電滲析法研究紫色土、黃壤和磚紅壤的酸化特征

程永毅，李忠意，白穎艷，劉莉

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電滲析法研究紫色土、黃壤和磚紅壤的酸化特征

程永毅，李忠意，白穎艷，劉莉

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716）

【】研究紫色土、黃壤和磚紅壤在快速酸化過程中的酸化特征?！尽繉?種供試土壤在15 V·cm-1的外加直流電壓梯度下進(jìn)行連續(xù)30次，每次8 h的電滲析。并通過測(cè)定電滲析前后土壤的酸度指標(biāo)、鹽基離子含量以及在電滲析過程中土壤所釋放的鹽基離子含量來分析土壤的酸化特征?！尽侩姖B析法可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)土壤的快速酸化，3種土壤的pH均降低至4.5以下的強(qiáng)酸化水平。電滲析后，3種土壤的交換性酸、交換性H+和交換性Al3+含量顯著增加。紫色土、黃壤和磚紅壤的交換性酸含量分別從3.35、0.23和0.76 cmol(+)·kg-1增加至18.9、7.0和5.8 cmol(+)·kg-1，可見紫色土的酸化程度最為嚴(yán)重。土壤酸化后，水溶性和交換性K+、Na+、Ca2+和Mg2+含量降低，其中Ca2+、Mg2+的降低幅度較大。酸化導(dǎo)致土壤的交換性鹽基總量和鹽基飽和度下降，紫色土、黃壤和磚紅壤的鹽基飽和度從電滲析前的96.8%、82.6%和47.3%降低至電滲析后的20.5%、11.8%和12.2%。盡管紫色土的交換性酸含量遠(yuǎn)大于黃壤和磚紅壤，但交換性鹽基離子總量和鹽基飽和度也大于黃壤和磚紅壤。由于各土壤的交換性Ca2+和Mg2+含量大于交換性K+和Na＋含量，且相對(duì)于K+和Na＋，Ca2+和Mg2+與帶負(fù)電的土壤顆粒間具有更強(qiáng)的靜電引力，因此在酸化過程中，一價(jià)鹽基離子K+和Na＋在3種土壤中均表現(xiàn)為快速釋放，而二價(jià)鹽基離子Ca2+和Mg2+表現(xiàn)出緩慢釋放和波動(dòng)釋放的規(guī)律。3種供試土壤，隨著土壤發(fā)育程度增加，土壤的潛在酸化風(fēng)險(xiǎn)下降（紫色土>黃壤>磚紅壤），但土壤的鹽基飽和度表現(xiàn)出紫色土>黃壤≈磚紅壤?？梢钥闯?，紫色土的酸化特征表現(xiàn)出這種明顯的“雙面性”，由于紫色土具有較高的CEC值，導(dǎo)致土壤酸化后的交換性酸含量顯著高于黃壤和磚紅壤，使酸化紫色土上生長(zhǎng)的植物存在較高的鋁毒害風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，由于紫色土豐富的礦物組分能夠?qū)}基離子進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，紫色土酸化后仍含有相對(duì)較高的鹽基離子含量和鹽基飽和度，保證了植物生長(zhǎng)對(duì)鹽基養(yǎng)分離子需求，也能在一定程度上緩解紫色土的進(jìn)一步酸化?！尽侩姖B析法可用于模擬土壤的快速酸化過程；土壤的表面負(fù)電荷量和復(fù)鹽基離子能力是決定土壤酸化特征的關(guān)鍵因素；紫色土具有異于地帶性土壤黃壤和磚紅壤的“雙面性”酸化特征。

電滲析； 酸化特征；紫色土；黃壤；磚紅壤

0 引言

【研究意義】酸性土壤主要分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)。在自然條件下，土壤的酸化速度非常緩慢[1]。但近年來受人為因素的影響，土壤的酸化過程大大加快[2]?；剂袭a(chǎn)生的SO2，汽車尾氣產(chǎn)生的NOX以及農(nóng)業(yè)化肥施用對(duì)N、S循環(huán)的影響均會(huì)加速土壤的酸化過程[3-5]。土壤酸化加速了土壤中養(yǎng)分離子尤其是鹽基離子的淋失，土壤日益貧瘠，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)退化，釋放出有害的鋁離子和其他重金屬離子，降低土壤酶活性，使農(nóng)作物減產(chǎn)、森林退化、污染地表和地下水[6-7]。由此，對(duì)土壤酸化過程的研究得到越來越多學(xué)者的關(guān)注[8-10]。【前人研究進(jìn)展】為研究土壤的酸化過程，并使土壤在短期內(nèi)達(dá)到強(qiáng)酸化的狀態(tài)，常采用鋁鹽飽和、模擬酸雨淋溶以及電滲析的方法使土壤酸化并達(dá)到H+和Al3+飽和[11-12]。但鋁鹽飽和的方法會(huì)帶入大量的鹽分，不能很好地模擬土壤在酸化過程中鹽基離子含量逐漸降低和氫鋁轉(zhuǎn)化的過程。模擬酸雨淋溶相比鋁鹽飽和雖然可以更好地模擬土壤酸化過程，但在短時(shí)間內(nèi)很難導(dǎo)致土壤的嚴(yán)重酸化[13]。此外，這些淋洗淋溶過程還可能存在使土壤膠體遭受淋失或因土體孔隙堵塞而無法繼續(xù)淋溶等技術(shù)性問題。土壤的電滲析法是將土壤放置在由半透膜隔離的電滲析槽內(nèi)，在外加直流電場(chǎng)的作用下，土壤所吸附的陰陽離子會(huì)透過半透膜分別向電滲析槽的正負(fù)電極移動(dòng)，此時(shí)土壤所吸附的鹽基陽離子被H2O解離出的H+取代，并使土壤表面被H+飽和并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)氫鋁轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到模擬土壤酸化過程的目的[14]。電滲析法曾用于研究土壤的陽離子交換性能[15-16]。【本研究切入點(diǎn)】目前電滲析法主要用于純化土壤膠體或修復(fù)污染土壤，采用電滲析來模擬土壤酸化過程的研究較少[17-19]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究采用電滲析法來研究幾種典型土壤的酸化過程，探究其酸化特征。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品的準(zhǔn)備及基本理化性質(zhì)分析

供試土樣為紫色土、黃壤和磚紅壤。其中紫色土采自重慶合川，成土母質(zhì)為發(fā)育于侏羅系沙溪廟組的紫色泥巖。黃壤采自重慶北碚，成土母質(zhì)為發(fā)育于三疊系須家河組的石英長(zhǎng)石砂巖。磚紅壤成土母質(zhì)為玄武巖，采自廣東徐聞。所有土樣自然風(fēng)干后過篩備用。供試土樣的基本理化性質(zhì)采用土壤常規(guī)分析方法[20]。pH測(cè)定采用電位法（土水比為1﹕2.5）；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；全氮采用半微量凱氏定氮法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；有效磷采用HCl-NH4F提取-鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法；速效鉀采用NH4Ac提取-火焰光度法；交換性酸、交換性H+采用KCl淋溶-中和滴定法；水溶性K+、水溶性Na+采用去離子水提取（土水比為1﹕5）-火焰光度法；水溶性Ca2+、水溶性Mg2+采用去離子水提?。ㄍ了葹?﹕5）-原子吸收分光光度法（Z-5000，日本日立）；交換性K+、交換性Na+采用NH4Ac交換-火焰光度法；交換性Ca2+、交換性Mg2+采用NH4Ac交換-原子吸收分光光度法；土壤陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC）采用NH4Ac交換-蒸餾法測(cè)定；土壤晶型礦物成分采用X射線衍射法（XRD）鑒定，具體測(cè)定方法為用瑪瑙研缽將土壤樣品磨細(xì)過300目篩，然后將土壤粉末壓片后用X射線衍射儀進(jìn)行掃描（XD-3，北京普析）。X射線衍射采用Cu靶輻射，電壓為30 kV，電流為30 mA。掃描范圍為2°—60°，掃描步長(zhǎng)0.02°，掃描速度為2°·min-1。然后用MDI Jade 5.0 軟件對(duì)土樣的XRD圖譜進(jìn)行比對(duì)分析，進(jìn)行礦物鑒定。

1.2 電滲析實(shí)驗(yàn)

電滲析實(shí)驗(yàn)于2016年8—12月在西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院進(jìn)行。用于土壤電滲析實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1所示，中間為樣品室，用于盛裝待電滲析的土壤樣品；樣品室兩端分別為陽極室和陰極室，并用玻璃紙半透膜隔離；陽極室中的陽極電極為鈦板電極，與直流電源的正極相連，陰極室的陰極電極為銅板電極，與直流電源的負(fù)極相連。兩電極板間的距離為20 cm。定期更換陽極室和陰極室的電滲析溶液能夠降低電流強(qiáng)度以消除電極過熱存在的安全隱患，還能促進(jìn)電滲析過程的正向進(jìn)行。

將100 g過1 mm篩的土壤添加至樣品室，加入1 L去離子水后攪拌均勻，再向陽極室和陰極室中分別加入1 L去離子水。然后進(jìn)行電滲析實(shí)驗(yàn)，外加直流電壓為300 V，即電壓梯度為15 V·cm-1。每次電滲析時(shí)間為8 h。8 h后更換陽極室和陰極室的電滲析溶液，并測(cè)定陰極室溶液中K+、Na+、Ca2+和Mg2+的含量。連續(xù)電滲析30次后，將樣品室的土壤懸液取出，用紅外加熱器烘干后過篩，并測(cè)定電滲析后土壤樣品的理化性質(zhì)。每個(gè)土壤樣品的電滲析實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行了3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

交換性Al3+=交換性酸-交換性H+；交換性鹽基總量=交換性K++交換性Na++交換性Ca2++交換性Mg2+；鹽基飽和度=交換性鹽基離子總量/CEC。利用Excel軟件和SPSS 13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。文中數(shù)據(jù)表示方式為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

圖1 電滲析裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 結(jié)果

2.1 土壤基本理化性質(zhì)

供試3種土壤均為酸性土壤，但黃壤的pH最高，其次為紫色土，磚紅壤的pH最低（表1）。受母巖性質(zhì)的影響，紫色土的全鉀含量較高，達(dá)到了21.1 g·kg-1。磚紅壤的全鉀含量最低，僅為1.90 g·kg-1。但磚紅壤的其他養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀）含量均大于紫色土和黃壤，其原因可能源于耕作及施肥造成。供試紫色土的有效磷含量較為缺乏，僅為14 mg·kg-1。從紫色土、黃壤到磚紅壤，土壤的CEC值逐漸降低，且紫色土的CEC值遠(yuǎn)大于黃壤和磚紅壤。CEC值可以反映土壤膠體表面所帶的負(fù)電荷量[21]。因此，從紫色土、黃壤到磚紅壤，土壤表面的負(fù)電荷位點(diǎn)量逐漸下降。XRD鑒定結(jié)果表明，紫色土的礦物成分較為豐富，富含云母、長(zhǎng)石等原生鋁硅酸鹽礦物和蛭石、伊利石等2﹕1型層狀硅酸鹽礦物；黃壤的主要晶型鋁硅酸鹽礦物為云母和伊利石；而磚紅壤的鋁硅酸鹽礦物以1﹕1的層狀硅酸鹽礦物高嶺石為主（圖2）。理論上，從紫色土、黃壤到磚紅壤，土壤的發(fā)育程度應(yīng)依次增加，化學(xué)風(fēng)化作用增強(qiáng)，土壤的礦物成分逐漸從原生礦物向次生礦物、2﹕1型層狀硅酸鹽礦物向1﹕1型層狀硅酸鹽礦物轉(zhuǎn)變，土壤的CEC值應(yīng)逐漸降低[22]。因此從土壤的CEC測(cè)定結(jié)果和XRD鑒定結(jié)果可以看出，所選供試土樣具有較好的代表性。

表1 3種土壤樣品的基本理化性質(zhì)

Q：石英；K：高嶺石；M：云母；I：伊利石；V：蛭石；P：鉀長(zhǎng)石

2.2 土壤酸度指標(biāo)分析

經(jīng)過30 d的電滲析后，3種土壤的pH均顯著降低（圖3）。紫色土的pH從5.4降低至4.0，黃壤的pH從6.0降低至4.5，磚紅壤的pH從5.1降低4.3。電滲析后3種土壤均處于嚴(yán)重酸化水平，其中黃壤的pH降低最多，pH降低了1.5個(gè)單位。但電滲析后3種土壤的pH最低為紫色土。土壤pH能夠體現(xiàn)出土壤的活性酸度，而土壤交換性酸能夠體現(xiàn)出土壤的潛性酸度。從表2中可看出，在電滲析前，交換性酸含量的大小關(guān)系為：紫色土＞磚紅壤＞黃壤。紫色土和磚紅壤中的交換性Al3+含量占交換性酸的大部分，而交換性H+的含量較低。黃壤的交換性酸含量?jī)H為0.23 cmol(+)·kg-1，且主要以交換性H+存在，幾乎不含交換性Al3+。這是由于黃壤的pH為6.0，處在弱酸化水平。在該pH條件下，鋁離子主要以Al(OH)3形態(tài)和少量的Al(OH)2+形態(tài)存在，幾乎不存在游離的Al3+被土壤膠體所吸附，所以交換性Al3+含量極低[23]。電滲析顯著增加3種土壤的交換性酸含量、交換性H+含量和交換性Al3+含量。紫色土的交換性酸、交換性H+和交換性Al3+含量分別增加了15.6、2.15和13.4 cmol(+)·kg-1；黃壤的交換性酸、交換性H+和交換性Al3+含量分別增加了6.77、0.52和6.35 cmol(+)·kg-1；磚紅壤的交換性酸、交換性H+和交換性Al3+含量分別增加了5.04、0.69和4.35 cmol(+)·kg-1。土壤交換性酸增加量主要源于交換性Al3＋的貢獻(xiàn)。

同一測(cè)試項(xiàng)目指標(biāo)間字母不同表示數(shù)據(jù)差異顯著（P＜0.05）。下同

2.3 土壤鹽基離子含量分析

電滲析前后紫色土、黃壤和磚紅壤的水溶性鹽基離子含量如表3所示。在進(jìn)行電滲析之前，紫色土和黃壤含有較高的水溶性Ca2+，而磚紅壤除含有較高的水溶性Ca2+外，水溶性K+的含量也較高。電滲析使3種土壤的4種水溶性鹽基離子含量均出現(xiàn)不同程度的降低。紫色土、黃壤和磚紅壤的水溶性K+濃度分別降低了1.75、8.25和67.5 mg·kg-1；水溶性Na+濃度分別降低了7.25、2.50和3.75 mg·kg-1；水溶性Mg2+濃度分別降低了5.18、7.10和12.9 mg·kg-1；而水溶性Ca2+的濃度降幅最大，分別為28.0、162和50.2 mg·kg-1。

電滲析前3種土壤的交換性鹽基離子大小關(guān)系均為交換性Ca2+>>交換性Mg2+>>交換性K+>交換性Na+（表4）。尤其是紫色土含有較為豐富的交換性Ca2+和交換性Mg2+。此外，黃壤的交換性Ca2+含量也顯著高于磚紅壤。但磚紅壤的交換性K+含量顯著高于紫色土和黃壤。電滲析過程也降低了3種土壤的交換性鹽基離子含量。紫色土的交換性K+、交換性Na+、交換性Ca2+和交換性Mg2+含量均值分別降低了0.115、0.010、16.7和2.11 cmol(+)·kg-1；黃壤的4種交換性鹽基離子含量分別下降了0.134（K+）、0.077（Na+）、9.39（Ca2+）和0.614 （Mg2+）cmol(+)·kg-1；磚紅壤的4種交換性鹽基離子含量分別下降了0.825（K+）、0.066（Na+）、3.54（Ca2+）和1.61（Mg2+）cmol(+)·kg-1。交換性鹽基離子的損失主要緣于Ca2+和Mg2＋的損失。此外，磚紅壤較為豐富的交換性K+也損失較多。所以，電滲析模擬的土壤酸化過程造成了土壤交換性鹽基離子的損失。電滲析前后，紫色土的交換性鹽基總量從（22.7±0.15） cmol(+)·kg-1下降至（4.50±0.60）cmol(+)·kg-1，黃壤的交換性鹽基總量從（11.9±0.35） cmol(+)·kg-1下降至（1.73±0.06） cmol(+)·kg-1，磚紅壤從（7.70±0.10）cmol(+)·kg-1下降至（1.67±0.15）cmol(+)·kg-1（表4）。紫色土的交換性鹽基總量降低最大，其次為黃壤，磚紅壤的交換性鹽基總量降低最小。通過CEC和交換性鹽基總量可計(jì)算得到土壤的鹽基飽和度。紫色土的鹽基飽和度由電滲析前的（96.8±1.6）%下降至電滲析后的（20.5±3.3）%；黃壤在電滲析前后的鹽基飽和度分為（82.6±3.3）%和（11.8±0.7）%；磚紅壤在電滲析前的鹽基飽和度為（47.3±7.9）%，電滲析結(jié)束后降低至（12.2±1.0）%。

表2 電滲析前后土壤交換性酸度指標(biāo)變化

同一測(cè)試項(xiàng)目指標(biāo)間字母不同表示數(shù)據(jù)差異顯著（＜0.05）。下同

Different letters indicate significant differences among same test parameters (＜0.05). The same as below

表3 電滲析前后土壤水溶性鹽基離子含量

表4 電滲析前后土壤交換性鹽基離子含量

通過測(cè)量每次電滲析結(jié)束后陰極室中K+、Na+、Ca2+和Mg2+的濃度研究在電滲析酸化過程中鹽基離子的釋放規(guī)律?？梢钥闯鲈谕饧与妶?chǎng)的作用下，K+和Na＋從土壤表面的釋放是一個(gè)非?？焖俚倪^程，在前2次的電滲析中，陰極室溶液中的K+和Na＋濃度快速降低。經(jīng)過3次的電滲析后，土壤所能釋放出來的K+和Na+含量均小于1.5 mg·L-1（圖4）。另外，受土壤鉀鈉含量和理化性質(zhì)的影響，磚紅壤中K+和Na+的釋放規(guī)律不同于紫色土和黃壤。在前3次的電滲析過程中，磚紅壤釋放出的K+和Na+含量均大于紫色土和黃壤。但隨后差距逐漸減小，直至后續(xù)電滲析中磚紅壤釋放出的K+和Na+含量均小于紫色土和黃壤。Ca2+的釋放過程不同于K+和Na+。對(duì)于黃壤和磚紅壤而言，Ca2+的釋放量隨著電滲析的進(jìn)行逐步降低。而紫色土Ca2+的釋放量在前4次電滲析中有所升高，隨后又緩慢下降。但在整個(gè)電滲析過程中，紫色土Ca2+的釋放量均大于黃壤和磚紅壤。如在第30次電滲析時(shí)，紫色土釋放在陰極室溶液中的Ca2+濃度為（1.78±0.22）mg·L-1，而黃壤和磚紅壤僅分別為（0.18±0.03）mg·L-1和（0.15±0.07）mg·L-1。Mg2+在3種土壤中的釋放過程呈現(xiàn)波動(dòng)變化。在前5次的電滲析過程中，3種土壤釋放出的Mg2+含量均是逐步降低，隨后又逐步升高，然后又緩慢降低。值得注意的是在第12次電滲析后，紫色土釋放出的Mg2+含量明顯高于黃壤和磚紅壤。在最后1次電滲析時(shí)，紫色土釋放在陰極室的Mg2+濃度（0.97±0.02）mg·L-1也明顯高于黃壤的（0.05±0.02 ）mg·L-1和磚紅壤的（0.04±0.03）mg·L-1。紫色土在電滲析酸化過程中所釋放出的Ca2+和Mg2+含量一直高于黃壤和磚紅壤的原因在于紫色土豐富的鹽基離子含量和礦物組成。

3 討論

3種供試土壤中，紫色土為幼年土，按土壤地理發(fā)生學(xué)分類屬于初育土綱[24]。而黃壤和磚紅壤分別屬于淋溶土綱和鐵鋁土綱。黃壤和磚紅壤為地帶性土壤，紫色土為非地帶性土壤[25]。從紫色土到黃壤，再到磚紅壤，土壤的發(fā)育程度依次增加。在進(jìn)行連續(xù)30次，每次8 h的電滲析后，3種土壤均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的酸化。土壤pH降低至4.5以下的嚴(yán)重酸化水平，土壤交換性酸含量顯著增加。值得注意的是，電滲析后土壤的交換性酸含量和土壤交換性酸的增加量均表現(xiàn)出紫色土>>黃壤>磚紅壤。說明紫色土在短時(shí)間內(nèi)所達(dá)到的酸化程度遠(yuǎn)大于黃壤和磚紅壤。土壤的自然酸化過程非常緩慢，但近年來人類活動(dòng)大大加速了土壤的酸化過程。本研究結(jié)果證明了紫色土存在非常嚴(yán)重的酸化風(fēng)險(xiǎn)，而隨著土壤發(fā)育程度的增加，土壤的酸化風(fēng)險(xiǎn)反而降低。不合理的人類活動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致紫色土短時(shí)間內(nèi)的嚴(yán)重酸化。紫色土潛在酸化風(fēng)險(xiǎn)的原因可能源于其礦物組成和表面電荷特征。供試紫色土相對(duì)于黃壤和磚紅壤含有較為豐富2﹕1層狀硅酸鹽礦物（圖2）。而由2﹕1型層狀硅酸鹽礦物同晶置換產(chǎn)生的永久負(fù)電荷是土壤表面負(fù)電荷的主要來源[26]。表征土壤負(fù)電荷量的CEC值也表現(xiàn)出紫色土>>黃壤>磚紅壤（表1）。因此紫色土含有較高的表面負(fù)電荷量。隨著電滲析的進(jìn)行，原本土壤膠體表面的負(fù)電位點(diǎn)所吸附的鹽基離子逐步被致酸離子所取代。而紫色土由于表面負(fù)電荷量較高，所能吸附的致酸離子越多，酸化程度越嚴(yán)重。較高的交換性酸含量增加了酸化紫色土中植物遭受鋁毒害的風(fēng)險(xiǎn)[27-29]。

圖4 每次8 h的電滲析結(jié)束后陰極室中K+、Na+、Ca2+和Mg2+的濃度

電滲析時(shí)，土壤所含的鹽基離子在外加直流電場(chǎng)的作用下遷移出土體，采用電滲析法可較為準(zhǔn)確地模擬土壤酸化時(shí)的鹽基離子釋放特征。在30次的電滲析過程中，4種鹽基離子的釋放規(guī)律也不相同。K+和Na+在3種土壤中均表現(xiàn)出快速釋放，意味著在實(shí)際的土壤酸化過程中，K+和Na+最容易遭受損失。而Ca2+和Mg2+在3種土壤中表現(xiàn)出緩慢釋放和波動(dòng)釋放的規(guī)律，兩種離子對(duì)外加直流電場(chǎng)的作用具有更強(qiáng)的抵抗能力。這種鹽基離子釋放規(guī)律的差異可能源于一價(jià)的K+和Na+與二價(jià)的Ca2+和Mg2+與土壤間的靜電引力不同和土壤對(duì)4種鹽基離子補(bǔ)充能力不同造成的[21]。值得注意的是，由于紫色土的Ca2+和Mg2+含量豐富，在電滲析過程中釋放的Ca2+和Mg2+含量均高于黃壤和磚紅壤。

經(jīng)過30次，每次8 h的電滲析后，各水溶性鹽基離子和交換性鹽基離子含量均出現(xiàn)不同程度的降低。鹽基離子損失后，致酸離子吸附到土壤膠體表面，導(dǎo)致土壤鹽基飽和度降低。在電滲析結(jié)束后紫色土的4種水溶性鹽基離子含量均顯著高于黃壤和磚紅壤，可能源自紫色土交換態(tài)鹽基離子的及時(shí)補(bǔ)充。紫色土相對(duì)于黃壤和磚紅壤而言仍含有較為豐富的鹽基離子和具有較強(qiáng)的復(fù)鹽基離子能力[30]。所以，紫色土的酸化特征不同于地帶性的酸性土壤黃壤和磚紅壤。通常的土壤酸化會(huì)直接產(chǎn)生兩大危害：鹽基養(yǎng)分離子的耗竭和致酸離子的鋁毒害。對(duì)酸化紫色土而言，鋁毒害的危害可能遠(yuǎn)大于鹽基離子缺乏的影響。由于土壤的礦物成分豐富，盡管在電滲析后紫色土的交換性酸含量遠(yuǎn)高于黃壤和磚紅壤，但紫色土相對(duì)于黃壤和磚紅壤，仍含有較為豐富的鹽基離子。這對(duì)酸化紫色土的利用和改良具有重要意義。對(duì)于酸化紫色土而言，豐富的鹽基離子含量仍能保證植物生長(zhǎng)的鹽基養(yǎng)分離子需求，也能在一定程度上對(duì)紫色土的進(jìn)一步酸化起到緩解作用。可以看出紫色土的酸化特點(diǎn)呈現(xiàn)出異于高風(fēng)化土壤的“雙面性”。

4 結(jié)論

4.1 紫色土、黃壤和磚紅壤在經(jīng)過連續(xù)電滲析后, 土壤的pH均降低至4.5以下的強(qiáng)酸化水平。電滲析過程中，K+和Na+在3種土壤中表現(xiàn)出快速釋放，而Ca2+和Mg2+表現(xiàn)出緩慢釋放和波動(dòng)釋放的規(guī)律。電滲析后，3種土壤的交換性酸含量顯著增加，水溶性和交換性K+、Na+、Ca2+和Mg2+含量降低，鹽基總量和鹽基飽和度下降。因此電滲析法可用于模擬研究土壤的快速酸化過程。

4.2 土壤的表面電荷特征和復(fù)鹽基離子能力是決定土壤酸化特征的關(guān)鍵因素。紫色土由于具有較高的表面負(fù)電荷量和富含鹽基離子而表現(xiàn)出異于黃壤和磚紅壤的“雙面性”酸化特征。CEC較高的紫色土酸化后，交換性酸含量顯著高于黃壤和磚紅壤，存在較大的鋁毒害風(fēng)險(xiǎn)；但礦物組分豐富的紫色土能夠?qū)}基離子進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充，使強(qiáng)酸化的紫色土仍含有相對(duì)較高的鹽基飽和度。

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（責(zé)任編輯 李云霞）

Acidification Characteristics of Purple Soil, Yellow Soil and Latosol with Electrodialysis Method

CHENG YongYi, LI ZhongYi, BAI YingYan, LIU Li

(College of Resource and Environment, Southwest University, Chongqing 400716)

【】The soil will be saturated by the ions of H+and Al3+under the process of electrodialysis. Theoretically, the acidification characteristic of soil can be studied with the method of electrodialysis. 【】Purple soil, Yellow soil and Latosol were selected to undergo the electrodialysis at a potential gradient of 15 V·cm-1. The electrodialytic times were 30 times and the duration of each electrodialytic time was 8 hours. The acidification characteristics of three kinds of soil were characterized by the measurements of soil exchangeable acidity, base cations before and after the electrodialysis and the release regulation of base cations in the process of electrodialysis. 【】The results showed that the tested soils could be acidified quickly with electrodialysis in short time. The pH value of each soil was less than 4.5, which meant the soils were strongly acidified. After electrodialysis, the contents of exchangeable acidity, exchangeable H+and exchangeable Al3+increased significantly. The contents of exchangeable acidities of Purple soil, Yellow soil and Latosol increased from 3.35, 0.23 and 0.76 cmol(+)·kg-1to 18.9, 7.0 and 5.8 cmol(+)·kg-1，respectively. On the contrary, the content of water soluble and exchangeable base cations, especially Ca2+and Mg2+, base exchange capacity and base saturation decreased. For example, the contents of base saturation of Purple soil, Yellow soil and Latosol decreased from 96.8%, 82.6% and 47.3% to 20.5%, 11.8% and 12.2%，respectively. The acidified Purple soil had higher content in soil exchangeable acidity and base saturation. Because the contents of Ca2+and Mg2+were higher than K+and Na+and the electrostatic force between Ca2+/Mg2+and negatively charged soil surface is strong. In the process of electrodialysis, the monovalent base cations K+and Na＋were released from the soil very quickly. However, the divalent base cations Ca2+and Mg2+were released from the soil slowly and wavily. The exchangeable acidity content of Purple soil was significantly higher than that of Yellow soil and Latosol because of the high content of cation exchange capacity (CEC), which increased the risk of Al3+toxicity of plant in the acidified Purple soil. Meanwhile, the contents of base cations and base saturation of Purple soil were higher than that of Yellow soil and Latosol, because the cations in Purple soil could be supplied from the decomposition of soil minerals. The high content of base cations in the Purple soil ensured the demand of base cation for plant growth and alleviated the further acidification of soil. 【】Therefore, the electrodialysis could be as an useful tool to research the acidification characteristics of soil. The acidification characteristic of soil was affected by the content of negative charge on the surface of soil and the soil’s renewed ability of base cations. Compared to Yellow soil and Latosol, the Purple soil had a dual effect on the process of acidification.

electrodialysis; acidification characteristic; Purple soil; Yellow soil; Latosol

2017-07-31；

2017-12-29

國(guó)家自然科學(xué)基金（41701256）、中央高校基本業(yè)務(wù)專項(xiàng)資金（XDJK2016C191和XDJK2017D207）、重慶市項(xiàng)目博后資助（Xm2016076）

程永毅，E-mail：chengyin046@126.com。

李忠意，E-mail：zhongyili@swu.edu.cn