土壤反应及缓冲性能测定1.0.doc

专业： 农资1202 姓名： 平帆 学号： 3120100152 日期： 2014.6.3 地点： 农生环B255 装 订 线实验报告课程名称： 土壤学实验 指导老师： 谢晓梅 成绩：_实验名称： 土壤反应及缓冲性能测定 同组学生姓名： 边舒萍 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理三、实验材料与试剂 四、实验器材与仪器五、操作方法和实验步骤 六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析 八、讨论、心得一、 实验目的和要求1. 了解土壤酸碱度的来源及意义；2. 掌握土壤酸度的测定方法。二、 实验内容和原理1. 土壤酸碱度是土壤重要的基本性质，在矿物质的转化、土壤养分的形态及其有效性、作物的生长和土壤微生物活动等方面可以为改良土壤、指导施肥提供依据。2. 土壤酸度是由氢、铝等离子引起的，分为：（1） 活性酸：土壤固相处于平衡时土壤溶液中的氢离子，可直接测定；（2） 潜性酸：吸附在土壤胶体表面的交换性氢离子与铝离子，只有转移到溶液中才会显示酸性。用中性盐或水解性盐把它们代换出来，再直接测定。pH4.54.5-5.55.5-6.56.5-7.57.5-8.58.5-9.59.5土壤酸碱强度强酸性酸性微酸性中性微碱性碱性强碱性表1 土壤酸碱强度分类标准1本实验采用水（KCl溶液）处理中性土壤（酸性土壤），以1:25土水比制成悬浊液，用pH计对土壤pH值进行测定，并探究土壤活性酸和潜性酸、土壤缓冲作用。三、 实验器材与仪器风干土样（取于余杭塘路施工旁，风干研磨细后过18目筛），实验步骤中以“中性土”代称。酸性土样（取样地点不清，红壤，土壤酸度较高）1mol/L KCl溶液、3.5%NaF溶液、0.1mol/L HCl溶液、去离子水；分析天平，100ml离心管，量筒，摇床，pH试纸，玻棒，土壤专用pH计。四、 操作方法和实验步骤1. 土壤pH计校正：本实验采用两点法（标准液pH=6.89与pH=4.01）校正。2. 土壤的酸碱度（土壤水浸提pH的测定）： 100ml离心管中加入m1（约10g）中性土样（18目）和25ml去离子水 摇床震荡5min土壤专用pH计测其pH03. 土壤活性酸与潜性酸的比较（1）活性酸 号：4g中性土+5ml去离子水 震荡5min测其pH记为pH1； 号：4g中性土+5ml KCl溶液 震荡5min测其pH记为pH2； 号：4g酸性土+5ml去离子水 震荡5min测其pH记为pH3； 号：4g酸性土+5ml KCl溶液 震荡5min测其pH记为pH4；（2） 潜性酸 向（1）中的 分别加入5滴3.5%氟化钠溶液摇匀静置分别测pH依次记为pH1、pH2、pH3、pH4。4. 土壤缓冲作用 号：1g中性土+5ml去离子水震荡静置测其pH5-1 0.1M盐酸2滴震荡静置测其pH5-2 0.1M盐酸再加2滴震荡静置测其pH5-3 号（空白）：5ml去离子水震荡静置测其pH6-1 0.1M盐酸2滴震荡静置测其pH6-2 0.1M盐酸再加3滴震荡静置测其pH6-3;五、 实验数据记录和处理1. 土壤的酸碱度（土壤水浸提pH测定）：m1=10.14g； pH0=8.172. 土壤活性酸与潜性酸的比较表2 土壤活性酸与潜性酸pH值土壤种类编号（n）样品重量（g）pHnpHn中性土14.128.478.4624.037.397.62酸性土34.083.854.8444.005.096.183. 土壤缓冲作用探究表3 土壤缓冲溶液对酸的缓冲作用样品编号（n）pH值pHn-1 pHn-2 pHn-3中性土57623空白6731六、 实验结果与分析实验1结果可得，土壤溶液pH0=8.17，在7.5-8.5之间，属于微碱性土，符合杭州紫金港校区周边土壤酸碱性情况。据此推测土样盐基饱和度较高；土壤中硝化细菌、固氮菌、纤维分解菌等均适宜在中性和微碱性环境中生存，因此推测该土壤固氮作用较好；氮、钾、硫的有效性较高，但活性铁、锰、铜、锌离子等有效性不高2。实验2结果（表2）可得，水浸提的微碱性土壤溶液pH1、pH3分别高于用KCl溶液浸提的pH2、pH4，可见两样品中含有一定的潜性酸，土壤胶体固液相界面双电层中的Al3+、H+被K+代出进入溶液，产生交换性酸3；在加入NaF后，由于氟化物中F-与Al3+络合形成稳定的化合物，因而对Al起到掩蔽作用，溶液pH回升，即表现为pHpH。其中，微碱性土试样的pH2=0.23（其中pH=pH-pH），远小于酸性土试样的pH4=1.09。这是因为，一方面F可以取代许多物质的OH而使之被释放进入溶液，另一方面是因为酸性土壤中含有大量非结晶铝、铁氢氧化物。实验3结果（表3）可得，在滴入2滴盐酸溶液后，空白样pH大幅下降而中性土样品的pH略微有改变；继续滴加2滴盐酸之后，空白样pH降至1，而土样pH在2-3之间。以上现象说明，在一定的范围内，土壤对酸碱特殊抵抗能力，减缓pH的变化，即土壤缓冲性。七、 讨论、心得1. 土壤活性酸与潜性酸实验中加入NaF的作用？土壤溶液中Al3+动态平衡和水解作用如下2。胶体Al3+Al3+（交换性铝）（土壤溶液中铝离子）本实验为掩蔽Al产生的酸性，需减弱Al的水解作用。加入的F-能与Al3+反应生成络合物六氟合铝酸钠Al3+6F-AlF63-从而降低Al3+浓度，使铝离子水解反应逆向进行，减少Al水解产生的潜性酸影响，从而实现Al的掩蔽。2. 土壤活性酸和潜性酸的相互关系？土壤潜性酸是活性酸的主要来源和储备，二者处于动态平衡之中，能实现互相转化：当土壤溶液浓度和组成发生改变时，活性酸可由于H+被土壤胶体吸附成为潜性酸，潜性酸也可由于胶体吸附的H+、Al3+被阳离子交换进入土壤溶液而转化成活性酸。土壤潜性酸要比活性酸多很多，相差起码3-4个数量级4。3. 土壤缓冲性的来源？本实验中指狭义上土壤缓冲性。土壤缓冲性是指其抵抗酸碱物质，减缓pH值剧烈变化的能力。土壤缓冲性机来源由以下几个方面：（1） 土壤胶体阳离子交换作用：土壤胶体上吸收的盐基离子如Ca2+、Mg2+的阳离子交换实现对酸的缓冲。土壤阳离子交换量越大，缓冲能力越大；盐基饱和度越高，对酸的缓冲性越好；盐基不饱和度越高，对碱的缓冲性越好。（2） 土壤溶液弱酸缓冲对：土壤中有多种弱酸及其盐类构成缓冲对，如CO32-HCO3-体系（主要存在于石灰性土壤中）、PO33-HPO32-H2PO3-体系以及其它有机弱酸及其盐类等能中和加入的酸碱。（3） 酸性土壤中活性铝或交换性铝对碱的缓冲作用：pH5时，Al以络合物AlH2O63-形式存在。当加入碱时，络合物中解离出1-2个水分子的H+中和OH-。此时带有OH-的Al不稳定与另一个相同的Al结合，如上反应式形成复杂络合物5。（4） 土壤中两性物质：两性有机物和无机物，如蛋白质、氨基酸、胡敏酸等。比如氨基酸，它的氨基可以中和酸，羧基可以中和碱，因此对酸碱都具有缓冲能力。实际应用方面，在评价灌溉土壤时必须考虑土壤缓冲性。碱性水灌溉土壤的后果取决于土壤中石膏含量多少，无石膏的土壤在弱碱性水灌溉时，碱化速率远大于有石膏土壤。此外，土壤缓冲性会引起改良土壤的不良作用，如在施石灰改良酸性土壤时产生“抗拒”，必须适当加大石灰使用量以达到改良目的。4. 土壤酸碱性的形成？土壤酸的来源于三个方面2：（1）土壤中H+的来源。由CO2引起（土壤空气、有机质分解、植物根系和微生物呼吸）；土壤有机体的分解产生有机酸，硫化细菌和硝化细菌还可产生硫酸和硝酸；生理酸性肥料（硫酸铵、硫酸钾等）。（2）气候对土壤酸化的影响。在多雨潮湿地带，盐基离子被淋失，溶液中的氢离子进入胶体取代盐基离子，导致氢离子积累在土壤胶体上。东北地区的酸性土是在寒冷多雨的气候条件下产生的。北和西北地区的降雨量少，淋溶作用弱，导致盐基积累，土壤大部分为石灰性、碱性或中性土壤。（3）铝离子的活性作用。粘土矿物铝氧层中的铝，在较强的酸性条件下释放出来，进入到土壤胶体表面成为代换性的铝离子，其数量比氢离子数量大得多，土壤表现为潜性酸。长江以南的酸性土壤主要是由于铝离子引起的。而土壤OH-来源于土壤弱酸强碱盐的水解，碳酸及重碳酸的钾、钠、钙、镁等盐类。如Na2CO3、NaHCO3等；其次是土壤胶体上的Na+的代换水解作用。5. 我国土壤酸化情况与措施我国土壤pH一般在4-9之间，在地理分布上由南向北pH逐渐减小，大致以长江为界。长江以南地区大部分为可变电荷土壤，pH值低于5.5,为酸性和强酸性；北方温带地区土壤属于恒电荷土壤，多为中性或碱性，少数为强碱性，对酸化有一定的缓冲能力，但最近的研究表明，也有严重酸化的趋势。在南方，分布着大量的旱地红壤，这些土壤具有低pH，高铝毒，低阳离子交换量和低有机质等特征，并经历了严重的酸化过程，从而导致土壤的肥力下降，作物产量严重下降。以上表明，我国土壤的酸化问题非常严重。土壤的酸化会导致土壤颗粒表面盐基离子的损失，引起铝离子和有毒重金属的活化，造成土壤质量和肥力的下降，最终影响作物的产量。目前研究较多的酸性土壤改良剂主要有石灰、工业副产品、矿物和有机物料四大类，其中，生物炭6（Biochar）是生物质在缺氧和相对温度“较低”(700)条件下热解而形成的产物，一般含有60以上的碳。生物黑炭具有生物化学和热稳定性，可以将碳长期封存在土壤中，减少CO2的排放，缓解温室效应；同时生物炭拥有较大的孔隙度和比表面积，含有较高的碱度和pH，添加到土壤中可以提高土壤的pH、CEC和养分有效性，增加微生物的活性，降低铝的毒害，提高作物的产量。参考文献1 丁昌璞,龚子同;中国土壤(第二版)J;地球科学进展;1991.2 黄昌勇; 土壤学. 北京: 中国农业出版社. Z000, 2000.3 章钢娅,张效年.红壤交换性碱和交换性酸的研究.关系J.土壤学报.2000(03)4 于天仁 主编.土壤化学原理M. 科学出版社, 19875 王维君,陈家坊,何群.酸性土壤交换性铝形态的