土壤酸碱性和氧化还原反应森林土壤ppt课件

1、第九章第九章 土壤酸碱性及氧化复原反响土壤酸碱性及氧化复原反响 第一节第一节 土壤酸碱反响土壤酸碱反响土壤酸碱性反响 土壤酸碱反响是气候、植被、成土土壤酸碱反响是气候、植被、成土母质等及人为要素共同作用的结果母质等及人为要素共同作用的结果 土壤酸碱反响是指土壤酸性或碱土壤酸碱反响是指土壤酸性或碱性的程度，常以性的程度，常以pHpH值表示。值表示。我国土壤的酸碱性反响，大多数在pH4.58.5之间。在地理分布上有“东南酸西北碱的规律性。大致可以长江为界北纬33，长江以南的土壤多为酸性或强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差别很大1、土壤酸性构成的机理、土壤酸性构成的机理1土

2、壤中氢离子的来源：土壤中氢离子的来源：水的解离水的解离碳酸解离碳酸解离有机酸的解离有机酸的解离酸雨酸雨其它无机酸其它无机酸2土壤中铝离子的活化构成酸性土壤的土壤中铝离子的活化构成酸性土壤的重要缘由重要缘由土壤酸化过程土壤酸化过程土壤胶体Na+Mg2+K+Na+H+Ca2+H+H+H+ H+ 添加，土壤酸添加，土壤酸化化Ca2+K+Mg2+盐基离子淋溶盐基离子淋溶离子交换离子交换Al3+Al3+2 2、土壤碱性构成的机理、土壤碱性构成的机理 构成碱性反响的主要机构成碱性反响的主要机理是碱性物质的水解反响。理是碱性物质的水解反响。 土壤中的碱性物质主要是钙、镁、土壤中的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳

3、酸盐和重碳酸盐，以及胶体外钠的碳酸盐和重碳酸盐，以及胶体外表吸附的交换性钠。表吸附的交换性钠。从上式可知：石灰性土壤的从上式可知：石灰性土壤的pHpH值主要受土壤空气中值主要受土壤空气中CO2CO2分压控制分压控制1 1 石灰性土壤的石灰性土壤的pHpH值，因值，因CO2CO2的偏压大小而变，所以在测定石的偏压大小而变，所以在测定石灰性土壤灰性土壤pHpH值时，应在固定的值时，应在固定的CO2CO2偏压下进展，并必需留意在充分偏压下进展，并必需留意在充分到达平衡后测读。到达平衡后测读。2 2土壤空气中土壤空气中CO2CO2含量虽然高于大气，但很少高于含量虽然高于大气，但很少高于10%10%，因

4、此石，因此石灰性土壤的灰性土壤的pHpH总是在总是在6.86.88.58.5之间，施用石灰中和土壤酸度是比较之间，施用石灰中和土壤酸度是比较平安的，不会使土壤过碱。平安的，不会使土壤过碱。碳酸钙水解 碳酸钠的水解碳酸钠的水解 交换性钠的水解 土壤碱化与盐化有着发生学上的联络。土壤碱化与盐化有着发生学上的联络。 盐土和碱土并非一物盐土和碱土并非一物“盐碱土，盐土的盐碱土，盐土的pHpH值普通小于值普通小于8.5, 8.5, 盐土脱盐才能够盐土脱盐才能够 构成碱土。积盐和脱盐交替发生构成碱土。积盐和脱盐交替发生二、土壤酸碱性度类型和目的二、土壤酸碱性度类型和目的1、土壤酸度类型、土壤酸度类型活性酸

5、度活性酸度(soil active acidity)土壤活性酸是自在分散于土壤溶液中的土壤活性酸是自在分散于土壤溶液中的氢离子浓度直接反响出来的酸度。氢离子浓度直接反响出来的酸度。 潜性酸 (soil potential acidity)土壤潜性酸是由于土壤胶粒上吸附着氢离子和铝离子所呵斥的显出酸性，所以它是土壤酸的潜在来源，故称为潜性酸。可用交换性酸度和水解酸度表示。1交换性酸度交换性酸度(soil exchangeable acidity) 用中性盐溶液如用中性盐溶液如1mol KCl或或0.06mol BaCl溶液溶液(pH=7)浸提土壤时土壤胶体外表吸附的铝离子与氢离子的大部浸提土壤时

6、土壤胶体外表吸附的铝离子与氢离子的大部分被浸提剂的阳离子交换而进入溶液，浸出液中的氢离分被浸提剂的阳离子交换而进入溶液，浸出液中的氢离子及由铝离子水解产生的氢离子，用规范碱液滴定子及由铝离子水解产生的氢离子，用规范碱液滴定,根根据耗费的碱量换算据耗费的碱量换算,为交换性氢与交换性铝的总量为交换性氢与交换性铝的总量,即为即为交换性酸量交换性酸量(包括活性酸包括活性酸)。以厘摩尔。以厘摩尔/千克为单千克为单位，它是土壤酸度的数量目的。位，它是土壤酸度的数量目的。 交换性酸量在进展调理土壤酸度，估算石灰用量时，交换性酸量在进展调理土壤酸度，估算石灰用量时，有重要参考价值。有重要参考价值。2 2水解性

7、酸度水解性酸度(soil hydrolytic acidity)(soil hydrolytic acidity) 用弱酸强碱的盐类溶液如用弱酸强碱的盐类溶液如pH8.2pH8.2的的1mol NaOAc1mol NaOAc溶液浸提溶液浸提, , 再以再以NaOHNaOH规范液滴定浸出液规范液滴定浸出液, ,根据所耗费根据所耗费的的NaOHNaOH的用量换算为土壤酸量。这样测得的潜性酸的的用量换算为土壤酸量。这样测得的潜性酸的量称之为土壤的水解性酸。量称之为土壤的水解性酸。 结果结果: :交换程度比之用中性盐类溶液更为完全，土壤交换程度比之用中性盐类溶液更为完全，土壤吸附性氢、铝离子的绝大部分

8、可被吸附性氢、铝离子的绝大部分可被Na+Na+离子交换。水离子交换。水化氧化物外表的羟基和腐殖质的某些功能团如羟基、化氧化物外表的羟基和腐殖质的某些功能团如羟基、羧基上部分羧基上部分H+H+解离而进入浸提液被中和。解离而进入浸提液被中和。活性酸和潜性酸的关系活性酸和潜性酸的关系活性酸和潜性酸的总和，称为土壤总酸度。由活性酸和潜性酸的总和，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目的。它与酸度。它是土壤的酸度的容量目的。它与pH值在意值在意义上是不同的。义上是不同的。 活性酸是土壤酸度的来源，代表土壤

9、酸度的强度；活性酸是土壤酸度的来源，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。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2、土壤酸度的强度目的 土壤土壤pH 土壤土壤pH代表与土壤固相处于平衡的溶液中的代表与土壤固相处于平衡的溶液中的H+离子浓度的负对数离子浓度的负对数, 石灰位石灰位(lime potential) 在土壤胶体外表吸附的盐基离子中总是以钙离子在土壤胶体外表吸附的盐基离子中总是以钙离子为主的，在酸性土壤的盐基离子中，钙离子约占总量为主的，在酸性土壤的盐基离子中，钙离子约占总量65658080。因此，提出了表示土壤酸强度的另一目

10、的。因此，提出了表示土壤酸强度的另一目的石灰位。它将氢离子数量与钙离子数量联络起来，石灰位。它将氢离子数量与钙离子数量联络起来，以数学式以数学式pH-0.5PCapH-0.5PCa表示之，即表示之，即 石灰位石灰位 pH-0.5pCa pH-0.5pCa pH-0.5pCa是是Ca(OH)2的化学位的简单函数。上式中的化学位的简单函数。上式中为为Ca(OH)2在规范情况下的化学位在规范情况下的化学位 3、土壤碱性目的、土壤碱性目的一总碱度一总碱度 总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。我国碱化土壤的总碱度占阴离子总量的总量。我国碱化土

11、壤的总碱度占阴离子总量的50以上，以上，高的可达高的可达90，故可用总碱度作为土壤碱化程度分级的，故可用总碱度作为土壤碱化程度分级的目的之一。即目的之一。即 总碱度厘摩尔升COHCO323( )/)石灰性物质所引起的弱碱性反响石灰性物质所引起的弱碱性反响pH7.5-8.5)称为石灰性反响称为石灰性反响,土壤称之为石灰性土壤。石灰性土壤的耕层因受大气或土壤土壤称之为石灰性土壤。石灰性土壤的耕层因受大气或土壤中中CO2分压的控制，分压的控制，pH值常在值常在8.0-8.5范围内范围内,而在其深层而在其深层,因植因植物根系及土壤微生物活动都很弱物根系及土壤微生物活动都很弱,CO2分压很小分压很小,其

12、其pH值可升至值可升至10.0以上。以上。二碱化度钠碱化度：二碱化度钠碱化度：ESP 碱化度是指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离子碱化度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。交换量的百分率。碱化度交换性钠阳离子交换量1 0 0 当土壤碱化度到达一定程度，可溶盐含量较低时，土壤就呈极强的碱性反响，土壤理化性质上发生恶劣变化，称为土壤的“碱化作用alkalinization)。 我国那么以碱化层的碱化度30%,表层含盐量9.0定为碱土(alkaline soil) 。而将土壤碱化度为510定为轻度碱化土壤，1015为中度碱化土壤，1520为强碱化土壤。三、影响土壤三、影响土壤pHp

13、H值的要素值的要素一土壤胶体类型和性质对一土壤胶体类型和性质对pHpH值的影响值的影响1 1土壤胶体的极限土壤胶体的极限pHpH值值当土壤胶体上吸附的阳离子全部是致酸离当土壤胶体上吸附的阳离子全部是致酸离子，称为盐基完全不饱和态。此时土壤的子，称为盐基完全不饱和态。此时土壤的pHpH值，值，称为土壤的极限称为土壤的极限pHpH值。值。2土壤胶体酸基的解离常数土壤胶体酸基的解离常数K对对pH值影响值影响不同类型土壤胶体的不同类型土壤胶体的pK值就各异。有机胶体值就各异。有机胶体pK值值为为4.55.0，硅酸盐类粘粒为，硅酸盐类粘粒为5.25.8；含水氧化铁为；含水氧化铁为6.07.0。致酸离子解

14、离度的大小的陈列顺序：致酸离子解离度的大小的陈列顺序：有机胶体有机胶体 蒙脱石蒙脱石 含水云母和拜来石含水云母和拜来石 高岭石高岭石 含水氧化铁、铝含水氧化铁、铝二土壤吸附性阳离子组成和盐基饱和度对二土壤吸附性阳离子组成和盐基饱和度对pH的影响的影响 氢铝质土壤是酸性；氢铝质土壤是酸性； 钙质土钙质土 pH值大多数在值大多数在7左右，呈中性反响；左右，呈中性反响； 钠质土壤钠质土壤 pH值可达值可达8.5以上，呈碱性反响。以上，呈碱性反响。 盐基饱和度大小，反响土壤潜性酸及活性强度的大小。盐基饱和度大小，反响土壤潜性酸及活性强度的大小。三土壤含水量对土壤三土壤含水量对土壤pH的影响的影响 土壤

15、的土壤的pH值随土壤含水量添加有上升的趋势。因此，值随土壤含水量添加有上升的趋势。因此，在测定土壤在测定土壤pH值时值时,应留意土水比。土水比愈大，所测得应留意土水比。土水比愈大，所测得的的pH值愈大。值愈大。四土壤氧化复原条件对四土壤氧化复原条件对pH的影响的影响 淹水或施有机肥促进土壤复原的开展，对土壤淹水或施有机肥促进土壤复原的开展，对土壤pH有有明显的影响。酸性土淹水后明显的影响。酸性土淹水后pH升高的缘由主要是由于在升高的缘由主要是由于在嫌气条件下构成的复原性碳酸铁、锰呈碱性，溶解度较大，嫌气条件下构成的复原性碳酸铁、锰呈碱性，溶解度较大，因之因之pH值升高。值升高。 硫化物在硫化细

16、菌的作用下可氧化为硫酸，使土壤硫化物在硫化细菌的作用下可氧化为硫酸，使土壤pH值急剧下降值急剧下降第三节 土壤氧化复原体系 (soil redox system)氧体系氧体系氧体系的氧化反响为：氧体系的氧化反响为：O2 + 4e =2H2O E0 = 1.23V在在25时，其时，其Eh为：为： 假设土壤的假设土壤的pH值是值是7时，氧的规范电位为时，氧的规范电位为0.82V，氧，氧的数量以大气压表示，这时氧的的数量以大气压表示，这时氧的Eh为为Eh = 0.82 + 0.015logO2 当氧的分压为当氧的分压为0.2时，时，Eh为为0.81V，这就意味着普通土，这就意味着普通土壤的壤的Eh值

17、不会超越值不会超越810mv，这是土壤通气良好的情况下，这是土壤通气良好的情况下，最高的氧化电位。最高的氧化电位。pHOHOEEh059. 0log015. 023. 1 log4059. 02420一、土壤氧化复原体系一、土壤氧化复原体系(soil redox system)氮体系氮体系土壤中氮的存在形状有有机态和无机态两种，有机态占绝大部分。土壤中氮的存在形状有有机态和无机态两种，有机态占绝大部分。有机氮转化为无机氮是在微生物的控制下进展的。有机氮转化为无机氮是在微生物的控制下进展的。 硫体系硫体系 土壤中的土壤中的SO42-复原为复原为S2-或或H2S时需求剧烈的复原条件，在普通时需求剧

18、烈的复原条件，在普通水田中的复原情况达不到，只需在微生物的活动下，能使土壤的水田中的复原情况达不到，只需在微生物的活动下，能使土壤的Eh值降低至值降低至 - 0.1-0.2V，因此在有机质较多的土壤中，这以反响，因此在有机质较多的土壤中，这以反响能进展。相反从能进展。相反从S2-氧化为氧化为SO42-，那么在大多数通气良好的土壤，那么在大多数通气良好的土壤中都能到达中都能到达 有机体系有机体系普通在有机质含量高的渍水土壤中复原性物质较多，如醋酸、丙普通在有机质含量高的渍水土壤中复原性物质较多，如醋酸、丙酮酸、乳酸、甲酸、丁酸、瑚玻酸、苹果酸、酒石酸和二醇酸等。酮酸、乳酸、甲酸、丁酸、瑚玻酸、苹

19、果酸、酒石酸和二醇酸等。而在旱地有机质含量少的土壤中复原性物质较少。而在旱地有机质含量少的土壤中复原性物质较少。 土壤氧化复原体系的特点：土壤氧化复原体系的特点： 土壤中氧化复原体系有无机体系和有机体系两土壤中氧化复原体系有无机体系和有机体系两类。类。 土壤中氧化复原反响虽有纯化学反响，但很大土壤中氧化复原反响虽有纯化学反响，但很大程度上是由生物参与的。程度上是由生物参与的。 土壤是一个不均匀的多相体系，即使同一田块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，测不同点位都有一定的变异，测Eh时，要选择代表时，要选择代表性土样，最好多点测定求平均值。性土样，最好多点测定求平均

20、值。土壤中氧化复原平衡经常变动，不同时间、空土壤中氧化复原平衡经常变动，不同时间、空间，不同耕作管理措施等都会改动间，不同耕作管理措施等都会改动Eh值。严厉地值。严厉地说，土壤氧化复原永远不能够到达真正的平衡。说，土壤氧化复原永远不能够到达真正的平衡。1.土壤的氧化复原电位土壤的氧化复原电位soil redox potential)在土壤里普遍存在着各种氧化复原反响，氧化复原在土壤里普遍存在着各种氧化复原反响，氧化复原过程在土壤中具有非常重要的位置，氧化反响和复原反响过程在土壤中具有非常重要的位置，氧化反响和复原反响的本质是电子转移，氧化复原反响的电极反响可表示如下：的本质是电子转移，氧化复原

21、反响的电极反响可表示如下： 氧化态氧化态 ne = 复原态复原态氧化复原反响中的氧化态和复原态同时在电极上到达平衡，氧化复原反响中的氧化态和复原态同时在电极上到达平衡，其平衡电位，称为氧化复原电位，通常以其平衡电位，称为氧化复原电位，通常以Eh表示。表示。 二、土壤氧化复原目的 2、Eh和和pH的关系的关系 式中式中m是参与反响的质子数，是参与反响的质子数，Eh随随pH添加而降低。添加而降低。因此，同一氧化复原反响在碱性溶液中比在酸性因此，同一氧化复原反响在碱性溶液中比在酸性溶液中容易进展。溶液中容易进展。 图92 铁体系的Eh-pH稳定范围图1微生物的活动2易分解有机的含量 有机质的分解主要

22、是耗氧的过程，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，其氧化复原电位就较低。3土壤中易氧化和复原的无机物的含量 如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 三、影响土壤氧化复原的要素三、影响土壤氧化复原的要素 第四节第四节 土壤缓冲性土壤缓冲性 (soil buffering)一、土壤缓冲性的概念一、土壤缓冲性的概念 狭义：把少量的酸或碱参与到水溶液中，那么溶液的狭义：把少量的酸或碱参与到水溶液中，那么溶液的pH值立刻发生变化；可是把这些酸碱参与到土壤里，其值立刻发生变化；可是把这些酸碱参与到土壤里，其pH值的变化却不大，这种对酸

23、碱变化的抵抗才干，叫做值的变化却不大，这种对酸碱变化的抵抗才干，叫做土壤的缓冲性能或缓冲作用。土壤的缓冲性能或缓冲作用。 广义：土壤是一个宏大的缓冲体系，对营养元素、污广义：土壤是一个宏大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化复原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环染物质、氧化复原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的才干。境变化的才干。 一土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在碳一土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸及其盐类。酸、硅酸、磷酸、腐殖酸及其盐类。二、土壤酸、碱缓冲作用的原理二、土壤酸、碱缓冲作用的原理 二土壤胶体的阳离子交换作用二土壤胶体的阳离子交换作用三土壤酸碱缓冲体系

24、三土壤酸碱缓冲体系 1 1、碳酸盐体系、碳酸盐体系 缓冲的pH范围在pH8.5-6.7之间 2 2、硅酸盐体系、硅酸盐体系 3 3、交换性阳离子体系、交换性阳离子体系 土壤阳离子交换量愈大，缓冲才干土壤阳离子交换量愈大，缓冲才干愈大。愈大。 4 4、铝离子体系、铝离子体系 在土壤pH5.0时,铝离子构成Al(OH)3沉淀，失去它的缓冲才干。 5.5.有机酸体系有机酸体系 四土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线四土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线 在土壤悬液中延续参与规范酸或碱液，测定pH的变化,以纵座标表示pH，横座标表示加的酸或碱量，绘制滴定曲线，又称缓冲曲线。 砖红壤、红壤和黄棕壤胶体的中和曲线于天仁，

25、1987 三、土壤氧化复原缓冲性 不同氧化复原物质的Eh与其氧化或复原程度(%)的关系 第五节 土壤酸碱性和氧化复原情况与生物环境 一、生物对土壤酸碱性和氧化复原情况的顺应性 一植物适宜的酸碱度二土壤二土壤Eh值范围与植物生长值范围与植物生长三土壤三土壤pH和和Eh与土壤微生物活性与土壤微生物活性二、土壤酸碱性和氧化复原情况与营养的生物有效性二、土壤酸碱性和氧化复原情况与营养的生物有效性 一一)土壤酸碱性对营养有效性的影响土壤酸碱性对营养有效性的影响植物营养元素的有效性与pH的关系 土壤土壤pH6.5左右时，各种营养元素的有效度都较高，并适宜左右时，各种营养元素的有效度都较高，并适宜多数作物的

26、生长。多数作物的生长。 pH在微酸性、中性、碱性土壤中，氮、硫、钾的有效度高。在微酸性、中性、碱性土壤中，氮、硫、钾的有效度高。 pH6-7的土壤中的土壤中,磷的有效度最高。磷的有效度最高。pH7时，那么易时，那么易产生磷酸钙沉淀，磷的有效性降低。产生磷酸钙沉淀，磷的有效性降低。 在强酸和强碱土壤中，有效性钙和镁的含量低，在在强酸和强碱土壤中，有效性钙和镁的含量低，在pH6.58.5的土壤中，有效度较高。的土壤中，有效度较高。 铁、锰、铜、锌等微量元素有效度，在酸性和强酸性土壤中铁、锰、铜、锌等微量元素有效度，在酸性和强酸性土壤中高；在高；在pH7的土壤中，活性铁、锰、铜、锌离子明显下降，并的

27、土壤中，活性铁、锰、铜、锌离子明显下降，并经常出现铁、锰离子的供应缺乏。经常出现铁、锰离子的供应缺乏。 在强酸性土壤中，钼的有效度低。在强酸性土壤中，钼的有效度低。pH6时时,其有效度添加。其有效度添加。硼的有效度与硼的有效度与pH关系较复杂关系较复杂,在强酸性土壤和在强酸性土壤和pH7.08.5的石灰的石灰性土壤中性土壤中,有效度均较低有效度均较低,在在pH6.07.0和在和在pH8.5的碱性土壤中的碱性土壤中,有效度较高。有效度较高。 二土壤氧化复原情况对营养有效性的影响二土壤氧化复原情况对营养有效性的影响 在土壤强复原条件下，高价铁Fe+)复原低价铁(Fe+)，同时硫酸根SO4=也复原为

28、硫化物(S2-)，此时，同时能够发生硫化亚铁的沉淀反响(FeS)，使铁的有效度下降。所以在讨论氧化反响的影响时，要综合的分析判别。 三、土壤酸碱性和氧化复原情况与有毒物质的积累三、土壤酸碱性和氧化复原情况与有毒物质的积累 一强酸性土壤的铝、锰胁迫与毒害一强酸性土壤的铝、锰胁迫与毒害 pH6.0;水稻土排水解除锰的毒害。水稻土排水解除锰的毒害。 二氧化复原情况与有毒物质积累二氧化复原情况与有毒物质积累 Eh200mv时时,土壤中的铁锰化合物就从氧化态转化为复原态土壤中的铁锰化合物就从氧化态转化为复原态,当当Eh-100mv时时,那么低价铁那么低价铁(Fe2+)浓度已超越高价铁浓度已超越高价铁(Fe3+),会使植物产生铁的毒害。会使植物产生铁的毒害。Eh供氧供氧氧化排水烤田氧化排水烤田淹水淹水缺氧缺氧复原淹水泡田复原淹水泡田1.1.土壤溶液中的阳离子，一旦被胶体吸附后，便失去活性就永远不土壤溶液中的阳离子，一旦被胶体吸附后，便失去活性就永远不能被植物吸收，变成无效态营养了能被植物吸收，变成无效态营养了( ) ( ) 2. 2. 在土壤阳离子代换过程中，电价数高的离子代换力强，故一价在土壤阳离子代换过程中，电价数高的离子代换力强，故一价阳离子不能代换出被胶体吸附的二价或