1、 酸雨對土壤生態系統的影響綜述酸雨是人類當前面臨的最嚴重的環境問題之一。酸性強、持續時間長的酸雨不僅會使鮮花凋謝，樹葉脫落，農作物枯萎，建筑物和文物古跡受到腐蝕，人體健康受到威脅，而且還會導致江、河、湖泊逐漸酸化，浮游生物死亡。酸雨還會 導致土壤中營養物質不斷溶出，造成Al及其他金屬對生物的危害。在生產林區，酸雨降落，使土壤的酸性增強，養分下降，森林的生長緩慢，樹木的樹葉枯黃，甚至死亡。這些問題的出現，引起了世界上許多科學家的關注。 土壤是陸地生態系統中酸雨的最終接受處，因而酸雨對土壤影響的大小直接 關系到整個生態環境的質量。因此，這方面的研究早為人們所重視。1978年在加拿大的多倫多市首次召

2、開的酸雨對農作物和土壤影響的國際會議之后，這方面的研究工作逐漸在世界范圍內廣泛開展起來。酸雨對土壤生態系統的影響主要是因為酸性物質的輸入改變了土壤的物理、化學及生物性質，從而對土壤生態系統產生危害。1、酸雨對土壤鹽基離子的淋洗 陽離子的淋洗與土壤的組成和性質有很大的關系。礦物和腐殖質含量高的土壤，因其陽離子交換量高，土壤對酸的緩沖能力亦高，但是其淋洗的進程相對較緩慢。而對于陽離子交換量低、緩沖能力弱的土壤，不僅其交換點低，交換點上的堿性陽離子也很容易進入到土壤溶液中，并被淋洗掉。 在酸雨的作用下土壤元素的遷移具有階段性,土壤酸化的階段性決定著元素遷移的階段性。鹽基離子的淋失量隨模擬酸雨PH值的

3、降低而增加。尤其當PH3.5時，增加最明顯。在PH為3.0的酸雨淋溶下，紅壤、赤砂土鹽基淋出量占交換性鹽基總量的61.4%。土壤交換性K+、Na+, Ca2+, Mg2+的總量有隨PH降低而降低的趨勢。 土壤陽離子的淋溶強度主要取決于與酸雨有關的陰離子遷移率，淋失速度在很大程度上受陰離子主要是SO42-)被土壤吸附強度的影響，而SO42-吸附量與土壤Fe、Al氧化物含量呈正相關。在增加陽離子活動性方面，硫酸鹽的作用要比硝酸鹽大得多。這是因為大部分土壤都N素含量不足，所以硝酸鹽能很快被植物吸收。僅在降雨量很大的情況下，N03-來不及被植物和土壤吸收時才對陽離子的活動性有明顯的作用。而土壤中的SO

4、42-則極易隨酸雨所增加，因而其對陽離子的淋洗作用就很大。如在灰化土上，酸雨輸入的硫酸可使土壤陽離子淋洗速率達到自然淋洗速率的3倍。2、酸雨對土壤重金屬及微量元素的影響 不同上壤中都含有一定量的微量元素，在這些元素中有些是作物生長所必需的，如B、 Cu、 Fe、 Mo、Mn。而另一些則可能是環境毒害元素，如Cd、 A1等。正常情況下這些元素僅有極少部分進入生物循環，而在酸雨的影響下，特別是有硫酸雨的影響下，會有越來越多的金屬元素包括有毒元素被淋溶出土壤。 Al是地殼中除Si和O以外最豐富的元素。在中性或偏堿性的土壤溶液中，Al幾乎是不溶解的，Al也極易與腐殖質物質作用而沉淀。土壤中的腐殖質往往

5、不可能使所有溶解的A1完全沉淀，這些過剩的Al會滲入湖泊和下水道，如果此時它流過的土壤、水道或湖泊的PH值5, Al就會在那里水解，并引起更強的酸化，其結果使更多的Al和其他重金屬遷移。 土壤溶液中的Al絕大部分來源于土壤固相Al的活化，土壤中固相Al(有機結合態Al以及鋁硅酸鹽等)在強酸性酸雨活化過程中，不同結合形態的固相Al的活化機制影響著土壤對酸的緩沖效率及土壤溶液的Al濃度。酸雨PH值越低，則土壤Al離子釋放量越大、土壤中羥基態Al和腐殖質Al含量越低、 交換態Al含量越高，從而導致土壤中的A1對植物和生態系統的危害性也越大。土壤活性Al的溶出與土壤酸化程度之間的關系極為密切。土壤PH

6、越低，淋出液中Al的濃度越高。當土壤PH為3.4-4.7時，A1的溶出量約是土壤PH為 6.1-6.4時溶出量的10倍以上。這是因為土壤中固相的鋁鹽在酸性條件下溶解度較大，生成的可溶性鋁絡合物也較多的緣故。 大量的研究表明，土壤中Al的淋出和土壤中的SO42-含量密切相關。因為在土壤溶液中，Al3+和SO42-在適當條件下可形成Al-SO4化合物，它們可作為緩沖 作用范圍內Al遷移的中間產物；在模擬酸雨淋溶過程中，土壤B層上部的土柱(35 cm)存在羥鋁礬(Al(OH) SO4)。土壤溶液中Al的濃度在弱酸情況下受明礬石KA13(SO4) 2(OH) 6)、羥鋁礬的影響。而在強酸度條件下，則受

7、斜鋁礬(Al(SO4)(OH) .5H 20)的影響。模擬酸雨對土壤中的Fe2+的淋出影響很小，即使PH 3.0的模擬酸雨對土壤中Fe2+的淋出也無影響。Fe2+的淋出與否似乎與土壤本身的含Fe氧化物和氫氧化物的含量關系不密切，而和土壤有機質含量密切相關。經模擬酸雨處理后的土壤，Mn、 Cu、 Zn等重金屬微量元素的離子濃度則大幅度提升。 微量元素的淋出率大小除了和土壤母質有關外，還與土壤的PH值以及土壤中有機膠體、無機膠體有關，特別是Fe、Al氧化物和氫氧化物常制約著土壤中其他重金屬的遷移。而水溶性有機質-重金屬絡合體則會促進重金屬的溶解遷移行為。PH 4.0以上的酸雨對土壤中Cd、Zn、C

8、u、Pb的淋出不明顯，而當酸雨PH為2.0時，則Cd、Zn、Cu、Pb的淋出量顯著增加。且Cd,、Zn的相對淋出率比Cu,、Pb大得多。稀土元素的淋出量隨著酸雨PH (2.0-5.6)的降低而增加，而且稀土元素形態也有所變化。當PH為4.0時，松結有機態含量最高，而緊結有機態稀土含量最低。酸雨中的SO42-、N03-或Ca2+,、NH4+濃度增加，則重金屬活性會被明顯激活，從而加速交換態Cd、Zn的溶出，促進土壤中交換態Cr百分率的增加，但對交換態Cu和Pb影響不明顯。Cu的解吸主要受酸雨PH值的影響36。紅壤中Cr、Co、 Ni、Cu、Cd、Pb的累積釋放量隨淋溶量的變化符合二次模型，釋放量

9、大小依次是:Pb>Co>Ni>Cu>Cr>Cd。3、酸雨對土壤氮、硫營養的影響 在農業土壤中，PH 4.0的酸雨對土壤PH值起不了多大作用，但土壤中N、S的轉化則會使土壤H+量大大增加。有人認為以銨鹽形式每年每公頃施100 kg N肥，其酸化效果可能遠大于酸雨。 土壤對SO42-的吸附與酸沉降中SO42-濃度及土壤水溶性SO42-含量有關，但高濃 度的鹽基離子輸入會降低SO42-的吸附量。土壤對N03-的吸附主要發生在表土中，且比SO42-的吸附量低。酸性淋溶土紅壤、黃紅壤)的SO42-吸附量均顯著高于中性水成土(水稻土、潮土)。而且SO42-主要被土壤吸附于帶正

10、電荷的氧化物膠體表面，其吸附量與土壤游離Fe, Al含量呈顯著正相關。 大氣中S的沉降，絕大多數為干沉降，對那些缺S的農業土壤來說是有益而無害的，因為大氣沉降帶給土壤的S能滿足作物生長和發育的需要。就N來說，短期內N03-的沉降也不會在土壤酸化方面帶來實質的影響。相反，對大多數土壤類型來說是有益的。如對大多數森林來說，它有助于森林的生長。但長期的S沉降和N03-沉降則會使其積累超過植物之需，并引起酸化。模擬酸雨淋溶既可使土壤中N的礦化受到激活作用，也可使土壤中N的礦化受到抑制作用，對礦化作用的影響與土壤特性有關。4、酸雨與土壤磷營養 P是土壤和環境中重要的營養元素。P在土壤中有效性的衰減(被土

11、壤固定)被認為是土壤養分退化的一個重要過程。被土壤團粒和膠粒吸附的P與土壤溶液中的P處于吸附平衡狀態，并制約著土壤溶液P的濃度，從而決定著土壤P的可給度。由于酸雨改變土壤PH值，而土壤中P的有效性與PH值關系密切，因此，酸雨會對土壤中P的有效性產生較大的影響。5、酸雨與土壤酸化 土壤酸化主要是指土壤中H+和A13+數量的增加。其具體過程大致是，酸雨中的H+與土壤膠體表面上吸附的鹽基性離子進行交換反應而被吸附在土粒表面，被交換下來的鹽基性離子隨滲漏水淋失；土粒表面的H+又自發地與礦物晶格表面的Al反應，迅速轉化成交換性A1。這就是土壤酸化的實質。在土壤中支配著土壤酸堿性強弱的是土壤中鹽基離子與H

12、+、A13+的相對比例。也就是說，凡是影響鹽基離子和H+、A13+比例的都會影響土壤酸堿性。土壤酸化是生態系統中元素的開放循環引起的，區分自然因素與人為(如酸沉降)因素引起的土壤酸化，涉及到降雨的化學成分、土壤中的化學過程、土壤中的水分運移的特點、土體內生物化學過程以及礦物的風化等因素。這些因素是引起土壤酸化的驅動力。關于酸雨的影響，歐洲與北美的研究重點集中在N和S的地球生物化學過程上，有機物中N和S的積累是土壤酸化的潛在來源。N的轉化過程對控制H+循環極其重要，通常認為土壤酸化主要是由C、N循環不平衡引起的。N的轉化與N03-的淋失是土壤酸化的主要原因。在N轉化過程中產生的H+加速土壤酸化和

13、陽離子的淋失。 酸雨的淋洗對土壤酸化的影響與原土壤的PH密切相關：土壤PH愈高，土壤酸化受酸雨的影響愈小；酸雨的PH愈低，對土壤酸化的影響愈大。有機酸在土壤酸化中起重要作用。在排水良好的土壤上，有機酸與Fe、Al氧化物形成的Fe、Al有機絡合物在土體內發生遷移，Al遷移的另一種機制是以離子的形態或無機態Al-硅酸鹽絡合物遷移。Fe、Al的淋出導致淋溶層的酸化和淀積層的堿化作用。從整個土壤剖面來看，只有當金屬-有機絡合物進入地下水后才可能引起土壤的凈酸化作用。 酸雨能否引起土壤酸化還與土壤陽離子交換量或土壤緩沖容量有關。而土壤黏土礦物的類型及含量、腐殖質的組成及含量又決定著陽離子交換量的大小。一

14、般情況下當土壤有較強的陽離子交換能力時，酸雨的輸入對其影響則小，甚至可以忽略不計。紅壤含有大量的氧化鐵、鋁，并且帶有大量的正電荷，對SO42-和N03-有相當強的吸附能力，特別是可以通過配位交換的方式強烈吸附SO42-，使之難于從土壤中淋失。氧化鐵、鋁通過配位交換吸附SO42-后，可以釋放出一些經基離子。這可在一定程度上中和酸雨中的H+，從而減緩酸化作用。6、酸雨對土壤微生物的影響 土壤微生物是土壤生態系統中一個非常重要的組成部分。長期受酸雨影響，土壤微生物活性將會受到明顯的影響，進而可能影響土壤的生態平衡。一些室內模擬和野外調查資料均表明，土壤酸化將造成細菌和放線菌的數量減少，而一些真菌則會

15、增加。只有當酸雨PH值下降到2.0時才能抑制呼吸作用和酶活性，PH 3.0和PH 4.0的酸雨對微生物具有激活作用，但各種酶的變化不同。例如PH 3.0的酸雨處理后，脲酶活性不受影響，磷酸酯酶活性降低。PH 3.0和PH 4.0 的酸雨對微生物的激活作用是由于N素的增加引起的，而森林土壤微生物的活性則受到可利用性N和可利用性 C的限制。7、酸雨與土壤緩沖性能 廖柏寒等認為，土壤中存在著兩個緩沖體系，即初級緩沖體系和次級緩沖體系。在PH4.0的酸沉降作用下或PH 4.0的酸沉降作用開始時，土壤的初級緩沖體系(可交換性陽離子，羥基鋁等)發揮著主要的作用。當PH 4.0的酸沉降進一步作用時，土壤的初

16、級緩沖體系很快被消耗掉，次級緩沖體系(鋁硅酸鹽等土壤礦物)開始起主要作用，通過土壤礦物的風化過程，消耗H+釋放出陽離子，實現對酸沉降的緩沖。在酸沉降作用下，不同地區不同層次的土壤表現出不同的緩沖能力，這種緩沖能力的差異可以通過土壤淋出液的PH值來比較和討論。 土壤對酸沉降的緩沖機制是通過釋放出等當量的陽離子消耗外來H+來完成的。緩沖能力強的土壤在酸性水作用下陽離子釋放總量較大，緩沖能力弱的土壤陽離子釋放總量則較小。緩沖能力較強的土壤以陽離子交換緩沖作用占主導地位，緩沖能力較弱的土壤雖然陽離子交換緩沖作用占有主要地位，但A13十在土壤緩沖過程中有著重要影響，在某些土壤中，A13十是緩沖作用中最重

17、要、貢獻最大的離子。土壤對酸沉降的緩沖作用由陽離子交換、氫氧化鋁水解以及原生礦物 風化緩沖作用3部分組成，三者的相對重要性不僅決定于土壤酸度、鹽基飽和度和礦物組成，而且與酸雨的PH值密切相關。 并不是所有的土壤都是容易酸化的，土壤的緩沖能力取決于土壤的無機物含量、組分、結構、PH值、堿飽和度、含鹽量以及土壤的滲透力等。由沉積巖形成的土壤緩沖能力很強，尤其是含碳酸鹽高的土壤，而由水晶礦花崗巖、石英等形成的土壤，其緩沖能力很弱。酸性較強的黃紅壤、紅壤的緩沖能力較弱，而近中性的水稻土的緩沖能力則相對較強。因此，強酸性土壤受酸雨酸化的影響程度大于微酸性和近中性土壤。土壤對不同濃度酸雨的緩沖能力隨酸性的

18、增加而降低，隨土層的加深而增強。土壤對酸雨的緩沖作用具有一定的時滯性，一般在第2周表現出明顯的緩沖作用。土壤受酸雨的影響不僅表現出時間上的變化而且呈現出空間的變化。8、酸雨與土壤結構 酸雨可造成土壤結構的損害。在土壤溶液PH值過低的情況下，由于的Ca2+, Mg2+含量減少和H+的增多導致土壤結構被破壞，土壤調節水、氣、肥、熱等能力下降。許中堅等通過模擬酸雨對浙江杭州紅壤的淋溶實驗結果表明，酸雨降低了紅壤團聚體的穩定性。表現為水穩性大團聚體的含量隨酸雨PH值的降低，持續時間的延長而減少。酸雨導致團聚休破壞率增高，穩定性降低。酸雨對紅壤膠結物質的影響，表現為土壤有機質淋失增加，氧化鐵活性提高。紅壤團聚體的穩定性和結構性變差，會加速士壤侵蝕，表現出酸雨對紅壤的可蝕性。酸雨對土壤微結構也有一定影響。酸度愈大、降水時間愈長，微結構影響愈明顯。主要表現為土壤微龜裂密度增大、數量增多，從而破壞了微團聚體的結合，使水分運行加快，滲漏和毛管蒸發作用增強，土壤耐旱性減弱，降低了土壤肥力，影響作物的生長。9、酸雨與土壤礦物風化 土壤礦物的風化作用是以酸性水解反應為主要過程的，反應環境的H+濃度是風化動力學的一個重要控制因子。元素釋放既取決于水解反應的難易程度，也取決于礦物組成中元素的相對比例。 廖柏寒等認為，土壤礦物在酸沉降作用下的風化過