模擬酸雨對土壤釋放鋁離子的影響

萬俊麗 周小蘋 孫偉

摘 要：該研究用不同pH的溶液模擬酸雨淋洗土壤，不同時間同一pH的溶液模擬酸雨交換出鋁離子，再用鋁離子在醋酸-醋酸鈉緩沖介質中與鉻天青-S（CAS）及溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）反應生成藍色三元鉻合物在610nm處測其吸光度。結果表明：溶液的pH影響土壤淋洗液中的鋁含量，隨著酸雨pH的降低，淋出液中鋁含量增加；同一pH溶液的淋浴時間越長，淋出液中鋁離子濃度增大。酸雨使土壤的溶出鋁量增加，從而危害植物的生長。

關鍵詞：鋁；土壤；鉻天青-S；分光光度法

中圖分類號 S157.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）13-0028-03

酸雨是當代全球性的重大環境問題，世界許多國家都在密切關注著它的發展[1]。鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素之一。廣泛存在于鋁硅酸鹽中[2]。鋁離子對植物的毒害是酸性土壤上限制作物生產最重要的因素之一，嚴重影響土壤的作物生產。可溶性鋁化合物對大多數植物都是有毒的，酸性土壤的水分溶解的鋁化合物使一般作物難以正常生長，通常當溶解的鋁濃度達到10～20mg/kg以上時[3]，植物就會出現鋁毒癥兆。為此，本文采用動態淋洗實驗，研究了不同酸度的模擬酸雨對土壤中鋁離子釋放的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗原理 分光度法測定鋁的顯色劑選鉻天青-S（簡寫CAS），是一種酸性染料。鋁離子和鉻天青-S在弱酸性溶液中生成紅色的二元絡合物，最大吸收波長為545nm，摩爾吸收系數k=4×104Lmol/cm[4]。鋁離子與鉻天青-S反應時，若加入含有長碳鏈的有機表面活性劑，如溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB），則可以形成三元絡合物，其最大吸收波長向長波方向移動（紅移），摩爾吸收系數增大2～3倍，測定靈敏度顯著提高[5]。本實驗通過繪制絡合物Al-CAS-CTMAB三元絡合物的標準曲線，并計算其線性回歸方程，從而進行鋁含量的測定。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器 砂心漏斗（60mL），S-22型分光光度計（上海棱光技術有限公司），電子分析天平（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2.2 試劑 （1）根據我國酸雨區酸雨成分[6]，用0.8mol/L H2SO4和0.1mol/LHNO3溶液按SO42-和NO3-的摩爾比為8∶1配成混合酸溶液，再用蒸餾水分別配成pH2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5的模擬酸雨溶液，用蒸餾水作對照。（2）1mol/L鋁標準儲備液：準確稱取8.784 8gKAl（SO4）2·12H2O（分析純），用蒸餾水溶解以后，定容于500mL容量瓶中。（3）1.0μg/mL鋁標準使用液：由鋁標準儲備液逐級稀釋而成。（4）1%（V/V）硫酸溶液。（5）2.0g/L CTMAB：準確稱取1.000 0g溴化十六烷基銨（CTMAB），蒸餾水溶解并定容至500mL容量瓶中。（6）10g/L抗壞血酸溶液：準確稱取5.000g抗壞血酸，蒸餾水溶解并定溶至500mL容量瓶中。（7）0.5g/L鉻天青-S溶液：準確稱取0.2500g鉻天青-S，蒸餾水溶解并定容至500mL容量瓶中。（8）醋酸-醋酸鈉緩沖溶液（pH=6.00～7.00）：準確稱取34gNaAc·3H2O溶于450mL水，加2.6mL冰醋酸，蒸餾水稀釋定容于500mL容量瓶[7]。

1.3 樣品選擇及預處理 淋溶試驗所用土壤取于信陽農林學院草坪內土壤。經過風干之后，再碾碎，最后用孔徑2mm分樣篩篩取。稱取處理后的土樣30.00g粒徑2mm土樣，一共稱取8份，備用。

1.4 測定方法

1.4.1 絡合物的最大吸收波長 在S-22型分光光度計上，用1cm比色皿在580～640nm波長范圍內每間隔10nm掃描一次三元絡合物的吸光度，最大吸收波長在610nm處，其結果見圖1。

1.4.2 標準曲線的繪制 吸取0.0mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL2μg/mL的鋁標準使用液，分別置于25mL比色管中，依次加入1mL1%的硫酸溶液，5mL醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，1mL10g/L的抗壞血酸溶液，然后用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。室溫放置30min后，用1cm的比色皿，以試劑空白做參比[7]，在610nm波長處測定其吸光度，然后繪制標準曲線，如圖2所示。由圖2可知，回歸方程為：A=0.00671+0.292794C，相關系數R=0.998 16，鋁含量在0.02～0.2μg/mL范圍內與吸光度值呈良好的線性關系。

1.4.3 土壤淋洗試驗 將稱取好的8份土樣分別置于8只砂心漏斗中，形成約30cm高土柱。砂心漏斗上端分別用pH2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5以及蒸餾水參比液淋溶，淋容量皆為200mL，依次編號為1、2、3、4、5、6、7、8；漏斗下端用8只250mL錐形瓶收集淋出液，淋溶持續時間約50min，淋溶量約160mL，待測。再從8份待測液中分別取出100mL，按上述淋溶試驗步驟進行二次淋溶，淋溶時間約為28min，淋出液約90mL，編號為12、22、32、42、52、62、72、82待測。

1.4.4 淋出液的測定 準確量取3mL淋出液于25mL比色管中（第一次淋溶出的和第二次淋溶的分為兩組），按標準曲線繪制時所用方法依次加入各種試劑，兩組分別以8和82號蒸餾水淋出液作參比，測定吸光度，把測得的各吸光度代入回歸方程，計算出淋出液中鋁的含量。

2 結果與分析

2.1 樣品測定結果 從表3可以看出，土壤中鋁離子的含量隨著溶液pH值的降低而增加，當溶液pH為2.5時，淋出液中鋁的含量達到最大，為0.102 1mg/mL。從表4可以看出，當以上淋出液進行二次淋溶試驗之后（即相當于在同一pH值下加長了淋溶時間），二次淋出液中鋁的含量也會相應地增加。

2.2 酸度的影響 在6支25mL比色管中，各加入2.00mL鋁標準使用液，再分別加入5mLpH值分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、6.5、7.0的緩沖溶液，再按樣品測定步驟進行，結果表明：在pH=6.5的緩沖溶液中，三元絡合物的吸光度最大，顯色最穩定。

2.3 顯色時間與穩定性 顯色時間少于20min，吸收值偏低，顯色不完全，30min后基本穩定。試劑空白及絡合物穩定至少12h以上，故選擇30min后測定。

3 結論與討論

酸雨可導致土壤酸化。我國南方土壤本來多呈酸性，再經酸雨沖刷，加速了酸化進程；我國北方土壤呈堿性，對酸雨有較強r 緩沖能力。土壤中含有大量鋁的氫氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態鋁化合物[8]。植物長期和過量地吸收鋁，會引起中毒甚至死亡，因此，本實驗中土壤中溶出鋁含量的測定方法對農業及園林業都具有積極的意義。本試驗中的方法測定鋁含量靈敏、快捷，儀器簡單，且選擇性準確度好，特別是在pH6.5的條件下，鋁離子Al3+與溴化十六烷基三甲基銨（CTMAB）的絡合能力也顯著增強。

酸性土壤上鋁毒對植物影響是一個世界性的問題，要真正弄清鋁對植物的作用機理，還須在研究方法上多下功夫。

參考文獻

[1]張新民，柴發合，王淑蘭，等.中國酸雨研究現狀[J].環境科學研究，2010，23（5）：527-532.

[2]王建蕊，張杰，李瓊瓊，等.鋁質巖制備礦物聚合物材料的實驗研究[J].硅酸鹽通報，2014，33（9）：2212-2216.

[3]汪吉東，高秀美，陳丹艷，等.不同pH降雨淋溶對原狀水稻土土壤酸化的影響[J].水土保持學報，2009，23（4）：118-122.

[4]孫偉，梁光遠，吳曉輝，等.膨化食品中鋁含量的測定與研究[J].杭州師范大學學報（自然科學版），2014，13（1）：60-62.

[5]開小明，方皓文，郝施玲，等.鉻天青S光度法測定塑料薄膜鍍鋁厚度[J].冶金分析，2013，33（8）：49-51.

[6]石春娥，鄧學良，楊元建，等.1992—2013年安徽省酸雨變化特征及成因分析[J].南京大學學報（自然科學版），2015，51（3）：07-11.

[7]孫偉，殷東林，葉兆偉，等.食品中鋁含量測定方法的改進與研究[J].中國食品添加劑，2013（5）：219-222.

[8]裴新梅，許中堅.酸鋁與鉛復合污染對大豆幼苗生長的影響[J].湖南生態科學學報，2015，2（4）：14-21.