中国环境科学
CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE
1998年 第18卷 第1期 No.1 Vol.18 1998
科技期刊

松树近旁土壤酸化的二维特征*
黄连芬　翁建华　刘晓茹　傅朝阳　(中国水利水电科学研究院，北京100044)
佐藤一男　(日本电力中央研究所，东京201)
文　摘　采用土壤酸中和能力的一种新定义方法：土壤水的pH值降低到4.7时100g土壤消耗的H+量，研究了土壤断面的酸化特征。选择了南方的红壤和北方的褐壤，详细研究了松树近旁土壤pH、酸中和能力、以及对SO2-４吸附等断面的二维分布特征。结果表明，松树近旁土壤的pH、酸中和能力、SO2-４吸附能力在水平层变化不明显， 在垂直深度方向逐渐变大，表层小于下层。从土壤断面ANC的特征揭示出我国南北方土壤表层均受不同程度的酸化。
关键词　土壤酸化　酸中和能力　pH值 

The characteristics of the acidification of soils around the pine tree.Huang Lianfen，Weng Jianhua，Liu Xiaoru，Fu Chaoyang(China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100044)；Kazuo Sato（Center Research Institute of Electric Power Industry, Tokyo 201).China Environmental Science.1998，18(1):60～63
Abstract―The characteristics of distribution of 2-dimensional profile of pH, ANC, SO2-４ absorption of soils around the Pine tree were researched at detail in Red soil of southern and Drab soil of northern, respectively. The results showed that the change of them is not obviously at the horizontal direction, is getting higher with depth of soil from tree stem. It suggests that surface soils were acidified in varying degrees.
Key words:acidification of soil　acid-neutralizing capacity　pH value

　　土壤酸化主要指土壤中H+增加、pH下降、盐基消耗、铝等有害元素的活化。土壤酸化是一个由多种因素造成的复杂过程。一般是从它对酸的敏感性或土壤酸容量角度来反映土壤的酸化。80年代McFee〔1〕提出的土壤对酸敏感性的判据方法引起人们的兴趣并得到广泛的引用。在国内研究的不多，主要有周修萍〔2〕、王敬华〔3〕等分别采取McFee方法和酸缓冲曲线法研究了华南三省表层土壤对酸的敏感性。然而McFee的标准体系由于没有考虑盐基饱和度和硫酸根吸附量而受到批评〔2〕。佐藤〔4〕的土壤酸中和能力（ANC）模型修正了这些不足，它包括了土壤中可交换碱性阳离子和碳酸盐的溶解以及对SO2-４的吸附等两个部分。所选择的pH4.7的实验条件是考虑土壤吸附的铝离子不被交换出来，以保护植被生长的正常生态环境。所以它是当前研究土壤酸中和能力中比较周全的模型。
　　本文与佐藤合作，采用一个新的土壤酸中和能力模型，在调查了我国表层土壤ANC〔5〕的基础上，详细地研究了松树近旁断面的土壤酸化状况。作出了土壤pH、酸中和能力、以及对SO2-４的吸附能力等二维分布图，展示了松树近旁土壤酸化的特征。通过文献检索，国内未见有报道，这对于研究我国森林立地生态环境有重要的科学和实际意义。
1　实验方法
1.1　调查地点概况
　　分别在南方酸雨区和北方非酸雨区各选一个调查点。要求所选点具有30年以上未开垦的森林土壤、树种为我国常见的松树。其一点位于福建湖山，东径111.5°、北纬26.5°、标高410 m，土壤为花岗岩母质红壤。另一点位于河北省雾

灵山，东径116.8°、北纬40.4°、标高约500 m，土壤为淋溶褐壤，母质为安山质凝灰岩坡积物。
1.2　采样方法
　　选一棵30年以上树龄的健康松树。以该树干为0点，在它的下流坡方向开挖一个可供采样的垂直平整的、略大于90 cm深和150 cm宽的断面，以便在水平方向0、30、60、90、120、150 cm，垂直方向0、10、30、50、70、90 cm的交点位置，如图1中36个黑圆点的位置，分别采集36个土壤样品。

图1　松树近旁土壤断面采样位置
Fig.1　The sampling sites of profile
1.3　分析方法
　　土壤pH（H2O）的测定：10g土样溶于0.025L水中，测定其溶液的pH值。
　　ANCc的测定：称取两份重各1g的土样分别加pH为4.7的醋酸-醋酸铵缓冲溶液和去离子水，震荡24h，然后分别测定其滤液中的Ca、Mg、K、Na，计算各个对应离子浓度的差值，将其加和即为ANCc。
　　ANCa的测定：1g土样在1.56×10-3mol/L K2SO4溶液中震荡24h，将溶液的pH调至4.7，测定其SO42-，计算出土壤对SO42-的吸附量，即为ANCa。
2　结果与讨论
2.1　松树近旁土壤pH的断面二维分布
　　本文测定的pH（H2O）值反映的是土壤中游离酸的H+浓度。根据断面上36个土壤样品pH值分析结果，绘出它的二维等值线图。图2，图3分别是湖山和雾灵山松树近旁土壤pH（H2O）的断面二维分布等值线图。

图2　湖山土壤pH断面二维分布
Fig.2　The distribution of pH in Hushan

图3　雾灵山土壤pH断面分布
Fig.3　The distribution of pH in Wuling
　　从图2，图3的pH等值线清楚地看出松树近旁土壤pH值的变化特征：在垂直深度方向从表层往深层pH值逐渐变大，变化速率在0～60cm的浅层处比较大，60～90cm的深层处比较小。湖山是红壤，土壤的pH值比较低，在A0表层为3.67～4.19，在90cm深处为5.05～5.29，两层相差约1 pH单位。雾灵山是淋溶褐壤，土壤的pH值比较高，在A0层为6.04～6.49，在90cm处为6.79～7.30，二层相差约0.8 pH单位。这说明松树近旁表层土壤比深层更酸。其酸化的原因是多种因素的复杂过程。例如，土壤的硝化作用。植物残体和有机质在土壤中被异养微生物分解产生了NH+４，而后又被氧化成NH-４。或者森林枯枝落叶层进行弱酸性分解，产生有机酸，通过降水淋溶至土壤。更重要的原因是酸雨对土壤酸化影响。湖山地区酸雨的pH值为4.1～5.8，年降雨量1200mm，酸雨中H+的年沉降量为16.9 mg/m2*a，非常可观。
2.2　松树近旁土壤酸中和能力的断面二维分布
　　本文中的土壤酸中和能力（ANC）定义为〔4〕：土壤水的pH值降低到4.7时100g土壤消耗的H+量，单位为meq/100g。这里既考虑了阳离子又考虑了阴离子，为两部分之和。土壤中可交换碱性盐基Ca、Mg、K、Na离子和碳酸盐，以ANCc表示。土壤对SO42-吸附的量，以ANCa表示。这使土壤对SO42-吸附的孤立研究与整个土壤酸中和能力有了定量的关系。数学表达式为：
ANC=ANCc+ANCa（1）
　　由湖山和雾灵山松树近旁土壤酸中和能力的断面二维分布监测结果绘成了图4，图5。

图4　湖山土壤ANC的分布（meq/100g)
Fig.4 The distribution of ANC in Hushan 

图5　雾灵山土壤ANC的分布（meq/100g)
Fig.5　The distribution of ANC in Wuling 
　　湖山和雾灵山两个采样点，属两种不同的土壤。从图中看出在水平方向，松树近旁土壤的酸中和能力变化不很明显。但在断面的垂直向下方向都有所变化。湖山ANC从0.22～0.80增加到1.3～2.1，雾灵山ANC从11.0～13.3增加到27.6～33.8。有相同的变化规律：断面土壤的酸中和能力随深度增加而增加。或者说表层土壤的酸中和能力比底层有所减弱，这说明表层土壤有了不同程度的酸化。这与上述土壤pH断面二维分布的实验结果相一致。此外，从酸中和能力还说明北方非酸雨区土壤的酸中和容量很大。
2.3　松树近旁土壤对SO42-的吸附
　　土壤对阴离子SO42-的吸附能力也是影响土壤酸化的重要因素之一。土壤对SO42-的吸附机理一般认为是土壤颗粒的物理吸附，而在本文pH为4.7实验条件下的机理是：pH4.7时土壤中铝主要以氢氧化铝形态存在并吸附在土壤颗粒上，SO42-可置换出其中的OH-，然后它中和消耗土壤中的H+。反应式如下：

　　因此，土壤对SO42-的吸附能力就是消耗土壤H+的能力。
　　从实验结果得出雾灵山褐土对SO42-的吸附能力很小，断面上有些点的值甚至为零。它对整个土壤酸中和能力贡献很小，占很不重要的地位。
　　红壤则不同，湖山红壤对SO42-的吸附能力比较强，特别是由于红壤的ANCc比较小，因此对SO42-的吸附能力在整个酸中和能力中占有重要的地位。从图6中还可以看出红壤对SO42-的吸附能力随深度而变大，下层高于表层。红壤对SO42-强的吸附能力可能归因于湖山红壤风化程度比较高，土壤中高岭石等次生黏土矿物与铁铝氧化物含量比较高，以至于吸附SO42-的能力比较强。

图6　湖山土壤对SO2-４的吸附（meq/100g)
Fig.6　The distribution of SO2-４ absorption in Hushan 
3　小结
3.1　松树近旁土壤的pH、酸中和能力的断面二维分布特征为：水平方向变化不明显，随垂直深度而变大，表层小于下层。
3.2　南方湖山红壤对SO2-４有强的吸附能力。它的吸附能力也是随垂直向下方向而增强。表层低于下层。南方红壤对SO2-４的吸附能力大于北方雾灵山的褐壤。
3.3　从南方湖山的红壤和北方雾灵山的褐壤可看出，松树近旁表层土壤已有不同程度的酸化。
参考文献
1　McFee W W.Sensitivity ratings of Soil to acid deposition：a review.Environ.Exp.Bot.1983，23(3)：203～210
2　周修萍，秦文娟.环境科学学报，1992，12 （1）：78～83
3　王敬华，张效年，于天仁.土壤学报，1994，31（4）：348～354
4　佐藤一男，大岸弘.环境科学会志，1990，3（1）：37～48
5　翁建华，黄连芬，刘晓茹等.中国表层土壤的酸中和能力.见：日本电力中央研究所国际讨论会论文集. 东京：电中研出版社,1996. 154～158
作者简介
黄连芬　女，1941年10月生。1966年毕业于北京大学化学系。现为中国水利水电科学研究院高级工程师、室主任。自80年代初起一直从事环境化学研究。近年主持了国家“八五”科技攻关子课题“我国中东部酸雨时空分布规律研究”，参加国家自然科学基金和中日酸沉降合作研究等项目。曾获省部级二、三等科技进步奖共4次，发表论文10多篇。
致谢：墨宏山工程师协助作数据二维分布图的计算机处理，特此致谢。
收稿日期：1997-05-13
4*中日合作项目
