土壤化学性质和环境意义省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章第四章 土壤化学性质土壤化学性质及其环境意义及其环境意义1第1页第一节第一节 土壤酸碱性土壤酸碱性第二节第二节 土壤氧化还原性土壤氧化还原性 第三节第三节 土壤胶体土壤胶体2第2页第一节 土壤酸碱性3第3页酸性土壤上茶园4第4页土壤酸碱性土壤酸碱性盐基饱和度盐基饱和度复盐基化过程复盐基化过程淋溶过程淋溶过程人为活动人为活动气候气候母质母质生物生物5第5页一、土壤酸性形成一、土壤酸性形成l 土壤酸化过程土壤酸化过程 土壤酸化过程始于土壤溶液中活性土壤酸化过程始于土壤溶液中活性H+离子。土壤胶体离子。土壤胶体上吸附盐基离子被溶液中活性上吸附盐基离子被溶液中活性H交换进入土壤溶液，然后交换进入土壤溶液，然后遭雨水淋失，土壤胶体上交换性遭雨水淋失，土壤胶体上交换性H不停增加，土壤盐基饱不停增加，土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加，并出现交换性铝，这么使得土和度下降、氢饱和度增加，并出现交换性铝，这么使得土壤酸化，形成酸性土壤。壤酸化，形成酸性土壤。Soil colloid MM+2H+Soil colloid HH2M+6第6页t土土壤中壤中H+起源起源水水解离解离碳酸解离碳酸解离有机酸解离有机酸解离酸雨酸雨 我国每年排放我国每年排放SO2约约1.71067吨吨其它无机酸其它无机酸 生理酸性肥料生理酸性肥料(KCl、NH4Cl等等)施用等施用等大气酸沉降大气酸沉降（pH5.6酸性大气化学酸性大气化学物质：物质：SO2、NOx等）等）干沉降干沉降：经过气体扩散，固体物降落到地面：经过气体扩散，固体物降落到地面湿沉降湿沉降：降水携带大气酸性物质抵达地面：降水携带大气酸性物质抵达地面7第7页t 土壤中铝活化土壤中铝活化 土壤胶体上交换性土壤胶体上交换性H+饱和度到达一定程度，就会破坏饱和度到达一定程度，就会破坏硅酸盐粘粒晶体结构，水铝片（八面体片）中硅酸盐粘粒晶体结构，水铝片（八面体片）中Al就脱离晶格就脱离晶格束缚，转化为活性束缚，转化为活性Al3+，进而取代交换性，进而取代交换性H而成为交换性而成为交换性Al3+。交换性。交换性Al3+水解就产生水解就产生H+:Soil clay Al+3H2OSoil clay HHAl(OH)3+HH+Soil clay Al+Al3+3H+Soil clay HHH8第8页铝离子作用铝离子作用表面H+超出一定程度胶体结构破坏八面体解体活性Al3+被胶体吸附交换性Al3+水解聚合H+新制备氢质粘土交换性Al3+占交换酸百分比(%)放置0.5 h52-58%放置6 h72-98%9第9页l土壤酸类型土壤酸类型t土壤活性酸土壤活性酸 与土壤固相处于平衡状态土壤溶液中与土壤固相处于平衡状态土壤溶液中H H+所反应出来酸度。所反应出来酸度。t土壤潜性酸土壤潜性酸 吸附在土壤胶体表面交换性致酸离子（吸附在土壤胶体表面交换性致酸离子（H H+和和AlAl3+3+)所反应所反应出来酸度。出来酸度。交换性交换性H+和和Al3+只有转移到溶液中，转变成溶液中氢只有转移到溶液中，转变成溶液中氢离子，才会显示酸性。经过滴定确定其大小。离子，才会显示酸性。经过滴定确定其大小。土壤活性酸和潜性酸属于一个体系中两种酸，一直处于动土壤活性酸和潜性酸属于一个体系中两种酸，一直处于动态平衡。土壤潜性酸是活性酸主要起源和后备。态平衡。土壤潜性酸是活性酸主要起源和后备。活性酸活性酸潜性酸潜性酸解解 吸吸吸附吸附10第10页1.2 土壤酸度类型土壤酸度类型土壤酸度类型活性酸潜性酸水解酸交换酸土壤溶液中H+直接表现出酸度，用pH表示吸附在土壤胶体上交换性致酸离子，只有被交换到溶液中后才会表现出酸性，这种酸称为潜性酸用过量中性盐溶液（1M KCl）浸提土壤所测得酸度用弱酸强碱盐溶液做浸提剂与土壤作用后所测得酸度11第11页几个土壤交换酸与水解量(c mol(H+)kg-1）土壤土壤地方地方交换酸交换酸水解酸水解酸黄壤黄壤广西广西3.626.81黄壤黄壤四川四川2.062.94黄棕壤黄棕壤安徽安徽0.201.97黄棕壤黄棕壤湖北湖北0.010.44红壤红壤广西广西1.489.1412第12页l 酸性土成因酸性土成因1、气候原因、气候原因2、生物原因、生物原因 生命活动生命活动 生物残体分解生物残体分解 专一性微生物存在专一性微生物存在3、人为原因、人为原因4、酸雨、酸雨13第13页土壤碱性产生碳酸钙水解碳酸钠水解交换性钠水解二、土壤碱性形成二、土壤碱性形成14第14页l形成机理形成机理 土壤中碱性物质水解反应。土壤中碱性物质水解反应。土土壤壤中中碱碱性性物物质质主主要要是是Ca、Mg、Na、K碳碳酸酸盐盐及及重重碳酸盐，以及胶体表面交换性碳酸盐，以及胶体表面交换性Na+。p 碳酸钙水解碳酸钙水解（CaCO3CO2H2O体系）体系）CaCO3+H2O Ca2+HCO3-+OH-CO2+H2O HCO3-+H+石灰性土壤石灰性土壤pH主要受土壤空气中主要受土壤空气中CO2分压控制。分压控制。二、土壤碱性形成二、土壤碱性形成15第15页p 碳酸钠水解碳酸钠水解 （盐土特征）（盐土特征）Na2CO3+H2O 2Na+HCO3-+OH-碳酸钠起源：碳酸钠起源：土壤矿物质中钠碳酸化土壤矿物质中钠碳酸化 矿物中矿物中Na NaHCO3 Na2CO3 风化产物硅酸钠与碳酸作用风化产物硅酸钠与碳酸作用(析出析出SiO2)Na2SIO3+H2CO3 Na2CO3+SiO2+H2O 盐渍土水溶性钠盐与碳酸钙共存时，形成碳酸钠盐渍土水溶性钠盐与碳酸钙共存时，形成碳酸钠 CaCO3+2NaCl CaCl2+Na2CO3 CaCO3+Na2SO4 CaSO4+Na2CO3土壤呈强碱性反应土壤呈强碱性反应16第16页p 交换性钠水解交换性钠水解（碱土特征）（碱土特征）当当土土壤壤胶胶体体交交换换性性Na+积积累累到到一一定定数数量量，土土壤壤溶溶液液盐盐浓浓度度较较低低时时，Na+离离解解进进入入溶溶液液，水水解解产产生生NaOH，并并深深入入形形成成碳碳酸酸盐盐Na2CO3、NaHCO3。碱土形成条件：碱土形成条件：足够数量钠离子与钙、镁离子产生交换足够数量钠离子与钙、镁离子产生交换 交换性钠解吸并水解产生交换性钠解吸并水解产生NaOHSoil colloid Ca2+Ca2+Mg2+4Na+Soil colloid 2Na+2Na+Mg2+Soil colloid xNa+yH2O+CO2Soil colloid(x-y)Na+yH+yNaOH+2NaOH+H2CO3 Na2CO3+2H2ONaOH+CO2 NaHCO317第17页 影响土壤碱化因素 气候因素 碱性土分布在干旱、半干旱地区。干旱、半干旱条件下，蒸发量大于降雨量，土壤中盐基物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。生物因素 Na、K、Ca、Mg等盐基生物积累。一些植物适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质作用。如:海蓬子含Na2CO3 3.75%，碱蒿含2.76%，盐蒿含2.14%，芦苇含0.49%。母质 1.碱性物质基原来源。基性岩、超基性岩富含碱性物质，含盐基物质多，形成土壤为碱性。2.沿海滩涂淤泥 3.中性硫酸盐母质：Na2SO4转化为Na2S18第18页l 影响土壤碱化原因影响土壤碱化原因 地形原因地形原因高中洼和洼中高地形高中洼和洼中高地形盐随水来，盐随水去，水去气散，气散盐存盐随水来，盐随水去，水去气散，气散盐存施肥和浇灌施肥和浇灌 施用碱性肥料或用碱性水浇灌会使土壤碱化。施用碱性肥料或用碱性水浇灌会使土壤碱化。19第19页 依据我国土壤反应实际差异情况及其与依据我国土壤反应实际差异情况及其与肥力关系，可把土壤反应分为以下肥力关系，可把土壤反应分为以下7 7级：级：土壤酸碱性分级土壤酸碱性分级 强酸性强酸性 酸性酸性微酸性微酸性 中性中性微碱性微碱性碱性碱性强碱性强碱性pH值值4.5pH值值4.55.5 pH值值5.66.5pH值值 6.67.4pH值值7.58.0pH值值8.19.0pH值值9020第20页pH=721第21页四、影响土壤四、影响土壤pHpH原因原因 土壤形成影响原因（气候、生物、母质）及人为活动都土壤形成影响原因（气候、生物、母质）及人为活动都会影响土壤酸度。会影响土壤酸度。土壤酸度也受其它土壤原因强烈影响：土壤酸度也受其它土壤原因强烈影响：l 盐基饱和度盐基饱和度（BS）：）：一定范围内一定范围内pH随随BS增加而增高。增加而增高。土壤土壤pH 5.0 5.05.5 5.56.0 6.07.0 BS(%)30 3060 6080 80100l土土壤空气壤空气CO2分压分压 CaCO3CO2H2O体系体系KaKs2pH=K+pCa+pCO2 K=p(Ka/Ks)石灰性土壤石灰性土壤pH随随pCO2 增大而增大，改变于增大而增大，改变于6.88.5之间之间(田间田间)。22第22页l土壤水分含量土壤水分含量 含水量影响离子在固液相间分配、盐类溶解和解离以及交含水量影响离子在固液相间分配、盐类溶解和解离以及交换性离子解离度，从而影响换性离子解离度，从而影响pH。普通地，。普通地，pH随含水量增加有随含水量增加有升高趋势（稀释效应）。土壤升高趋势（稀释效应）。土壤pH测定时应控制土水比测定时应控制土水比(1:2.5)。l土壤氧化还原条件土壤氧化还原条件 土壤淹水还原土壤淹水还原,pH向中性点趋近向中性点趋近(酸性土酸性土pH升高，碱性土降低升高，碱性土降低)。酸酸性性土土还还原原pH升升高高，因因为为Fe2O3、MnO2还还原原溶溶解解度度增增大大，显显示示碱性，有机质加紧还原过程。碱性，有机质加紧还原过程。碱性土还原碱性土还原pH下降，主要因为在嫌气条件下有机酸和下降，主要因为在嫌气条件下有机酸和CO2积累过积累过程及其综合作用。程及其综合作用。23第23页第二节第二节 土壤氧化还原性土壤氧化还原性土壤剖面分异和物质移动土壤剖面分异和物质移动养分生物有效性养分生物有效性污染物质缓冲性污染物质缓冲性.24第24页一、土壤氧化还原体系一、土壤氧化还原体系 土壤中同一物质可分为氧化态土壤中同一物质可分为氧化态(剂剂)和还原态和还原态(剂剂)，组，组成对应氧化还原体系成对应氧化还原体系 。25第25页土壤氧化还原体系土壤氧化还原体系土土壤壤中中主主要要氧氧化化剂剂是是空空气气中中O2，其其次次是是NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-。土土壤壤中中主主要要还还原原剂剂是是有有机机质质，尤尤其其是是新新鲜鲜未未分解有机质。分解有机质。将土壤中氧化还原体系分为：将土壤中氧化还原体系分为：（1）无无机机体体系系：氧氧体体系系、铁铁体体系系、锰锰体体系系、氮体系、硫体系、氢体系。氮体系、硫体系、氢体系。（2）有机体系）有机体系：各种有机物质。：各种有机物质。第26页l土土壤氧化还原体系特点壤氧化还原体系特点 是主要氧化剂是主要氧化剂:在通气良好土壤中，氧体系控制氧化还原反应，在通气良好土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使各种物质呈氧化态，如使各种物质呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。等。SOM(尤其是新鲜有机物尤其是新鲜有机物)是还原剂是还原剂:土壤缺土壤缺条件下，将氧化物条件下，将氧化物转化为还原态。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土壤氧化还原体系可分为无机体系和有机体系:无机体系反应普通无机体系反应普通是可逆，有机体系和微生物参加条件下反应是半可逆或不可逆。是可逆，有机体系和微生物参加条件下反应是半可逆或不可逆。27第27页 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加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加如如:NH4+NO2-NO3-(分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成)土壤是不均匀多相体系，不一样土壤和同一土层不一样部位，土壤是不均匀多相体系，不一样土壤和同一土层不一样部位，氧化还原情况会有不一样差异。氧化还原情况会有不一样差异。土壤氧化还原情况随栽培管理办法尤其是灌水、排水而改变土壤氧化还原情况随栽培管理办法尤其是灌水、排水而改变。土壤中氧化还原平衡经常变动，不一样时间、空间，不一样耕作土壤中氧化还原平衡经常变动，不一样时间、空间，不一样耕作 管理办法等都会改变管理办法等都会改变Eh值。严格地说，土壤氧化还原永远不可能到值。严格地说，土壤氧化还原永远不可能到达真正平衡。达真正平衡。l土土壤氧化还原体系特点壤氧化还原体系特点 28第28页l强度指标强度指标氧化还原电位氧化还原电位(Eh)土壤溶液中氧化态物质和还原态物质浓度关系改变而产生电土壤溶液中氧化态物质和还原态物质浓度关系改变而产生电位。位。单位为伏单位为伏(V)或毫伏或毫伏(mV)Oxidized state+ne reduced state电子活度负对数电子活度负对数（pe)二、土壤氧化还原指标二、土壤氧化还原指标29第29页l数量指标数量指标 土壤中氧化、还原性物质数量。土壤中氧化、还原性物质数量。l Eh与与pH 关系关系 土壤氧化还原反应总有土壤氧化还原反应总有H+参加，参加，H+活度对氧化还原平衡活度对氧化还原平衡有直接影响。有直接影响。Oxidized state+ne+mH+reduced state+xH2O Eh随随pH升高而降低，每单位升高而降低，每单位pH引发引发Eh改变为改变为59mV(25）。）。同一氧化还原反应在碱性溶液中比在酸性溶液中轻易进行。同一氧化还原反应在碱性溶液中比在酸性溶液中轻易进行。30第30页三、影响土壤氧化还原原因三、影响土壤氧化还原原因1、土壤通气性：、土壤通气性：通气性好，通气性好，O2浓度高，浓度高，Eh值高，氧化性强。值高，氧化性强。2、微生物活动：、微生物活动：微生物活动消耗微生物活动消耗O2多，多，Eh值降低。值降低。3 3、易分解有机质含量、易分解有机质含量有机有机质质分解主要是耗氧分解主要是耗氧过过程，在一定通气条件下，土壤中易分解程，在一定通气条件下，土壤中易分解有机愈多，耗氧也愈多，其氧化有机愈多，耗氧也愈多，其氧化还还原原电电位就位就较较低。低。31第31页4、植物根系代谢作用植物根系代谢作用根根系系消消耗耗O2，根根系系分分泌泌物物能能增增加加根根际际微微生生物物和和直直接接参参加加氧氧化化还还原原反反应应，故故根根际际土土壤壤Eh值值低低于于根根外外土土壤壤。不不过过水水生生植植物物，含含有有分分泌泌O2和和通气组织，根际土通气组织，根际土Eh值高于根外土壤。值高于根外土壤。植物植物与根距离(mm)两端差两端差123410小麦小麦440458467488514-74大豆大豆554561566567568-14水稻水稻27626425924122155第32页5.土壤土壤pH土土壤壤氧氧化化还还原原反反应应总总有有H+参参加加，所所以以土壤土壤pH对对Eh值有显著影响。值有显著影响。在标准情况下有以下关系：在标准情况下有以下关系：总来普通土壤Eh值随pH上升而下降。第33页第三节 土壤胶体一、土壤胶体概念一、土壤胶体概念 土壤中固相、液相和气相呈相互分散胶土壤中固相、液相和气相呈相互分散胶体状态，其固体颗粒直径小体状态，其固体颗粒直径小1m1m，土壤胶体常，土壤胶体常指这些固相颗粒。即土壤学中所指土壤胶体是指这些固相颗粒。即土壤学中所指土壤胶体是指土壤颗粒直径小于指土壤颗粒直径小于2m2m或者小于或者小于1m1m土壤微土壤微粒粒。34第34页二、土壤胶体结构二、土壤胶体结构1、微粒核（胶核）、微粒核（胶核）微粒核是土壤胶体微粒关键部微粒核是土壤胶体微粒关键部分，它是由组成胶体微粒基本物质分，它是由组成胶体微粒基本物质分子群所组成分子群所组成。35第35页2、扩散双电层、扩散双电层 扩散双电层是胶体表面电荷吸引反扩散双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，在固相界面正负电荷分别号电荷离子，在固相界面正负电荷分别排成两层，在电解质溶液中部分反号离排成两层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。扩散双电层分以下子呈扩散状态分布。扩散双电层分以下两层。两层。36第36页（1）决定电位离子层）决定电位离子层 是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小一层离子。正负及大小一层离子。（2）赔偿离子层）赔偿离子层 分为两个层次。分为两个层次。n非活性赔偿离子层。非活性赔偿离子层。n扩散层。扩散层。37第37页3、胶团间溶液：胶团间溶液：胶体分散体系中分散介质，胶粒胶体分散体系中分散介质，胶粒之间土壤溶液。之间土壤溶液。38第38页胶体微粒扩散双电层结构图式胶体微粒扩散双电层结构图式39第39页胶团双电层胶核赔偿层（双电外层）定位离子层（双电内层）不活动层扩散层胶核微粒团胶粒第40页 单单位位质质量量或或体体积积物物体体总总表表面面积积称称为为比比表表面面积积或比面（或比面（cmcm2 2/g,cm/g,cm2 2/cm/cm3 3）。）。在在物物体体表表面面，因因为为表表面面分分子子四四面面不不都都是是相相同同分分子子，受受到到力力就就不不均均衡衡，使使表表面面分分子子对对外外表表现现有有剩剩下下能能量量，这这种种能能量量是是因因为为表表面面存存在在而而产产生生，所所以以叫叫做做表面能。表面能。三、土壤胶体性质三、土壤胶体性质（一）巨大比表面积和表面能（一）巨大比表面积和表面能41第41页（二）带电性（二）带电性 土壤胶体微粒都带有一定电荷，在土壤胶体微粒都带有一定电荷，在多数情况下带负电荷，但也有带正电荷，多数情况下带负电荷，但也有带正电荷，还有因环境条件不一样而带不一样电荷还有因环境条件不一样而带不一样电荷两性胶体。土壤胶体微粒带电主要原因两性胶体。土壤胶体微粒带电主要原因是因为微粒表面分子本身解离所致。是因为微粒表面分子本身解离所致。42第42页2.腐殖质胶体带电腐殖质胶体带电COOH COOHOH OH 因为腐殖质分子量大、官能团多，解离因为腐殖质分子量大、官能团多，解离后带电量大，对土壤保肥供肥性有主要影后带电量大，对土壤保肥供肥性有主要影响。响。1.含水二氧化硅（含水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO3 SiO322H43第43页（1）同晶置换作用）同晶置换作用 粘粘土土矿矿物物晶晶质质中中一一个个离离子子被被另另一一个个离离子子取取代代过过程程。在在这这个个过过程程中中，只只改改变变了了矿矿物物质质化化学学成成份份，而而矿矿物物结结晶晶结结构构不不变，故叫做同晶置换作用。变，故叫做同晶置换作用。3粘土矿物胶体带电粘土矿物胶体带电 土壤中粘土矿物胶体普通都带负电荷，土壤中粘土矿物胶体普通都带负电荷，其电荷起源有以下几个方面。其电荷起源有以下几个方面。44第44页 永久电荷：在岩石化学风化过程中，因粘永久电荷：在岩石化学风化过程中，因粘土矿物晶格内发生同晶置换而产生电荷。土矿物晶格内发生同晶置换而产生电荷。45第45页（2）晶格破碎边缘带电）晶格破碎边缘带电 矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离子一部分电荷未被中和而产生剩下电荷，子一部分电荷未被中和而产生剩下电荷，使晶体边缘带电。使晶体边缘带电。（3）晶格表面分子解离）晶格表面分子解离 当土壤溶液当土壤溶液pH值改变时，晶格表面值改变时，晶格表面OH基发生解离。基发生解离。46第46页 可变电荷：随土壤可变电荷：随土壤pH值条件而改变电荷，值条件而改变电荷，是因为胶体颗粒表面基团解离或质子化是因为胶体颗粒表面基团解离或质子化而引发。而引发。47第47页表面既带负电荷，亦带正电荷土表面既带负电荷，亦带正电荷土壤胶体称两性胶体，随溶液土壤反应壤胶体称两性胶体，随溶液土壤反应改变而改变（三水铝石、腐殖质上一改变而改变（三水铝石、腐殖质上一些原子团在不一样些原子团在不一样pH条件下等）。条件下等）。4两性胶体带电两性胶体带电48第48页以以Al（OH）3为例说明以下：为例说明以下：在碱性环境中带负电：在碱性环境中带负电：Al（OH）3NaOH Al（OH）2O NaH2OAl（OH）3HCl Al（OH）2 ClH2O在酸性环境中带正电：在酸性环境中带正电：49第49页 等电点：在某一等电点：在某一pH条件下，当负电荷条件下，当负电荷和正电荷数量相等时，胶体净电荷为零，和正电荷数量相等时，胶体净电荷为零，这就是该胶体等电点这就是该胶体等电点pH值。值。50第50页（三）土壤胶体分散性和凝聚性（三）土壤胶体分散性和凝聚性 胶胶体体微微粒粒均均匀匀分分散散在在土土壤壤溶溶液液中中成成为胶体溶液状态，称为溶胶。为胶体溶液状态，称为溶胶。1土壤胶体溶液（溶胶）土壤胶体溶液（溶胶）2土壤中无定形凝胶体（凝胶）土壤中无定形凝胶体（凝胶）微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶体，称凝胶。无定型絮状凝胶体，称凝胶。51第51页 3分散和凝聚作用分散和凝聚作用 由溶胶联结凝聚成凝胶作用，叫做由溶胶联结凝聚成凝胶作用，叫做胶体凝聚作用。凝聚速度和强度与两个胶体凝聚作用。凝聚速度和强度与两个原因相关：原因相关：一是电解质浓度；一是电解质浓度；二是电解质种类。二是电解质种类。52第52页 普普通通地地，离离子子价价数数越越高高，离离子子半半径径越越大大，所所产产生生凝凝聚聚能能力力越越强强。常常见见阳离子凝聚力排列次序是：阳离子凝聚力排列次序是：Fe3Al3Ca2Mg2KNH4Na53第53页 凝胶分散成溶胶作用，叫做胶体分散凝胶分散成溶胶作用，叫做胶体分散作用。作用。胶体凝聚作用，有些是可逆，有些是不胶体凝聚作用，有些是可逆，有些是不可逆。可逆。当当土土壤壤干干燥燥时时，土土壤壤溶溶液液中中电电解解质质浓浓度度对对应应增增大大，土土壤壤胶胶体体易易成成凝凝胶胶状状态态。相相反反，当当土土壤壤水水分分增增多多土土壤壤溶溶液液浓浓度度对对应应降降低低，土土壤壤胶胶体体便便会会带带有有多多出出负负电电荷荷，相相互互排排斥斥而而成成溶胶状态。溶胶状态。54第54页 普通土壤胶体处于凝胶状态。只有普通土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍水过多，或胶体吸附阳离子主要是当渍水过多，或胶体吸附阳离子主要是NH4、Na，而且又处于稀溶液中，土而且又处于稀溶液中，土壤胶体才呈溶胶状态。壤胶体才呈溶胶状态。55第55页一、土一、土壤缓冲性概念壤缓冲性概念 狭义：狭义：土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤含有抵抗变酸和变土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤含有抵抗变酸和变碱而保持碱而保持pH稳定能力，称稳定能力，称土壤缓冲作用土壤缓冲作用，或缓冲性能。，或缓冲性能。广义：广义：土壤是一个巨大缓冲体系，对营养物质、污染物质、氧化还土壤是一个巨大缓冲体系，对营养物质、污染物质、氧化还原等也含有缓冲性，即含有抵抗外界环境改变能力。这是土壤质量原等也含有缓冲性，即含有抵抗外界环境改变能力。这是土壤质量及肥力主要指标。及肥力主要指标。第四节第四节 土壤缓冲性土壤缓冲性56第56页二、二、土壤酸、碱缓冲性土壤酸、碱缓冲性 n土壤酸、碱缓冲原理土壤酸、碱缓冲原理弱弱酸酸及及其其盐盐类类共共存存：土土壤壤中中有有许许多多弱弱酸酸碳碳酸酸、硅硅酸酸、磷磷酸酸、腐腐殖殖酸酸等等，当当这这些些弱弱酸酸与与其其盐盐类类共共存存，就就成成为为对对酸酸、碱碱物物质质含有缓冲作用体系。含有缓冲作用体系。HAc+NaAc体系体系:HAc H+Ac-当加入当加入HCl：NaAc+HCl HAc+NaCl 当加入当加入NaOH:HAc+NaOH NaAc+H2O57第57页土壤胶体：土壤胶体：土壤胶体交换性阳离子对酸碱缓冲作用更大土壤胶体交换性阳离子对酸碱缓冲作用更大胶体胶体交换性交换性H+、Al3+弱酸，缓冲碱性物质弱酸，缓冲碱性物质 胶体胶体交换性盐基交换性盐基 弱酸盐，缓冲酸性物质弱酸盐，缓冲酸性物质 Colloids Colloids M+HClH+MCl58第58页 依据弱酸平衡原理，弱酸用碱中和形成盐，依据弱酸平衡原理，弱酸用碱中和形成盐，pH与中和与中和程度之间关系以下：程度之间关系以下：pHpKa+lg盐盐酸酸 pHpKa+lg盐基盐基H+、Al3+土壤对酸碱缓冲能力与酸和盐总浓度及酸、盐比值关系。土壤对酸碱缓冲能力与酸和盐总浓度及酸、盐比值关系。总浓度越大，缓冲能力越强；总浓度越大，缓冲能力越强；总浓度不变，酸、盐比值为总浓度不变，酸、盐比值为1时缓冲力最大。时缓冲力最大。缓冲能力随土壤缓冲能力随土壤CEC增加而增大；增加而增大；土壤土壤BS50%时，对酸碱缓冲能力最大。时，对酸碱缓冲能力最大。59第59页碳酸盐体系碳酸盐体系:石灰性土壤缓冲作用主要决定于石灰性土壤缓冲作用主要决定于 CaCO3-H2O-CO2体系体系 CaCO3+H2O+CO2 Ca2+2HCO3-pH6.03-2/3logPco2 普通地，土壤空气中普通地，土壤空气中CO2浓度浓度0.03%10%，pH8.56.7。硅酸盐体系：硅酸盐体系：风化、蚀变过程中释放出碱金属和碱土金属离子，转化风化、蚀变过程中释放出碱金属和碱土金属离子，转化为粘土矿物，对酸性物质缓冲作用。为粘土矿物，对酸性物质缓冲作用。交换性阳离子体系：交换性阳离子体系：对酸、碱物质缓冲作用。对酸、碱物质缓冲作用。CEC越大，缓冲力越越大，缓冲力越大。大。胶体胶体交换性交换性H+、Al3+弱酸，缓冲碱性物质弱酸，缓冲碱性物质 胶体胶体交换性盐基交换性盐基 弱酸盐，缓冲酸性物质弱酸盐，缓冲酸性物质 n土壤酸、碱缓冲体系土壤酸、碱缓冲体系 60第60页铝体系：铝体系：对碱性物质缓冲作用对碱性物质缓冲作用(pH5.0)pH5.0时，铝离子形成时，铝离子形成Al(OH)3沉淀，失去缓冲能力沉淀，失去缓冲能力。有机酸体系：有机酸体系：有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用61第61页缓缓冲冲容容量量使使单单位位质质量量(或或容容积积)土土壤壤改改变变1个个pH单单位位所所需需酸酸或或碱量。碱量。滴滴定定曲曲线线土土壤壤悬悬液液中中连连续续加加入入标标准准酸酸或或碱碱液液，测测定定pH改改变变，以以pH和加入酸碱量为坐标绘制曲线，也称和加入酸碱量为坐标绘制曲线，也称缓冲曲线。缓冲曲线。不不一一样样土土壤壤缓缓冲冲容容量量(曲曲线线)不不一一样样，同同一一土土壤壤缓缓冲冲容容量量(曲曲线斜率线斜率)也有改变。也有改变。腐殖酸有羧基、酚羟基等解离度不一样多个酸基，其滴定腐殖酸有羧基、酚羟基等解离度不一样多个酸基，其滴定曲线类似于多元酸。曲线类似于多元酸。土壤胶体带负电荷，可看作酸胶基或弱酸土壤胶体带负电荷，可看作酸胶基或弱酸H+饱和胶体滴定曲线与强酸相同饱和胶体滴定曲线与强酸相同Al3+饱和胶体滴定曲线则与弱酸相同饱和胶体滴定曲线则与弱酸相同n土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线62第62页63第63页n土壤酸碱缓冲性影响原因土壤酸碱缓冲性影响原因土壤无机胶体土壤无机胶体 类型不一样，类型不一样，CEC不一样，缓冲性不一样。不一样，缓冲性不一样。蒙脱石伊利石高龄石水合氧化铁、铝蒙脱石伊利石高龄石水合氧化铁、铝土壤质地土壤质地 粘土壤土砂土粘土壤土砂土土壤有机质含量土壤有机质含量 表土表土 底土底土64第64页一、生物对土壤酸碱性和氧化还原状态适应性一、生物对土壤酸碱性和氧化还原状态适应性l 植物适宜酸碱度植物适宜酸碱度 大大多多数数植植物物适适宜宜pH范范围围68，即即中中性性至至微微碱碱性性；有有植植物物能能适适应应较较宽宽pH范范围围，有有只只能能在在一一定定pH范范围围生生长长，可可作作为为土土壤酸碱性指示植物。壤酸碱性指示植物。酸性土指示植物酸性土指示植物马尾松、油茶、茶、映山红铁芒箕、石松等。马尾松、油茶、茶、映山红铁芒箕、石松等。钙质土指示植物钙质土指示植物柏树、蜈蚣草等。柏树、蜈蚣草等。盐碱土指示植物盐碱土指示植物盐蒿、碱蓬等盐蒿、碱蓬等。第五节第五节 土壤酸碱性和氧化还原情况与生物环境土壤酸碱性和氧化还原情况与生物环境65第65页不一样植物对土壤酸碱性适应性是长久自然选择结果不一样植物对土壤酸碱性适应性是长久自然选择结果：生理适应性，与遗传性相关。生理适应性，与遗传性相关。营养生理病，如酸性土缺钙引发梨黑心病。营养生理病，如酸性土缺钙引发梨黑心病。营养菌害病，如马铃薯疮痂病为生链霉菌引发，对锰营养菌害病，如马铃薯疮痂病为生链霉菌引发，对锰敏感，酸性土壤敏感，酸性土壤中有效锰较多，能抑中有效锰较多，能抑制这种病菌，故马铃制这种病菌，故马铃薯适宜于酸性土。薯适宜于酸性土。66第66页l土壤土壤EhEh值范围和植物生长值范围和植物生长 普通地，土壤土壤pH49；Eh-450720mV,pe-412;旱地土壤：旱地土壤：Eh400700mV(pe126)水田土壤：水田土壤：Eh-200300mV(pe-35)不一样作物对不一样作物对Eh有不一样适应性：有不一样适应性：旱地植物：根际土壤旱地植物：根际土壤Eh根域外土壤根域外土壤67第67页土壤氧化、还原性普通区分土壤氧化、还原性普通区分：Eh400mV 氧化性，氧化性，O2占优势，各种物质呈氧化态，如占优势，各种物质呈氧化态，如NO3-、MnO2、Fe2O3、SO42-等对旱作有利，对水稻不太适宜。假如等对旱作有利，对水稻不太适宜。假如Eh750mV，有机质好气，有机质好气分解过旺，分解过旺，Fe、Mn等处于高度氧化态，有效性低。等处于高度氧化态，有效性低。Eh 400200mV 弱还原性弱还原性O2、NO3-、Mn4+发生还原，水稻生长正常，旱作开始受发生还原，水稻生长正常，旱作开始受影响。影响。Eh 200100mV 中度还原性，中度还原性，Fe3+和和SO42-发生还原，出现有机还原物质。旱作发发生还原，出现有机还原物质。旱作发生湿害。生湿害。Eh在在100mV以下以下 强度还原性，强度还原性，CO2、H+被还原，土壤积累多量还原性物质，可使被还原，土壤积累多量还原性物质，可使水稻受害水稻受害68第68页l土壤土壤pH、Eh与土壤微生物活性与土壤微生物活性 土土壤壤细细菌菌、放放线线菌菌适适于于中中性性和和微微碱碱性性环环境境，pH5.5强酸性土中活性下降。强酸性土中活性下降。真菌真菌适应酸性土。适应酸性土。土壤微生物呼吸需要土壤微生物呼吸需要O2，Eh值高，微生物活值高，微生物活性强，活动消耗性强，活动消耗O2，使，使Eh值降低。值降低。在土壤通气性一致条件下，在土壤通气性一致条件下，Eh值可反应微生值可反应微生物活性。物活性。69第69页二、土壤酸碱性和氧化还原情况对养分有效性影响二、土壤酸碱性和氧化还原情况对养分有效性影响l土壤酸碱性对养分有效性影响土壤酸碱性对养分有效性影响 土壤土壤pH6.5时，各种养分有效性都时，各种养分有效性都较高。较高。在微酸至碱性土壤中，氮、硫、钾在微酸至碱性土壤中，氮、硫、钾有效性高。有效性高。pH67土壤中，磷有效性最高。土壤中，磷有效性最高。pH5时，土壤活性铁、铝增加，时，土壤活性铁、铝增加，易形成磷酸铁、铝沉淀。易形成磷酸铁、铝沉淀。pH7时，易形成磷酸钙沉淀。时，易形成磷酸钙沉淀。70第70页pH6.58.5土壤中，有效钙、镁含量土壤中，有效钙、镁含量高，强酸和强碱性土中，其含量低。高，强酸和强碱性土中，其含量低。Fe、Mn、Cu、Zn有效性在酸性土有效性在酸性土中高；在中高；在pH7土壤中显著降低，常土壤中显著降低，常出现出现Fe、Mn供给不足。供给不足。Mo在酸性土中有效性低，当在酸性土中有效性低，当pH6时，其有效性增加。时，其有效性增加。B在强酸性土和石灰性土中有效性在强酸性土和石灰性土中有效性较低，在较低，在pH67和和pH8.5碱性土中有碱性土中有效性较高，表现较复杂情况。效性较高，表现较复杂情况。71第71页l土壤氧化还原情况对养分有效性影响土壤氧化还原情况对养分有效性影响 主要影响变价元素有效性和物质存在形态。主要影响变价元素有效性和物质存在形态。Fe3+、Mn4+还原成还原成Fe2+、Mn2+后溶解度和有效性增加。后溶解度和有效性增加。氮形态：氮形态：Eh480mV时，以时，以NO3-N为主，适于旱作吸收为主，适于旱作吸收。Eh220mV时，以时，以NH4+-N为主，适于水稻吸收。为主，适于水稻吸收。SO42-S2-，形成硫化物。，形成硫化物。几个硫化物溶解度：几个硫化物溶解度：MnSFeSZnSCuS 造成土壤造成土壤Zn、Cu有效性降低。有效性降低。72第72页三、土壤酸碱性和氧化还原情况与有毒物质积累三、土壤酸碱性和氧化还原情况与有毒物质积累l 强酸性土铝锰胁迫与毒害强酸性土铝锰胁迫与毒害 在在pH5.5酸性土中，锰、铝易被活化。大田作物幼酸性土中，锰、铝易被活化。大田作物幼苗期对苗期对Al3+很敏感，当游离很敏感，当游离Al3+到达到达0.2cmol/kg土时可使土时可使作物受害。作物受害。施用石灰使施用石灰使pH升至升至5.56.3，大部分或全部，大部分或全部Al3+被沉被沉淀，铝害消除。淀，铝害消除。交换性交换性Mn2+到达到达29Cmol/kg土或植株干物质含锰量土或植株干物质含锰量超出超出1000mg/kg时产生锰害。时产生锰害。豆类易产生锰害，禾本科抗性较强。施石灰中和土豆类易产生锰害，禾本科抗性较强。施石灰中和土壤至壤至pH6时，锰害可全部消除。时，锰害可全部消除。73第73页l 氧化还原情况与有毒物质积累氧化还原情况与有毒物质积累 长长久久淹淹水水强强还还原原性性土土壤壤中中，往往往往有有Fe2+和和S2-等等还还原原物物质大量积累。质大量积累。亚亚铁铁：主主要要呈呈沉沉淀淀状状态态，在在偏偏酸酸性性土土壤壤中中水水溶溶性性Fe2+可可高达高达400mg/kg，如锈水田，可毒害水稻根系。，如锈水田，可毒害水稻根系。H2S：在土壤富铁条件下形成：在土壤富铁条件下形成FeS，但如土壤缺铁或在，但如土壤缺铁或在pH6条件下，出现较多条件下，出现较多H2S对水稻发生毒害。对水稻发生毒害。有机酸：水田在大量施用新鲜有机肥时可积累较多丁酸有机酸：水田在大量施用新鲜有机肥时可积累较多丁酸等有机酸，抑制水稻根系呼吸和养分吸收。等有机酸，抑制水稻根系呼吸和养分吸收。H2S(0.07mg/L)和丁酸和丁酸(10-3mol/L)对水稻吸收养对水稻吸收养分抑制程度次序为：分抑制程度次序为：H2PO4-、K+Si4+NH4+Mg2+、Ca2+74第74页四、土壤酸碱性和氧化还原情况调整四、土壤酸碱性和氧化还原情况调整l 土壤酸度调整土壤酸度调整 酸性土改良酸性土改良 施用石灰施用石灰CaO、Ca(OH)2、CaCO3 石灰需要量计算：石灰需要量计算：可用土壤交换性酸为基础进行计算可用土壤交换性酸为基础进行计算 依据酸性土缓冲滴定曲线计算依据酸性土缓冲滴定曲线计算 碱性土改良碱性土改良改良改良pH8.5碱性土碱性土 施用石膏施用石膏(CaSO4 2H2O)、硅酸钙等。、硅酸钙等。施用硫磺粉和施用硫磺粉和FeS2粉粉(同时补铁同时补铁)施用有机肥，产生施用有机肥，产生CO2提升土壤空气提升土壤空气CO2浓度浓度75第75页l土壤氧化还原情况调整土壤氧化还原情况调整 重点在水田土壤，关键是水、气关系。重点在水田土壤，关键是水、气关系。水分过多下湿田、深脚烂泥田，排水不畅，渗漏量过水分过多下湿田、深脚烂泥田，排水不畅，渗漏量过小，还原性强，小，还原性强，Eh为负值，还原性物质大量积累，造成作为负值，还原性物质大量积累，造成作物低产。加强以排水、降低地下水为主水浆管理，改进土物低产。加强以排水、降低地下水为主水浆管理，改进土壤通气条件。壤通气条件。缺水、漏水水稻田，氧化性过强，对水稻生长不利，缺水、漏水水稻田，氧化性过强，对水稻生长不利，应蓄水保水和增施有机肥，促进土壤适度还原。应蓄水保水和增施有机肥，促进土壤适度还原。76第76页