土壤酸碱性和氧化还原

第八章土壤酸碱性和氧化还原反应第一节土壤酸碱性第二节土壤氧化还原反应（1）熟悉土壤酸碱性及其成因，掌握土壤酸碱变化规律，明确酸碱性对林木生长和土壤养分的影响。（2）掌握土壤氧化还原性能的衡量指标教学目标第一节土壤酸碱性中国土壤酸碱性分布规律中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“东南酸西北碱”的规律性。大致可以长江为界（北纬33~35），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，由南向北土壤pH相差7个数量级。如吉林、内蒙古、华北的碱土pH值有的高达10.5，而台湾省的新八仙山和广东省丁湖山、五指山的黄壤，pH值有的低至3.6~3.8。一、土壤酸碱的概念和类型（一）土壤pH和酸碱性分级：pH4.55.56.57.58.59.5级别强酸性酸性弱酸性中性弱碱性碱性强碱性土壤反应就是土壤酸碱性。土壤反应分为酸性、中性和碱性，其区分决定于土壤溶液中游离的H+与OH-的浓度的比例。土壤的酸碱度一般用pH值表示。土壤酸碱性的来源不仅决定于土壤溶液中H+,更重要的是决定于土壤胶体上致酸离子（H+和Al3＋）或致碱离子（Na＋）的数量，也决定于土壤中酸性盐类或碱性盐的存在。土壤显酸性一方面和土壤溶液中的H+有关，另一方面又和土壤胶体上吸附致酸离子有关。土壤酸度是土壤中氢离子数量的反映。因此土壤酸度可根据H＋在土壤中所在的部位而分为两种类型：活性酸度和潜性酸度。•1.土壤活性酸度:土壤溶液中的氢离子浓度。用pH表示,测定时的水土比为1：1浸提测定溶液中氢离子浓度，所以，也有人表示为pHH2O.•2.土壤潜性酸度:指由土壤胶体上吸附的氢离子、铝离子和羟基离子所可能产生的酸度。（二）土壤酸性与土壤酸度土壤酸度活性酸度潜性酸度-（X-y）H+yH+胶体胶体-XH⇌胶体胶体-XH+Ca⇌-Ca-(x-2)H+2H+潜性酸度作用机理(1)土壤胶体上氢离子的解离：(2)胶体上氢离子被其它阳离子代换到溶液中(3)土壤胶体上铝离子作用Al3++H2O⇋Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O⇋Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O⇋Al(OH)3↓+H+土壤中羟基铝离子实际上还很复杂。[Al6（OH）12]6+、[Al10（OH）22]8+等等土壤中交换性铝离子才是土壤潜性酸的主要贡献者。在南方红壤土壤中占到90%以上。（1）交换性酸度当用中性盐溶液（如1molKcl)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，浸出液中的氢离子及由铝离子水解产生的氢离子，即为交换性酸量(包括活性酸)。以厘摩尔（＋）/千克）为单位，它是土壤酸度的数量指标。3.分类：土壤胶体上吸附的氢、铝离子所反映的潜性酸量，可用交换性酸度和水解酸度表示。（2）水解性酸度用弱酸强碱的盐类溶液（常用的为pH8.2的1molNaOAc溶液）浸提,土壤吸附的氢离子和铝离子绝大部分被浸提出来，测得的酸量称之为土壤的水解性酸。结果使: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。（三）土壤碱性•土壤呈碱性反应主要是因为其溶液中含的一定数量的弱酸强碱盐及土壤胶体表面吸附有碱金属及碱土金属的阳离子。•土壤碱度即土壤碱性强弱的程度，是土壤碱性的容量指标。碱度可以用平衡溶液的pH值表示，也可以用土壤中HCO3－和CO32－含量的重量百分数表示。（四）土壤碱度和碱化度土壤中Na2CO3和NaHCO3含量叫做土壤碱度（单位cmol/kg土），常用于地下水。土壤碱化度—土壤中交换性钠离子占阳离子交换量的百分数叫做土壤碱化度。交换性钠（cmol/kg±）碱化度（%）=阳离子交换量(cmol/kg±)×1005—20%碱化土＞20%碱土%二、土壤酸碱性产生的原因（一）气候因素它决定成土过程的淋溶强度。气温高、降雨量大的气候条件，母质、土壤中的盐基成分易于遭受淋失，使土壤逐渐酸化。反之，干旱气候，降雨量远远低于蒸发量，盐基成分积累于土壤及地下水，使土壤向碱化方向演化。即“南酸北碱”。（二）母质因素母岩母质的组成性质对土壤酸碱度具有深刻的影响。如酸性岩上发育的土壤容易向酸性发展，而基性岩相反。（三）生物因素生物产生的CO2溶于水，产生的H+对于土壤酸化有重要作用。另外植被不同，残体成分不同，影响土壤酸碱性。（四）施肥和灌溉的影响如酸性肥（NH4）2SO4、KCl长期使用造成土壤酸化等。植物养分有效性与pH的关系图pH6.5（中性）大多数土壤养分在附近的有效性较高四、土壤酸碱性对土壤肥力的影响（一）土壤酸碱性对土壤养分有效性的影响（四）主要木本植物适宜pH值范围大多数木本植物适宜微酸性到微碱性土壤，有些植物要求酸性土壤，在强碱性土壤上一般树种都不能生长。（二）影响土壤微生物活性（三）影响土壤物化性质酸性土壤和碱性土壤的物理性质都很差主要栽培植物生长适宜的pH范围表大田作物园艺作物林业植物名称适宜pH名称适宜pH名称适宜pH水稻6.0—7.0胡萝卜5.0—6.0槐树6.0—7.0小麦6.0—7.0番茄6.0—7.0白杨6.0—8.0大麦6.0—7.5西瓜6.0—7.0洋槐6.0—8.0大豆7.0—8.1南瓜6.5—8.0松树5.0—6.0玉米6.0—7.5黄瓜6.0—8.0栋树5.0—6.0棉花6.0—8．0柑梅5.0—6.0泡桐6.0—8.0马铃薯4.8——5.4杏6.0—8.0油桐6.0—8.0向日葵6.0——8.0苹果6.0—8.0榆树6.0—8.0甘蔗6.0—7.0桃、梨6.0—8.0掸树5.0—6.0花生5.5—6.5核桃6.0—8.0冷杉5.0—6.0烟草5.0—6.0茶5.0—5.5银杏6.0—7.0紫花苜蓿7.0—8.5板栗5.0—6.0云杉5.0—6.0四、土壤反应的调节（一）酸性土的调节改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性、生理碱性肥料。（二）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。此外，改良碱土还需要采取与灌溉、排水、园林植物栽培以及土壤耕作等相结合。第二节土壤缓冲性一、土壤缓冲性的意义当加入致酸或致碱物质于土壤中时，土壤具有缓和酸碱度的能力称为土壤缓冲性。常用缓冲容量来表示土壤缓冲酸碱能力的大小，即缓冲一个pH单位所需要的酸或碱的数量。土壤具有缓冲性的意义土壤具有缓冲性，使土壤的pH不致因施肥、根系呼吸、有机质分解等引起剧烈变化，为植物生长和微生物活动创造一个稳定良好的土壤环境条件。所以，土壤缓冲性能是影响土壤肥力的重要性质。二、土壤缓冲作用的机制•1.交换性阳离子的缓冲作用由于土壤胶体表面吸附有各种阳离子，当土壤溶液中的H+增加时，胶体表面的交换性盐基离子与其交换使土壤溶液中的H+浓度基本不变。当土壤溶液中的OH-增加时，胶体表面的致酸离子与其交换，使土壤溶液中OH-浓度基本不变。致酸离子中的Al3+水解后可产生3个H+，对碱的缓冲能力特别强。•2.弱酸及其盐类的缓冲作用土壤中大量存在的碳酸、磷酸、硅酸、腐殖酸和其他有机酸及其盐类构成许多缓冲对，也可以缓冲酸和碱的作用。当加入酸时：CaCO3+H2SO4→CaSO4+H2CO3当加入碱时：H2CO3＋KOH→KHCO3+H2O3.两性物质的缓冲作用土壤中的一些两性胶体物质，对酸、碱都有中和缓冲作用。•4.铝离子的缓冲作用在强酸性土壤中，游离的Al3+对碱有缓冲作用，这是由于Al3+结合的六个水分子能解离出2个H＋以中和土壤溶液和增加的OH-,而本身形成复合铝离子的结果。反应式如下：2[Al(H2O)6]3++2OH-→Al2(OH)2(H2O)5]4++4H2O当pH5时，复合铝离子及游离Al3+开始互相结合，成为沉淀而失去对碱的缓冲能力。第三节土壤的氧化还原反应♣一、土壤中的氧化还原体系♣二、土壤的氧化还原电位♣三、影响土壤氧化还原电位的因素一、土壤中的氧化还原体系•土壤中主要的氧化剂是大气中的氧进入土壤中，与土壤中的化合物起作用，得到两个电子而还原为O2-，土壤中生物化学过程的方向与强度，在很大程度上决定于土壤空气和溶液中氧的含量。•土壤中的还原剂主要是有机质。二、土壤的氧化还原电位☻(一)概念由于溶液氧化态物质和还原态物质的浓度关系而产生的电位，称为氧化还原电位(Eh)，单位为mv。在土壤里普遍存在着各种氧化还原反应，氧化还原过程在土壤中具有十分重要的地位，氧化反应和还原反应的实质是电子转移，氧化还原反应的电极反应可表示如下：氧化态＋ne====还原态氧化还原反应中的氧化态和还原态同时在电极上达到平衡，其平衡电位，称为氧化还原电位，通常以Eh表示。][][log059.0ln00还原态氧化态还原剂氧化剂nEaanFRTEEh☻(二)土壤间Eh的变化范围旱地土壤Eh变动在200—750mv之间，如果大于750mv，标志着土壤完全处于好气状态。如果Eh低于200mv，则表明土壤水分过多，通气不良。土壤的Eh在400—700mv之间，多数作物可以正常发育，过高过低均对植物不利。水田土壤Eh变动较大，在排水种植旱作物期间，其Eh可达500mv以上，在淹水期间，可低至—150mv以下。一般说水稻适宜在Eh值200—400mv的条件下生长。如果土壤Eh经常处在180mv以下或低于100mv，水稻分蘖就会停止，发育受阻。如果长期处于—100mv以下，水稻甚至会死亡。三、影响土壤氧化还原电位的因素♣(一)土壤通气性在通气良好的土壤中，土壤空气与大气中的气体交换迅速，致使土壤中氧浓度较高，Eh值较高。♣(二)土壤中的易分解有机质在淹水条件下施用新鲜的有机物料，土壤Eh值急剧下降。♣(三)土壤中易氧化物质或易还原物质♣(四)植物根系的代谢作用1.土壤含水量愈低，其热容量越小，导热率愈低土壤升温越快（）2.灌溉可降低土壤表层土的昼夜温差（）3.中耕松土，可降低土壤表层土的热容量，而促进表土升温（）4.一日之内土壤上下各层温度变化是同步的（）5.土壤有机质含量越高，其热容量越大（）6.土壤酸度有三种表示方法，其中pHH2O＜pHKCl＜pHNaAC（）7.土壤胶体吸附H＋和Al３＋时使土壤显酸性，吸附Na＋较多使土壤显碱性（）8.北方石灰性土壤的潜（性）在酸比南方酸性土壤高，是因为石灰性土壤的CEC比酸性土高所致（）9.盐基饱和度大的土壤，缓冲酸的能力强，盐基饱和度小的缓冲碱的能力强（）10.旱地通气条件良好，则Eh比水田要高（）快速判断！！思考题一、名词解释土壤酸碱性潜性酸水解酸交换性酸土壤总酸度总碱度碱化度土壤Eh土壤缓冲性1、简述土壤酸碱性与土壤肥力的关系2、土壤具有缓冲性能的原因是什么？3、为什么在碱性土壤上，常发生作物缺Ca2+和K＋的现象？4、简述土壤酸性的类型，过酸、过碱土壤的改良方法?5、土壤氧化还原电位反应土壤什么问题？6、交换性Al3＋是南方土壤酸化的主要原因，为什么?二、思考