第九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第一节土壤酸碱性soilacidityandsoilalkalinity一、土壤中氢离子和氢氧离子的来源土壤中氢离子的来源：CO2溶于水产生的碳酸、有机质分解产生的有机酸、氧化作用产生的少量无机酸，施肥，土壤胶体上吸附的氢离子和铝离子。铵离子硝化等。氢氧离子的来源：土壤中碳酸钠、碳酸氢钠等盐类水解，交换性钠离子水解。二.土壤酸度（一）土壤活性酸土壤溶液中的氢离子引起的酸，用pH表示。土壤酸碱性划分﹤5.0强酸性5.0-6.5酸性6.5-7.5中性7.5-8.5碱性﹥8.5强碱性二.土壤酸度（二）土壤潜性酸指土壤胶体上吸附的氢离子、铝离子等所产生的酸，单位cmol.L-1/kg。Al3++H2O⇋Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O⇋Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O⇋Al(OH)3+H+土壤中交换性铝离子是土壤潜性酸的主要贡献者。在南方红壤土壤中占到90%以上。二.土壤酸度1、交换性酸用中性盐溶液如1mol.L-1KCL浸提土壤,土壤胶体表面吸附的铝离子与氢离子进入溶液产生的酸。2、水解性酸用弱酸强碱盐溶液，如pH8.2的1mol.L-1NaOAc溶液浸提而产生的酸。二.土壤酸度(三）土壤酸化是指在自然和人为条件下土壤pH下降的过程。1、土壤酸化过程实质2、土壤酸化的成因（1）自然土壤发生过程（2）生物地球化学过程（3）施肥和土壤管理（4）酸沉降3、土壤酸化的环境效应4、土壤酸化防治土壤酸化过程土壤胶体Na+Mg2+K+Na+H+Ca2+H+H+H+增加，土壤酸化Ca2+K+Mg2+盐基离子淋溶离子交换Al3+Al3+二.土壤碱度土壤碱性指标1、pH2、碱化度（钠碱化度；ESP-exchangeablesodiumpercentage）是指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离子交换量的百分率。100%阳离子交换量交换性钠）碱化度（第二节土壤缓冲性能soilbufferingcapacity(一）土壤溶液中的弱酸及其盐类NaCO3+2HCL=H2CO3+2NaCLH2CO3+2NaOH=NaCO3+H2O一、土壤缓冲体系(二）阳离子交换作用—2H++CaCL2—Ca2++2HCL土壤胶体土壤胶体—Na++H2O—H++NaOH土壤胶体土壤胶体一、土壤缓冲体系(三）两性胶体土壤中有很多两性胶体，如蛋白质、氨基酸、腐殖质、无机胶体等，其表面功能团可以缓冲酸碱。M—OH+H+=M—OH2+M—OH+OH-=M—O-+H2O一、土壤缓冲体系二、土壤缓冲容量指土壤溶液改变一个单位pH值所需要的酸或碱的量。第三节土壤酸碱反应与植物生长一.土壤酸碱反应与土壤养分的有效性二.土壤反应与植物生长适宜碱性的植物适宜中性的植物适宜酸性的植物大豆玉米茶树莴苣水稻西瓜甜菜小麦草莓一、土壤氧化还原体系土壤中存在着有机和无机的氧化还原物质（氧化剂和还原剂），与氧化还原过程。种类繁多的氧化还原物质构成了不同的氧化还原体系（redoxsystem）。参加土壤氧化还原反应的物质，除了土壤空气和土壤溶液中的氧以外，还有许多具可变价态的元素，包括C、N、S、Fe、Mn、Cu等；在污染土壤中还可能有As、Se、Cr、Hg、Pb等。第四节土壤氧化还原反应土壤中的氧化还原体系有无机体系和有机体系，主要的无机体系是氧体系、铁体系、锰体系、氮体系、硫体系、氢体系等。1/4O2+H++e=1/2H2OFe(OH)3+3H++e=Fe2++3H2O1/2MnO2+2H++e=1/2Mn2++H2O1/8CO2+H++e=1/8CH4+1/4H2O土壤氧化还原反应的有机体系主要是针对其中的碳元素来说的，故又称“有机碳体系”。第四节土壤氧化还原反应土壤中主要的氧化还原体系体系物质状态代表性反应举例氧化态还原态氧体系O2O2-O2+4H++4e-≒2H2O有机碳体系CO2CO、CH4、还原性有机物等CO2+8H++8e-≒CH4+2H2O氮体系NO3-NO2-、NO、N2O、N2、NH3、NH4+NO3-+10H++8e-≒NH4++3H2O硫体系SO24-S、S2-、H2S…SO42-+10H++8e-≒H2S+4H2O铁体系Fe3+、Fe(OH)3、Fe2O3…Fe2+、Fe(OH)2…Fe(OH)3+3H++e-≒Fe2++3H2O锰体系MnO2、Mn2O3、Mn4+…Mn2+、Mn(OH)2…MnO2+4H++2e-≒Mn2++2H2O氢体系H+H22H++2e-≒H2二、土壤氧化还原指标1.氧化还原电位(Eh)•Eh=Eo+RT/nFlog[氧化态]/[还原态]•Eh-氧化还原电位•Eo-标准氧化还原电位第四节土壤氧化还原反应2.电子活度负对数(pe)氧化还原反应是一电子传递过程，用平衡常数K处理氧化还原反应，则K=[还原态]/[氧化态][e-]npe=1/nlogK+1/nlog[氧化态]/[还原态]pe是电子活度的负对数第四节土壤氧化还原反应3.Eh和pH的关系当m/n=1时，每单位pH变化引起的Eh变化(Eh/pH)，在25度时为59mV。[氧化态]+ne+mH+=[还原态]+xH2OEh=Eo+0.059/nlog[氧化态]/[还原态]-0.059m/npH三、影响土壤氧化还原状况的因素1、土壤通气状况2、微生物活动3、土壤中易分解有机质的含量4、土壤中易氧化或易还原的无机物状况5、土壤pH值6、植物根的代谢作用第四节土壤氧化还原反应在土壤学中，常把约+300mv作为氧化性和还原性的分界点。根据Eh值对土壤氧化还原状况进行分级：Eh＞+700mv为强氧化状态，此时通气性过强；+700～+400mv为氧化状态，此时氧化过程占绝对优势，各种物质以氧化态存在；+400～+200mv为弱度还原状态，此时NO3-、Mn4+被还原；+200～-100mv为中度还原状态，此时出现较多还原性有机物，Fe3+、SO42-被还原；Eh＜-100mv为强度还原状态，此时CO2、H+被还原，且硫化物开始大量出现。第四节土壤氧化还原反应