植物营养的土壤化学复习题及答案

1.比较和说明矿质化与腐殖质化的关系与区别。矿质化与腐殖质化是土壤中有机物质转化的两个过程，二者是一个相反的过程。有机质的矿化过程:有机质在微生物作用下，分解成简单的无机物同时释放矿质营养的过程。腐殖化过程：指矿质化过程的某些中间产物再合成或在原植物组织中聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物。或者有机质在微生物作用，经分解再合成腐殖质的过程。2.根据土壤镁形态和有效性影响因素，说明如何合理施用镁肥根据土壤中的镁的形态可以分为：（1）有机物中的镁（2）无机形态的镁：包括矿物态镁、代换态镁和土壤溶液中的镁。土壤的中有效镁形态主要为水溶态和代换态，矿物态和有机态的镁一般需经风化或分解后才能为植物利用，因此属于难效态。影响土壤有效镁的因素：（1）土壤全镁量土壤全镁是供应镁营养的重要基础。有些土壤虽然代换性镁含量较低，但全镁量较高，往往对镁肥的效果不明显，表明植物仍然可以吸取较多的镁。（2）土壤质地和代换量代换量大的土壤，可以容纳较多的代换性镁，而代换性镁则是有效镁的主要形态。反之，代换量小的土壤，则有效镁往往较低。（3）土壤酸度和盐基饱和度土壤酸度和盐基饱和度既影响代换性盐基总量，也影响代换性镁的饱和度。一般是在强酸性调节下，土壤缺镁的可能性较大，随着土壤pH值增加,有效镁的平均含量明显增加,缺镁的土壤百分率降低,镁肥的肥效减少.(4)土壤胶体的种类土壤胶体对镁离子有不同的吸持力,因此在含有不同粘粒矿物的土壤,代换性镁的利用也有显著差异。在几种主要粘粒矿物中，以蒙脱石对镁的吸持力最强。（5）其他离子的影响植株的镁营养不仅决定于土壤中有效镁的数量，而且也受土壤中各种离子之间的相互影响和植株体内各种离子之间拮抗作用的影响。（镁肥的施用见另外一分复习资料）3.举例说明土壤中典型粘粒矿物的特点与区别。（1）高岭石：a构造：1：1型，层间无阳离子，O-OH离子通过氢键联结，膨胀性小，轴长7.2A，基本固定。b理论结构式：Al4Si4O10(OH)8，SiO2/R2O3=2(含SiO246.5%;Al2O3=39.5%;Fe2O3=14.0%)，不含层间水。c电荷：主要靠边缘断键产生，同晶置换少，CEC=3-15cmol(+)/kg。d膨胀性：非膨胀，因为氢键。e比表面：5-20m2/g，无内表面，保肥力弱，无层间水（吸水性差）。f分布：南方红壤、砖红壤中较多。(2)蒙脱石:a构造：2：1型，层间阳离子多为Ca2+,Mg2+,Na+等水化离子，层间可吸附多层水分子，轴长9.6-18A。b理论结构式：Al4Si8O20(OH)4.nH2O,SiO2/R2O3=4/1c电荷：同晶置换强，可发生于八面体或四面体，电荷80%来自同晶置换，20%来自断键；CEC=70-130cmol(+)/kg。d膨胀性：很大，因为（1）层间分子弱；（2）层间水化半径大；（3）负电中心在八面体片，离阳离子远。e比表面：700-800m2/g，颗粒较小，保肥力强，保水性好。f分布：北方（东北）土壤。（3）伊利石：a构造：2：1型，层间结合靠分子力和K+，轴长10A。b理论结构式：Si8(Al,Mg,Fe)4,6(K.H2O)2O20(OH)4,SiO2/R2O3=3或4c电荷：负电中心在四面体上，对层间K+束缚力大，CEC=10-40cmol(+)/kg。d膨胀性：弱，因为K+附加结合，负电中心在四面体上。e比表面：65-10m2/g，保肥力中等。f分布：西北土壤。（4）绿泥石:a构型2：1：1型，b层间距14A，同晶置换强，种类多；CEC=20-40cmol(+)/kg；c主分布于漠境土壤。4.根据粘粒矿物特征分析不同土壤保肥、保水特征为什么不同？不同粘粒矿物,保肥能力相差很大。首先，不同的粘土矿物，其代换量相差较大，不同土壤类型含有不同的粘土矿物，因此其代换量也相差很大。另外粘土矿物具有吸附性，其中吸附最强的是蒙脱石，因此它具有较强的保水保肥的能力，而高岭石的吸附性差，保水保肥的能力差。土壤矿物含量,决定土壤性质。（见另外一分复习资料）5.氧化物含量相同的两种土壤为什么对重金属的吸附特征不同？（见另外一分复习资料）6.什么么是电荷零点，其影响因素是什？电荷零点（PZC）:是指胶体表面正负电荷相等时的体系pH。其影响因素是：（1）电荷零点首先决定于金属离子对电子亲和力的大小，金属离子价数与电荷零点有一定关系，总体来说，随着金属离子价数的增加而电荷零点降低。一价离子氧化物（M2O）PZC11.5二价离子氧化物（MO）8.5PZC12.5三价离子氧化物（M2O3）6.5PZC10.4四价离子氧化物（MO2）0PZC7.5其它离子氧化物（M2O5、MO3）PZC5（2）土壤中主要粘粒和氧化物对电荷零点的影响。不同氧化物其电荷零点（PZC）变化较大，其原因比较复杂，例如氧化物有其他杂质参加，氧化物表面水合状况，参加配位的金属阳离子的性质等，都会造成不同氧化物之间PZC的差异。（3）受土壤离子的专性吸附的影响：专性吸附阴离子（H2PO4-.F-….）时，PZC的值降低；专性吸附阳离子(Cu2+、Zn2+…..)时，PZC的值升高。（4）取决于矿物组成。7.什么是专性吸附与非专性吸附？专性吸附：也称化学吸附或者强选择性吸附，是指在含有大量浓度的介质离子时，土壤对痕量浓度的待测离子的吸附作用；或者吸附自由能中非静电因素的贡献比静电因素的贡献大时，这中吸附作用可称之为专性吸附。这种吸附发生在扩散双电层的内层，不可逆。非专性吸附：又称物理吸附，这种类型吸附的离子主要依靠静电引力和热运动的平衡作用，保持在扩散双电层的外层，这种吸附是可逆的，可以等量的互相置换，并遵守质量作用定律。8.试述硝化作用与反硝化作用的定义及其影响因素。硝化作用：是指铵态氮转化为硝态氮的氧化过程的总称。硝化过程主要是由微生物进行的。分为两段进行：第一步由亚硝酸细菌把铵态氮氧化为亚硝态氮。第二步是又硝化细菌把亚硝酸盐氧化为硝酸盐。其影响因素：（1）土壤通气性：硝化作用是由一类好气性微生物进行的，因此必须以良好的通气条件为前提。土壤通气状况受许多土壤物理化性质的影响，如质地、结构、、坚实度和含水量。（2）土壤pH：硝化作用一般在pH5-9范围内几乎都能进行。但以中性和微酸性反应最好其中硝化细菌对pH的要求较高，一般在过酸或过碱的条件下明显减弱，而亚硝化细菌对Ph的敏感性较弱。（3）土壤温度：最适的温度是30-35摄氏度，超过40摄氏度则严重抑制硝化过程。但在低温条件下，对硝化作用的影响较少，即使在0-5摄氏度时也有硝化作用进行。（4）土壤水分：土壤水分主要是影响土壤的通气性，进而影响硝化作用。（5）土壤中的其他养料和化学条件对硝化作用也有一定影响。如微量元素钼可以促使亚硝酸盐转化为硝酸盐，土壤中一定的有效磷水平也可能有助于硝化作用的进行。反硝化作用：是通过微生物把硝态氮还原为气态氮的过程。反硝化过程通常在嫌气条件下进行。其影响因素：（1）土壤通气性：一般在嫌气条件下进行。在旱地土壤中主要和含水量有关。如果硝化作用的临界含水量是土壤饱和含水量的60%左右，则反硝化作用就会在大于这一含水量水平的土壤中产生，并随含水量的增加而增加。（2）土壤pH：一般认为在酸性条件下，反硝化作用较弱，当pH＜5时，反硝化作用的速率是很低的，随pH升高而增强，在pH7.5-8.2时最快，pH过高也将抑制反硝化作用。（3）土壤温度：在低温时，很少有反硝化现象产生，当在10摄氏度以上则反硝化作用随温度上升而加强，基本上要达到75摄氏度才开始下降。（4）其他因素：反硝化作用必须有一定的能源。在缺少有机质或含C:N率低的土壤，由于缺少能源，其反硝化作用往往受到抑制。9.土壤氮素的收入与支出有哪些途径？土壤氮素的收入：（1）生物固氮能够固定空气中氮的生物过程很多，在土壤中最重要的是微生物固氮作用其中包括共生固氮菌与非共生固氮菌。（2）大气沉降土壤中的含氮量和大气有密切关系，通过降水带入土壤或者大气沉降。（3）加入土壤中的有机物在自然条件下，木本植物和草本植物的枯枝、落叶、残根等，每年加入土壤的残落物平均约为200-350Kg。（4）施肥在生产实践中加入的有机肥、化学氮肥，对土壤氮含量起着很大影响。土壤氮素的支出：（1）气态损失通过土壤中微生物反硝化作用把硝酸根转化成氮气、氧化二氮和铵挥发导致氮的损失。（2）地表径流刚施入土壤中的氮肥或者通过微生物作用转化成的硝酸盐容易随地表水的流动而流走，导致土壤氮的损失。（3）渗漏土壤中的硝态氮移动性强，很容易随土壤水分的移动而流动，再加上土壤对硝态氮的固定和吸附能力较弱，因而很容易导致硝态氮的损失。（4）作物收获通过作物收获，把土壤中的氮带走。10.论述酸溶液中性土和碱性土中磷酸根的存在形态土壤存在的主要是正磷酸,其形态也最稳定.正磷酸是一种三元酸,随着其氢离子的逐步解离,可以形成三种不同的磷酸根,即一价磷酸根H2PO4-,二价磷酸根HPO42-和三价磷酸根PO43-,这三种离子之间存在平衡关系:H3PO4=（K1）H2PO4-+H+=(K2)HPO42-+H+=（K3）PO43-+H+各种磷酸根离子在溶液中的浓度比与pH有关，根际其解离常数可知：游离磷酸只在pH4一下的溶液中存在；在pH3-7范围内以H2PO4-为主；pH7-12范围内以HPO42-为主；而PO43-则在pH11以前始终是很少的。一般土壤溶液的pH是4-9，因此可以认为，在酸性土壤溶液中的磷酸根以H2PO4-为主；而碱性土壤溶液中则以HPO42-为主。11.为什么土壤在pH为6.5时水溶性磷含量最高？磷酸铁、磷酸铝是酸性土壤中主要的固相磷酸盐矿物。各种磷酸钙盐矿物是中性和碱性土壤中的固相磷酸盐矿物，土壤溶液中的磷的浓度很大决定于这些固相磷酸盐的溶解度。从溶度积计算中表面磷酸铁铝矿物中磷酸根离子的是很小的，在pH5左右条件下，与固相平衡的H2PO4-浓度也不会超过10-5-10-6mol/l即溶液含磷量将在1ppm以下，pH降低则可溶性磷还将减少。在酸性条件下，随pH增加，磷酸铁铝的溶解度降低，在pH6.5左右磷酸根浓度又受到Ca-P体系，此时，随pH增加，磷酸钙的溶解度降低。因此，磷的浓度最大时在pH6.5左右，此时溶液中H2PO4-的浓度为10-5-10-6mol/l，即溶液含磷量在1ppm以下。因此，这可能是土壤溶液中磷酸盐矿物把溶解平衡所能达到的最高浓度，而在这pH一下，磷酸根离子的浓度可能受磷酸铁、铝的控制；在这pH以上，则受磷酸钙矿物的控制，都将使磷的溶解度降低，即土壤中溶液中磷酸根的浓度为最大，通常不会超过1ppm。12.土壤中磷固定机制及减少固定的途径是什么？土壤对磷的吸附和固定，除了生物通过同化作用而变为有机态外，还包含着几种机制。一般包括下列几方面：（1）物理吸附：磷酸盐是一种较难解离的化合物，有可能受固体表面能的吸附，而相对地集中在固液的界面上，属于物理吸附的范畴。这种吸附一般是可逆的，自由能降低较少，比较容易释放。（2）化学沉淀：土壤中大量存在的钙、镁、铝等阳离子可以和磷酸盐产生溶解度非常小的化合物。因此，磷酸根离子在土壤中极易产生化学沉淀而被固定。化学吸附形成的沉淀，自由能降低较多，可逆性减少，一般为溶度积控制。因此被吸附后很难释放。（3）物理化学吸附：由于固相表面所带的阴离子，使溶液中的磷酸根离阴离子能够通过离子交换而被吸附在固相表面。属物理化学吸附范畴。这种吸附的能量变化介于物理吸附和化学吸附之间，被吸附的磷酸离子可为其他阴离子所代出。有一定的释放可能性。但专性磷酸根离子，代换比较困难。土壤中磷的吸附和固定，大致上是由这三种机制进行的。但实际上这三种吸附机制不能截然分开。土壤中磷的吸附也不可能由单纯一种机制进行，往往在这三种吸附机制之间相互交错，同时进行，因此其吸附机制远比其他离子复杂。13.根据土壤化学反应动力学原理，讨论土壤中各种形态钾之间的转化过程以及缓效态钾在作物钾素营养中的重要意义。植物营养直接有效的钾是水溶态钾，土壤溶液中钾的浓度是很低的，要通过其它形态