第七章 土壤酸碱性和氧化还原反应

第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第九章土壤酸碱性和氧化还原反应1.土壤溶液的两项极为重要的化学性质2.既与土壤溶液的组成密切相关，又与土壤固相和气相紧紧相连3.随着自然条件的变化（季节性的温度、湿度等的变化）、人为耕作措施和植物生长的变化而变化4.对土壤肥力和植物营养有重要影响土壤酸碱性和氧化还原性的重要性第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源（一）土壤酸性的成因1．气候因素2．生物因素3．施肥和灌溉的影响氢离子的来源：（1）水的解离：（2）碳酸解离：（3）有机酸的解离：（4）酸雨：（5）其它无机酸（二）碱性土的成因土壤碱性反应及碱性土壤形成是自然成土条件和土壤内在因素综合作用的结果。碱性土壤的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳酸盐和重碳酸盐，以及胶体表面吸附的交换性钠。形成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。CaCO3+H2O=Ca2++HCO3-+OH-第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度1．活性酸(soilactiveacidity)土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的氢离子(H+)浓度直接反应出来的酸度。土壤溶液中氢离子的浓度越大，则活性酸度也越强。通常用pH值来表示。第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度1．活性酸(soilactiveacidity)2．潜性酸(soilpotentialacidity)土壤潜性酸是由于土壤胶粒上吸附着H+和A13+所产生的酸度，这些致酸离子只有在离子交换作用进入土壤溶液时，才显出酸性。所以它是土壤酸的潜在来源，故称为潜性酸。潜性酸（1）交换性酸度(soilexchangeableacidity)（2）水解性酸度(soilhydrolyticacidity)3.活性酸和潜性酸的关系活性酸和潜酸的总和，称为土壤总酸度。由于它通常是用滴定法测定的，故又称之为土壤的滴定酸度。它是土壤的酸度的容量指标。它与pH值在意义上是不同的。活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度；潜在酸是土壤酸度的主体，代表土壤酸度的容量。土壤总酸度＝活性酸度＋潜在酸度第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度三、土壤碱度和碱化度土壤碱性指标：土壤pH值、总碱度和碱化度总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。我国则以碱化层的碱化度30%,表层含盐量0.5%和pH值9.0定为碱土(alkalinesoil)。而将土壤碱化度为5－10％定为轻度碱化土壤，10－15％为中度碱化土壤，15－20％为强碱化土壤。第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度三、土壤碱度和碱化度四、土壤的缓冲性能第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念狭义：把少量的酸或碱加入到到土壤里，其pH值的变化却不大，这种对酸碱变化的抵抗能力，叫做土壤的缓冲性能或缓冲作用。广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的能力。第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念2、土壤具有缓冲性的原因1）土壤溶液中弱酸及其盐类的存在；2）土壤胶体的阳离子交换作用；3）土壤中两性物质的存在。第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念2、土壤具有缓冲性的原因3、缓冲容量缓冲容量：表示缓冲作用的大小。指土壤溶液改变一个单位pH值所需一定浓度的酸量或碱量。第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念2、土壤具有缓冲性的原因3、缓冲容量4、影响缓冲性的因素（1）粘土矿物类型；（2）土壤质地；（3）土壤有机质第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能1、影响养分的固定、释放与淋失；2、影响土壤微生物活性；3、影响粘粒矿物的生成；4、影响土壤理化性质；5、影响作物生长；五、土壤反应对土壤肥力和植物生长的影响（一)土壤酸碱性对养分有效性的影响图9－5植物营养元素的有效性与pH的关系第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能五、土壤反应对土壤肥力和植物生长的影响六、土壤酸碱性的调节（一）土壤酸度的调节土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉来调节。可分为生灰石（CaO）熟石灰[Ca(OH)2]石灰石粉【CaCO3】草木灰、蚌壳灰石灰需要量＝土壤体积×容重×阳离子交换量（1-盐基饱和度）石灰需要量影响石灰用量因素有：（1）土壤潜性酸和pH值、有机质含量、盐基饱和度、土壤质地等土壤性质；（2）作物对酸碱度的适应性；（3）石灰的种类和施用方法等。假设某红壤的pH为5.0,耕层土壤为2250000公斤/公顷，土壤含水量为20％，阳离子交换量为10Cmol/kg土,盐基饱和度为60%,试计算达到pH=7时,中和活性酸和潜性酸的石灰需要量(理论值)。中和活性酸pH=5时,土壤溶液中[H+]=10-5,mol/kg土,则每公顷耕层土壤含H+离子为:2250000×20%×10-5=4.5molH+/公顷同理:pH=7时,每公顷土壤中含H+离子为2250000×20%×10-7=0.045molH+/公顷所以需要中和活性酸量为4.5-0.045=4.455molH+/公顷若以CaO中和:其需要量124.74克中和潜性酸:2250000×(10/100)×(1-60/100)=90000molH+/公顷90000×56/2=2520000克=2520公斤/公顷案例1土壤碱性的调节调节土壤碱性的方法主要有几下几种：①施用有机肥料，利用有机肥分解释放出大量的C02或有机酸从而减低土壤pH值；②施用硫磺／硫化铁及废硫酸或绿矾(FeS04)等；③施用生理酸性肥料；④对碱化土、碱土，可施用石膏、硅酸钙，以钙将胶体上的Na+代换下来随水流出土体，从而降低土壤pH并改善土壤的物理性状(如下反应式)。第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤的酸碱性第二节土壤氧化还原性土壤中氧化还原体系土壤中产生氧化还原反应的物质很多，存在着多种氧化还原体系：氧体系02十4H++4e=2H20氮体系N03-+H20+2e=20H-+N02-铁体系Fe3++e=Fe2+锰体系Mn02+4H++2e＝Mn2++2H20硫体系S042-+H20+2e＝S032-+20H-S032-+3H2O+6e=S2-+60H-氢体系2H++2e＝H2有机物体系包括各种有机酸类、酚类、醛类和糖类化合物。土壤氧化还原体系的特点：①土壤中氧化还原体系有无机体系和有机体系两类。②土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应，但很大程度上是由生物参与的。③土壤是一个不均匀的多相体系，即使同一田块不同点位都有一定的变异，测Eh时，要选择代表性土样，最好多点测定求平均值。④土壤中氧化还原平衡经常变动，不同时间、空间，不同耕作管理措施等都会改变Eh值。严格地说，土壤氧化还原永远不可能达到真正的平衡。土壤的氧化还原电位（soilredoxpotential)氧化还原反应的电极反应可表示如下：氧化态＋ne====还原态氧化还原反应中的氧化态和还原态同时在电极上达到平衡，其平衡电位，称为氧化还原电位，通常以Eh表示。土壤氧化还原指标土壤氧化还原电位变化范围旱地土壤：200－750mv400－700mv（多数作物正常发育水田土壤：排水种植旱作期间：500mv淹水期间：150mv水稻适宜生长条件：200－400mv1．微生物的活动2．易分解有机的含量在一定的通气条件下，土壤中的易分解的有机愈多，耗氧也愈多，其氧化还原电位就较低。3．土壤中易氧化和还原的无机物的含量土壤的氧化体和硝酸盐含量高时，可使Eh值下降得较慢。4．植物根系的代谢作用5．土壤的pH值影响土壤氧还原的因素土壤氧化还原状况的调节排水———通气———氧化（排水烤田）淹水———厌气———还原（淹水泡田）