三、酸雨的危害
酸沉降(Acid Deposition)是指大气中的SO2和NOX经一系列复杂的大气化学转化和物理输送过程后所产生的酸性化合物的大气干、湿沉降。其中,湿沉降即是酸雨,是pH<5.6的大气降水的总称,包括雨、雪、雾、霜等多种形式的降水。随着工农业和交通运输业的发展,SO2和NOx的人为排放量逐年增长。它们经化学反应转化成H2SO4、HNO3或转化成硫酸盐气溶胶或硝酸盐气溶胶,这些气溶胶还可进一步反应生成酸并沉降到地表。近四十多年来,酸沉降所引起的环境酸化已逐渐构成了一个全球敏感的重大环境问题。
雨水的酸性取决于水中的pH值。当大气中的CO2与降水中CO2成气液平衡时,pH值为5.65,小于此值的降水就定义为酸雨。但是现实大气中CO2的浓度在逐年升高,人类活动排放的酸雨前驱物(Precursor of Acid Rain)SO2和NOx也逐年增加,因此全球大气降水的本底值实际为pH=4.8~5.0。
酸雨对生态系统的影响很大。它既可使大片森林死亡、农作物枯萎,也会抑制土壤中有机物的分解和N2的固定,淋洗与土壤离子结合的Ca、Mg、K等营养元素,使土壤贫瘠化;可使湖泊和河流酸化,溶解土壤和水体底泥中的重金属并使之进入水中毒害鱼类,使水生生态系统受到严重破坏,加速建筑物和文物的腐蚀和风化过程,对人体健康也具有直接的和潜在的影响。酸雨主要出现在湿润的酸性土壤分布地区,它首先引起酸性土壤进一步酸化,造成土壤化学和土壤生物系统发生变化,主要表现在以下几个方面。
①土壤溶液中H+增多,它与土壤胶粒外的Ca2+、K+等发生代换作用,从而导致Ca2+、K+等离子的淋失,破坏土壤的结构及其物理性能,使土壤易于干旱,即所谓的“引爆效应”(Triggering Effect)。
②土壤酸化后,磷酸盐易转为难溶化合物,影响植物磷肥的供应。
③土壤中的Mn,Cu,Pb,Hg,Cd,Zn,Al等转为可溶性化合物后,不仅使土壤溶液中的金属浓度增高,而且易于被淋溶并转入江、河、湖、海和地下水中,引起水质污染。进而在水产和粮食、蔬菜等内部累积,通过食物链危害人体健康。
④由于土壤酸度增高,细菌的种类和数量减少(尤其是固氮菌减少,而真菌的种类和数量增多)将影响土壤固氮作用的进行,因而使土壤腐殖质的组成发生变化,胡敏酸减少,富里酸增加,土壤的良好结构难以形成。土壤中的动物(如蚯蚓、小蜘蛛和白蚁)的丰度下降,土壤通气性变坏,最终使土壤肥力下降,影响植物生长。
森林、农作物等受酸雨影响后,除由于土壤肥力下降影响其生长发育外,酸雨中的强酸性物质(H2SO4和HNO3)对植物叶片还有直接的破坏作用。当pH值低于4时,可引起鱼类烂鳃、变形,甚至死亡。重金属(如Hg等)会在鱼体内蓄积,对人体健康造成间接危害。
关于中国酸雨对作物、森林、生态系统和物质材料破坏的经济损失,世界银行估计每年为50亿美元,相当于GDP的0.75%(Word Bank,1997)。当前,中国酸雨面积正在不断扩大,降水酸度也在提高。20世纪90年代出现了一批降水pH值在4左右的地区,成为世界上降酸雨最严重的地区之一。
目前,我国酸雨危害区主要有四个:
①以粤、桂、川、黔为中心的华南、西南酸雨区。
②以长沙、南昌为中心的华中酸雨区。
③以厦门、上海为中心的华东沿海酸雨区。
④以青岛为中心的北方酸雨区(国家环保总局自然保护司,1999)。
大部分酸雨严重的地区分布在长江以南的土壤缓冲容量小的酸性土壤区,构成了一种不幸的重合。在各省的硫沉降中,本省源的贡献率均超过了50%。其中,以四川为最大,本地源占90%;江西虽最小,但也占了57%。根据通量计算,华中地区为净输入区。
酸雨对于生态环境和经济、社会造成的损失不容忽视。但是,科学研究迄今尚未定量揭示没有被植物冠层拦截的落地酸雨(Acid Throughfall)对土壤酸化的直接影响。专家们在酸雨“由上而下”直接对作物及植被所造成的损害进行了许多有益的探索,而对酸雨先直接作用于土壤,继而,酸化后的土壤再“由下而上”影响到农业经济及生态环境的机制知之甚少。因此目前酸雨对土壤退化的经济损失评估也具有很大的不确定性(常影,2003)。
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