铝与土壤之间的表面化学反应及其后果

80年代以来，由于酸雨的发生及其对农业生产和生态环境的危害，土壤酸化问题再次成为土壤化学研究的热点．铝离子的土壤化学行为是土壤酸化的根本原因，而铝的吸附是给离子的土壤化学行为的重要方面．因此．研究铝的吸附有助于提示土壤酸化的本质，为防治土壤酸化提供有益的信息．本文综述了近30年来铝离子吸附的研究进展．其中包括吸附性铝离子的形态；铝的吸附表面；阴离子对铝吸附的影响；铝吸附的机理；铝的吸附对土壤性质的影响等．     

砖红壤磷的有效性研究

研究生长在两种不同母质的砖红壤上的作物的P营养与土壤有效P的关系，以及土壤有效P与Fe、Al、Mn等元素的关系。结果表明，玄武岩砖红壤的全P含量虽比浅海沉积物砖红壤高，但其有效P含量却不如后者高，生长在后种土壤上的香蕉、辣椒、桉树的P含量也高于生长在前种土壤上；玄武岩砖红壤的活性Fe、Al、Mn含量显著高于浅海沉积物砖红壤；同一种母质的土壤其有效P含量随土壤活性Si和交换性Ca、Mg的提高而增加；土壤中活性Fe、Al、Mn含量越高，土壤对磷的固定越强，土壤有效P含量越低。同时，植物体内Fe、Al、Mn含量的增加也抑制了植物对磷的吸收，使植株中P含量降低。     

模拟氮沉降对土壤酸化和土壤盐基离子含量的影响

在温室内对1年生盆栽杉木幼苗进行模拟试验,以研究氮沉降对土壤酸化和土壤盐基离子含量的影响.以NH4NO3为外加氮源,设置5种处理,分别为N0(对照,0 g m-2 a-1,以N计,下同)、N1(6 g m-2 a-1)、N2(12 g m-2 a-1)、N3(24 g m-2 a-1)和N4(48 g m-2 a-1),每处理重复6次.经过18个月的处理后,对盆栽土壤进行取样分析.结果显示,随着氮沉降量的增加,土壤pH值逐渐下降,而土壤交换性酸度和交换性Al3+则不断增加.经N1、N2、N3和N4处理后,土壤交换性盐基总量分别下降6.29%、8.94%、10.07%和10.38%,土壤阳离子交换量分别下降5.07%、7.27%、8.53%和8.83%.随氮沉降量的增加,土壤NH4+-N、NO3--N含量逐渐增加.低氮处理(N1、N2)使土壤交换性K+、Ca2+、Mg2+含量增加,而高氮处理(N3、N4)则呈相反趋势.氮沉降由于增加了土壤活性氮的含量,加速了土壤酸化,从而导致了盐基离子的淋失.图3表3参41     

10年模拟氮沉降对苦竹林根际与非根际土壤铝组分的影响

长期高速率的氮(N)沉降将大量的活性N输入到陆地生态系统,使得部分森林生态系统的土壤酸化问题日益严重。酸化导致的土壤中交换性铝(Al)的增加直接威胁着植物生长和生态系统安全。为探索长期不同N沉降情形下竹林土壤Al组分的响应,于2007年10月在苦竹(Pleioblastus amarus)林中建立模拟N沉降样地,分别设置对照(CK,N0 g·m~(-2)·a~(-1))、低N(LN,N 5 g·m~(-2)·a~(-1))、中N(MN,N 15 g·m~(-2)·a~(-1))和高N(HN,N 30 g·m~(-2)·a~(-1))4个处理,每个处理设置3个重复。在连续10 a的N添加处理后,于2017年7月采集0—10 cm根际与非根际土壤样品并测定土壤pH和土壤Al组分。结果表明,模拟N沉降显著降低了根际土壤pH,HN处理显著降低了非根际土壤pH。在对照处理下,根际土壤pH比非根际大0.56个单位。模拟N沉降对根际交换态Al组分含量有显著的影响,对碳酸态Al、有机络合态Al、铁锰氧化态Al和残留态Al组分含量无显著影响;模拟N沉降对非根际土壤的各个Al组分含量无显著影响。相关性分析结果表明根际土壤与非根际土壤的pH均与交换态Al组分含量呈极显著的负相关关系,根际土壤pH与有机络合态Al组分含量呈显著的负相关关系,与其余Al组分含量无显著相关性。研究结果表明长期N沉降导致的土壤酸化使得土壤交换态Al显著增加,苦竹根系或将遭受到Al毒害,对竹林生态系统健康存在潜在危害。     

广西热带亚热带典型森林岩溶区土壤-植物系统元素分布特征

对广西热带亚热带典型岩溶区土壤-植物系统13种元素分布特征及相关性进行了研究.结果表明:与非岩溶区植物相比,岩溶植物Ca、Al含量比较高,Na、Fe、Mn、Si、K、P的含量较低.植物体内元素的分布特点是:叶>茎>根;石灰土更易富集Fe、P、K、Cu、Zn和Co.大多数土壤元素含量随纬度的降低而降低,Fe和Zn表现较为明显,而Mn和Si在热带较中亚热带的更易淋失.土壤中与Fe元素明显相关的元素最多,包括Mn、Zn、Co、S、Al,其相关性分别为Mn> Al > Co > Zn > S,其中,Fe与Mn、S呈负相关,与Zn、Co、Al呈正相关;植物中的Na、Fe、Si、P、Al与土壤中对应的元素相关性显著,呈正相关关系,主要体现在土壤的A层;植物对大量元素的吸收强于对微量元素的吸收,其中,对Mn的吸收能力最强(8229.38%),主要集中在根部的Al(0.57%)和Fe(0.0049%)的吸收能力最小.     

酸沉降下加速土壤酸化的影响因素

酸沉降对土壤和水域的酸化影响是土壤环境化学研究前沿的热点问题之一。酸沉降的化学组成对酸性土壤的进一步酸化起着催化剂的作用。在酸雨影响下,SO42-、NO-3、有机阴离子是加速土壤酸化和盐基淋溶损失的主要阴离子,外源H+的进入会加速铝离子水解。自然因素与人为因素导致土壤酸化的实际酸化速率差异表明:HCO3-、RCOO-在土壤剖面中的淋失状况可反映自然土壤的酸化速率,而SO42-和NO-3淋溶产生的质子负荷揭示土壤受人为因素影响的酸化速率。通过计算酸沉降的主要化学成分进入土壤前后的质子负荷平衡,与酸中和容量(ANC)相结合,反映酸沉降加速土壤酸化的进程。     

老化生物炭对红壤铝形态影响的潜在机制

生物炭能降低酸性红壤活性铝含量,而经过长期降雨淋洗或酸雨等环境作用发生老化后,生物炭将如何改变土壤铝形态进而影响缓解铝毒的能力?为评估生物炭缓解铝毒潜力提供重要依据,本研究采用水洗和酸化的方法加速花生壳生物炭老化,将原生物炭、水洗老化生物炭和酸化老化生物炭与酸性红壤进行充分混合,设置CK(0%生物炭)、PB(施2%原生物炭)、WB(施2%水洗生物炭)和AB(施2%酸化生物炭)共4个处理进行装盆熟化培养,每个处理4个重复,探究老化生物炭对红壤铝形态影响的潜在机制。结果表明,与CK相比,老化生物炭可增加土壤速效钾和有机质的含量;PB和WB处理红壤p H分别上升了0.17和0.16个单位,而AB处理红壤p H却降低0.44个单位;PB和WB处理红壤交换性酸总量分别下降70.08%和34.84%,而AB处理红壤交换性酸总量却升高18.24%,说明老化生物炭不能有效降低土壤中活性酸和潜在酸的含量,酸化老化生物炭甚至会加剧土壤的酸化。此外,与CK相比,PB和WB处理红壤中腐殖酸铝、胶体铝离子和单聚体羟基铝离子含量分别增加了8.59%和2.87%、20.17%和14.46%、101.65%和32.92%,交换性Al~(3+)含量却分别降低了81.87%和49.15%,而AB处理中交换性Al~(3+)和胶体铝离子含量分别升高了17.98%和20.67%,而腐殖酸铝和单聚体羟基铝离子的含量却降低了40.69%、49.79%,表明水洗老化生物炭仍可使具有生物毒害性的Al~(3+)含量下降,而酸化老化生物炭会增加Al~(3+)的含量。进一步研究表明,生物炭老化前后,不同形态的铝会发生转化关系,土壤中各形态铝比例发生变化,但是腐殖酸铝和胶体态铝Al(OH)_3~0仍然是活性铝的主要赋存形态。因此,生物炭在老化后,仍然具备提高土壤养分的潜力,但是其对土壤酸度和铝毒的缓解能力却显著下降,甚至会加剧土壤酸化和铝毒害。     

酸化土壤活性铝溶出及形态变化的初步研究

用模拟酸雨酸化浙江省３种主要类型土壤，研究了酸化土壤活性铝的溶出和铝的形态变化。结果表明：酸雨对强酸性土壤（ｐＨ＜５）中活性铝的释出有一定促进作用，活性铝以Ａ１￣（３－）离子为主。当土壤ｐＨ值＞５时．活性铝以单聚羟基铝为主。酸化土壤中的活性铝主要是由土壤中固相的Ａｌ（ＯＨ）转化而来。     

砖红壤中Al和Pb的竞争吸附

从pH值和离子加入量两个角度研究了砖红壤中Al和Pb的竞争吸附 .结果表明 ,当低数量的Al和Pb共存时 ,离子的吸附量与其单独存在下的情形相比都有所下降 ,该现象在低pH值的条件下较为明显 ,而随着pH值升高则逐渐减弱 ;若Al和Pb共存时的初始浓度均为 1 0mmol·l- 1 ,两者之间的竞争吸附在pH 3 5至 5 5范围内都较为显著 ;此外 ,当0 1mmol·l- 1 的Pb与 1 0mmol·l- 1 的Al共存时 ,Al的吸附没有受到Pb的影响 ,此时尽管Al和Pb的浓度比为 1 0∶1 ,但土壤对Pb的吸附并没有被Al完全抑制 ,反映出土壤表面某些吸附位对Pb具有高度的选择性     

桑园地和玉米轮作地土壤pH变化的比较研究

随着桑园植桑年龄的增加,桑地土壤质量降低,桑树生物量减少,严重制约着养蚕业的可持续发展。这可能与土壤p H降低、营养元素的流失和有害元素的积累有关。选取广西宜州和贵州荔波的桑树(Morus alba)种植园和临近种玉米(Zea mays)轮作地的土壤,分析土壤可交换性盐基阳离子(Ca,Mg,K和Na),可交换性铝(Al)、土壤p H等土壤参数,研究土壤p H在桑树地和玉米轮作地之间的差异,讨论影响土壤p H变化的因素。实验结果表明,相对于玉米轮作地,桑园地土壤p H 5年下降了0.38个p H单位。相应地,桑园地土壤可交换性盐基阳离子(Ca,Mg和K)的含量略低于玉米轮作地,桑地土壤交换性Al的含量(2.35±2.68)mmol·kg-1却显著高于玉米轮作地(1.44±2.13)mmol·kg-1(P=0.002)。因此,桑园地和玉米轮作地土壤可交换性Ca和Al之间呈现出显著的负相关关系。桑园地土壤可交换性NH4+-N含量略高于玉米轮作地。得出结论:随着桑园经营年代的增加,土壤酸化的同时,营养元素(Ca,Mg和K)的流失和有害元素(Al)的积累,土壤质量下降。玉米轮作缓解土壤酸化。显然,不同的经营模式要影响土壤p H变化。导致土壤p H变化的主导因素是碳和氮的循环。在农业生产过程中,我们应该提倡不同作物轮作,以适当的方式将秸秆还田,以保持良好的土地质量。     

添加植物物料对2种酸性土壤可溶性铝的影响

在室内培养试验条件下,研究了添加非豆科的油菜秸秆、小麦秸秆、稻草、玉米秸秆和豆科的大豆秸秆、花生秸秆、蚕豆秸秆、紫云英、豌豆秸秆对酸性茶园黄棕壤和红壤可溶性铝总量及其形态的影响.结果表明,黄棕壤除添加油菜秸秆、小麦秸秆和稻草处理外,其余添加植物物料处理土壤可溶性铝总量、总单核铝和3种无机单核铝的含量有不同程度的降低,因为加入这些植物物料均使土壤pH值增大.5种豆科植物物料对黄棕壤pH值的影响大于非豆科植物物料,前者对土壤中3种无机单核铝含量的影响也大于后者.9种植物物料也使红壤pH值有不同程度升高,土壤可溶性铝含量降低,其中4种非豆科植物物料、花生秸秆和蚕豆秸秆处理效果较好.因此,施用植物秸秆能够有效改良土壤酸度,缓解土壤中铝对植物的毒害.总体而言,9种植物物料中花生秸秆增加酸性土壤pH值和降低土壤有毒形态铝含量效果最好.     

凋落物处理对森林地表CO2通量的影响及其调控机理

全球变化和森林演替可以导致森林地表凋落物数量和质量的变化,从而对森林地表 CO2通量产生影响。本实验对亚热带不同演替阶段的3种,即马尾松林（前期）、混交林（中期）和季风林（后期）进行地表凋落物去除、加倍与置换处理,利用静态箱气相色谱法测定地表CO2通量,并同步测定气温、土壤温度和湿度,分析凋落物质量和数量变化对森林地表CO2通量的影响及其调控机理。结果表明,（1）去除凋落物处理显著降低了不同演替阶段的3种森林地表CO2通量,而加倍凋落物处理可以增加森林地表CO2通量,但不同演替阶段增加的幅度不同,依次为：季风林＞马尾松林＞混交林。（2）置换凋落物对不同演替阶段的森林地表 CO2通量的影响不同,在演替后期的季风林中,置换混交林和马尾松林凋落物处理均增加地表CO2通量;在演替中期的混交林中,置换季风林和马尾松林凋落物均降低地表CO2通量。在演替前期的马尾松林中,置换季风林凋落物增加地表CO2通量,而置换混交林凋落物降低了地表CO2通量（3）结合测定的土壤温度和水分数据分析得出,凋落物处理引起森林地表 CO2通量的变化是通过处理凋落物质量和数量后改变森林地表水热条件来实现的。（4）3个林型的各种处理,地表 CO2通量与土壤温度均呈显著的指数相关关系,但不同处理不同地改变了森林地表土壤 CO2通量对温度的敏感性,即Q10值。     

苏南丘陵区主要林分类型土壤抗蚀性分析

以苏南丘陵区杉木、马尾松、麻栎、毛竹等4种林分土壤为研究对象,研究了该区域内不同林分类型土壤的抗蚀性。结果表明：不同林地土壤的抗蚀指数、抗冲指数、抗剪强度均表现出明显的规律性,即随着土壤深度的增加,呈减小的趋势;对不同林地土壤的抗蚀指数（S）随浸水时间（t）的变化过程进行拟合,发现本研究区内土壤的抗蚀指数与浸水时间呈二次多项式函数关系,其通式为S=at2＋bt＋c;选取土壤理化性质、土壤团聚体特征、抗冲、抗剪等17个指标,以主成分分析为基础,筛选出了土壤抗蚀性的最佳评价指标体系;计算各林地土壤的抗蚀性综合指数,得出各林地土壤抗蚀性由强到弱依次为：毛竹（1.33）,杉木（0.35）,麻栎（-0.75）,马尾松（-0.89）。     

土壤温度上升与森林衰退

土壤温度上升可能会引起土壤产生过量的ＨＮＯ３，而过量的ＨＮＯ３在酸性土壤中将导致Ａｌ（３＋）浓度的升高和盐基阳离子的流失，使养分失调，细根坏死。土壤温度上升还可能会改变土壤有机质动力学、土壤水文学和土壤物理学，从而改变森林生境特征，影响森林的正常生长。     

铝胁迫下马尾松幼苗有机酸分泌和根际pH值的变化

以马尾松幼苗为试验材料,选用砂培法研究铝胁迫对马尾松根际pH值、有机酸分泌以及植株中铝累积变化的影响。结果表明,高浓度铝导致根际pH值增加,当铝浓度高于300μmol.L-1时,根际pH值则趋于平稳。在测试的5种有机酸(草酸、苹果酸、柠檬酸、琥珀酸、乙酸)中,当铝浓度由0升至300μmol.L-1时,草酸和苹果酸根系分泌量随之升高,与根际pH值呈正相关关系;而当铝浓度高于300μmol.L-1时,草酸和苹果酸分泌量则趋于平稳,草酸和苹果酸的分泌影响根际pH值的变化。其次,活性铝通过根系进入植株后,由于营养作用和运输机制,出现分布差异,根部铝积累量明显高于茎和叶。当根系接触的铝浓度低于300μmol.L-1时,植株铝积累量与根际pH值,以及草酸、苹果酸分泌量呈显著正相关。     

Konzentrationen von Schwermetallen in Bodenlösungen aus bayerischen Wäldern

Goal and Methods

During two years, soil solution samples were collected at 18 forest sites with low anthropogenic heavy metal loads in Bavaria using ceramic suction cups. The collected samples were analysed for pH, conductivity, dissolved organic compounds, and the trace elements Al, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Ba, and Pb.

Results

In addition to initial interference effects caused by the installation of suctions cups, time series were characterised by seasonal variations. The results obtained for the replicated suction cups were comparable for every individual area with standard deviations of 20 to 25 percent. With increasing soil depth, the pH of the soil solution increases specifically at those sites (up to 2.5 pH units) where the topsoils have been acidified. On the other hand, concentrations of all trace elements investigated — excepted of Al and Mn — are not influenced by the soil depth. The forest stand has no significant additional effect on trace element concentrations. Contents of Al, Mn, and Zn are correlated with low pH-values in the soil solution, whereas the mobilisation of Ba is mainly caused by ion exchange. Complexes of trace elements and dissolved organic matter were only detected for Cu at one site. Element concentrations in the soil solution are not significantly influenced by the contents of aqua regia soluble portions in the soil matter. Only very high qua soluble portions increase the concentrations in the soil solution. The overall heavy metal concentrations determined in soil solutions are low compared with different limiting and threshold values, respectively.

Conclusions

Trace element concentrations in soil solutions are mainly influenced by the soil properties themselves. The contribution of the forest stand is negligible. Therefore, from the ecotoxicologic point of view, the risk of leaching heavy metals contaminating the groundwater is not significant for the investigated forest sites and without any respect to silviculture practices.     

土壤中金属的生物可给性及其动态变化的研究

土壤中金属的生物可给性常应用于人体健康风险评价,如能准确地判定土壤中金属在胃肠阶段不同时间的溶出动态,研究者就可以更好地分析其对人体的健康风险。本文采集5种不同地区的重金属污染的土壤,利用改进的PBET方法,分别在胃阶段的20、40、60、80 min以及小肠阶段的1、2、3、4、5 h时取样并分析,探究土壤中8种金属元素（As、Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb）的生物可给性和溶出动态,探讨造成金属溶出动态变化的影响因素,对其溶出机理进行初步探究。研究结果表明,Fe、Al的生物可给性较低,并且在胃肠阶段差异较小。与胃阶段相比,土壤中Pb、Cd的生物可给性在小肠阶段明显降低,而As、Mn、Cr、Ni的生物可给性在小肠阶段均升高。升幅最大的两个元素是Ni、Cr,其小肠阶段的平均生物可给性分别升高61.4%、29.9%。在溶出量随时间变化方面,在胃阶段,假定1 h时溶出率为100%。20 min时,土壤中Fe、Ni的平均溶出率较低,分别为59.3%、56.8%,其他6种金属元素的平均溶出率在71.2%~79.5%。As、Cd、Pb的溶出速率是先快后慢,Cr和Ni的溶出速率是先慢后快,而Fe、Mn、Al的溶出速率基本保持不变。在小肠阶段,假定4 h时溶出率为100%。Al、As、Cd、Mn的溶出率基本不变。1 h时,土壤中Cr（土壤A除外）、Ni的平均溶出率最低,分别为31.5%、32.7%,而5 h时,Fe、Cr、Ni的溶出率还在升高。由此可见,土壤中不同金属元素的生物可给性以及溶出动态是有明显差异的。     

Element mobility and partitioning along a soil acidity gradient in central Ontario forests, Canada

The potential environmental risk posed by metals in forest soils is typically evaluated by modeling metal mobility using soil-solution partitioning coefficients (K(d)), although such information is generally restricted to a few well-studied metals. Soil-solution partitioning coefficients were determined for 17 mineral elements (Al, As, Be, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Ga, K, Li, Mg, Rb, Sr, Tl, U and V) in A-horizon (0-5 cm) soil at 46 forested sites that border the Precambrian Shield in central Ontario, where soil pH(aq) varied from 3.9 to 8.1. Sites were dominated by mature sugar maple (Acer saccharum Marsh.), white birch (Betula papyrifera Marsh.), balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.) or white pine (Pinus strobus L.). Log K(d) values for all elements could be predicted by empirical linear regression with soil pH (r (2) = 0.17-0.77) independent of forest type, although this relationship was greatly affected by positive relationships between acid-extractable metal concentration and pH(aq) for 13 of the 17 elements. Elements that exhibited strong or moderate (r (2)> 0.29; p < 0.001) relationships with soil pH(aq) in soil water extracts include Al, Ba, Fe, Ga, K, Li, Rb, Tl, V (negative) and Ca (positive). Elemental partitioning in mineral soil was independent of forest type; tree species differed in their response to chemical differences in mineral soil. For example, Rb, Ba, and Sr concentrations in foliage of sugar maple and white birch significantly increased with increasing soil acidity, whereas Rb, Ba, and Sr concentrations in balsam fir and white pine foliage exhibited no response to soil pH(aq). While K(d) values can provide useful information on the potential mobility and bioavailability of mineral elements in forest soils, care must be used when interpreting the relative contribution of solid and aqueous phases to this relationship and the differing responses of vegetation in elemental cycling in forests must also be considered.     

Elemental composition of Sal forest soils around Chhotanagpur Plateau,India

In recent decades, the Sal-dominated tropical deciduous forests (TDFs) were experiencing loss of regeneration due to lack of seed germination of native species. To understand this ecological problem, the present study dealt with the spatial and temporal variations in biogeochemical parameters of Sal forest soils. Twenty soil samples were collected from four TDF sites in the Chota Nagpur Plateau, India. The inventories of tree species in three life-cycle stages (seedling, sapling and adult) were carried out in four sites. Site-I (290?stems?ha^?1) showed occurrence of only one species (Shorea robusta) without seedling and sapling. The pH of forest soils was acidic to slightly acidic in nature. Seasonal variations in C/N ratio showed rapid mineralization of organic matter in the rainy season. ANOVA revealed that the degree of seasonal variation caused significant difference in pH, soil organic carbon, soil organic matter, total carbon, Al, Fe, Ca, Mg, Mn and P across four sites. The strong correlation of P with pH, Al, Fe, Mg and Mn indicated highly oxidised and exchangeable nature of dry forest soils. Factor analysis of soil parameters revealed that the different combinations of edaphic conditions in different seasons were important in the distribution of the dry tropical forests communities in Chota Nagpur Plateau.