06第六章土壤溶液与土壤反应.ppt

第六章,土壤溶液与土壤反应,第六章土壤溶液与土壤反应,第一节土壤溶液及其组成第二节土壤酸碱反应及其调节第三节土壤氧化还原反应要点：土壤溶液、组成及影响因素土壤酸碱性的成因、衡量指标、影响因素土壤酸度的类型土壤的缓冲作用土壤氧化还原过程及其影响因素土壤酸碱性、氧化还原状况与土壤肥力的关系,第一节土壤溶液及其组成,一、土壤溶液的概念与作用二、土壤溶液的组成和浓度三、土壤溶液变化的影响因素,一、土壤溶液的概念与作用,土壤溶液（SoilSolution）通常定义为含有溶质和溶解性气体的土壤间隙水。土壤溶液的重要意义：1933年Joffe“土体的血液循环”。第一，土壤溶液是大多数土壤化学反应和形成过程发生的场所，与环境间物质交换的载体，物质迁移与运动的基础；第二，土壤溶液是植物根系获取养分的源泉，对土壤各种理化性质起着重要作用。土壤溶液已用于研究土壤发生过程，土壤酸中和能力，原位土壤固液相的相互作用，土壤养分的时空分布、移动性和有效性，化学物质在土体中的迁移，溶质运移模型的校验等。,二、土壤溶液的组成和浓度,土壤溶液中存在分子态、离子态和胶体态的溶解物质。包括无机化合物、有机化合物、有机-无机复合物、气体及最细小的胶体水溶胶。土壤溶液一般土壤中，大多为万分之几；在盐土和碱土中，千分之几至百分之几。无机物主要为钙、镁、钾、钠、铵等的硝酸盐、亚硝酸盐、重碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐及磷酸盐，在沼泽土和酸性土中有亚铁、亚锰的化合物；在碱土和盐土中以氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠占优势。,有机物各种可溶性糖类、蛋白质、有机酸（氨基酸、腐殖酸、草酸等）及其它们的可溶性盐类等。土壤胶体物质硅酸、铁、铝的氢氧化物和一些有机化合物，约占干残留物的1/4至1/10，甚至1/20，只有在碱土的碱化层中胶体物质才占优势。植物土壤溶液的总浓度适宜范围为2001000mg/kg。当土壤溶液浓度大于1000mg/kg时，根系就很难吸收水分和养料。一次施肥过多，造成“烧苗”。当土壤溶液浓度小于200mg/kg时，缺乏养分。,三、土壤溶液变化的影响因素,（一）土壤温度升高使许多无机盐类的溶解度增加（二）土壤湿度湿度增加，浓度变小；高温强烈蒸发，浓度上升浓度较低，元素多呈离子状态；反之则呈分子态干旱而严重缺水，某些物质沉淀。首先沉淀的是碳酸钙，其次是石膏，最后是易溶性盐。（三）土壤酸碱度影响物质溶解度，微生物活动（四）溶液成分的相互作用碱土金属离子易形成沉淀，一些物质也可降低或增加其它物质的溶解度。（五）土壤生物活动植物的根系及栖息于土壤中的小动物和微生物。,第二节土壤酸碱反应及其调节,一、土壤中酸碱的来源及影响因素二、土壤中酸碱的存在形式与表示方法三、土壤酸碱性与土壤质量的关系四、土壤的酸碱缓冲性及其调节,一、土壤中酸碱来源及影响因素,（一）土壤酸的来源1、土壤中H的来源（1）水的解离：解离常数小为什么能进行？吸附（2）碳酸解离：从哪里来？（3）有机酸的解离：草酸、柠檬酸、富里酸等？（4）酸雨：（5）其它无机酸：生理酸性肥料、细菌分解,2、气候对土壤酸化的影响气候条件是影响土壤酸碱性最主要的因素，其中温度和雨量直接影响着土壤物质的转化，也影响植物和微生物的活动。特别是降雨量的多少，淋溶作用的强弱，对土壤是否酸化起着主导作用。,3、Al3的来源粘土矿物铝氧层中的铝，在较强的酸性条件下，原来的交换性盐基被H+所替代后，粘粒中的铝进入胶体表面而成为交换性Al3土壤胶体吸附的Al3被代换到土壤溶液中进行水解而产生H，是引起潜在酸性的主要原因。,（二）土壤碱的来源,1、土壤碱式盐的水解：土壤中氢氧离子的主要来源是弱酸强碱盐水解。土壤中常见的弱酸强碱盐有碳酸及重碳酸的钾、钠、钙、镁等盐类。CO32+H2OHCO3-+OH-2、吸附性盐基离子(Na+、Ca2+)水解作用：当土壤胶体上吸附钠离子增加到一定的饱和度时，也会起代换水解作用，而使溶液呈碱性反应。如下式：土-Na+H2O土-H+Na+OH-土壤碱化与盐化具有发生学的联系，一般是频繁积盐与脱盐所致,（三）土壤中酸碱的影响因素,1、土壤含水量溶解、解离2、二氧化碳含相当数量碳酸盐或重碳酸盐土壤称石灰性土壤，pH值不超过8.5，pH=6.03-2/3pCO2。注意课本错误3、有机质分解产生二氧化碳、有机酸及无机酸。4、电解质电解质将氢离子交换至土壤溶液中，pH值下降。5、盐基饱和度80%以上，67盐基阳离子的淋失，将使土壤pH降低。0%-极限pH，50%，半中和pH，80%，钙，7左右。100%，中和点pHpH=pK+log盐/酸6、施用肥料生理酸性肥：硫酸铵、氯化铵、硫酸钾、氯化钾生理碱性肥料：硝酸钠、硝酸钙重过磷酸钙和磷酸一铵释出的磷酸能使施肥区局部酸化,二、土壤中酸碱存在形式与表示方法,（一）、土壤中酸的存在形式与表示方法土壤中的酸有两种存在状态：活性酸和潜性酸活性酸是以游离态存在于土壤溶液中，以活性的H直接表现出酸度；潜在酸：是土壤胶体上吸附的H+和Al3+离子，平常不表现酸性，只有通过交换作用进入溶液中进，产生H+，才表现出酸性。,1、活性酸度为土壤溶液中活性的H直接表现出来的酸度，通常用pH值来表示。活性酸度有时称作有效酸度或实际酸度。中国土壤根据土壤pH将土壤酸碱度分为五级：pH5.05.0-6.56.5-7.57.5-8.58.5级别强酸酸性中性碱性强碱1998年全国科学技术名词审定委员会公布的土壤学名词中规定：酸性土pH值6.5，中性土pH值6.57.5，碱性土pH值7.5。我国土壤酸碱反应的地区性差异“南酸北碱”。,2、潜在酸度土壤潜在酸度是指土壤中交换性氢离子、铝离子、羟基铝离子被交换进入溶液后引起的酸度，以cmol/kg表示。（1）交换性酸度土壤中通过阳离子交换反应进入溶液的氢离子浓度称交换性酸度。常用过量的中性盐类（通常用1M的KCl）溶液，与土壤胶体发生交换作用，测定溶液中H+的浓度即得交换性酸度。（2）水解性酸度用弱酸强碱盐浸提土壤后，所测定的酸度称为水解性酸度。通常用1mol/L醋酸钠作为浸提剂。水解产生NaOH，pH值达8.5，Na+可代换H+和Al3+，滴定溶液中醋酸的总量即是水解性酸的量，一般大于交换性酸度。,3、活性酸与潜性酸的关系土壤活性酸是土壤酸度的根本起点，没有活性酸就没有潜性酸潜性酸决定着土壤的总酸度，活性酸度是土壤酸性的强度指标，而潜在酸度则是土壤酸性的容量指标。活性酸与潜性酸是土壤胶体交换体系中两种不同的形式，活性酸与潜在酸处于相对平衡中。,（二）土壤中碱的表示方法,1、总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。即总碱度CO32-HCO3-【cmol（）/L】2、碱化度（钠碱化度：ESP）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。作为碱土分类及碱化土壤改良利用的指标和依据。碱化层的碱化度20，表层含盐量9.0定为碱土。510轻度碱化1015为中度碱化1520为强碱化。,三、土壤酸碱性与土壤质量的关系,（一）土壤酸碱性对土壤化学性质的影响1、氮素有机氮矿化以pH值6.08.0时最好2、磷素pH值6.57.5时有效性最高，Ca(H2PO4)2的形态。小于6.5时，产生铁、铝、锰的磷酸盐沉淀。pH值7.58.5时，沉淀。pH值8.5时，形成磷酸钠，提高。3、钾、钙、镁、硫素酸性土壤中，有效性高，但易于淋失，常感到缺乏；钙、镁在pH值8.5的土壤中，生成钙、镁的碳酸盐类沉淀，降低有效性。4、微量元素锌、铜、铁、锰、硼，在酸性土壤中高在pH5.5的强酸性土壤中，易造成铝锰胁迫与毒害在石灰性土壤里常因生成沉淀物而降低有效性硼在酸性土生成硼酸铁、硼酸铝降低有效性，随pH值的升高而有效性增加。,植物养分有效性与pH关系,（二）土壤酸碱性对土壤物理性质的影响土壤过酸或过碱，结构性变差，粘重，土壤水、气、热不协调。（三）土壤酸碱性对土壤生物的影响细菌放线菌较适宜中性至微碱多数植物适于中性至微酸性水稻6.07.5麻类6.07.0小麦6.57.5花生6.07.5棉花6.08.5芝麻6.07.5油菜6.07.5烟草5.07.5玉米6.07.5瓜类6.08.5红苕6.07.5蕃茄6.07.0土豆4.57.5茶树4.56.0豆类6.08.5油茶4.56.0,（四）土壤酸碱性指标植物酸性土壤指示植物铁芒箕（Dicranopterislinearis），生长在华南酸性土壤上地刷子（Lycopodiumcomplanatum），海拔较高的冷湿区铺地蜈松（Lycopodiumcernuum），亚热带潮湿地区。钙质土的指示植物铁线藤（Adiantumcopillnsveneris），华南石灰岩区盐土的指示植物盐角草（Salicorniaeuropaea），河北和辽宁沿海盐土细枝盐爪爪（Kalidiumgracile），内陆盐土盐碱土的指示植物灰绿碱蓬（Suaedaglauca）华北东北盐土、碱土和盐碱土扁秆藨草（Seirpusplaniculmis）排水差的盐、碱土盐碱土柽柳（Tamarixchinensis）渤海边和内蒙西黄河沿岸盐土,四、土壤的酸碱缓冲性及其调节,少量酸碱加入到水中和土壤中，pH变化有何不同？（一）土壤酸碱缓冲性概念土壤缓冲性是指土壤抵抗酸碱物质、减缓pH变化的能力。广义土壤缓冲性：对营养元素、污染物质、氧化还原都具有缓冲性，具有抵抗外界环境变化的能力。意义：由于土壤具有缓冲作用，土壤的酸碱度经常保持在一定的范围内，避免了因施肥、根系呼吸、微生物活动等引起的土壤反应的显著变化。,（二）土壤酸碱缓冲体系,在一个溶液中，当弱酸、弱酸性盐或弱碱、弱碱性盐共存时，则该溶液具有对酸或碱的缓冲作用。1、碳酸盐体系：CO2浓度越高，pH越低。2、硅酸盐体系：3、交换性阳离子体系胶体MH胶体HM胶体HMOH胶体MH2O4、铝体系在强酸条件(pH壤土砂土3、土壤有机质腐殖质含有大量的负电荷，对阳离子交换量贡献大。通常表土的有机质含量较底土的高，缓冲性也是表土较底土强。,（二）土壤酸碱性的调节,1、酸性土的调节通常以施用石灰或石灰粉来调节，转化:Ca(OH)2+2H2O+2CO2=Ca(HCO3)2+2H2OCaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2石灰需要量:影响石灰用量的因素有：（1）土壤潜酸性和pH、有机质含量、盐基饱和度、土壤质地等土壤性质；（2）作物对酸碱度的适宜性；（3）石灰的种类和施用方法等,石灰需要量可通过交换性酸量或水解性酸量进行大致的估算。依据阳离子交换量和盐基饱和度计算公式为：石灰需要量土壤体积容重阳离子交换量（1盐基饱和度）。单位是：千克/公顷是一个石灰需要量的理论估计值，要综合考虑其它影响因素，得出石灰实际需要量,土壤pH升至7的石灰石粉需要量,7.0,2、碱性土的调节改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺等SO2H2OH2SO32H2SO3O22H2SO4Al2(SO4)36H2O2Al(OH)33H2SO4Fe2(SO4)36H2O2Fe(OH)33H2SO4CaCO3H2SO4CaSO4H2OCO2,第三节土壤溶液中的氧化还原反应,一、土壤中的氧化还原体系二、土壤氧化还原状况三、影响氧化还原状况的因素及其调节,一、土壤中的氧化还原体系,(一)土壤氧化还原过程的基本概念土壤的氧化还原状态用氧化还原电位（Eh）来表示，是由于溶液中氧化态物质和还原态物质的浓度关系而产生的电位。其单位为毫伏mV或V。可用能斯特（Nernst）方程式表示：Eh为氧化还原电位；E0为标准氧化还原电位，指氧化剂和还原剂活度比为1时的Eh值；R为气体常数；T为绝对温度；n为反应中电子转移数；F为法拉弟常数。,（二）土壤氧化还原反应体系,可分为无机体系和有机体系两大类。无机体系：氧体系铁体系锰体系硫体系氮体系氢体系有机体系：不同分解程度的有机化合物微生物的细胞体及其代谢产物小部分的植物根的分泌物起氧化还原反应的有机酸类、酚、醛类和糖类等,二、土壤氧化还原状况,自然植被下的土壤以氧化过程占优势。其表层因受有机质的影响，氧化还原电位可较底土低数十至一、二百毫伏,旱田一般以氧化态为主，氧化还原电位一般在200毫伏以上，多在300600毫伏。耕层有有机还原性物质，可低数十毫伏。大多数植物，旱田在200750mV较好，水、气、热协调。水田淹水期间，Eh值往往低于200300毫伏，地下水位较高的土壤可低至-100-200毫伏；在排水烤田期间，Eh可增至500mV以上水稻适于Eh在200400mV之间。如果土壤Eh经常在180mV以下或低于100mV，水稻分蘖就会停止,三、影响氧化还原状况的因素及调节,（一）影响氧化还原状况的因素1土壤通气状况通气好电位升高，Eh也可以作为通气状况的相对指标。2土壤中易分解的有机质状况糖类、淀粉、纤维素、蛋白质等和，如有机酸、醛、醇等产物，耗氧3土壤中易氧化或易还原的无机物质状况氧化铁、锰和硝酸盐都看作受氢体4植物根系的代谢作用分泌物5土壤的pH在理论上把土壤的pH与Eh关系固定为Eh/pH=-59mV（即在通气不变条件下，pH每上升一个单位，Eh要下降59mV）,（二）土壤氧化还原状况的调节,水田土壤还原过程的适当发展对水稻的生长是利多于弊。但水稻土氧化还原交替，有助于高肥力水稻土的形成。对