土壤酸碱性和氧化还原反应(森林土壤课件).ppt

1、第九章，土壤酸碱及氧化还原反应，第一节土壤酸碱理论，土壤酸碱理论，土壤酸碱反应为气候，植物，我国土壤的酸性反应大部分在pH4.58.5之间。地理分布有“东南山西北碱”的规律性。大致可以长江为界(北纬33)，长江以南的土壤大部分是酸性或强酸性，长江以北的土壤大部分是中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大。1.土壤酸碱性的形成原因，1 .土壤酸形成的机理(1)土壤中氢离子的袁泉：水的解吸-碳酸-解离有机酸的解离-酸雨其他无机酸(2)土壤中铝离子的活化(形成酸性土壤的重要原因)，土壤氧化过程H，H的增加，土壤酸化，Ca2，K，Mg2，土壤中的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳酸盐和碳酸氢盐、胶体表面吸附

2、的交换性钠。如上所述，石灰性土壤的pH值主要由土壤空气中CO2分压控制(1)石灰性土壤的pH值变化为CO2的偏置大小，因此，在测量石灰性土壤的pH值时，应进行固定的CO2偏压，在充分平衡后进行测量。(2)土壤空气中二氧化碳含量比大气高，但几乎不超过10%，因此石灰性土壤的pH值总是在6.88.5之间，应用石灰和土壤酸度比较安全。不过度碱化土壤。碳酸钙水解，碳酸钠水解，交换性钠的水解，土壤碱化和氯有发生学的联系。盐土和碱性土壤不是“盐碱土”牙齿。盐土的pH值一般低于8.5，盐土脱盐可能形成碱性土壤。盐和脱盐交替发生，2、土壤酸碱性类型和指标1、土壤酸度类型活性酸度(soil active aci

3、dity)土壤活性酸是在土壤溶液中自由扩散的氢离子浓度直接反应的酸度。潜在酸(soil potential acidity)土壤潜在酸在土壤胶体上吸附氢离子和铝离子，表示酸性，因此是土壤酸的潜在来源，所以被称为潜在酸。可以用可交换性酸度和水解酸度来表示。(1)可交换酸度是中性盐溶液，例如1mol KCl或0.06mol BaCl溶液(pH=7)，在土壤胶体表面吸附的铝离子和大多数氢离子交换浸出液的阳离子以里摩尔/千克为单位的土壤酸度的数量指标。交换性酸量对调节土壤酸度和估算石灰用量有重要的参考价值。(2)水解酸度(soil hydrolytic acidity)提取为弱酸强碱的盐类溶液(如pH

4、8.2中的1mol NaOAc溶液)，然后用NaOH标准溶液滴定浸出液，根据消耗的NaOH用量转换为土壤酸度。这样测量的潜山量称为土壤的水解性。结果：更换左右比中性盐类溶液更完整，土壤吸附性氢，铝离子大部分可由Na离子交换。水合氧化物表面的羟基及腐殖质的部分功能团(如羟基、羧基)的部分H被分解，浸水液中和。活性酸和潜在酸的关系活性酸和潜在酸的总和被称为土壤的总酸度。它通常用滴定法测定，所以也称为土壤的适宜酸度。那是土壤酸度的容量指标。它在意义上不同于pH值。活性酸是土壤酸度的起源，表示土壤酸度的强度。潜在的酸是土壤酸度的主体，表示土壤酸度的容量。、土壤总酸度活性酸度潜在酸度、2、土壤酸度的强度

5、指标、土壤pH土壤pH值与土壤平衡溶液中H离子浓度的负对数、石灰胃(lime potential)、土壤胶体表面吸附的碱离子中总是以钙离子为主，在酸性土壤的碱离子中据此提出了表示土壤酸性强度的另一指标石灰胃。将氢离子的数量和钙离子的数量联系起来，以数学pH-0.5PCa标记的石灰胃PH-0.5 PCA，PH-0.5 PCA是Ca(OH)2的化学位的简单函数。常识中，Ca(OH)2指标准状况下的化学位，3，土壤碱性指标，(1)总碱度的总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、碳酸根的总量。我国碱化土壤的总碱度占负离子总量的50以上，高度达90以上，可以将总碱度作为土壤碱化等级等级的指标之一。即由石灰性

6、物质引起的弱碱性反应(pH7.5-8.5)，称为石灰性反应，土壤称为石灰性土壤。石灰性土壤的耕层受大气或土壤中CO2分压的控制，pH值总是在8.0 8.5的范围内，其深层植物根和土壤微生物活动都很弱，因此CO2分压很小，其pH值可能上升到10.0以上。(2)碱度(钠碱度：ESP)碱化度是指吸附在土壤胶体上的可交换钠离子占阳离子交换量的百分比。在一定程度上，当溶解盐含量低时，土壤呈现很强的碱性反应，土壤的理化性质发生了不良变化，被称为土壤碱化作用。我国碱化层碱化度为30%，表层盐量为9.0，为碱性土壤(alkaline soil)。土壤碱度为510，为轻质碱化土壤，1015为中等碱化土壤，152

7、0为强碱化土壤。3，影响土壤pH值的因素(1)土壤胶体类型及性质对pH值的影响1土壤胶体的极限pH值吸附在土壤胶体上的阳离子均称为酸碱完全不饱和状态。牙齿时，土壤的pH值称为土壤的极限pH值。2土壤胶体酸基解离常数K影响pH值，不同类型土壤胶体的pK值不同。有机胶体pK值为4.55.0，硅酸盐黏土为5.25.8。水性氧化铁为6.07.0。引起酸解度的大小排列顺序：有机胶体蒙脱石水云母和拜伦石高岭石氢氧化铁，铝，(2)土壤吸附性阳离子组成和碱饱和度对pH的影响氢氧化铝土壤呈酸性。钙质土壤的pH值大部分约为7，呈中性反应。钠质土壤pH值可达8.5以上，呈碱性反应。反映碱饱和度大小、土壤潜在酸及活性

8、强度的大小。(c)土壤含水量对土壤pH值的影响土壤的pH值随土壤含水量的增加呈上升趋势。因此，测量土壤pH值时要注意土壤水比。土壤-水比率越大，测量的pH值越大。(4)土壤氧化还原条件对pH的影响施用淹水或有机肥促进土壤修复的发展，对土壤pH有明显影响。酸性土壤浸入水中后pH值升高的原因主要是在基米条件下形成的还原性碳酸铁，锰是碱性的，溶解度高，pH值高。硫化物(在硫化细菌的作用下)被氧化成硫酸，土壤pH值急剧下降，第三节土壤氧化还原体系(soil redox system)，氧体系氧体系的氧化反应显示O2 4e=2H2O E0=0.82V 25氧的量为大气压力。氧气的Eh是Eh=0.82 0

9、.015logO2。氧的分压为0.2时，Eh为0.81V。这意味着普通土壤的Eh值不超过810mv。这是土壤通风良好时最高的氧化电位。一，土氧化还原体系，还原为硫体系土壤的SO42- S2-或H2S时需要很强的还原条件，一般水田的还原情况较差，只有在微生物活动下才能将土壤的Eh值降低到-0.1-0.2V，在有机质多的土壤中可以进行反应。相反，从S2-氧化到SO42-，在通风良好的大部分土壤中，有机体系通常在有机物含量高的渍土中有很多还原性物质(例如乙酸、丙酮酸、乳酸、甲酸、甲酸、丁酸、珊瑚硼酸、苹果酸、酒石酸、醇酸等)。干旱地有机物含量少的土壤中，恢复性物质少。土壤氧化还原体系的特征：土壤中氧

10、化还原体系有无机体系和有机体系两种。土壤中的氧化还原反应是纯化学反应，但主要是生物参与。土壤是不均匀的多相体系，即使同一田地的其他点也有一定的变异，在测定Eh时，选择代表性的土壤样品时，最好进行多点测定，求平均值。土壤中氧化还原平衡经常发生变化，随着时间、空间、耕作管理措施等，Eh值发生变化。严格地说，土壤氧化还原并不能实现真正的平衡。1。土壤的氧化还原前卫(soil redox potential)在土壤中广泛存在的各种氧化还原反应、氧化还原过程在土壤中具有非常重要的地位，氧化反应和还原反应的本质是电子转移。氧化还原反应电极反应可以表示如下。氧化状态ne=还原状态氧化还原反应，2，土壤氧化还

11、原指标，2，Eh，pH的关系，餐中M是参与反应的质子数，Eh随pH的增加而降低。因此，在同一氧化还原反应碱性溶液中比酸性溶液更容易进行。图92铁体系的Eh-pH稳定范围，1微生物的活动2是容易分解有机物的分解主要是耗氧过程，在一定的通气条件下，在土壤中容易分解的有机物越多，耗氧量越多，氧化还原电位也越低。3土壤中容易氧化和恢复的无机物的含量(如土壤中的氧化体和硝酸盐含量高)，可以减缓Eh值。4植物根的代谢作用5土壤的pH值，3，影响土壤氧化还原的因素，4节土壤缓冲性(soil buffering) 1，土壤缓冲性的概念，狭义：将少量的酸或碱放入水溶液中，溶液的pH值立即发生变化。但是，把这些酸

12、碱添加到土壤中，其pH值的变化不大。酸碱变化的阻力称为土壤的缓冲性能或缓冲作用。广义：土壤对营养元素、污染物质、氧化还原等也具有缓冲性，具有对抗外部环境变化的能力。(a)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。2，土壤酸，碱缓冲作用的原理，(2)土壤胶体的阳离子更换作用，(3)土壤酸碱缓冲体系，1，碳酸盐体系，缓冲pH范围在pH8.5-6.7之间，2，硅酸盐体系，3，5 .有机酸体系，(4)土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线，在土壤悬浮液中持续添加标准酸或碱液，测量pH的变化，用纵坐标表示pH，横坐标表示相加酸或碱量，绘制滴定曲线，也称为缓冲曲线。，砖红壤、红壤和黄棕壤胶体的

13、中和曲线(1987年)，3，土壤氧化还原缓冲性，不同氧化还原物质的Eh与氧化或还原程度(%)的关系，5节土壤酸碱和氧化还原状态，以及生物环境1，土壤酸碱和氧化还原PH在微酸性、中性和碱性土壤中氮、硫、钾的效率很高。磷在pH6-7的土壤中最有效。在PH7中，磷酸钙沉淀容易发生，磷的效能下降。在强酸和强碱土壤中，有效钙和镁的含量低，在pH6.58.5的土壤中，功效高。铁、锰、铜、锌等稀有元素功效在酸性和强酸性土壤中很高。在PH7的土壤中，活性铁、铜、锌离子明显下降，铁、锰离子的供应不足的情况很多。在强酸性土壤中，钼的效能较低。PH6提高了效率。硼的效能和pH关系比较复杂，在强酸性土壤和pH7.08

14、.5的石灰性土壤中效能低，在pH6.07.0和pH8.5的碱性土壤中效能高。(2)土壤氧化还原状态对养分效能的影响，在土壤钢还原条件下，高价铁(Fe)牙齿低价铁(Fe)还原，硫酸根(SO4=)也还原为硫化物(S2-)，硫化铁的沉淀可能同时发生，因此讨论氧化反应的影响时，需要综合分析和判断。三、土壤酸碱性和氧化还原状态和有毒物质的积累(1)强酸性土壤中的铝、镉胁迫和毒性，pH6.0水稻土排水消除锰的毒性。(b)氧化还原状态和有毒物质积累，Eh200mv，从土壤的铁锰化合物氧化状态切换到还原状态，Eh-100mv，低成本铁(Fe2)浓度已经超过高价铁(Fe3)，植物可能会受到铁的毒害。Eh-200mv可能导致H2S和丁酸等过量积累，抑制水稻含铁氧化还原酶活动，影响呼吸和根系养分吸收能力。如果H2S浓度高，则会抑制植物根对磷钾的吸收，磷钾也会从根部渗透。在水稻土中大量施用绿肥等有机肥料时，经常发生FeS过量积累，水稻根变黑，土壤恶臭发黑，影响土地部分的生长发育。4.土壤酸碱性和氧化还原状态的调节(1)土壤酸度调节，土壤酸度通常采用石灰或石灰粉进行调节。石灰石(CaO)熟石灰石Ca(OH)2石灰石粉CaCO3、石灰需求量土壤体积容量阳离子交换量(1-碱饱和率)、石灰需求量、石灰