8.第3章第5-6节土壤酸碱性与氧化还原性

第五节土壤酸碱反应(简称土壤反应)（Soilacid-basereaction）土壤酸碱性(P83~89)土壤酸碱性是指土壤溶液呈酸性、中性或碱性的程度。我国土壤的酸碱性反应，大多数在pH4.5~8.5之间。在地理分布上有“南酸北碱”或“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异很大。一、土壤酸度(soilacidity)1、土壤酸性的成因及影响因素盐基离子淋失——氢离子富积——铝硅酸盐矿物分解——释放活性铝氢离子的来源：（1）水的解离；（2）碳酸等无机酸解离；（3）有机酸的解离；（4）酸雨等。1）气候因素；2）生物因素；3）母质因素;4）施肥等。土壤酸碱性的影响因素：2、土壤酸度的类型（1）土壤活性酸(soilactiveacidity)土壤活性酸是由土壤溶液中H+所引起的酸度。土壤活性酸一般浓度很低，常用pH来表示溶液中H+浓度，即通常所说的土壤酸碱性，或称土壤反应。土壤酸碱度分级pH酸碱度分级pH酸碱度分级＜4.5极强酸性6.5～7.5中性4.5～5.5强酸性7.5～8.0微碱性5.5～6.0酸性8.0～8.5碱性6.0～6.5微酸性＞8.5强碱性（2）潜性酸土壤潜性酸是由于土壤胶粒上吸附着的氢离子和铝离子所造成的酸性。由于它们平时不显现酸性，只有通过离子交换作用，被其他阳离子交换到土壤溶液中呈游离状态时才显现出酸性，所以它是土壤酸的潜在来源，故称为潜性酸(soilpotentialacidity)，常以cmol(+)/kg[厘摩尔(＋)/千克]为单位。土壤胶体上吸附的氢、铝离子所反映的潜性酸量，根据测定时使用的盐类不同将它分为交换性酸和水解性酸。①交换性酸(soilexchangeableacidity)当用中性盐溶液如1molKcl或0.06molBaCl2溶液(pH=7)浸提土壤时,土壤胶体表面吸附的铝离子与氢离子的大部分均被浸提剂的阳离子交换而进入溶液，用标准碱液滴定,根据消耗的碱量换算,为交换性氢与交换性铝的总量,即为交换性酸量(包括活性酸)。以厘摩尔(＋)/千克）为单位。②水解性酸度(soilhydrolyticacidity)用弱酸强碱盐溶液（常用的为pH8.2的1molNaOAc溶液）浸提,再以NaOH标准液滴定浸出液,根据所消耗的NaOH的用量换算为土壤酸量。这样测得的潜性酸量称之为土壤水解性酸。结果:①交换程度比之用中性盐类溶液更为完全，土壤吸附性氢、铝离子的绝大部分可被Na+离子交换；②水化氧化物表面的羟基和腐殖质的某些功能团（如羟基、羧基）上部分H+解离而进入浸提液被中和。（3）活性酸和潜性酸的关系活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度；潜性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＋潜性酸度二、土壤碱度(soilalkalinity)碱性土的成因土壤碱性反应及碱性土壤形成是自然成土条件和土壤内在因素综合作用的结果。碱性土壤的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳酸盐和重碳酸盐，以及胶体表面吸附的交换性钠。形成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。1、碳酸钙水解从上式可知：（1）石灰性土壤的pH值，因CO2的偏压大小而变，所以在测定石灰性土壤pH值时，应在固定的CO2偏压下进行，并必须注意在充分达到平衡后测读。（2）土壤空气中CO2含量不会低于大气CO2的含量，也很少高于10%，因此石灰性土壤的pH总是在pH6.8-8.5之间，所以农业施用石灰来中和土壤酸度是比较安全的，不会使土壤过碱。2、碳酸钠的水解（见教材P85）3、交换性钠的水解2CO3三、土壤酸碱度的指标1、土壤酸度的强度指标（1）土壤pH土壤pH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,（2）石灰位(limepotential)表示土壤酸强度的另一指标－石灰位。它将氢离子数量与钙离子数量联系起来，以数学式pH-0.5pCa表示之，即石灰位＝pH-0.5pCa2、土壤碱性指标（1）总碱度总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。即总碱度＝厘摩尔升COHCO323(()/)石灰性物质所引起的弱碱性反应（pH7.5-8.5)称为石灰性反应,土壤称之为石灰性土壤。（2）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交换量的百分率。碱化度＝交换性钠阳离子交换量100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”。我国将土壤碱化度为5－10％定为轻度碱化土壤，10－15％为中度碱化土壤，15－20％为强碱化土壤。四、影响土壤pH值的因素1、土壤水分条件水分含量越大，pH值越高。2、土壤吸附性阳离子组成和盐基饱和度氢－铝质土壤是酸性；钙质土pH值大多数在7左右，呈中性反应；钠质土壤pH值可达8.5以上，呈碱性反应。盐基饱和度大小，反应土壤潜性酸及活性酸强度的大小。3、土壤氧化还原条件酸性土淹水后pH会升高。其主要原因：由于在嫌气条件下高价铁、锰被还原，消耗了溶液中的H+，使pH值升高。五、土壤缓冲性能1、概念：土壤具有抵抗外来物质引起酸碱反应剧烈变化的能力，称为土壤缓冲性能或缓冲作用(狭义)。广义的土壤缓冲性是指土壤的自适应能力，即土壤通过自身调控机制抗拒外界干扰而保持状态稳定的性能。具体包括：（1）土壤化学缓冲性（2）土壤物理缓冲性水、热、气等物理条件的缓冲性（3）土壤养分缓冲性（4）土壤对污染物的缓冲性（5）酸碱缓冲性（6）氧化还原缓冲性等。2、土壤具有缓冲作用的原因（1）土壤胶体上的阳离子交换作用（2）土壤溶液中弱酸及其盐类的存在（3）土壤有机质等两性物质的缓冲作用（4）酸性土壤中铝离子对碱的缓冲作用3、土壤缓冲作用的意义六、土壤酸碱性对土壤肥力及植物生长的影响1、土壤酸碱性与土壤肥力的关系（1）土壤酸碱性影响养分的有效性①土壤pH6.5左右时，各种营养元素的有效度都较高，并适宜多数作物的生长。②pH在微酸性、中性、碱性土壤中，氮、钾、硫的有效度高。③pH6-7的土壤中,磷的有效度最高。pH5时，因土壤中的活性铁、铝增加，易形成磷酸铁、铝沉淀。而在pH7时，则易产生磷酸钙沉淀，磷的有效性降低。④在强酸和强碱土壤中，有效性钙和镁的含量低，在pH6.0～8.5的土壤中，有效度较高。⑤铁、锰、铜、锌等微量元素有效度，在酸性和强酸性土壤中高；在pH7的土壤中，活性铁、锰、铜、锌离子明显下降，并常常出现铁、锰离子的供应不足。⑥在强酸性土壤中，钼的有效度低。pH6时,其有效度增加。硼的有效度与pH关系较复杂,在强酸性土壤和pH7.0～8.5的石灰性土壤中,有效度均较低,在pH6.0～7.0和在pH8.5的碱性土壤中,有效度较高。（2）土壤酸碱性影响土壤胶体的可变电荷数量，从而影响土壤的保肥性（3）土壤酸碱性影响土壤的结构性，进而影响土壤的孔隙状况，影响水、气、热的协调2、土壤酸碱性与植物生长的关系•各种植物都有最适宜的土壤酸碱性条件，只是有的适应的范围宽，有的适应的范围窄。有的植物适应的范围非常窄，以至于可以把它们当作土壤酸碱性的指示植物。一般•酸性土壤的指示植物有：铁芒箕、映山红、茶叶树等•石灰性土壤的指示植物有：甘草、蒺藜、柏木、蜈蚣草等•碱性土壤的指示植物有：碱蓬、盐蒿、牛毛草、柽(cheng)柳等七、土壤酸碱性的调节（1）酸性土壤施用石灰,施用碱性肥料;（2）碱性土壤合理灌溉,施用酸性肥料；（3）施用有机肥料既能改良酸性土壤，又能改良碱性土壤。石灰需要量＝土壤体积×容重×阳离子交换量（1-盐基饱和度）石灰需要量假设某红壤的pH为5.0,耕层土壤为2250000公斤/公顷，土壤含水量为20％，阳离子交换量为10Cmol/kg土,盐基饱和度为60%,试计算达到pH=7时,中和活性酸和潜性酸的石灰需要量(理论值)。中和活性酸pH=5时,土壤溶液中[H+]=10-5,mol/kg土,则每公顷耕层土壤含H+离子为:2250000×20%×10-5=4.5molH+/公顷同理:pH=7时,每公顷土壤中含H+离子为2250000×20%×10-7=0.045molH+/公顷所以需要中和活性酸量为4.5-0.045=4.455molH+/公顷若以CaO中和:其CaO需要量=4.455mol*28克/mol=124.74克中和潜性酸:2250000×(10/100)×(1-60/100)=90000molH+/公顷90000×56/2=2520000克=2520公斤/公顷（168公斤/亩）通过上面的讨论我们知道：土壤胶体上吸收的H+和Al3+是土壤酸性的根源，碳酸钙是维持土壤中性至碱性反应的物质基础，碳酸钠是土壤表现碱性与强碱性反应的最主要原因。思考题：我国土壤反应在地理分布上有何规律？为什么？第六节土壤氧化还原状况（Soilredoxstatus）一、土壤氧化还原体系土壤是一个氧化物质和还原物质并存的体系，主要体系有：铁体系、锰体系、硫体系、氮体系、氢体系、氧体系、有机碳体系。其中氧和有机还原性物质较为活泼，铁、锰、硫的转化则主要受这两种物质的影响。大多数可变电荷土壤或渍水土壤,有机还原物质与铁,锰的反应较为重要。土壤氧化还原体系的特点：①决定土壤氧化还原电位大小的主要是氧体系和有机体系两类。②土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应，但很大程度上是有生物参与的生物学过程。③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Eh时，要选择代表性土样，最好多点测定求平均值。各类土壤的氧化还原电位可在氧化条件下的600~700mv到还原条件下的-200~-300mv的范围内变动。旱地土壤Eh一般在400～700mv,水稻土则为-200～300mv。根据已有的资料,可以把300mv作为氧化性和还原性的分界点在300mv以上时,溶解态O2在电位方面起着重要作用；在300mv以下的还原性土壤中,决定电位的主要是有机还原性物质.而铁,锰及硫等的还原,则是与有机还原性物质相作用的结果。二、土壤氧化还原电位（Eh）[氧化态]Eh=E0+RTnFlg[还原态][氧化态]+ne=[还原态]1、pH值2．土壤通气性（主要取决于土壤孔隙与水分状况）3、微生物的活性强弱（主要取决于土壤有机质与土壤pH）在一定的通气条件下，土壤中的易分解的有机质愈多，耗氧也愈多，其氧化还原电位就较低。pH愈小，不利于微生物活性的提高，氧化还原电位就较高。三、影响土壤氧化还原性的因素[氧化态]+ne+mH+[还原态]+xH2O在250C时，其关系式：Eh=E0+0.059nlg[氧][还]-0.059m/npH4．植物根系的代谢作用5．土壤中其他易氧化或还原无机物的含量O2、Fe2O3、NO3-、MnO2等为电子受体，如土壤中氧化铁和硝酸盐含量高时，可使Eh值下降得较慢。一般来说，养料元素处在氧化状态下均有利于植物吸收，但Eh在一定程度的下降对水稻土肥力及其他方面也是有好处的，主要表现在：1、氮以铵态氮形态存在2、磷酸盐的活化四、土壤氧化还原状况对养分有效性的影响氧化还原状况与有毒物质积累Eh200mv时,土壤中的铁锰化合物就从氧化态转化为还原态,当Eh-100mv时,则低价铁(Fe2+)浓度已超过高价铁(Fe3+),会使植物产生铁的毒害。Eh-200mv,就可能产生H2S和丁酸等的过量积累,对水稻的含铁氧化还原酶的活动有抑制作用,影响其呼吸、减弱根系吸收养分的能力。在H2S浓度高时,抑制植物根对磷、钾的吸收，甚至出现磷、钾从根内渗出。水田土壤大量施用绿肥等有机肥时常常发生FeS的过量积累,使稻根发黑,土壤发臭变黑,影响其地上部分的生长发育。