四川盆地典型紫色土的酸度特征和酸缓冲性能

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紫色土是我国西南地区典型的非地带性土壤,也是三峡库区主要的农业土壤。研究发现由于人类活动和自然因素的影响,发育程度较浅的紫色土近年来也面临着严重的酸化问题。已有研究发现紫色土的酸化特征不同于黄壤、红壤等地带性酸性土壤,但紫色土具体的酸化机理尚无定论。因此,为揭示紫色土的酸化机制,有必要对不同类型紫色土的酸度特征和酸缓冲性能展开系统研究,这对紫色土酸化阻控和改良有着重要的指导意义。本研究首先优化了土壤酸缓冲容量的测定方法;然后研究了3种典型紫色土(侏罗系遂宁组(J3sn)红棕紫色泥岩发育的石灰性紫色土、侏罗系沙溪庙组(J2s)灰棕紫色泥岩发育的中性紫色土和白垩系夹关组(K2j)红紫色砂岩发育的酸性紫色土)的剖面酸度特征和酸缓冲能力;最后结合电渗析法模拟酸化对3种典型紫色土的潜在酸化风险进行了评估。试验所得的主要结论如下:1、土壤酸缓冲容量计算方法的优化。数据拟合方式对酸碱滴定法测定土壤酸缓冲容量结果的准确度影响极大。对比了不同拟合方式(整段多项式曲线拟合、突跃范围内线性拟合、酸段多项式曲线拟合、酸段线性拟合)对酸缓冲容量测定准确性的影响。不同拟合方式获得的曲线方程的决定系数(R~2)不同,整段多项式曲线拟合方式获得的方程对酸碱滴定数据的拟合度最佳。不同拟合方式获得的土壤酸缓冲容量差异较大,4种拟合方式计算得到的酸缓冲容量与交换性盐基总量(r1)和有效阳离子交换量(ECEC,r2)间的相关性由大到小依次为:整段多项式曲线拟合(r1=0.486**,r2=0.525**)、突跃范围内线性拟合(r1=0.223,r2=0.245)、酸段多项式曲线拟合(r1=0.183,r2=0.220)、酸段线性拟合(r1=-0.219,r2=0.002)。整段多项式曲线拟合算得的酸缓冲容量与土壤当前所处的阳离子交换和硅酸盐缓冲关系最为密切。综合得出,相比于目前常采用的突跃范围内线性拟合方式,整段多项式曲线拟合计算得到的土壤酸缓冲容量准确度最好。2、典型紫色土当前p H的酸度特征和酸缓冲特征。不同母质发育的紫色土酸度差异较大。酸性紫色土各层次均表现为酸性;中性紫色土表层土壤已发生酸化;石灰性紫色土p H均在8.0以上。不同母质发育紫色土的酸缓冲能力也不同。在当前阶段,土壤的酸缓冲能力大小关系为:石灰性紫色土>中性紫色土>酸性紫色土。酸性紫色土对外源酸的缓冲主要受交换性盐基离子所控制,土壤的酸缓冲能力较弱,酸缓冲容量小;中性紫色土对外源酸的缓冲主要受碳酸盐(p H 6.2~8.6)、硅酸盐矿物(p H>5)所控制,土壤中硅酸盐矿物丰富,土壤的酸缓冲能力较强于酸性紫色土;石灰性紫色土在当前阶段并未发生酸化,土壤的p H较高,这是因为石灰性紫色土在此阶段的酸缓冲主要受碳酸盐缓冲所控制(p H 6.2~8.6),土壤p H维持在较高水平,土壤的酸缓冲能力较高。3、典型紫色土的酸化风险评估。经过4天的电渗析模拟酸化处理后,中性紫色土除母质层未酸化外,其他层次土壤迅速酸化,p H均降至5以下,且交换性酸和交换性Al3+的含量急剧升高,0-10 cm层土壤的交换性酸由之前的0.83 cmol·kg-1迅速增加至4.41 cmol·kg-1;石灰性紫色土经过4天电渗析后,p H不仅没有降低反而略有所升高。酸性紫色土电渗析后,土壤交换性酸和交换性Al3+的含量大大降低,交换性酸的降幅在2.52~4.67 cmol·kg-1,交换性Al3+的降幅在2.23~4.89cmol·kg-1,且交换性酸的含量均低于中性紫色土。石灰性土壤则主要依靠碳酸盐对外源酸进行缓冲,土壤的酸缓冲能力较强。电渗析后,中性紫色土耕层土壤的交换性盐基离子含量大幅下降,0-10 cm、10-20 cm层土壤的交换性盐基离子总量由电渗析前的32.99 cmol·kg-1、38.63 cmol·kg-1降低至电渗析后的11.42 cmol·kg-1、16.89 cmol·kg-1,交换性盐基总量降低了35%和44%。尽管中性紫色土电渗析后土壤的潜在酸化风险急剧升高,但其酸化后仍含有较高的盐基离子含量,其盐基离子含量是同酸度条件下酸性紫色土的几倍甚至十几倍。可以看出,在进一步酸化过程中,不同类型紫色土的酸缓冲特征存在明显差异。中性紫色土含有较高的CEC值,在缓冲土壤酸化的同时也导致土壤吸附更多的致酸离子,土壤的潜在酸化风险急剧升高。酸性紫色土由于其本身酸化程度较深,土壤中可用于交换的盐基离子含量低,在进一步酸化过程中主要受铁铝氧化物和高价阳离子缓冲作用的影响,酸化程度并未加深,土壤的潜在酸化风险降低。
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