第五章 土壤酸堿反應和氧化還原反應.ppt

1、第五章土壤酸堿反應和氧化還原反應,第一節(jié)、土壤的酸堿性,土壤酸性 土壤堿性 影響土壤酸堿性的因素,一、土壤酸性,（一）土壤酸性的類型 1、活性酸 -游離于土壤溶液中的H+所表現(xiàn)出來的酸度。 -H+活度越大，活性酸度越強。 -通常用pH值表示活性酸度。,土壤酸堿性的分級,強酸性 pH8.5,2、潛性酸,（1）概念與成因 土壤膠粒上吸附的氫離子和鋁離子進入土壤溶液后表現(xiàn)出來的酸度，稱為潛性酸。 在一般礦質(zhì)土壤中, 由交換性鋁離子產(chǎn)生的酸度, 比由交換性氫離子產(chǎn)生的酸度重要。紅壤的交換性酸度，90%以上是由交換性鋁所引起。 只有鹽基不飽和的土壤，才有潛性酸。,潛性酸表現(xiàn)其酸性的機制,吸附的氫離子的解

2、離 吸附的氫離子被其它陽離子所代換 吸附的鋁離子的解離和水解： Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O Al(OH)3 + H+,（2）測定方法 -代換性酸度：用過量的中性鹽（如KCl）溶液與土壤作用，將膠體上吸附的氫離子和鋁離子代換出來。 H+ me/100g， Cmol（+）/kg,水解性酸度 用弱酸強堿鹽（通常用pH8.2的醋酸鈉）浸提的土壤溶液的酸度。 4CH3COONa + 3H2O + H-(S) Al Na 4CH3COOH + Al(OH)3 + (S) Na Na Na,二、土壤

3、堿性,土壤堿性是由于土壤中OH-濃度高于H+離子濃度而造成的。 土壤中OH-主要來自于強堿弱酸鹽的水解和土壤吸附的鈉離子的解離。 土壤中的強堿弱酸鹽主要是碳酸鹽或重碳酸鹽的堿金屬（K+，Na+）或堿土金屬（Ca2+，Mg2+）的鹽類。,含有游離碳酸鈣的土壤稱為石灰性土壤。 碳酸鈣的溶解度不大，水解作用弱，產(chǎn)生的堿度也較弱。因此石灰性土壤的pH一般低于8.5，多在7.0-8.0之間。 土壤的交換性鈉是土壤堿性的重要指標。鈉飽和度大于15%時，土壤pH可達8.5，甚至于10.,三、影響土壤酸堿性的因素,1、氣候的影響： 氣候?qū)ν寥浪釅A性有深刻的影響。 -南方多雨，鹽基淋失強烈，土壤鹽基飽和度低，土

4、壤多呈酸性。 -西北雨量較少，鹽基淋失較弱，鹽基飽和度較高，土壤多呈堿性。,2、母質(zhì)的影響： -石灰?guī)r、基性巖、超基性巖的鹽基含量較高。當土壤的淋溶程度較弱時，土壤pH會比附近其它母質(zhì)上發(fā)育的土壤高。 -濱海鹽土含有豐富的易溶鹽類及碳酸鈣，加之地下水礦化度較高。因此，發(fā)育的土壤的pH一般較高，土壤常呈堿性。,3、自然植被,不同植被凋落物的分解產(chǎn)物對土壤酸堿性產(chǎn)生不同影響。 針葉林凋落物分解后形成的有機酸較多，鹽基較少，故其下的土壤一般呈酸性。 濱海紅樹林殘體分解后形成大量SO42-，使土壤呈強酸性。 一些耐鹽、耐堿的植物會選擇性地富集鹽基離子，其殘體分解后會促進土壤堿性的發(fā)展。,4、地形,不同

5、地形部位的鹽基淋失和富集狀況不同，土壤pH也有差異。 地形高處的土壤的鹽基淋失較強烈，pH可能較低； 低洼處的土壤多接受鹽基的淀積，所以pH可能較高； 內(nèi)陸一些閉流區(qū)域或集水洼地，由于大量富集徑流水帶來的Ca，Mg，K，Na的重碳酸鹽類，pH可能較高。,5、人類耕作活動,施肥和灌溉會改變土壤酸度： 酸性肥料降低土壤pH（KCl）； 施用石灰提高土壤pH； 污染水的灌溉； 大氣污染； 淹水耕作；,第二節(jié)、 土壤緩沖性能,概念及其意義 產(chǎn)生機制,一、土壤緩沖性的概念和意義,當土壤溶液中的H+或OH-離子濃度發(fā)生較大變化時，土壤通過自身的調(diào)節(jié)能力使土壤酸堿性不致于發(fā)生太大變化的能力，稱為土壤緩沖性。

6、 土壤緩沖性為植物和微生物創(chuàng)造一個比較緩和的生長環(huán)境，意義十分重大。,二、產(chǎn)生緩沖性能的機制,1、土壤溶液中弱酸及其鹽類的存在 土壤溶液中的硅酸、碳酸、磷酸、腐植酸以及其它有機酸及其鹽類，可以構(gòu)成良好的緩沖體系： Na2CO3 + 2HCl H2CO3 + 2NaCl (酸緩沖) H2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2H2O(堿緩沖),2、土壤膠體的陽離子交換作用,吸附的交換性陽離子對酸起緩沖作用； (S)-M + HCl (S)-H + MCl (M=鹽基離子) 吸附的H+，Al3+對堿性物質(zhì)起緩沖作用 (S)-H + NaOH (S)-Na + H2O,3、 酸性土壤鋁離子聚合

7、對堿的緩沖作用,在pH5的土壤中，Al3+被6個水分子所環(huán)繞，形成水合鋁離子。當土壤中OH-增多時，水合鋁離子聚合成更大的離子團，釋放出H+： 2Al(H2O)63+ + 2OH- Al2(OH)2(H2O)84+ + 4H2O,第三節(jié) 土壤反應與土壤肥力和作物生長,一、土壤反應與土壤肥力,1、對土壤養(yǎng)分有效性的影響 （1）通過養(yǎng)分的溶解度而影響有效性 金屬類 （2）通過微生物活性而影響有效性 N，S,植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關(guān)系,2、對膠體帶電性的影響,pH升高，可變負電荷增多，CEC大，保肥能力增強； pH低，則反之。,3、對土壤物理性質(zhì)的影響,土壤反應影響土壤膠體上吸附的陽離子種類，

8、進而影響土壤的物理性質(zhì)。 如：紅壤膠體上氫、鋁離子多，鈣離子少，所以結(jié)構(gòu)不良； 東北黑土中鈣離子多，加之有機質(zhì)含量高，形成了豐富的團粒結(jié)構(gòu)，物理性狀好。,二、土壤反應與植物生長,不同作物對土壤酸堿性都有一定的要求，這是植物長期的自然選擇的結(jié)果。常見植物對土壤pH的要求見下表：,植物適宜的pH范圍,三、土壤酸度的調(diào)節(jié),土壤酸度過強（pH過低），不利于作物生長，因此需要提高土壤pH。 一般采用施石灰的辦法。 使用的石灰材料是生石灰，即剛煅燒出的石灰，CaO： CaO + H2O Ca(OH)2 Ca(OH)2 + (S) H (S) Ca + 2H2O H,如果膠體上存在的鋁離子，則形成氫氧化鋁沉

9、淀： Al （S） Al + 2Ca(OH)2 Ca (S) Ca + 2Al(OH)3 Ca,施用石灰的益處,1、降低酸度，提高鹽基飽和度； 2、促進團粒結(jié)構(gòu)的形成； 3、提高磷酸鹽、鉬酸鹽等的有效性； 4、提高微生物的活性； 5、抑制鐵、鋁、錳的毒性；,過度施用石灰的負面影響,土壤板結(jié)，結(jié)構(gòu)變劣； 部分微量元素有效性降低；磷的有效性也下降。 因此，施用石灰要適量。 影響石灰施用量的因素有： 土壤潛性酸和pH；鹽基飽和度；質(zhì)地；有機質(zhì)含量；石灰的種類和施用方法；作物的要求等；,石灰需要量的估算,石灰需要量= 土壤體積*容重*CEC*（1-鹽基飽和度） 單位：千克/公頃 例子：某紅壤的pH為5

10、.0, 耕層土壤重為2250000kg/hm2, 土壤含水量為20%, CEC為10cmol/kg, 鹽基飽和度為60%, 試計算達到pH=7時, 中和活性酸和潛性酸的石灰需要量(理論值).,中和活性酸: pH=5時, 每升土壤溶液所含H+為10-5mol, 每公頃土壤水份所含的H+為: 2250000*20%*10-5=4.5mol/hm2 pH=7時,每升土壤溶液所含H+為10-7mol, 每公頃土壤水份所含的H+為: 2250000*20%*10-7=0.045mol/hm2 需要中和的H+的量為: 4.5-0.045=4.455mol 所需CaO為: 4.455*56/2=124.74

11、g,中和潛性酸: 每公頃土壤所含的潛性酸量為: 2250000*1/100*4=90000molH+ 需要CaO量: 90000*56/2=2520kg/hm2 -從上述計算可知，中和活性酸所需的石灰量極少，而中和潛性酸所需的石灰很多。 -計算出的理論值，實際用量一般低于理論需要量。,第二節(jié)、土壤氧化還原性,一、土壤氧化還原體系 土壤氧化還原狀況實質(zhì)上是土壤中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)濃度的相對比值，可以用氧化還原電位來表示： Eh=E0+(59/n)lg氧化態(tài)/還原態(tài) （毫伏）,土壤中最主要的氧化還原體系有:,鐵體系: Fe3+ =Fe2+ 錳體系: Mn4+=Mn2+ 硫體系: SO42-=S

12、2- 氮體系: NO3-=NO2- NO3-=N2 NO3-=NH4+ 有機碳 C(有機)=CO2 體系: CO2=CH4 氧體系: O2=H2O,土壤溶液中氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)的相對濃度取決于土壤溶液的氧壓和溶解態(tài)氧的濃度，這直接與土壤的通氣性相聯(lián)系。所以氧化還原電位可以作為土壤銅氣性的指標。,土壤氧化還原性分級,二、影響氧化還原電位的因素,1、微生物活動：耗氧 2、易分解有機質(zhì)含量：分解耗氧 3、易氧化和易還原的無機物的含量： 含量高，對氧化還原電位起緩沖作用（氧化鐵，硝酸鹽）。 4、植物根系代謝作用：分泌物參與氧化還原過程，水稻根系泌氧,5、土壤pH 土壤Eh一般隨pH的升高而下降， Eh/ pH在不同土壤條件下變化很大。 我國8個紅壤的Eh/