南方酸性森林土壤中铝活化过程参数化模型的建立与验证.doc

第３０ 卷　 第６ 期 ２０１１ 年 　 ６ 月  环　 境　 化　 学 ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ  Ｊｕｎｅ ２０１１  Ｖｏｌ． ３０，Ｎｏ． ６  １ ２ １ １ １ １ （１． 中国农业大学资源与环境学院，北京，１００１９３；　 ２． 中国科学院生态环境研究中心，北京，１０００８５） 摘　 要　 基于模拟实验和原位观测，建立了适合我国南方酸性土壤的铝活化参数化模型． 模拟实验发现，尽管 Ａｌ３ ＋ 的活度随着浸提液 值（ｐＨ ｗ）的下降而显著增加（ｐＡｌ ＝ １． ２０ｐＨ ｗ － ０． ３０），但同时受到土壤 值（ｐＨ ｓ） 的显著影响（ ＜ ０． ０１）为反映土壤酸化程度（ｐＨ ｓ）对铝活化过程的影响，假设三水铝石的Ｋ ｓｐ随土壤 值 的降低而升高，并在此基础上将土壤 值（ｐＨ ｓ）引入传统三水铝石溶解模型（ｐＡｌ ＝ ３ｐＨ ｗ ＋ ｐＫ ｓｐ），建立土壤 铝活化过程的参数化模型模拟实验中三水铝石 ｓｐ偏离无定型三水铝石 ｓｐ（＝ － １０． ８０）的程度（即 ｓｐ偏 离度）与土壤 值的关系为： ＝ － １． ９２ｐＨ ｓ ＋ １０． ８０． 由此推导出铝活化参数化模型为：ｐＡｌ ＝ ３ｐＨ ｗ － １ ９２ｐＨ ｓ ． 利原观结验后现参化型算果与原位观测结果吻合良，说明该模型可以在 南方其它酸性土壤中应用． 关键词　 参数化模型，土壤铝活化，土壤酸化，酸沉降． 由于大气酸沉降的持续和农业氮肥使用量的增加，土壤酸化已经成为我国突出的环境问题之一． 铝 ＋ １ ３ 率和生态环境影响的关键环节． 目前国内土壤铝活化相关工作多为局地的实验模拟或原位观测且侧重 ４ ７ ３＋ 水的ｐＨ 等特性而变化． 另一些研究基于特定土壤化学过程引入土壤铝库并建立土壤参数模型，但由于 ７ １２ 铝活化模型的区域适用性是当前研究的主要难点之一． 本文尝试结合模拟实验和原位观测建立可广泛应用于我国热带亚热带酸性土壤的铝活化参数化 模型，以期为在区域尺度上评估和预测土壤酸化的生态环境影响提供理论基础和技术支持．  １　 材料与方法 １． １　 模拟实验 模拟实验中包括４０ 个森林土壤（黄壤或红壤），分别采自广东（湛江、惠州、韶关、鼎湖山、白云山）、 福建（福州、邵武、龙岩）、江西（赣州、南昌）和湖南（株洲、浏阳、衡山、郴州）地区． 每一地点根据发生层 采集不同层位的土壤，带回实验室后风干并通过ｍｍ 分样筛土壤 值（ｐＨ ｓ）采用复合 电极法测 定，水土质量比为 称取风干土壤 ０ ｇ 放入 ｍＬ 三角瓶，加入 ｍＬ ｐＨ ４． ０ 的２ ＳＯ４ ＨＮＯ３混 合溶液（４１），振荡３０ ｍｉｎ 后静置１ ｈ，倾倒出８０ ｍＬ 上清液． 补充酸溶液８０ ｍＬ 并重复上述振荡静置 倾倒过程１ 次后重新加入酸溶液８０ ｍＬ，４８ ｈ 内每隔２ ｈ 振荡３０ ｍｉｎ． 振荡完成后静置１ ｈ，将上清液离 －１ ｗ ２－ － － － ２＋ ２＋ ＋ ＋ ＋ ４ ３ ４ ａ ｉ ｏ １３  　 　 　  ２０１０ 年 月日收稿 国重基研计（９７３）项（２００５ＣＢ４２２２０６）；国自科基项资． 通讯联系人，Ｔｅｌ ０１０Ｅｍａｉｌ：ｇｕｏｊｉｎｇｈｅｎｇ＠ ｃａｕ． ｅｄｕ． ｃｎ 　 ６  期  钱诚等：南方酸性森林土壤中铝活化过程参数化模型的建立与验证  　 １１３７  １． ２　 原位观测 原位观测数据来源于华南和西南６ 个森林小流域的长期监测． 包括重庆铁山坪（ＴＳＰ）、广东流溪河 （ＬＸＨ）以及贵州鹿冲关（ＬＣＧ）和雷公山（ＬＧＳ）（２０００—２００４）；浙江梅家坞（ＭＪＷ）和湖南岳麓山（ＹＬＳ） ２－ ２＋ ＋ ４