性受到抑制等方面。因此我們可以采取措施來減少酸性氣體的排出，如可以通過使用清潔煤技術(shù)或?qū)λ崃扛叩拿翰捎妹摿蚣夹g(shù)，從而減少SO2排放。對(duì)于NOx主要通過對(duì)汽車進(jìn)行技術(shù)改造以減少尾氣中NOx的排放量。

2.化學(xué)改良劑

(1)石灰改良劑石灰可以中和土壤的活性酸和潛酸，生成氫氧化物沉淀，消除鋁毒，迅速有效的降低酸性土壤的酸度，還能增加土壤中交換性鈣的含量。但施用石灰后土壤存在復(fù)酸化過程，即石灰的堿性消耗后土壤再次發(fā)生酸化，而且酸化程度比施用石灰前有所加劇。其原因是施用石灰增加了HCO-的活度，加速了有機(jī)質(zhì)的分解和增加了植物秸稈和籽粒移走的Ca2+。因此，用石灰改良酸性土壤時(shí)應(yīng)與其他堿性肥料（草木灰，火燒土等）配合使用。(2)礦物和工業(yè)廢棄物的改良作用

近幾年來人們又發(fā)現(xiàn)了一些礦物質(zhì)和工業(yè)副產(chǎn)物也能起到改良酸性土壤的效果。如：磷石膏，粉煤灰，堿渣，磷礦粉和廢液污染等工業(yè)廢棄物磷石膏的主要成分是硫酸鈣，還有一定量的PO43-,F-，F(xiàn)e3+，Al3+及水解的磷礦粉和酸的不溶物等。磷石膏改良底層土壤可概括為“自動(dòng)加石灰效應(yīng)”，即土壤與硫酸鈣反應(yīng)后，SO42-和OH-之間的配位基交換作用產(chǎn)生堿度。(3)生物改良

酸性土壤微生物改良主要是利用綠肥及土壤中的一些動(dòng)物來達(dá)到改良土壤的目的。在農(nóng)業(yè)上利用有機(jī)物料改良酸性土壤已經(jīng)有千余年的歷史。土壤中施用有機(jī)物質(zhì)不僅能提供作物需要的養(yǎng)分，提高土壤的肥力水平，還能增加土壤微生物的活性，增加土壤對(duì)酸的緩沖性能。有機(jī)物料還能與單體鋁復(fù)合，降低土壤交換性鋁的含量，減輕鋁對(duì)植物的毒害作用，用作改良土壤的有機(jī)物料種類很多，在農(nóng)業(yè)中取材也比較方便，如各種農(nóng)作物的莖稈，家禽的糞肥、綠肥和草木灰等等。AlkalineslagimprovecanolagrowthControlAlkalineslag+ricechaffAlkaline