土壤學土壤酸堿性和氧化還原反應

關于土壤學土壤酸堿性和氧化還原反應第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素1．氣候因素2．生物因素3．施肥和灌溉的影響4.母質因素5.環(huán)境的影響第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素（二）土壤酸性的成因

1.氫離子的來源：（1）水的解離：（2）碳酸解離：（3）有機酸的解離：（4）酸雨：（5）其它無機酸第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素（二）土壤酸性的成因

1.氫離子的來源：

2.土壤中鋁的活化第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤0.5hr4hr10hr24hr磚紅壤紅壤（第四紀）紅壤（花崗巖）黃壤灰化土（黑龍江）0.930.560.200.950.420.670.340.110.610.260.440.180.080.540.200.350.150.070.430.14土壤中交換性H/Al當量比隨時間的變化第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素（二）土壤酸性的成因（三）堿性土的成因第7頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（三）堿性土的成因1、鹽基離子的交換與水解

第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天—H++NaOH—Na++H2O土壤膠體土壤膠體第9頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（三）堿性土的成因1、鹽基離子的交換與水解

2、碳酸鈣水解CaCO3+H2O=Ca2++HCO3-+OH-

第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（三）堿性土的成因1、鹽基離子的交換與水解

2、碳酸鈣水解3、碳酸鈉的水解4、中性鹽在嫌氣條件下的還原Na2S+CaCO3Na2SO4+R-CHONa2S+4R-COOH嫌氣細菌Na2CO3+2H2O2NaOH+H2CO3Na2CO3+CaS第12頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度1．活性酸(soilactiveacidity)

土壤活性酸是自由擴散于土壤溶液中的氫離子(H+)濃度直接反應出來的酸度。土壤溶液中氫離子的濃度越大，則活性酸度也越強。通常用pH值來表示。第13頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤酸堿狀況、形成及其對植物的影響示意圖第15頁,共63頁，2024年2月25日，星期天extremelyacid<than4.5lemon=2.5;vinegar=3.0;stomachacid=2.0;soda=2-4verystronglyacid4.5-5.0beer=4.5-5.0;tomatoes=4.5stronglyacid5.1-5.5carrots=5.0;asparagus=5.5;boricacid=5.2;cabbage=5.3moderatelyacid5.6-6.0potatoes=5.6slightlyacid6.1-6.5salmon=6.2;cow'smilk=6.5neutral6.6-7.3saliva=6.6-7.3;blood=7.3;shrimp=7.0slightlyalkaline7.4-7.8eggs=7.6-7.8moderatelyalkaline7.9-8.4seawater=8.2;sodiumbicarbonate=8.4

stronglyalkaline8.5-9.0borax=9.0verystronglyalkaline>than9.1milkofmagnesia=10.5,ammonia=11;lime=12

DescriptivetermscommonlyassociatedwithcertainrangesinsoilpHare土壤酸度的指標第16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤酸度是土壤酸、堿性的簡稱石灰位(limepotential)

表示土壤酸強度的另一指標－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＝pH-0.5pCa第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度1．活性酸(soilactiveacidity) 2．潛性酸(soilpotentialacidity) 土壤潛性酸是由于土壤膠粒上吸附著H+

和A13+

所產(chǎn)生的酸度，這些致酸離子只有在離子交換作用進入土壤溶液時，才顯出酸性。所以它是土壤酸的潛在來源，故稱為潛性酸。第18頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

潛性酸（1）交換性酸度(soilexchangeableacidity)（2）水解性酸度(soilhydrolyticacidity)

第19頁,共63頁，2024年2月25日，星期天幾種土壤中的交換性酸量和水解性酸量的比較

第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

3.活性酸和潛性酸的關系活性酸和潛性酸的總和，稱為土壤總酸度。由于它通常是用滴定法測定的，故又稱之為土壤的滴定酸度。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＋潛在酸度第21頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度三、土壤堿度和堿化度土壤堿性指標：土壤pH值、總堿度和堿化度

總堿度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的總量。

我國則以堿化層的堿化度>30%,表層含鹽量<0.5%和pH值>9.0定為堿土(alkalinesoil)

。而將土壤堿化度為5－10％定為輕度堿化土壤，10－15％為中度堿化土壤，15－20％為強堿化土壤。第22頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

石灰性物質所引起的弱堿性反應（pH7.5-8.5)稱為石灰性反應,土壤稱之為石灰性土壤(LimingSoils)

。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。我國西北、華北地區(qū)土壤中CaCO3含量較高，常稱為石灰性土壤。由于CaCO3為難溶性堿性鹽，所以一般石灰性土壤在微堿性至堿性之間（7.5＜PH＜8.5）。土壤溶液中有易溶性堿性鹽（如Na2CO3等）時，土壤的堿性可能會較強（PH＞8.5）。第23頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度三、土壤堿度和堿化度四、影響土壤酸堿度的因素第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素（一）土壤膠體類型和性質對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全部是致酸離子，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pH值。土壤或膠體極限pH磚紅壤紅壤黃棕壤4.944.513.86蒙脫石高嶺石3.564.5~5.0土壤和土壤膠體的極限pH第25頁,共63頁，2024年2月25日，星期天四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素（一）土壤膠體類型和性質對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全部是致酸離子，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pH值。2．土壤膠體酸基的解離常數(shù)K對pH值影響有機膠體pK值為4.5－5.0，硅酸鹽類粘粒為5.2－5.8；含水氧化鐵為6.0－7.0。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、鋁第26頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（二）土壤吸附性陽離子組成和鹽基飽和度對pH的影響

代換性氫鋁---容易被酸化（亞熱帶、熱帶紅壤、磚紅壤土壤）代換性鉀、鈉、銨--使土壤堿化（大量的龜裂土、堿土、栗鈣土、蘇打鹽土）

代換性鈣、鎂---弱堿性（黑鈣土、草甸土、灰鈣土石灰性母質發(fā)育的土壤）

鹽基飽和度大小，反應土壤潛性酸及活性強度的大小。四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤膠體陽離子組成和鹽基飽和度對pH影響土壤pH完全被氫飽和90%被氫飽和10~40%被氫飽和被鈣飽和346~7>7土壤膠體上氫的飽和度與pH引自Дюшуфур（法國）資料第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（三）土壤含水量對土壤pH的影響

土壤的pH值隨土壤含水量增加有上升的趨勢。因此，在測定土壤pH值時,應注意土水比。土水比愈大，所測得的pH值愈大。（四）土壤氧化還原條件對pH的影響四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度三、土壤堿度和堿化度五、土壤的緩沖性能四、影響土壤酸堿度的因素第30頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、土壤緩沖性的概念狹義：把少量的酸或堿加入到土壤里，其pH值的變化卻不大，這種對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、污染物質、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。

第31頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、土壤緩沖性的概念2、土壤具有緩沖性的原因1）土壤溶液中弱酸及其鹽類的存在；

2）土壤膠體的陽離子交換作用；

3）土壤中兩性物質的存在。土壤酸堿緩沖體系:

碳酸鹽體系硅酸鹽體系交換性陽離子體系鋁體系有機酸體系第33頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、土壤緩沖性的概念2、土壤具有緩沖性的原因3、緩沖容量和滴定曲線

緩沖容量：表示緩沖作用的大小。指土壤溶液改變一個單位pH值所需一定濃度的酸量或堿量。第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

緩沖曲線平緩的地方，表征著緩沖能力最強區(qū)域，這個范圍愈大，土壤緩沖能力愈強。曲線陡升的范圍，表示緩沖能力低。緩沖曲線第35頁,共63頁，2024年2月25日，星期天3、土壤酸、堿緩沖容量和滴定曲線磚紅壤、紅壤和黃棕壤膠體的中和曲線（于天仁，1987）

土壤緩沖容量可用酸、堿滴定獲得，即在土壤懸液中連續(xù)加入標準酸或堿液，測定pH的變化，以縱坐標表示pH，橫坐標表示加的酸或堿量，繪制滴定曲線，又稱緩沖曲線。

如右圖第36頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能(soilbuffering)1、土壤緩沖性的概念2、土壤具有緩沖性的原因3、緩沖容量和滴定曲線4、影響緩沖性的因素

（1）粘土礦物類型；（2）土壤質地；（3）土壤有機質第37頁,共63頁，2024年2月25日，星期天BufferingCapacityCa(CO3)Tons/acreSoilpH3ClayLoamCEC=25SiltLoamCEC=158Sandy

LoamCEC=5120第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、影響?zhàn)B分的固定、釋放與淋失；2、影響土壤微生物活性；3、影響粘粒礦物的生成；4、影響土壤理化性質；5、影響作物生長；六、土壤反應對土壤肥力和植物生長的影響第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共63頁，2024年2月25日，星期天指示植物

鐵芒萁、映山紅、茶、柑橘、油桐喜酸怕鈣，故作為酸性土壤指示植物鹽蒿、堿蓬、檉柳、牛毛草是鹽堿土的指示植物甘草、蒺藜是鈣質土壤指示植物，紫花苜蓿和草木樨喜鈣植物杜鵑花和杜鵑花屬需要相當數(shù)量的鐵。只能生長在鹽基飽和度低的土壤里。第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

土壤酸堿性對養(yǎng)分有效性的影響圖植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關系

第42頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

當土壤pH低時，鐵、鋁、錳的溶解度低，其量太多對植物產(chǎn)生毒害。當pH升高時，這些離子發(fā)生沉淀，在溶液中數(shù)量變得愈來愈少。pH<5.5，游離的鋁離子達0.2Cmol/kg土時,就可使農(nóng)作物受害。幼苗期對鋁極為敏感。鋁害表現(xiàn)：根系變粗短，影響?zhàn)B分吸收。措施：施用石灰。當交換錳（Mn2+）達到2-9Cmol/kg土,或植株干物質含錳量超過1000mg/kg時產(chǎn)生錳害。豆類植物易產(chǎn)生錳害，禾本科植物抗性較強措施：施用石灰，Ph>6.0;水稻土排水解除錳的毒害。硼情況較為復雜，過量的鈣不管其溶解度如何，能夠妨礙硼進入植物體。即使植物體內有豐富的硼，但在植物細胞中多量的鈣甚至可能干擾硼在植物體內代謝。鉬的有效性顯著決定于pH.在強酸性土壤中鉬變得無效。當pH升高到6或6以上，它的有效性隨之增加。土壤反應對微量元素的脅迫與毒害第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能六、土壤反應對土壤肥力和植物生長的影響七、土壤酸堿性的調節(jié)第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（一）土壤酸度的調節(jié)土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉來調節(jié)?？煞譃樯沂–aO）熟石灰[Ca(OH)2]

石灰石粉【CaCO3】

草木灰、蚌殼灰第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天石灰需要量＝土壤體積×容重×陽離子交換量（1-鹽基飽和度）

石灰需要量

影響石灰用量因素有：

（1）土壤潛性酸和pH值、有機質含量、鹽基飽和度、土壤質地等土壤性質；（2）作物對酸堿度的適應性；（3）石灰的種類和施用方法等。

概念：把酸性土壤調節(jié)到要求的pH范圍所需要的石灰用量，稱為石灰需要量第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

假設某紅壤的pH為5.0,耕層土壤為2250000公斤/公頃，土壤含水量為20％，陽離子交換量為10Cmol/kg土,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,土壤溶液中[H+]=10-5,mol/kg土,則每公頃耕層土壤含H+離子為:2250000×20%×10-5=4.5molH+/公頃同理:pH=7時,每公頃土壤中含H+離子為2250000×20%×10-7=0.045molH+/公頃所以需要中和活性酸量為4.5-0.045=4.455molH+/公頃若以CaO中和:其需要量124.74克

中和潛性酸:2250000×(10/100)×(1-60/100)=90000molH+/公頃90000×56/2=2520000克=2520公斤/公頃案例1第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天石灰對土壤影響

物理性質的影響：在酸性土壤中加任何形態(tài)的石灰，對形成良好的團粒結構有促進作用?；瘜W性質影響：

1.氫離子濃度將減低。

2.羥基離子濃度將增加

3.鐵、鋁、錳的溶解度將降低,降低了對植物的毒性。

4.磷酸鹽和鉬酸鹽的有效性將增加

5.交換性鈣和鎂將增加

6.鹽基飽和度增加生物影響：刺激了異養(yǎng)型微生物活性，促進了腐殖質形成；對深根性作物，特別是豆科作物的刺激意義更大。第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天過量使用石灰存在的問題1.導致有效鐵、錳、銅或鋅的缺乏。2.磷酸鹽的有效性降低3.阻礙了對硼的吸收和利用4.pH強烈改變導致毒害增強。作物對石灰反應

對使用石灰反應較喜好的作物有：紫花苜蓿、草木樨、紅三葉、萵苣等。其原因：1.鈣鎂直接營養(yǎng)作用

2.有機無機有毒化合物的中和

3.植物病害的防止

4.植物養(yǎng)分的化學有效性增強

5.促進了微生物活性，有利于植物營養(yǎng)

使用石灰對有些植物可能產(chǎn)生阻礙：紅草莓、藍草莓、西瓜、月桂樹、杜鵑花和杜鵑花屬。石灰使用要了解土壤條件和作物生理習性。第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天石灰施用方法LimingMaterialsandApplicationProcedures

施用方法：石灰最好使用在耕翻的土地上，并在苗床整地時耙入土中，使石灰與耕層的上半部混合。追施和表施石灰，除過永久性草地以外，一般不宜提倡。石灰與土壤混勻是關鍵要求，依靠石灰遷移中和酸度作用是有限的。

Limeisgenerallyappliedtothesurfaceofthesoilbybroadcasting.Limeisrelativelyinsolubleandmovesslowly,sowithoutmixingthelimewiththesoil,muchofthesoilwouldstillbeacid.Thereforeformaximumeffectiveness,thelimemustbeincorporatedintothesoil.施用石灰季節(jié)；一般在秋冬季完成，保證了播種和石灰使用有一個時間間隔。輪作制種，石灰施在喜好石灰的作物季節(jié)里。例如和豆科作物、牧草作物季節(jié)里施用。強烈的淋溶作用和鈣的吸收利用，使得每隔5~10年需要使用一次石灰。石灰使用機械第51頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（二）土壤堿性的調節(jié)調節(jié)土壤堿性的方法主要有幾下幾種：

①施用有機肥料，利用有機肥分解釋放出大量的C02或有機酸從而減低土壤pH值；

②施用硫磺／硫化鐵及廢硫酸或綠礬(FeS04)等；

③施用生理酸性肥料；

④對堿化土、堿土，可施用石膏、硅酸鈣，以鈣將膠體上的Na+代換下來隨水流出土體，從而降低土壤pH并改善土壤的物理性狀。第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤堿度調節(jié)調控措施：施用酸性物質：把酸性物質與土壤混合以降低土壤pH，如果腐葉、松針葉、樹皮、木屑和沼澤泥炭等，經(jīng)過堆腐可以應用。施用化學物質：杜鵑花屬等植物及需要大量的鐵其他植物，如藍草莓和紅草莓等。常使用硫酸亞鐵，通過水解作用形成硫酸，降低土壤pH。使用硫磺粉，凈地土壤pH，它的作用比硫酸亞鐵大4~5倍。硫磺價格低廉，適宜推廣應用。使用量因質地而異。除此，使用石膏也是改良堿土的措施。第53頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤堿度調節(jié)鹽土和堿土管理根治：除去土壤過剩鹽分最不同的方法是，排水淋洗或沖洗法。將可溶性鹽份淋出土體。需要工程措施，有明溝排水、暗溝排水和豎井排水等措施。沖洗壓鹽（堿）法：將耕層土壤中鹽分淋洗到土壤底層中去。轉化法：使用石膏（Gypsumiscalciumsulfate(CaSO4?H2O)）。用鈣交換鈉，達到被淋洗目的控制法：防止土壤表面蒸發(fā)是防止土壤表層積鹽最有效的方法。生物吸收措施：選擇耐鹽堿植物。如甜菜、棉花、大麥、黑麥、草木樨和紫花苜蓿等。第54頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第七章土壤酸堿性和氧化還原反應第一節(jié)土壤的酸堿性第二節(jié)土壤氧化還原性第55頁,共63頁，2024年2月25日，星期天土壤氧化還原體系（soilredoxsystem）土壤中產(chǎn)生氧化還原反應的物質很多，存在著多種氧化還原體系：氧體系02十4H++4e=2H20

氮體系N03-+H20+2e=20H-+N02-

鐵體系Fe3++e=Fe2+

錳體系Mn02+4H++2e＝Mn2++2H20

硫體系S042-+H20+2e＝S032-+20H-

S032-+3H2O+6e=S2-+60H-

氫體系2H++2e＝H2

有機物體系包括各種有機酸類、酚類、醛類和糖類化合物。

第56頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

①土壤中氧化還原體系有無機體系和有機體系兩類。

②土壤中氧化還原反應雖有純化學反應，但很大程度上是由生物參與的。

③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。④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。土壤氧化還原體