酸雨对土地酸化的影响是什么?

酸雨对土地酸化的影响是什么?
酸雨对土地酸化的影响是什么?

酸雨对土地酸化的影响是什么?
酸雨的发现
近代工业革命,从蒸气机开始,锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器；而后火力电厂星罗齐布,燃煤数量日益猛增.遗憾地是,煤含杂质硫,约百分之一,在燃烧中将排放酸性气体 SO2；燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化,氧气与氮气化合,也排放酸性气体NOx.它们在高空中为雨雪冲刷,溶解,雨成为了酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子.1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份,发现它呈酸性,且农村雨水中含碳酸铵,酸性不大；郊区雨水含硫酸铵,略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性.于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨：化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词.
什么是酸雨?
简单地说,酸雨就是酸性的雨.什么是酸? 纯水是中性的,没有味道；柠檬水,橙汁有酸味,醋的酸味较大,它们都是弱酸；小苏打水有略涩的碱性,而苛性钠水就涩涩的,碱味较大,它们是碱.科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关；而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关；然后建立了一个指标：氢离子浓度对数的负值,叫pH值.于是,纯水的pH值为7；酸性越大,pH值越低；碱性越大,pH值越高.未被污染的雨雪是中性的,pH值近于7；当它为大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性,pH值为5.65.被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨；pH值小于5.65的雪叫酸雪；在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾.

什麽是酸雨率?
一年之内可降若干次雨, 有的是酸雨, 有的不是酸雨, 因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数.其最低值为0%; 最高值为100%.如果有降雪, 当以降雨视之.
有时, 一个降雨过程可能持续几天, 所以酸雨率应以一个降水全过程为单位, 即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数.
除了年均降水pH值之外, 酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标.
什麽是酸雨区?
某地收集到酸雨样品, 还不能算是酸雨区, 因为一年可有数十场雨, 某场雨可能是酸雨, 某场雨可能不是酸雨, 所以要看年均值.目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论之中, 但一般认为: 年均降水pH值高于5.65, 酸雨率是0-20% , 为非酸雨区; pH值在5.30--5.60之间, 酸雨率是10--40% , 为轻酸雨区; pH值在5.00--5.30之间, 酸雨率是30-60%, 为中度酸雨区; pH值在4.70--5.00之间, 酸雨率是50-80%, 为较重酸雨区; pH值小于4.70, 酸雨率是70-100%, 为重酸雨区.这就是所谓的五级标准.其实, 北京, 西宁, 兰州, 乌鲁木齐等市也收集到几场酸雨, 但年均pH值和酸雨率都在非酸雨区标准内, 故为非酸雨区.
酸雨的危害---“干沉降”与“湿沉降”
不下雨时,大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面叫干沉降；下雨时,高空雨滴吸收包含酸性物质继而降下时再冲刷酸性物质降到地面叫湿沉降.
"湿沉降" 取决于酸雨中致酸碱性物质浓度, 如果我们讨论硫的 "湿沉降" , 那么, 将取决于降水中的硫的浓度, 如此类推; 也取决于降雨量. "干沉降" 则不同, 除了取决于大气中酸碱性物质浓度, 如果我们讨论硫的 "干沉降" , 那么, 将取决于大气中SO2的浓度和总悬浮颗粒物的浓度, 后者在空中已吸附了少量硫, 并以硫酸根的形式存在; 还取决于它们沉降到哪类地面上, 即土地利用格局.利用格局不同, 吸附和吸收酸性物质能力不同.一般分为四类, 森林的SO2 的沉降能力最强, 约为 8毫米/ 秒; 林地, 约为5 毫米/ 秒; 庄稼地和草地, 约为4 毫米/ 秒; 水面, 居民区等, 约为2 毫米/ 秒.土壤的酸碱性也有一些影响, pH值大于7 的碱性土壤, 约为 8毫米/ 秒; pH值近于 4的酸性土壤, 约为4-6 毫米/ 秒.
城市和农村, 谁的干沉降大, 谁的湿沉降大, 谁的干湿沉降总合大? 我国城市, 特别是工业城市, SO2 排放量较大, 该城市地面测得的SO2 浓度也较高, 例如我国有24所城市SO2 年均浓度超过了0.100 毫克/ 立方米, 其中有10座城市在长江以南, 这些市皆处于酸雨区中; 但是长江以南广大农村地区, SO2 年均浓度约为0.010 毫克/ 立方米, 甚至低于此值, 也属于酸雨区.这是因为我们测得的SO2 浓度是地面浓度; 而决定酸雨的是高空雨云酸化的程度, 并且这种酸化了的雨云可以长距离传输; 决不能因为农村没有酸物质排放而忽视了酸雨存在与危害.由于乡村面积远远大于城市面积, 因此城市的干沉降大于湿沉降; 乡村湿沉降大于干沉降.若讨论国土面积, 乡村的干湿沉降的总和将远大于城市的干湿沉降的总合;若讨论单位面积, 城市的干湿沉降总和将远大于乡村干湿沉降之总合.
酸性物质的干湿沉降酸雨危害环境.这种危害包括森林退化,湖泊酸化,鱼类死亡,水生生物种群减少,农田土壤酸化、贫脊,有毒重金属污染增强,粮食、蔬菜、瓜果大面积减产,使建筑物和桥梁损坏,文物面目皆非.
酸湖
干湿酸沉降可直接降入湖水内；也可降入河内再流入湖内；也可落到植被上,雨水冲刷形成径流,注入河湖；也可渗入土壤,进入地下水,流入湖内；最终导致湖泊酸化.有人估计,在中国南方酸雨地区有近一半湖泊,受到不同程度的酸化污染.当然,不同湖泊酸化的敏感性还有所不同,它取决于影响降水的气象条件,湖泊水文,流域特征和湖区土壤和基岩状况.
重庆南山和缙云山各发现一个水塘, 其水体pH值为4.7 , 属于已酸化了的小水体, 这是一个警告.幸运地是, 到目前为止我国尚未发现大面积水域酸化现象.
何谓湖泊酸化?
天然水体中含有碳酸氢根离子; 有的水质发浑, 含有某些有机碱; 因此它们有中和酸的能力.碱度就是酸中和能力.碳酸氢盐水体中的碱性主要来自于含钙和镁的矿物质的风化.因此水体碱度为碳酸氢根离子浓度, 加上两倍的碳酸根离子的浓度(因为每个碳酸根离子可中和两个氢离子) , 再加上氢氧根离子浓度, 即:
碱度 = [HCO3] + 2[CO3] + [OH] - [H].
当酸性物质进入碳酸氢盐水体, 首先中和氢氧根离子, 然后中和碳酸根离子形成碳酸根离子, 最后中和碳酸氢根离子形成碳酸,再增加氢离子, 水体将明显酸性提高.因此, 水体碱度大, 酸中和能力大, 其对酸性的缓冲能力大, 可容纳更多额外增加的酸.据碱度定义, 湖泊完全失去碱性叫酸化.当某水体接受氢离子量超过其本身中和离子量 (通常是碳酸氢盐) , 便发生了酸化.
酸湖是怎样形成的呢?
湖底基岩一般为碳酸盐, 不断以碳酸氢盐形态慢慢溶入湖水中, 故一般湖水为弱碱性或中性.酸雨引入湖中的氢离子, 首先中和碳酸氢根离子形成弱酸性的碳酸, 这时湖水的pH值下降很慢, 有时需要数年时间; 一但该过程中和完毕, 碳酸氢根被耗尽时, 再引入新的氢离子, pH值就下降很快了, 可能一年之内便可酸化.
水体酸化敏感性指标
虽然目前我国水体, 包括湖泊酸化并不严重, 例如我国重酸雨地区四川和贵州省水体大致pH值在6.5-8.5 之间, 没有发现大面积已酸化水体, 且近期也不会被酸化.要防患于未然.因此首先要着眼于找出那些对酸化敏感的水体, 先行防范.要评价某水体对酸化的敏感性, 就要订出一项水体酸化敏感性指标.
参照国外和前人经验, 我国学者提出一种 "抗酸化容量" 指标来评价天然水体的酸化敏感性.经过他们的研究, 我国天然水体的pH值一般在6.5-8.5 之间.此时, 水体中碳酸氢根占碳酸溶解量的60-95% ,成为水体中的主要缓冲因素.首先, 假定水体酸化临界值为pH=6.5, 测出水体实际pH值后, 可得pH增加值△pH, 即 △pH= pH - 6.5;既而, 测得水体的碱度 [Alk];最后, 由水体碳酸平衡公式, 算出水体可承受的总酸量△A.
据此指标, △A < 0.5 毫克当量/升 , 是敏感水体; △A=0.5-1.0 毫克当量/升 , 为中等敏感水体; △A > 1.0 毫克当量/升 , 为不敏感水体.
西南酸雨地区水体酸化敏感性评价
对于重酸雨区四川和贵州两省, 评价天然水体敏感性结果是: 敏感的占26.4 %, 中度敏感的占53.0% , 不敏感的占18.3% .
西南酸雨地区绝大多数天然水体对酸沉降不太敏感, 这是与该地区土壤基岩的性质有关.近期内它们也不会被完全酸化.少数敏感水体, 主要是山地小面积水体, 酸化趋势严重, 表明酸沉降对该地区水体酸化的潜在危害是存在的.
其中易酸化水体仅占两省总面积的1.2%.出现在贵州东南角, 这一地区天然水体对酸沉降是极敏感的, 这与他们所临近的土壤基岩有关; 其次, 少数山地小面积水体, 特别是山顶水塘, 除了接受天上降水之外没有其它来源, 且水体积小, 缓冲能力差, 对酸沉降也是极敏感的, 应与充分注意.
鱼虾等能生活在酸湖之中吗?
湖水pH值在9.0～6.5之间的中性范围时,对鱼类无害；在5.0～6.5之间的弱酸性时,鱼卵难已孵化,鱼苗数量减少；当湖水pH值低于5.0时,大多数鱼类不能生存.因此,湖泊酸化会引起鱼类死亡.相对于忍耐湖水酸化的能力而言,虾类比鱼类更差,在已酸化的湖泊中,虾类要比鱼类提前灭绝.
草本食物是一些鱼、虾类生活的基础.湖水酸化,水生生物种群将减少,例如某湖酸化后,绿藻从26种减至5种；金藻由22种减至5种；兰藻由22种减至10种.俗语说,大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃滋泥,其实滋泥中就含有大量水生生物；鱼虾离开了水草和水生生物,好比鸟兽离开了森林.因此,从生态食物链角度来看,湖泊酸化,也将使鱼虾难以生存.
酸雨是青蛙和鸟类的天敌
酸雨是青蛙和鸟类的天敌,鸟穿过酸雾,酸对角膜有刺激性,而鸟和青蛙对酸又十分敏感,即患红眼病.
土壤酸化
酸雨可导致土壤酸化.我国南方土壤本来多呈酸性,再经酸雨冲刷,加速了酸化过程；我国北方土壤呈碱性,对酸雨有较强缓冲能力,一时半时酸化不了.土壤中含有大量铝的氢氧化物,土壤酸化后,可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子,形成植物可吸收的形态铝化合物.植物长期和过量的吸收铝,会中毒,甚至死亡.酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；改变土壤结构,导致土壤贫脊化,影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害,使作物减产.
酸化土壤肥力减退、农业减产
酸雨可使土壤微生物种群变化,细菌个体生长变小,生长繁殖速度降低,如分解有机质及其蛋白质的主要微生物类群牙孢杆菌,极毛杆菌和有关真菌数量降低,影响营养元素的良性循环,造成农业减产.特别是酸雨可降低土壤中氨化细菌和固氮细菌的数量,使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降,对农作物大为不利.
科学家试验后估计我国南方七省大豆因酸雨受灾面积达2380万亩,减产达20万吨,减产幅度约6%,每年经济损失1400万元.
火力发电厂周围的粮地
稻、麦等禾本科作物叶面积小,蜡质层厚,可湿性差,对酸雨敏感性弱,但强酸雨仍将导致叶面扭曲,褐黄或褐红伤班,大麦减产.重庆电厂附近酸雨区域受害粮地4.1% .


赤 稻
水稻生长期是翠绿色的, 到了成熟期是黄色的, 在加上诱人的稻米香味, 稻香村成为田园特殊风光; 如果变成赤色的, 又如何? 我们见过赤豆, 红高粮, 谁也没见过赤稻.怪事发生在重庆, 1982年6 月18日下了一场pH值为3.9 的强酸雨, 某乡上万亩水稻叶片迅速变成赤色, 一场灾害产量损失80万斤.酸雨大棚实验也证明, 强酸雨将导致叶面产生赤色伤班.
酸沉降对农作物的急性伤害和慢性伤害
急性伤害, 通常是指农作物与强酸雨或高浓度二氧化硫等污染物接触, 其叶片在短时间 (一至三天) 内出现细胞死亡, 其严重者出现枯叶, 枯枝, 枯梢和枯株.这种情况只在实验室和土法炼硫窑附近见过.慢性伤害, 一般系指农作物长期与弱酸雨或低浓度的二氧化硫污染物接触, 其叶色失绿或色素变化, 破坏作物细胞正常代谢活动, 导致细胞死亡, 其可见伤害症状为过早落叶等.一般酸雨地区或二氧化硫长期超标地区内, 会发生这种情况.这也是大面积农作物减产的原因.
不同作物受二氧化硫伤害的敏感性
不同的农作物和同种作物的不同品种之间, 受二氧化硫伤害的敏感性不同.为了使人们认识这点, 科学家在实验室内用一定剂量的二氧化硫去熏不同农作物.一段时间之后, 不同农作物伤害完全不同, 可分为敏感性农作物, 中等敏感性农作物和抗性农作物三类.如, 敏感农作物有大麦, 棉花, 大豆, 菠菜, 胡萝卜和辣椒等;中等抗性农作物为小麦, 菜豆, 花生, 黄瓜, 油菜和番茄等; 抗性农作物为水稻, 玉米和马铃薯等.
酸雨与蔬菜
酸雨造成蔬菜叶面黄斑,生长不良,抗病能力下降,产量下降.如我国某电厂附近酸雨区域受害菜地11.3% .不同品种的蔬菜对酸雨的敏感程度不同,当pH=3.5的高酸性环境里,对酸敏感蔬菜蕃茄,芹菜,豇豆和黄瓜产量可下降20%；而有中等敏感性的生菜,四季豆和辣椒产量下降10-20%；最后,抗酸性较强的青椒,甘兰,小白菜,菠菜和胡罗卜产量下降低于10%.
银耳白了, 菜叶黄了
福建沿海某地, 盛产银耳, 远销海内外.近期, 不知什么原因 颜色泛黄, 变成次品.农民将它们至入塑料大棚内, 用硫黄蒸汽熏 蒸, 的确见效, 银耳雪白, 成为上品.但大量的硫逸出大气, 或沉 于地下.结果良田寸草不生, 每日清晨, 田间酸雾迷漫, 菜地菜叶 泛黄, 所产菜无人敢买.附近城镇居民, 多患哮喘病和支气管炎. 经过教育和综合治理, 业已改观. 酸雨与森林衰退
比较不同年代树木年轮,可知产生酸雨前后对林木生长的影响.在我国南方森林地区,50年前树木生长较为粗壮,近年来状况不佳.酸雨可造成叶面损伤和坏死,早落叶,林木生长不良,以致单株死亡.土壤肥力降低,产量下降,造成大面积森林衰退.
我国重酸雨地区四川盆地受酸雨危害的森林面积达28万公顷,占林地总面积的三分之一,死亡面积1.5万公顷,占林地面积6%.同样受酸雨侵袭的贵州省,受危害的森林面积达14万公顷,为四川盆地的二分之一.
酸雨中的马尾松
我国马尾松和华山松对酸雨十分敏感,重庆南山风景区约三万亩马尾松发育不良,虫害频繁；80年代约有一万公顷马尾松枯死,几经防治,毫无效果.四川万县有华山松97万亩,其中60万亩受到不同程度伤害；而奉节县有九万亩华山松,90% 枯死.四川名胜峨眉山,风景旖丽,全靠山深林秀.但近十年来,冷杉林成片死亡；七里坡接引殿一带,有4%的树木枯死；金顶附近600余亩树林,几乎全部死绝,光秃秃,景观全非.猴子也跑到其它山沟里去了.
峨眉山冷杉林成片死亡
四川名胜峨眉山, 风景旖丽, 全靠山深林秀.但近十年来, 酸雨象空中死神缠住了此佛教胜地, 冷杉林成片死亡.金顶海拔3077米, 降水pH值平均为4.34; 酸雨率达到85.7% , 硫酸根占阳离子总量的60% .其它风景区千佛顶, 太子坪, 七里坡, 雷洞坪也处于酸雨严重污染区.峨眉主要风景林是冷杉, 死亡率超过30% 的中度受害面积达到7.00平方公里; 死亡率超过50% 严重受害面积达到2.28平方公里.七里坡接引殿一带, 有4%的树木枯死; 金顶附近 600余亩, 几乎全部死绝, 秃秃光光, 景观全非.猴子也跑到其它山沟里去了.
酸雨中的竹林
我国南方盛产竹林,个别地区竹林茂盛,绵延数百公里,成为竹海,雨中竹叶清翠欲滴,成为盛景.但酸雨使竹林泛黄,竹叶稀稀落落.
大熊猫在肌饿中
以竹叶为食物的大熊猫会因此忍肌挨饿.如果不保护好熊猫所赖以生存的生态环境,国宝大雄猫将在我们这一代濒临灭绝.
酸雨与建筑
酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解,出现空洞和裂缝,导致强度降低,从而建筑物损坏.
科学家曾收集许多被酸雨毁害的石灰石和大理石建筑材料, 分析发现该样品的碳酸盐的颗粒中总是嵌入硫酸钙晶体, 硫从哪里来? 认定与酸雨有关.
沙浆混凝土墙面经酸雨侵蚀后, 出现 "白霜" ; 经分析此种白霜就是石膏 (硫酸钙) .
重庆市1956年建成的重庆体育馆水泥栏杆, 由于酸雨腐蚀, 石子外露, 深达1 厘米之多, 按时间估计, 平均每年浸蚀0.4 毫米, 十分惊人.这种水泥栏柱石子外露现象, 在路旁电线杆上也每每发生.除了影响材料强度之外, 尚影响市容观瞻.
雾都建筑的 "黑壳" 效应
建筑材料变脏, 变黑, 影响城市市容质量和城市景观, 被人们称之为 "黑壳" 效应.我国雾都重庆 "壳" 效应相当明显.天然大理石, 俗称汉白玉, 三年之后, 经酸雨淋洗, 完全变色; 失去光泽的时间为 3至 8年.
酸雨与人体健康
人体耐酸能力高于耐碱能力,如经常用弱碱性洗衣粉洗衣服,不带手套,手就会变得粗糙,皮革工人,经常接触碱液,也有类似情况；但皮肤角质层遇酸就好一些.可是,眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感,酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用,导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止,尚可诱发肺病,这是酸雨对人体健康的直接影响.另一方面,农田土壤酸化,使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属,如汞、镉、铅等,再溶出,继而为粮食,蔬菜吸收和富集,人类摄取后,中毒,得病.这是酸雨对人体健康的间接影响.
人适宜在酸湖中游泳吗?
人能在pH值等于 3.0以上的酸湖内较长时间游泳而没有明显的外形伤害, 未有送医院治疗的先例.这给人们一种错觉, 即认为:人可以在酸湖中游泳.其实不然, 如果, 该酸湖曾经被重金属污染过, 在其中游泳危险性就很大了.因为, 当湖水为中性时, 重金属Cd, Hg等以沉淀的形式存在于底泥内, 湖水中有毒的离子态其量甚微; 酸化后, Cd, Hg和Al溶解, 它们的离子状态毒性很大, 人在其中长时间游泳, 极易中毒.在被重金属污染的酸湖内, 重金属将在鱼和水生生物中富集, 人捕食湖鱼, 或鸟捕食鱼或水生生物, 人再捕食鸟, 都会使人中毒.至于国外某些科幻电影, 绘声绘色地描述为化学药品污染湖水中会产生食人怪兽, 目前没有科学根据.
天昏昏兮人郁郁
此句古诗是形容阴雨连绵的日子里, 天昏昏沉沉, 人也打不起.如果是酸雨, 除了气压低, 湿度大之外, 再加上酸性物质引起的皮肤瘙痒, 眼角膜红肿, 气管哮喘, 人就不止是昏昏沉沉, 而是昼夜难熬了.人的许多疾病多由精神而起, 长期精神郁闷, 必将导致疾病缠身.