鋁在土壤酸化中的作用

雖然低pH意味著高濃度氫離子，但鋁在土壤酸化中也起到了一定的作用。鋁是大多數土壤礦物，包括黏土礦物的主要成分（硅鋁酸鹽和鋁氧化物）。當氫離子被吸附在表面時，作為交換性陽離子維持一段時間后，對礦物結構產生破壞，使鋁黏土礦物離子釋放出來。這些釋放的鋁離子吸附在土壤膠體的陽離子交換點位上，成為交換性鋁離子，并于土壤溶液中的可溶性鋁離子互相平衡。

這種交換性鋁和水溶性鋁在土壤酸化中起到兩個關鍵作用：①鋁對大多數生物具有高毒害，也是土壤酸化對植物和水生動物毒害作用的主要原因。②鋁離子具有很強的水解能力，能促使水分子分解成氫離子和自由移動氫氧根離子。鋁離子和氫氧根離子結合，剩余的氫離子就會使土壤pH降低。所以鋁離子和氫離子被稱為酸性離子。

鐵與鋁具有相同的性質，經歷相似反應后也會水解產生氫離子。正三價鐵離子在pH小于3的情況下才能水解，一般情況下土壤pH不會低于3，就不深入討論了。

隨著pH的升高，土壤中絕大多數羥基鋁離子會逐漸形成，并吸附在礦物表面或者與土壤有機質結合。羥基鋁離子聚集到一起，形成帶正電荷的大顆粒聚合物。聚合物與膠體的負電荷點位緊密結合后，很難被交換，降低了土壤膠體的潛在陽離子交換能力。土壤pH升高后，越來越多的羥基鋁離子形成氫氧化鋁而沉淀，土壤膠體上的負電位又重新可以與陽離子進行交換。當土壤pH從4.5上升到7.0，土壤陽離子交換量升高，在這樣的pH條件下，幾乎所有的鋁離子都沉淀為氫氧化鋁。

項目組通過試驗，證實單硅酸對鋁離子對作物的毒害有強烈的抑制作用，具體原理為通過提高土壤pH和復分解反應把大量的鋁離子轉換為氫氧化鋁。檢測植物各器官鋁離子含量隨硅肥用量增加而明顯下降。

以上節選自《土壤學與生活》，作者尼爾?布雷迪、雷?韋爾。為方便閱讀，原文部分元素和分子式由項目組小編轉換為通用漢語化學元素和分子式注釋語法，如有錯誤請大家指正。