滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中还原性无机硫和活性铁的 耦合特性及环境意义

滨海酸性硫酸盐土成土母质中富含还原性硫化物(reducing inorganic sulfur,RIS)和活性铁等生源要素,耦合制约着铁、硫以及重金属元素的环境地球化学行为。为了揭示滨海酸性硫酸盐土壤湿地沉积物中RIS和活性铁的耦合机制及环境意义,文章通过在钦江河口滨海酸性硫酸盐土壤湿地采集深约40cm的沉积柱状样,在垂向上对酸性可挥发硫(acid volatile sulfide,AVS)、黄铁矿硫(chromium reducible sulfur,CRS)、元素硫(elemental sulfur,ES)和活性铁[Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)]的含量和分布规律进行了厘定,并结合沉积物的理化性质进行探讨分析。结果表明:钦江河口酸性硫酸土中的活性铁中以Fe(Ⅲ)为主,活性铁中的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)在环境容易发生相互转换,氧化还原电位(Eh)越低、有机质(organic matter,OM)含量越高越利于Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ);还原性无机硫以CRS为主,其次为AVS以及少量ES,成岩过程中还原性无机硫会相互转化,其过程主要受到活性铁和OM控制,但研究区还原性无机硫形成的限制因素并非活性铁,而是OM的含量及活性;较高的OM和Fe(Ⅱ)易造成AVS富集,较高的Fe(Ⅲ)和Eh值利于ES生成,CRS除受OM和活性铁的控制,还受到AVS转化率的影响;研究区大部分样点的CRS/AVS比值较低,表明AVS不能有效的转化为CRS,硫化物活性与生物有效性较高。因此应尽量避免外源OM引入和人为活动扰动,以免造成还原性无机硫氧化释放出H+形成酸害,同时降低吸附或共沉淀在还原性无机硫上的重金属等污染物的浸出,以减少环境破坏。

几种利用方式下酸性硫酸盐土的环境风险及其连锁效应

研究并比较了不同利用方式下酸性硫酸盐土酸形态和铝形态的结构特征,分析了硫形态与酸形态、酸形态与铝形态之间的相关性。研究发现,酸性硫酸盐土的不同利用类型中,土壤酸度由大到小依次为:鱼塘塘基、荒稻田>稻田>荒旱地>改良稻田>蔗田>红树林迹地;活性铝含量由高到低依次为:荒旱地>鱼塘塘基、荒稻田>稻田>改良稻田>蔗田>红树林迹地。土壤酸度和铝形态含量的层间差异较为显著,多数随深度增加呈逐渐上升的趋势。酸性硫酸盐土中的硫形态—酸—铝形态之间有明显的连锁关系。

不同土壤水分条件下酸性硫酸盐土硫形态转化特征

以 4种土壤湿度、3种干湿交替周期和原状土自然风干 8个处理进行酸性硫酸盐土室内模拟实验 ,对模拟过程内土壤 6种硫形态和pH等指标的动态变化过程的跟踪测定和分析结果表明 ,水分条件对酸性硫酸盐土中水溶性硫、交换性硫和黄铁矿硫的形态转化制约作用显著 .淹水环境和过分干燥环境都不利于黄铁矿的氧化及水溶性硫和交换性硫的形成 .潮湿但含水量不饱和环境有利于黄铁矿硫向水溶性硫和交换性硫的转换 .在 3种周期的干湿交替处理中 ,单一排干期水溶性硫和交换性硫土壤含量平均上升幅度分别为 0 90～ 1 6 3g·kg-1和 0 5 8～ 1 4 7g·kg-1,而黄铁矿硫含量下降幅度为 1 2 9～ 3 2 0 g·kg-1.淹水期黄铁矿硫含量相对稳定而水溶性硫和交换性硫含量明显下降 ,并在排水过程中造成总硫的部分流失 .硫形态转化量和硫的淋失量受到干湿交替周期的显著影响 .同时分析了黄钾铁钒硫、有机硫和元素硫的动态 .

酸性硫酸盐土酸消长的水动力机制研究

以不同土壤湿度、不同干湿交替周期和原状土自然风干 8个处理进行酸性硫酸盐土 (简称ASS)室内模拟实验。通过对模拟过程内土壤pH、总硫化物性酸度和未氧化双氧水可氧化硫、交换性酸度、硫派生的实际酸度、KCl可提取硫等指标的动态变化过程的跟踪测定和分析显示 ,土壤水分条件是制约ASS酸度及酸形态转化的重要动力机制 ,可导致ASS酸度和酸形态的有规律变化。

酸性硫酸盐土水改旱后土壤化学性状的变异初报

探讨了酸性硫酸盐水稻土改为旱作后土壤化学性状的变异以及比较不同利用方式之间的经济效益．结果表明，酸性硫酸盐水稻土改种甜玉米和蔬菜后，土壤化学性状发生显著变化．耕层土壤酸度、水溶性硫酸根含量、土壤活性铝和活性铁含量均显著降低．经济效益得到显著提高．建议对水改旱后的环境效应进行深入研究以及进行定位观测。

酸性硫酸盐土的形成、特性及其生态环境效应

酸性硫酸盐土(ASS)是全球沿海周边广泛分布的土壤种类,其铁、硫元素的生物地球化学过程在全球物质循环过程中具有重要地位,但ASS也是最低质的土壤类型之一。ASS成土母质常形成于富含有机质、海水浸泡的江口、海湾等热带亚热带滨海环境,经异化细菌还原海水硫酸盐而形成四方硫铁矿(Fe S)、硫复铁矿(Fe3S4)、黄铁矿(Fe S2)等多种还原态Fe-S矿物沉淀物。ASS成土母质形成过程中的生物活动、化学反应相当活跃,还原态Fe-S矿物沉淀物将环境中游离的金属、稀土元素以及痕量元素固定下来,实现海水净化、金属富集作用。因自然条件变化或者人为干扰等影响,ASS成土母质中的还原态Fe-S矿物被氧化而形成ASS。富含还原性硫化铁矿物的成土母质经一系列复杂反应,被氧化形成氢氧化铁、酸、硫酸盐等最终产物,同时伴生多种铁、硫生物中间产物,以及强酸土壤环境。强酸环境下,铝、镉、锰、砷、铬等有毒金属的活性大幅提高,而磷、钾、锌、硼等必需营养元素含量显著降低,严重危害实地动植物生长。另一方面,ASS中的酸和活化的重金属随雨水、径流、毛细管等途径进入河流、地下水,威胁周边生态安全。目前,ASS的形成机理已基本被揭示,以及ASS发育过程中的生态环境效应已基本清晰。然而,我国早期学者主要关注ASS的铁、铝、硫含量水平,以及ASS发育农田的改良应用,对于ASS的发育过程、生态功能及风险等尚未形成系统的认识。近年来,随着耕地面积不断萎缩,开发改良ASS等低产田块是提高我国粮食产量水平的重要措施。因此,为了合理开发利用ASS,尽量降低ASS的生态风险,亟需对ASS的形成机理、发育过程、土壤特性、生态环境效应进行全面综述。本文首先对ASS的形成条件与过程进行综述,进一步梳理了ASS中硫的演变和铁的地球化学过程,并着重阐述了ASS的酸性特点,最后对ASS的生态环境效应进行了讨论。结合我国研究现状,展望了进一步研究ASS的主要问题,旨在为科学开发和利用酸性硫酸盐土提供参考。

酸性硫酸盐土中铝的形态

采用连续分级提取方法 ,把酸性硫酸盐土中可提取的非晶体态铝区分为交换态铝 (ExAl)、吸附态无机羟基铝 (HyAl)、有机配合铝 (OrAl)、氧化铁结合铝 (DCBAl)、层间铝 (InAl)和非晶体态铝硅酸盐 (NcAl) ,其平均值分别为 1.79、2 .5 1、4.17、4.14、4.31和 18.6 6g·kg-1Al2 O3.实际酸性硫酸盐土中NcAl>OrAl >InAl >DCBAl>ExAl>HyAl,潜在酸性硫酸盐土NcAl >InAl >DCBAl >HyAl >OrAl >ExAl.可提取Al总量平均为 35 .5 7Al2 O3g·kg-1,占全Al 2 5 .0 4% .其显著特征是活性铝ExAl、HyAl和OrAl的含量较高 .每一种Al形态的结构组成与酸性硫酸盐土相应性质和生态特性密切相关 .酸化的ASS的强酸环境导致Al的过量游离 ,并转化为活度较大的活性Al。

碱性材料对修复与改良酸性硫酸盐土壤障碍因子的研究

采用盆栽试验研究了不同碱性材料(石灰、自研改良剂、钙镁磷肥)对酸性硫酸盐土壤主要障碍因子的修复及其对水稻生长的影响。结果表明,不同碱性材料对土壤理化特性、土壤养分有效性和水稻生长的影响存在明显差异。与常规施肥(NPK)处理相比,自研改良剂(SAM)和钙镁磷肥(CMP1)处理土壤p H增加了1.25和0.92个单位,土壤速效磷含量分别增加了3.1倍和2.6倍,土壤有效铁、有效锰、交换性H+、Al3+含量均大幅下降。SAM与CMP1处理通过提供足够的有效磷并补充钙、镁等元素,有效改善了根系生长环境,从而有效控制铁、锰、铝等元素向地上部转运,进而对作物的生长起到促进作用。SAM和CMP1处理较NPK处理有效促进了关键生育期水稻根系活力并显著增加了水稻籽粒产量,增幅分别达121.1%和105.1%。石灰效果次之。综上,初步认为碱性材料改良酸性硫酸盐土壤的关键在于保证了充足有效磷的同时,提高了土壤p H,降低了土壤金属的毒害。本试验条件下,钙镁磷肥对修复和改良酸性硫酸盐土壤障碍因子效果非常明显,但其成本是自研改良剂的3倍,因此,基于改良剂的成本与长期适用性考虑,自研改良剂可能是该类土壤改良的最佳选择。

中国的红树林与酸性硫酸盐土

红树林及由红树林沼泽发育的酸性硫酸盐土在我国约有１０．６万公顷。红树的主要生化特点之一是其化学组成中硫含量很高，平均达０．４％左右，大大高于同地带其它灌木（０．１％左右），这一特征深刻地影响着土壤发生及其性质。当红树林残体被埋藏而分解后，有大量的硫进入土壤，从而使土壤具有含硫层。该层全Ｓ含量多在０．３％以上，表层土壤也在０．２％左右，而一般热带地区酸性土只有０．０４％左右。土壤地下水中约为入海河口海水中的１０—２０倍，也是这类土壤硫主要来源于红树林等生物体对海水中硫的富集的一个佐证。当土壤围垦而脱水后，硫化物遭氧化而生成大量硫酸，致使土壤呈强酸性，含Ｓ层最低ｐＨ值可达２．２，大量的铝活化析出，严重危害作物生长。我们把红树埋藏层（含硫层）作为诊断层，并根据本研究结果对该诊断层的指标进行了修改。按照其埋藏深度、ｐＨ和含Ｓ量将这类土壤续分为上位（＜２５ｃｍ）、中位（２５—４５ｃｍ）和下位（４５—７０ｃｍ）三种类型。为改善这类土壤的生态条件，保护生态环境，可针对硫在不同氧化还原条件下的化学行为进行改良，如垦植种稻，泡水压“酸”，蓄淡洗“酸”等；也可针对合硫层浅、土镶易酸化的特点进行改良，如填土隔“酸”，施石灰或磷矿?

酸性硫酸盐土研究现状与发展趋向

对国内外酸性硫酸盐土的研究现状进行了综述，并提出了有关今后酸性硫酸盐土研究的几个重要发展方向：（1）酸性硫酸盐土的酸释放机制；（2）酸性硫酸盐土的生态环境效应及其全球变化贡献与生态风险评价；（3）退化酸性硫酸盐土的恢复与重建的接口技术体系；（4）酸性硫酸盐土的可持续利用模式与管理。

酸性硫酸盐土中硫形态转化过程的水分制约作用

分别设土壤田间持水量的３０%恒定(ＦＨ１)、土壤田间持水量的７０%恒定(ＦＨ２),一直淹水(ＩＮＵ)、风干后放置(ＤＲＹ,作为对照)、自然风干(ＮＡＤ)５个处理进行酸性硫酸盐土室内模拟实验。实验结果显示,水分条件对酸性硫酸盐土中水溶性硫、交换性硫和黄铁矿硫的形态转化有显著的制约作用。淹水环境和过分干燥环境都不利于黄铁矿的氧化及水溶性硫和交换性硫的形成,潮湿但含水量不饱和环境有利于黄铁矿硫向水溶性硫和交换性硫的转换。模拟试验期内,水溶性硫含量的增加速度排列为:ＦＨ２＞ＦＨ１＞ＩＮＵ,交换性硫含量的增加速度排列为:ＦＨ１＞ＦＨ２＞ＩＮＵ,黄铁矿硫含量的下降速度排列为:ＦＨ２＞ＦＨ１＞ＩＮＵ,原状土自然风干(ＮＡＤ)过程中,水溶性硫、交换性硫和黄铁矿硫之间发生了明显的转化。对不同处理中黄钾铁矾硫、有机硫和元素硫的动态变化也进行了分析。

酸性硫酸盐土中硫的形态含量分布和酸化特征

对广东省台山市南部滨海平原酸性硫酸盐土（ 以下简称ＡＳＳ）Ｓ 的形态、含量、分布和酸化特征的研究表明，ＡＳＳ 全硫含量高达０ ．６１５ ％ ，比咸田高２ ～６ 倍，比砂泥田高３ ～９ 倍；其硫以无机硫为主，占全硫的８２ ．３ ％ ～９０ ．４ ％ ，其中，黄铁矿硫的含量最高，占全硫的３０ ．３ ％ ～４６ ．２ ％ ，黄铁矿硫在剖面中的分布与全硫含量同步．ＡＳＳ硫含量的空间变异和剖面内部的分异十分显著．ＡＳＳ 发育过程中，适合黄铁矿累积的环境及其持续时间与地形地貌（ 山） 的关系十分密切．ＡＳＳ 的主要致酸物质是黄铁矿的氧化，酸化的ＡＳＳ 的ｐＨ 一般在５ ．５ 以下，最低达２ ．８３ ．ＡＳＳ 可氧化总酸度一般比实际总酸度高２ ～３ 倍。

酸性硫酸盐土中硫的形态与酸性表现探讨

选取了4个酸性硫酸盐土剖面共20个土壤样品进行了硫的分级测定和土壤pH值的测定，对土壤中硫的形态、含量及其剖面分布规律，以及它们对土壤酸性的贡献进行了探讨．分析结果显示，酸性硫酸盐土中的全硫含量较高，其中土壤硫以无机态硫为主，无机态硫又以硫铁矿、水溶性硫和交换性硫为主，有机硫和元素硫含量较低．土壤全硫含量和硫铁矿的含量一般具有随剖面深度的增加而升高的趋势；黄钾铁矾与水溶性硫、交换性硫有类似的剖面变化规律，即含量高值多出现在某一pH范围或pH较低的土层．土壤pH值与黄钾铁矾硫、交换态硫和全硫含量的相关系数分别为－0．8067、－0．4374和－0．5729，分别达1％、5％和5％显著水平；硫铁矿的含量与土壤pH值之间存在着复杂的关系．黄钾铁矾在酸性硫酸盐土的发育与分类中具有重要的诊断意义．

酸性硫酸盐土的酸度类型及其测定方法

酸性硫酸盐土是一种广泛分布于沿海低地和矿区的污染源土壤,对生态环境和人类健康具有潜在或实际的负面影响。酸性硫酸盐土中各类酸度是评估酸性硫酸盐土环境风险最重要的指标。酸性硫酸盐土的酸度可分为水溶性酸度、吸持性酸度和金属硫化物起源潜在酸度等3种类型。文章根据最新的研究结果,简要地介绍酸性硫酸盐土的酸度类型及其测定方法。

酸性硫酸盐土的酸害暴发机制及其环境影响

酸性硫酸盐土广泛分布于热带亚热带滨海地区，当其中的硫铁矿物质与空气接触或直接暴露地表时会发生氧化而形成强烈酸害，从而导致土壤、水、大气和区域生态系统的退化，最终对动植物生长和人类的健康产生较大影响而成为全球性的热带亚热带滨海环境问题。酸性硫酸盐土的酸害暴发主要包括：（１）硫铁矿的形成、累积与埋藏过程；（２）硫铁矿的氧化与致酸过程；（３）土壤对酸的中和与缓冲过程；（４）土壤中酸的稀释与迁移过程。酸性硫酸盐土的酸害影响是上述四个过程相对强弱与综合作用的结果。酸性硫酸盐土酸害暴发可导致区域土壤环境、水环境和大气环境的酸化，以及大量金属与重金属元素的溶解与释放，引起生物生存环境的恶化与栖息地的丧失，动植物出现变态生长，而且疾病频繁，生产力下降，区域生态系统的结构和功能发生异常，生物多样性下降。

酸性硫酸盐土鳗塘水体防酸技术

为了克服生产实际中用石灰调节鳗塘水体酸性的弊端,利用石灰石石屑防御酸性物质入侵,效果特别好。水体pH维持在7～8的恒定水平;相关溶解氧含量也适合鳗鱼生长的需要:水草生长茂盛;经济效益可观。

有机、无机改良剂对酸性硫酸盐土化学动力学与水稻生长的影响

研究了稻秆、碳酸钙和二氧化锰改良剂对淹水的酸性硫酸盐土的电化学、化学动力学、水稻生长及产量的影响. 施用稻秆(干土重的0.25％)显著影响土壤的还原作用.高浓度的亚铁使水稻前期生长受阻;但亚铁的浓度随后逐渐降低,水稻生长繁茂,谷粒和茎秆产量反较高,植株的含钾量也增高. 加入酸酸钙(相当于干土重的0.25％)明显提高了土壤的pH值,降低土壤的Eh和EC值,并显著降低了水溶性亚铁、亚锰和铝的浓度.碳酸钙或碳酸钙加二氧化锰的处理,都能降低土壤溶液中亚铁的浓度,显著增加稻谷和稻杆的产量,此外,这两种处理都会降低生长前期植株中锌的含量. 加入二氧化锰(干土重的0.005％),使土壤溶液中的亚锰量增多,植株的铁锰比率降低,水稻产量比对照显著增加. 研究结果表明,稻杆是一种改良酸性硫酸盐土较经济的改良剂,其价值值得进一步研究.

酸性硫酸盐土中的硫及其形态演变探讨

研究了酸性硫酸盐土中S及其形态演变。结果表明 ,酸性硫酸盐土S含量高 ,以无机态为主 ;S积累和S形态演变与酸性硫酸盐土形成、发育与利用密切相关。与红树林盐渍沼泽土 (潜在酸性硫酸盐土 )比较 ,酸性硫酸盐水稻土黄钾铁矾S含量较高 ,但FeS2 含量较低。酸性硫酸盐水稻土S形态剖面分布明显 ,其氧化层的黄钾铁矾S含量较高 ,pH值较低 ;其还原层的FeS2 含量较高。防治酸害是酸性硫酸盐土持续利用要解决的关键问题。

酸性硫酸盐土的环境影响及其防治

酸性硫酸盐土是一种分布于热带、亚热带湿润气候区海岸带的劣质土壤,在港湾生态系统中实际扮演着潜在污染源的角色.本文系统综述了酸性硫酸盐土的环境影响及其防治技术，提出了我国酸性硫酸盐土环境影响防治的对策。