模拟酸雨对土壤释放铝离子的影响

摘 要：该研究用不同pH的溶液模拟酸雨淋洗土壤，不同时间同一pH的溶液模拟酸雨交换出铝离子，再用铝离子在醋酸-醋酸钠缓冲介质中与铬天青-S（CAS）及溴化十六烷基三甲基铵（CTMAB）反应生成蓝色三元铬合物在610nm处测其吸光度。结果表明：溶液的pH影响土壤淋洗液中的铝含量，随着酸雨pH的降低，淋出液中铝含量增加；同一pH溶液的淋浴时间越长，淋出液中铝离子浓度增大。酸雨使土壤的溶出铝量增加，从而危害植物的生长。

关键词：铝；土壤；铬天青-S；分光光度法

中图分类号 S157.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）13-0028-03

酸雨是当代全球性的重大环境问题，世界许多国家都在密切关注着它的发展[1]。铝是地壳中含量最丰富的金属元素之一。广泛存在于铝硅酸盐中[2]。铝离子对植物的毒害是酸性土壤上限制作物生产最重要的因素之一，严重影响土壤的作物生产。可溶性铝化合物对大多数植物都是有毒的，酸性土壤的水分溶解的铝化合物使一般作物难以正常生长，通常当溶解的铝浓度达到10～20mg/kg以上时[3]，植物就会出现铝毒症兆。为此，本文采用动态淋洗实验，研究了不同酸度的模拟酸雨对土壤中铝离子释放的影响。

1 材料与方法

1.1 实验原理 分光度法测定铝的显色剂选铬天青-S（简写CAS），是一种酸性染料。铝离子和铬天青-S在弱酸性溶液中生成红色的二元络合物，最大吸收波长为545nm，摩尔吸收系数k=4×104Lmol/cm[4]。铝离子与铬天青-S反应时，若加入含有长碳链的有机表面活性剂，如溴化十六烷基三甲基铵（CTMAB），则可以形成三元络合物，其最大吸收波长向长波方向移动（红移），摩尔吸收系数增大2～3倍，测定灵敏度显著提高[5]。本实验通过绘制络合物Al-CAS-CTMAB三元络合物的标准曲线，并计算其线性回归方程，从而进行铝含量的测定。

1.2 仪器与试剂

1.2.1 仪器 砂心漏斗（60mL），S-22型分光光度计（上海棱光技术有限公司），电子分析天平（上海精密科学仪器有限公司）。

1.2.2 试剂 （1）根据我国酸雨区酸雨成分[6]，用0.8mol/L H2SO4和0.1mol/LHNO3溶液按SO42-和NO3-的摩尔比为8∶1配成混合酸溶液，再用蒸馏水分别配成pH2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5的模拟酸雨溶液，用蒸馏水作对照。（2）1mol/L铝标准储备液：准确称取8.784 8gKAl（SO4）2・12H2O（分析纯），用蒸馏水溶解以后，定容于500mL容量瓶中。（3）1.0μg/mL铝标准使用液：由铝标准储备液逐级稀释而成。（4）1%（V/V）硫酸溶液。（5）2.0g/L CTMAB：准确称取1.000 0g溴化十六烷基铵（CTMAB），蒸馏水溶解并定容至500mL容量瓶中。（6）10g/L抗坏血酸溶液：准确称取5.000g抗坏血酸，蒸馏水溶解并定溶至500mL容量瓶中。（7）0.5g/L铬天青-S溶液：准确称取0.2500g铬天青-S，蒸馏水溶解并定容至500mL容量瓶中。（8）醋酸-醋酸钠缓冲溶液（pH=6.00～7.00）：准确称取34gNaAc・3H2O溶于450mL水，加2.6mL冰醋酸，蒸馏水稀释定容于500mL容量瓶[7]。

1.3 样品选择及预处理 淋溶试验所用土壤取于信阳农林学院草坪内土壤。经过风干之后，再碾碎，最后用孔径2mm分样筛筛取。称取处理后的土样30.00g粒径2mm土样，一共称取8份，备用。

1.4 测定方法

1.4.1 络合物的最大吸收波长 在S-22型分光光度计上，用1cm比色皿在580～640nm波长范围内每间隔10nm扫描一次三元络合物的吸光度，最大吸收波长在610nm处，其结果见图1。

1.4.2 标准曲线的绘制 吸取0.0mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL2μg/mL的铝标准使用液，分别置于25mL比色管中，依次加入1mL1%的硫酸溶液，5mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液，1mL10g/L的抗坏血酸溶液，然后用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。室温放置30min后，用1cm的比色皿，以试剂空白做参比[7]，在610nm波长处测定其吸光度，然后绘制标准曲线，如图2所示。由图2可知，回归方程为：A=0.00671+0.292794C，相关系数R=0.998 16，铝含量在0.02～0.2μg/mL范围内与吸光度值呈良好的线性关系。

1.4.3 土壤淋洗试验 将称取好的8份土样分别置于8只砂心漏斗中，形成约30cm高土柱。砂心漏斗上端分别用pH2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5以及蒸馏水参比液淋溶，淋容量皆为200mL，依次编号为1、2、3、4、5、6、7、8；漏斗下端用8只250mL锥形瓶收集淋出液，淋溶持续时间约50min，淋溶量约160mL，待测。再从8份待测液中分别取出100mL，按上述淋溶试验步骤进行二次淋溶，淋溶时间约为28min，淋出液约90mL，编号为12、22、32、42、52、62、72、82待测。

1.4.4 淋出液的测定 准确量取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为两组），按标准曲线绘制时所用方法依次加入各种试剂，两组分别以8和82号蒸馏水淋出液作参比，测定吸光度，把测得的各吸光度代入回归方程，计算出淋出液中铝的含量。

2 结果与分析

2.1 样品测定结果 从表3可以看出，土壤中铝离子的含量随着溶液pH值的降低而增加，当溶液pH为2.5时，淋出液中铝的含量达到最大，为0.102 1mg/mL。从表4可以看出，当以上淋出液进行二次淋溶试验之后（即相当于在同一pH值下加长了淋溶时间），二次淋出液中铝的含量也会相应地增加。