2013 第三章3 土壤电性氧化还原

1、第三章 土壤的基本性状,第五节 土壤电性与离子交换,第五节 土壤电性与离子交换,1、土壤电性； 2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附； 3、土壤胶体对阳离子的非交换性吸附； 4、土壤胶体对阴离子的交换性吸附；,土壤中的电荷是由土壤胶体提供的； 一般土壤都显现负电荷； 土壤胶体带负电荷是指它的净电荷为负电荷； 土壤胶体的吸附作用；,1、土壤电性,离子吸附：离子从溶液 转移到胶体表面的过程； 离子解吸：原来吸附到 土壤胶体上的离子转移 到溶液的过程；,两者之间动态平衡,1、土壤电性,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,（1）阳离子交换作用（Cation Exchange） 土壤胶体吸附的阳离子与周围溶液

2、中的 阳离子进行等当量代换。,（2）阳离子交换作用的特征 可逆性：相对的、动态的平衡 快速性：一般需要几秒钟即可完成 等电量交换 受质量作用定律支配,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,（3）阳离子交换能力 电荷价数：三价二价一价 离子半径及水化半径：离子半径越大，单位面积所带负电荷电量越少，离子水合半径越小，阳离子交换能力越强 离子浓度,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,离子交换力顺序,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,阳离子交换量（ Cation Exchange Capacity ）* 指在一定的pH条件下，1000g干土所能吸附的全部 交换性阳离子的厘摩尔数。单位：cmol (+)/ k

3、g土 可以作为土壤保持养分的指标 20 cmol (+)/ kg ，保肥能力强； 10-20 cmol (+)/ kg ，保肥能力中等； 10 cmol (+)/ kg ，保肥能力差。,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,1) 土壤胶体的类型和数量,腐殖质CEC最大 对土壤CEC贡献很大 施有机肥提高CEC 蒙脱石水云母高岭石水合氧化物 北南，CEC减少,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,影响CEC大小的因素,土壤胶体的阳离子交换量,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,不同粘粒矿物组成的土壤胶体的阳离子交换量,2）土壤质地 CEC的80%由 粘粒提供 粘土壤土砂土 3) 土壤pH值 pH上升可变负

4、电荷上升CEC上升 带可变电荷多的胶体的 CEC受 pH影响大 南方土壤CEC受 pH影响大,影响CEC大小的因素,盐基饱和度（Base Saturation ）* 阳离子种类（1）致酸离子：H+和Al3+ （2）盐基离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+,土壤中交换性盐基离子占阳离子交换总量的百分数,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,盐基饱和度的意义 反映土壤酸碱度、交换性离子有效度，是肥力指标之一 盐基饱和土壤：中、碱性（北方） 盐基不饱和土壤：酸性（南方红黄壤） 盐基饱和度以7090(基本饱和)较好,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,影响交换性阳离子的有效度的因素,交换性阳离子

5、的饱和度：即该离子的盐基饱和度,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,陪补离子效应：一般来说，某离子的陪伴离子被土 壤胶体吸附力越强，该离子的有效性越高,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,影响交换性阳离子的有效度的因素,所有的阳离子均可发生非交换性吸附固定 K+和NH4+的固定最为明显 土壤水分状况和土壤pH影响固定态阳离子的释放,3、土壤胶体对阳离子的非交换性吸附,1）以阴离子形式存在的养分：N、P、S、B、Mo 2）土壤对阴离子的吸附顺序 易被吸附的离子：磷酸根、硅酸根 不被吸附的离子：Cl-，NO3-，NO2- 中等离子：硫酸根、碳酸根,4、土壤胶体对阴离子的交换性吸附,阴离子吸附的机制 阴

6、离子的非专性吸附：带正电荷的胶粒因静电引力吸附阴离子于双电层外层作为平衡离子，称为阴离子的非专性吸附 阴离子的专性吸附：一些含氧酸的阴离子，置换胶体表面金属阳离子的配位基，并与金属阳离子以化学键相结合，又称为配位体交换 土壤胶体对阴离子的负吸附:距离带负电荷胶体表面越近，阴离子数量越少的现象;,4、土壤胶体对阴离子的交换性吸附,第六节 土壤氧化还原状况,第六节 土壤氧化还原状况,1、土壤氧化还原反应； 2、土壤氧化还原状况与土壤肥力及 植物生长的关系；,Oxidation and reduction reactions occur almost in any soils. Oxidation

7、is by definition the loss of electrons, whereas reduction is the gain of electrons. Fe3+ + e- = Fe2+ Oxidation reactions are usually related to well-drained soil conditions. Reduction processes are associated with poorly drained conditions, or where excess water is present.,1、土壤氧化还原反应,土壤中的氧化还原物质,氧：O

8、2 + 4H+ + 4e- 2H2O（主要氧化体系） O2主要来自空气，极活泼的氧化剂 有机物：极强的还原剂（主要还原体系） 有机酸为微生物分解的中间产物,铁：Fe3+ + e- Fe2+ （旱地为高铁，渍水亚铁） 锰：MnO2 + 4H+ + 2e- Mn2+2H2O（数量较铁少得多） 硫（有机、无机）：S2-+2O2 SO42-,后三者受前二者体系影响,1、土壤氧化还原反应,土壤氧化还原体系的特点 Characteristics of redox systems in soils 是主要氧化剂: 在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+

9、、SO42-等。 SOM(特别是新鲜有机物)是还原剂: 土壤缺条件下，将氧化物转化为还原态。 土壤氧化还原体系可分为无机体系和有机体系: 无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。,氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大程度上有微生物参与如:NH4+NO2-NO3-(分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成) 土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。 土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、排水而变化。,土壤氧化还原电位（Eh）：由土壤溶液中氧化态物 质和还原态物质的浓度关系而产生的电位,E0-标准氧化还原电位（mV）：该

10、体系中的氧化剂和还原剂 浓度相等时的电位 n： 物质氧化还原过程中的电子得失数,1、土壤氧化还原反应,1）Eh值是反映土壤氧化还原状态的指标 Eh大，氧化状态强 Eh小，还原状态强 2）土壤Eh值一般在700 mv -300 mv之间 3） Eh值可作为土壤通气性的指标 4）Eh值表层低，底层高 水田低，旱地高 不同类型的水稻土有差别,1、土壤氧化还原反应,1）影响微生物类群 Eh低硝化细菌少NO3-少、NH4+多 反硝化旺盛N损失 Eh高硝化细菌多,2、土壤氧化还原状况与土壤肥力和植物生长,2）影响土壤养分有效性 Eh低，P有效性提高： 渍水pH中性各种养分有效性高 强烈氧化条件产生缺素症状（如Fe、Mn）,2、土壤氧化还原状况与土壤肥力和植物生长,桃树缺铁,玉米缺锰,3）影响土壤有毒物质积累或消失 强烈还原条件下，产生Fe2+、H2S、各种有害的有机酸，影响养分（特别是P、K）吸收 4）影响植物生长 植物体内有一定的氧化还原电位，要求土壤的