chap土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)

1、1會計學chap土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)土壤酸堿性反應(yīng)土壤酸堿性反應(yīng)我國土壤的酸堿性反應(yīng)，大我國土壤的酸堿性反應(yīng)，大多數(shù)在多數(shù)在pH4.58.5pH4.58.5之間。在地理分布之間。在地理分布上有上有“東南酸西北堿東南酸西北堿”的規(guī)律性。大的規(guī)律性。大致致可以長江為界（北緯可以長江為界（北緯3333 ），長江以），長江以南的土壤為酸性或酸性，長江以北的南的土壤為酸性或酸性，長江以北的土壤多為中性或堿性。我國土壤的酸土壤多為中性或堿性。我國土壤的酸堿性南北差異很大。堿性南北差異很大。2潛性酸潛性酸 是由于土壤膠粒上吸附著氫離子和鋁離子所造成的顯出酸性，所以它是土壤酸的潛在

2、來源，故稱為潛性酸潛性酸(soil potential acidity)。土壤膠體上吸附的氫、鋁離子所反映的潛性酸量，可用交換性酸度交換性酸度和水解酸度水解酸度表示。（1）交換性酸度(soil exchangeable acidity)當用中性鹽溶液中性鹽溶液如1mol Kcl或0.06mol BaCl2溶液(pH=7)浸提土壤時,土壤膠體表面吸附的鋁離子與氫離子的大部分均被浸提劑的陽離子交換而進入溶液，浸出液中的氫離子及由鋁離子水解產(chǎn)生的氫離子，用標準堿液滴定,根據(jù)消耗的堿量換算,為交換性氫與交換性鋁的總量,即為交換性酸量(包括活性酸)。以厘摩爾（）/千克）為單位，它是土壤酸度的數(shù)量指標。

3、交換性酸量在進行調(diào)節(jié)土壤酸度，估算石灰用量時，有重要參考價值。（2 2）水解性酸度(soil hydrolytic acidity)用弱酸強堿的鹽類溶液（常用的為pH8.2的1mol NaOAc溶液）浸提, 再以NaOH標準液滴定浸出液,根據(jù)所消耗的NaOH的用量換算為土壤酸量。這樣測得的潛性酸的量稱之為土壤的水解性酸水解性酸。 結(jié)果是:交換程度比用中性鹽類溶液更為完全，土壤吸附性氫、鋁離子的絕大部分可被Na+離子交換。水化氧化物表面的羥基羥基和腐殖質(zhì)的某些功能團功能團（如羥基、羧基）上部分H+解離而進入浸提液被中和。3 3活性酸和潛性酸的關(guān)系活性酸和潛性酸的關(guān)系活性酸和潛酸的總和，稱為土壤總

4、酸度。由于它通常是用滴定法滴定法測定的，故又稱之為土壤的滴定酸度滴定酸度。它是土壤的酸度的容量指標。它與pH值在意義上是不同的。 活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的強度； 潛在酸是土壤酸度的主體，代表土壤酸度的容量。土壤總酸度活性酸度潛在酸度 二、土壤堿度(soil alkalinity) （一）堿性土的成因土壤堿性反應(yīng)及堿性土壤形成是自然成土條件自然成土條件和土壤土壤內(nèi)在因素內(nèi)在因素綜合作用的結(jié)果。堿性土壤的堿性物質(zhì)主要是鈣、鎂、鈉的碳酸鹽和重碳酸鹽，以及膠體表面吸附的交換性鈉。形成堿性反應(yīng)堿性反應(yīng)的主要機理主要機理是堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)。 土壤堿性的來源土壤堿性的來源：

5、氣候，生物，母質(zhì)氣候，生物，母質(zhì)1、碳酸鈣水解 堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)： 從上式可知：從上式可知：（1） 石灰性土壤的pH值，因CO2的偏壓大小而變，所以在測定石灰性土壤pH值時，應(yīng)在固定的CO2偏壓下進行，并必須注意在充分達到平衡后測讀。（2）土壤空氣中CO2含量不會低于大氣CO2的含量，也很少高于10%，因此石灰性土壤的pH總是在pH6.88.5之間，所以農(nóng)業(yè)施用石灰來中和土壤酸度是比較安全的，不會使土壤過堿。土壤堿化與鹽化有著發(fā)生學上的聯(lián)系。 鹽土和堿土并非一物“鹽堿土”，鹽土的pH值一般小于8.5, 鹽土脫鹽才可能 形成堿土。第二節(jié)第二節(jié) 土壤酸度的指標土壤酸度的指標 一、土壤酸度的強度指

6、標 （一）土壤（一）土壤pHpH 土壤土壤pHpH代表與土壤固相處于平衡平衡的溶液中的H+濃度的負對數(shù)。（二）石灰位（二）石灰位(limepotential) 在土壤膠體表面吸附的鹽基離子中總是以鈣離子為主的，在酸性土壤的鹽基離子中，鈣離子約占總量6580。因此，提出了表示土壤酸強度的另一指標石灰位石灰位。它將氫離子數(shù)量與鈣離子數(shù)量聯(lián)系起來，以數(shù)學式pH-0.5PCa表示之，即 石灰位石灰位 pH-0.5pCapH-0.5pCa二、土壤二、土壤堿堿性指標性指標（一）總堿度（一）總堿度 總堿度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的總量。我國堿化土壤的總堿度占陰離子總量的50以上，高的可達90，

7、故可用總堿度作為土壤堿化程度分級的指標之一。即 石灰性物質(zhì)所引起的弱堿性反應(yīng)（pH7.5-8.5)稱為石灰性反應(yīng),土壤稱之為石灰性土壤。石灰性土壤的耕層因受大氣或土壤中CO2分壓的控制，pH值常在8.0-8.5范圍內(nèi),而在其深層,因植物根系及土壤微生物活動都很弱,CO2分壓很小,其pH值可升至10.0以上?？倝A度厘摩爾升COHCO323() /)（二）堿化度（鈉堿化度：（二）堿化度（鈉堿化度：ESPESP） 堿化度是指土壤膠體吸附的交換性鈉離子占陽離子交換量的百分率。堿化度交換性鈉陽離子交換量 100 當土壤堿化度達到一定程度，可溶鹽含量較低時，土壤就呈極強的堿性反應(yīng)，土壤理化性質(zhì)上發(fā)生惡劣變

8、化，稱為土壤的 “堿化作用（alkalinization)”。 我國則以堿化層的堿化度30%,表層含鹽量9.0定為堿土(alkaline soil) 。 將土壤堿化度為510定為輕度堿化土壤， 1015為中度堿化土壤， 1520為強堿化土壤。三、影響土壤pH值的因素（一）土壤膠體類型和性質(zhì)對pH值的影響 1土壤膠體的極限pH值當土壤膠體上吸附的陽離子陽離子全部是致酸離子致酸離子，稱為鹽基完全不飽和態(tài)。此時土壤的pH值，稱為土壤的極限極限pH值值。 2土壤膠體酸基的解離常數(shù)K對pH值影響不同類型土壤膠體的pK值就各異。有機膠體pK值為4.55.0，硅酸鹽類粘粒為5.25.8；含水氧化鐵為6.07

9、.0。致酸離子解離度的大小的排列順序：有機膠體 蒙脫石 含水云母和拜來石 高嶺石 含水氧化鐵、鋁（二）土壤吸附性（二）土壤吸附性陽離子陽離子組成和組成和鹽基飽和度鹽基飽和度對對pH的影響的影響 氫鋁質(zhì)土壤是酸性； 鈣質(zhì)土 pH值大多數(shù)在7左右，呈中性反應(yīng)； 鈉質(zhì)土壤 pH值可達8.5以上，呈堿性反應(yīng)。 鹽基飽和度大小，反應(yīng)土壤潛性酸及活性強度的大小。（三）土壤含水量對土壤（三）土壤含水量對土壤pH的影響的影響 土壤的pH值隨土壤含水量增加增加有上升上升的趨勢。因此，在測定土壤pH值時,應(yīng)注意土水比。土水比愈大，所測得的pH值愈大。（四）土壤氧化還原條件對（四）土壤氧化還原條件對pHpH的影響的

10、影響 淹水或施有機肥促進土壤還原的發(fā)展，對土壤pH有明顯的影響。酸性土淹水后pH升高的原因主要是由于在嫌氣條件下形成的還原性碳酸鐵、錳呈堿性，溶解度較大，因之pH值升高。 硫化物（在硫化細菌的作用下）可氧化為硫酸，使土壤pH值急劇下降第三節(jié) 土壤氧化還原體系 (soil redox system)一、土壤氧化還原體系氧體系氧體系氧體系的氧化反應(yīng)為：O2 + 4e =2H2O E0 = 1.23V在25時，其Eh為： 如果土壤的pH值是7時，氧的標準電位為0.82V，氧的數(shù)量以大氣壓表示，這時氧的Eh為Eh = 0.82 + 0.015logO2 當氧的分壓為0.2時，Eh為0.81V，這就意味

11、著一般土壤的Eh值不會超過810mv，這是土壤通氣良好的情況下，最高的氧化電位。氮體系氮體系 土壤中氮的存在形態(tài)有有機態(tài)和無機態(tài)兩種，有機態(tài)占絕大部分。有機氮轉(zhuǎn)化為無機氮是在微生物的控制下進行的。 硫體系硫體系 土壤中的SO42-還原為S2-或H2S時需要強烈的還原條件，在一般水田中的還原狀況達不到，只有在微生物的活動下，能使土壤的Eh值降低至 - 0.1-0.2V，因此在有機質(zhì)較多的土壤中，這以反應(yīng)能進行。相反從S2-氧化為SO42-，則在大多數(shù)通氣良好的土壤中都能達到。 有機體系有機體系 一般在有機質(zhì)含量高的漬水土壤中還原性物質(zhì)較多，如醋酸、丙酮酸、乳酸、甲酸、丁酸、瑚玻酸、蘋果酸、酒石酸

12、和二醇酸等。而在旱地有機質(zhì)含量少的土壤中還原性物質(zhì)較少。 土壤氧化還原體系的特點：土壤氧化還原體系的特點： 土壤中氧化還原體系有無機體系和有機體系兩類。 土壤中氧化還原反應(yīng)雖有純化學反應(yīng)，但很大程度上是由生 物參與的。 土壤是一個不均勻的多相體系，即使同一田塊不同點位都有 一定的變異，測Eh時，要選擇代表性土樣，最好多點測定求 平均值。 土壤中氧化還原平衡經(jīng)常變動，不同時間、空間，不同耕作 管理措施等都會改變Eh值。嚴格地說，土壤氧化還原永遠不 可能達到真正的平衡。1.1.土壤的氧化還原電位（土壤的氧化還原電位（soil redox potential)soil redox potential

13、)在土壤里普遍存在著各種氧化還原反應(yīng)，氧化還原過程在土壤中具有十分重要的地位，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的實質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，氧化還原反應(yīng)的電極反應(yīng)可表示如下： 氧化態(tài) ne = 還原態(tài)氧化還原反應(yīng)中的氧化態(tài)和還原態(tài)同時在電極上達到平衡，其平衡電位，稱為氧化還原電位，通常以Eh表示。 二、土壤氧化還原指標 2、Eh和和pH的關(guān)系的關(guān)系 式中m是參與反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)，Eh隨pH增加而降低。因此，同一氧化還原反應(yīng)在堿性溶液中比在酸性溶液中容易進行。 圖92 鐵體系的Eh-pH穩(wěn)定范圍圖1.土壤通氣性2.微生物的活動3易分解有機質(zhì)的含量 有機質(zhì)的分解主要是耗氧的過程，在一定的通氣條件下，土壤中的易分解的有機愈多，耗

14、氧也愈多，其氧化還原電位就較低。4土壤中易氧化和還原的無機物的含量 如土壤的氧化體系和硝酸鹽含量高時，可使Eh值下降得較慢。5植物根系的代謝作用6土壤的pH值 三、影響土壤氧還原的因素三、影響土壤氧還原的因素 第四節(jié)第四節(jié) 土壤緩沖性土壤緩沖性(soil buffering)一、土壤緩沖性的概念一、土壤緩沖性的概念及重要性一、土壤緩沖性的概念及重要性 狹義：把少量的酸或堿加入到水溶液中，則溶液的pH值立即發(fā)生變化；可是把這些酸堿加入到土壤里，其pH值的變化卻不大，這種對酸堿酸堿變化的抵抗能力，叫做土壤的緩沖性能或緩沖作用。 廣義：土壤是一個巨大的緩沖體系，對營養(yǎng)元素營養(yǎng)元素、污染污染物質(zhì)物質(zhì)、

15、氧化還原氧化還原等同樣具有緩沖性，具有抗衡外界環(huán)境變化的能力。二、土壤酸、堿緩沖性 （一）土壤酸、堿緩沖作用的原理 1. 土壤溶液中的弱酸及其鹽類的存在 碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸及其鹽類。2. 土壤膠體的陽離子交換作用（二）土壤酸堿緩沖體系 1、碳酸鹽體系 緩沖的pH范圍在pH8.5-6.7之間 2、硅酸鹽體系 3、交換性陽離子體系土壤陽離子交換量愈大，緩沖能 力愈大。 4、鋁離子體系 在土壤pH5.0pH5.0時,鋁離子形成Al(OH)3沉淀，失去它的緩沖能力。 5.有機酸體系 （四）土壤酸、堿緩沖容量和滴定曲線（四）土壤酸、堿緩沖容量和滴定曲線 在土壤懸液中連續(xù)加入標準酸或堿液，測定pH的

16、變化,以縱座標表示pH，橫座標表示加的酸或堿量，繪制滴定曲線，又稱緩沖曲線緩沖曲線。 磚紅壤、紅壤和黃棕壤膠體的中和曲線（于天仁，1987） （三）影響土壤酸堿緩沖性的因素：無機膠體類型；質(zhì)地；有（三）影響土壤酸堿緩沖性的因素：無機膠體類型；質(zhì)地；有機膠體機膠體三、土壤氧化還原緩沖性 不同氧化還原物質(zhì)的Eh與其氧化或還原程度(%)的關(guān)系 一、生物對土壤酸堿性和氧化還原狀況的適應(yīng)性 （一）植物適宜的酸堿度（一）植物適宜的酸堿度第五節(jié) 土壤酸堿性和氧化還原狀況與生物環(huán)境（二）土壤Eh值范圍與植物生長（三）土壤pH和Eh與土壤微生物活性二、土壤酸堿性和氧化還原狀況與養(yǎng)分的生物有效性 （一)土壤酸堿性

17、對養(yǎng)分有效性的影響圖95 植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關(guān)系 土壤pH6.5左右時，各種營養(yǎng)元素的有效度都較高，并適宜多數(shù)作物的生長。 pH在微酸性、中性、堿性土壤中，氮、硫、鉀的有效度高。 pH6-7的土壤中,磷的有效度最高。pH7時，則易產(chǎn)生磷酸鈣沉淀，磷的有效性降低。 在強酸和強堿土壤中，有效性鈣和鎂的含量低，在pH6.58.5的土壤中，有效度較高。 鐵、錳、銅、鋅等微量元素有效度，在酸性和強酸性土壤中高；在pH7的土壤中，活性鐵、錳、銅、鋅離子明顯下降，并常常出現(xiàn)鐵、錳離子的供應(yīng)不足。 在強酸性土壤中，鉬的有效度低。pH6時,其有效度增加。硼的有效度與pH關(guān)系較復(fù)雜,在強酸性土壤和pH7

18、.08.5的石灰性土壤中,有效度均較低,在pH6.07.0和在pH8.5的堿性土壤中,有效度較高。 （二）土壤氧化還原狀況對養(yǎng)分有效性的影響（二）土壤氧化還原狀況對養(yǎng)分有效性的影響 在土壤強還原條件下，高價鐵（Fe3+)還原低價鐵(Fe2+)，同時硫酸根（SO42-）也還原為硫化物(S2-)，此時，同時可能發(fā)生硫化亞鐵的沉淀反應(yīng)(FeS)，使鐵的有效度下降。所以在討論氧化反應(yīng)的影響時，要綜合的分析判斷。 三、土壤酸堿性和氧化還原狀況與有毒物質(zhì)的積累pH6.0; 水稻土排水解除錳的毒害。 （一）強酸性土壤的鋁、錳脅迫與毒害（二）氧化還原狀況與有毒物質(zhì)積累 Eh200mv時,土壤中的鐵錳化合物就從

19、氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為還原態(tài),當Eh-100mv時,則低價鐵(Fe2+)濃度已超過高價鐵(Fe3+),會使植物產(chǎn)生鐵的毒害。Eh供氧供氧氧化（排水烤田氧化（排水烤田）淹水淹水缺氧缺氧還原（淹水泡田還原（淹水泡田）（三）土壤氧化還原狀況的調(diào)節(jié)（三）土壤氧化還原狀況的調(diào)節(jié) （二）土壤堿性的調(diào)節(jié)（二）土壤堿性的調(diào)節(jié) 施有機肥施有機肥施硫磺，施硫磺，F(xiàn)eSFeS或廢硫酸，綠礬等或廢硫酸，綠礬等施生理酸性肥料施生理酸性肥料施石膏施石膏潛性酸 水解酸 交換酸 ESP 土壤Eh 土壤緩沖性 本章小結(jié)本章小結(jié)一、名詞解釋一、名詞解釋二、問答題二、問答題1.潛在酸與活性酸之間存在什么關(guān)系?2.為什么在堿性土壤上，常發(fā)生作物有缺Ca2+和K的現(xiàn)象?3. 在砂質(zhì)和粘質(zhì)土壤上施入同品種等量的化肥，而出現(xiàn)在 砂土上見效快，而在粘土上見效慢的現(xiàn)象?4. 交換性Al3是南方土壤酸化的主要原因，為什么?5. 交換性Na是北方土壤堿化的重要原因，為什么？（二）堿化度（鈉堿化度：（二）堿化度（鈉堿化度：ESPESP） 堿化度是指土壤膠體吸附的交換性鈉離子占陽離子交換量的百分率。堿化度交換性鈉陽離子交換量 100 當土壤堿化度達到一定程度，可溶鹽含量較低時，土壤就呈極強的堿性反應(yīng)，土壤理化性質(zhì)上發(fā)生惡劣變化，稱為土壤的 “堿化作用（alkalinization)”。 土壤氧化還原體系的特點