土壤学-林学土壤酸碱性及缓冲性

第七章：土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性实际上是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的。我国北方大部分地区的土壤为盐基饱和土壤，并含有一定量的碳酸钙。南方高温多雨地区的大部分土壤是盐基不饱和的。我国土壤的pH值也由北向南减低的趋势。,（1）重点掌握活性酸度、潜在酸度、代换性酸度、水解性酸度、缓冲性、缓冲量的基本概念（2）理解土壤具缓冲性的原因、土壤酸碱性对林木和土壤养分的影响以及土壤酸碱性调节；（3）了解土壤氧化还原过程的基本概念及影响因素；土壤氧化还原电位的应用及调节。,基本要求：（1）重点掌握活性酸度、潜在酸度、代换性酸度、水解性酸度、缓冲性、缓冲量的基本概念（2）理解土壤具缓冲性的原因、土壤酸碱性对林木和土壤养分的影响以及土壤酸碱性调节；（3）了解土壤氧化还原过程的基本概念及影响因素；土壤氧化还原电位的应用及调节。重点与难点：（1）土壤酸碱性产生的原因、土壤酸度及碱度的表示方法；（2）土壤缓冲性的产生原因及影响因素。,第一节：土壤溶液及其组成,土壤溶液的概念与作用土壤溶液的组成和浓度土壤溶液变化的影响因素,二、土壤溶液的组成和浓度土壤溶液的溶质，按化学组成可分为有机物和无机物。就其与植物生长和生态环境的关系，土壤中的溶质可分为养分、盐分、农药、重金属污染元素等。不同组成的溶质可呈多种形态存在如离子态、水合态、配合态等。,(一)无机盐类,(二)有机化合物主要包括可溶性氨基酸、可溶性糖类、腐殖质和有机-金属的配合物。其中含有的有机污染物如农药中的有机氯杀虫剂、六六六、DDT、各种有机磷杀虫剂、除草剂等。(三)溶解性气体土壤溶液中溶解少量的气体，如O2、NH3、CO2、N2、H2S、CH4、H2,影响土壤溶液组成和浓度的土壤内部过程主要有以下几种,中国土壤的酸碱度分布,土壤酸碱性是指土壤溶液的反应。它反映土壤溶液中H+浓度和OH-浓度比例，同时也决定土壤胶体上致酸离子（H+或Al3+）或碱性离子（Na+）的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量，是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的。,土壤酸碱性,第二节土壤酸碱反应及其调节,土壤中酸碱的来源及影响因素土壤中酸碱的存在形式与表示方法土壤酸碱性与土壤质量的关系土壤酸碱缓冲性及其调节土壤酸碱性的调节,几种酸性土剖面图,红壤,赤红壤,砖红壤,土壤酸性,土壤酸性的形成因素:1气候因素：高温高湿气候条件加速了矿物和岩石的风化作用和盐基离子强烈的淋溶作用;2生物因素：a生物的呼吸作用：土壤中微生物、植物根系和动物生命活动释放大量的CO2，溶于水后形成碳酸，对土壤酸度发展有重要的影响;b土壤中一些专性微生物作用：硫化细菌、硝化细菌可将土壤中硫和氮分别氧化成硫酸和硝酸，增强了土壤酸度;c植被的影响：针叶林有机物分解产生酸性，真菌活动强烈的森林土壤中，形成大量黄腐酸，土壤pH值很低;d施肥和灌溉的影响：长期施用生理酸性肥料（硫酸铵、氯化铵、氯化钾等）增加土壤酸的效果;灌溉对土壤酸的影响主要取决于水质;4环境的影响：主要是酸雨的作用。,化肥酸碱性是指肥料溶于水中所呈现的酸碱性，按着这一定义可把肥料分为化学酸性肥料、化学碱性肥料、化学中性肥料。硫酸铵、过磷酸钙等，溶于水中呈现酸性或弱酸性的肥料为化学酸性肥料；氨水、碳酸钾等，溶于水中呈现碱性或弱碱性的肥料称为化学碱性肥料；碳酸氢铵、硫酸钾、硝酸钙等，溶于水中呈现中性或接近中性的肥料称为化学中性肥料。生理酸碱性是指把肥料施入到土壤中，经过作物的吸收作用以后，土壤所呈现的酸碱性。根据肥料施入后在土壤中呈现的酸碱性不同，可将肥料划分为生理酸性肥料、生理碱性肥料和生理中性肥料。硫酸铵是一种常用的氮素化肥，施用后可在土壤中分解为铵离子和硫酸根离子，虽然这两种离子均能被植物吸收、利用，但植物吸收的铵离子量远远大于硫酸根，因而大部分硫酸根遗留在土壤中。在植物吸收铵离子的同时，又释放出氢离子，使土壤呈酸性的为生理酸性肥料。硝酸钠、硝酸钙等肥料施入土壤后，经植物的吸收、利用，土壤呈现碱性，因而被称为生理碱性肥料。碳酸氢铵、尿素等，施入土壤经植物吸收利用后，土壤呈现中性或接近中性的肥料，称为生理中性肥料。,一、土壤酸性形成的原因,土壤酸性,一方面与溶液中H+浓度相关，另一方面更多的是与土壤胶体上吸附的致酸离子（H+或Al3+）有密切关系。,土壤中酸性的主要来源：胶体上吸附的H+或Al3+、CO2溶于水所形成的碳酸、有机质分解产生的有机酸、氧化作用产生少量无机酸、以及施肥加入的酸性物质等。,土壤酸性,（1）水的解离：H2OH+OH-（2）碳酸的解离：H2CO3H+HCO3-（3）有机酸的解离：有机酸H+RC（4）无机酸：硝化作用产生硝酸、硫化作用可产生硫酸；（NH4）2SO4、KC1和NH4C1等生理酸性肥料施入到土壤中，因为阳离子NH4+、K+被植物吸收而留下酸根，导致溶液中H+增多。（5）酸雨：pHH+浓度，pH7，土壤表现为碱性。,土壤碱性,3.碱化度,碱化度（%）=,100,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,当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐含量较低时，土壤就呈极强的碱性反应，土壤理化性质上发生恶劣变化，称为土壤的碱化作用。,碱化层的碱化度30%,表层含盐量9.0定为碱土。碱化度在5%-20%时称碱化土，土壤碱化度为510定为轻度碱化土壤，1015为中度碱化土壤，1520为强碱化土壤。,土壤碱性,土壤酸碱性对土壤肥力和植物生长的影响,1.对土壤微生物的影响土壤细菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境；在强酸性土壤中真菌则占优势。2.对土壤胶体带电性影响土壤环境pH值高时，土壤胶体负电荷数量增多，相应于阳离子交换量也增加，土壤保肥性、供肥性增强。,一、对土壤肥力的影响,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,3.对土壤养分有效性影响,植物营养元素的有效性与pH的关系,在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。N、K、S元素在微酸性、中性、碱性土壤中都较高。P元素在中性土壤中有效性最高，pH7时有效性降低。Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。Mo在酸性土壤中有效性较低，pH6时有效性增加。,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,强酸性土壤中铝、锰胁迫与毒害作用1、pH5.5，土壤矿物质中和有机络合态的铝、锰均易被活化。2、代换性Al3+饱和度90%，产生较多游离Al3+，当游离Al3+0.2cmol/kg时，使作物受害，根系短粗，影响养分吸收。施用石灰，pH达5.3-6.3，Al3+沉淀，毒害消除。3、交换态锰达2-9cmol/kg，植株中锰1g/kg时，产生锰毒害作用，施用石灰，pH6，可消除锰毒害，另外，长期淹水植物易受锰毒害作用。,二、对植物生长的影响,1.酸性土的指示植物铁芒箕（Dicranopterislinearis）,生在华南酸性土上。地刷子（Lycopodiumcomplanatum），生在海拔较高的冷湿地区。铺地蜈蚣（Lycopodiumcernuum），生在亚热带的潮湿地区。,只能在某一特定的酸碱范围内生长，这类植物可以为土壤酸碱度起指示作用，习惯上被称为指示植物。,铁芒箕,铺地蜈蚣,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,地刷子,2.钙质土的指示植物铁线蕨（Adiantumcapillus-veneris）,分布在华南和西南的石灰岩地区。有尾铁线蕨（Adiantumcaudatum）,生长在华南。,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,3.盐土的指示植物海蓬子（Salicorniaherbacea），分布在河北和辽东沿海的盐土上。盐爪爪(Kalidiumgracile)，分布在内陆盐土上。,海蓬子,盐爪爪,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,4.盐碱土的指示植物盐吸（Suaedaussuriensis）分布在华北和东北的盐土、碱土和盐碱土上。三棱草（Scirpusmaritimus），生长在排水不良的盐土、碱土和盐碱土上。三春柳（Tamarixjuniperina）,分布在渤海边和内蒙黄河沿岸的盐土区。,三棱草,三春柳,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,植物适宜的pH范围,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,砖红壤上的油棕林,砖红壤上的橡胶林,赤红壤上的荔枝园,红壤上次生马尾松林,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,红壤上的柑橘园,红壤旱地上油茶-大豆间作,红壤丘陵上种植的烟草和柑橘,黄壤上的杉木林,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,不同植物对土壤酸碱性的适应性是长期自然选择的结果，差别在于：(1)生理适应性，与遗传性有关。(2)营养生理病，如酸性土缺钙引起梨的黑心病。(3)营养菌害病，如马铃薯的疮痂病为生链霉菌引起的，对锰敏感，酸性土壤中有效锰较多，能抑制这种病菌，故马铃薯适宜于酸性土。,土壤酸碱性和氧化还原状况与有毒物质积累1、强酸性土的铝锰胁迫与毒害在pH5.5酸性土中，锰、铝易被活化。大田作物幼苗期对Al3+很敏感，当游离Al3+达到0.2cmol/kg土时可使作物受害。,施用石灰使pH升至5.56.3，大部分或全部Al3+被沉淀，铝害消除。交换性Mn2+达到29Cmol/kg土或植株干物质含锰量超过1000mg/kg时产生锰害。豆类易产生锰害，禾本科抗性较强。施石灰中和土壤至pH6时，锰害可全部消除。2、氧化还原状况与有毒物质积累在长期淹水强还原性土壤中，往往有Fe2+和S2等还原物质大量积累。(1)亚铁主要呈沉淀状态，在偏酸性土壤中水溶性Fe2+可高达400mg/kg，如锈水田，可毒害水稻根系。,(2)H2S在土壤富铁条件下形成FeS，但如土壤缺铁或在pH6的条件下，出现较多H2S对水稻发生毒害。(3)有机酸水田在大量施用新鲜有机肥时可积累较多的丁酸等有机酸，抑制水稻根系呼吸和养分吸收。H2S(0.07mg/L)和丁酸(10-3mol/L)对水稻吸收养分抑制程度的顺序为：H2PO4-、K+Si4+NH4+Mg2+、Ca2+,影响土壤酸碱反应的因素,1.盐基饱和度2.生物（呼吸产生CO2，硝化菌产生硝酸、硫化菌产硫酸）3.土壤空气中的CO2的分压（2pH=K+pCa+pCO2）4.施肥（NH42SO4、KCl、NH4Cl酸性和生理酸性肥料，CaO、CaCO3、草木灰等碱性肥料）,5.灌溉（氧化还原条件）酸性土壤淹水后pH升高:Fe(OH)3+3H+Fe2+3H2ONH3+H+NH4+碱性土壤淹水后pH降低:碱和碱性盐被溶解淋失,6.土壤胶体特性土壤胶体上吸附的阳离子全部是致酸离子时，称为“盐基完全不饱和态”，此时的p