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(huán)境問題，世界許多國家都在密切關注著它的發(fā)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(tài)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(qū)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(xù)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(wěn)定。

2.3 顯色時間與穩(wěn)定性 顯色時間少于20min，吸收值偏低，顯色不完全，30min后基本穩(wěn)定。試劑空白及絡合物穩(wěn)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(tài)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(yè)及園林業(yè)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(fā)合，王淑蘭，等.中國酸雨研究現狀[J].環(huán)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(tài)科學學報，2015，2（4）：14-21.