chap10-土壤酸碱性和氧化还原反应.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章,土壤酸碱性和氧化还原反应,酸性土壤上的茶园,主要内容,(,重点,),：,1,教学目标与要求：,2,4,1.,土壤酸、碱性的形成,(,重点）,2.,土壤酸度的指标（重点）,3.,土壤缓冲性,4.,土壤氧化还原反应,了解土壤酸碱性的成因，土壤活性酸。,潜在酸的概念与关系，土壤酸碱度的指,标，以及土壤酸碱性的调节方法；掌握,土壤缓冲性的概念，熟悉土壤中主要缓,冲体系及旱、水田的,Eh,值。,土壤酸碱性和氧化还原反应,第一节,土壤酸、碱性的形成,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性反应,我国土壤的酸碱性反应，大,多数在,pH4.58.5,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,），长江以,南的土壤为酸性或酸性，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,(soil acidity),（一）土壤酸性的成因,1,气候因素,2,生物因素,3,施肥和灌溉的影响,氢离子的来源：,（,1,）水的解离：,（,2,）碳酸解离：,（,3,）有机酸的解离：,（,4,）酸雨：,（,5,）其它无机酸,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）土壤酸度的类型,1活性酸,(soil active acidity),是自由扩散于土壤溶液中的氢离子浓度直接反应出来的酸度。,土壤酸碱性和氧化还原反应,2,潜性酸,是由于土壤胶粒上吸附着氢离子和铝离子所造成的显出酸性，所以它是土壤酸的潜在来源，故称为,潜性酸,(soil potential acidity),。,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。,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,（,1,）交换性酸度,(soil exchangeable acidity),当用,中性盐溶液,如,1mol,Kcl,或,0.06mol BaCl,2,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，浸出液中的氢离子及由铝离子水解产生的氢离子，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，它是土壤酸度的数量指标。,交换性酸量在进行调节土壤酸度，估算石灰用量时，有重要参考价值。,土壤酸碱性和氧化还原反应,（,2,）,水解性酸度,(soil hydrolytic acidity),用弱酸强碱的盐类溶液（常用的为,pH8.2,的,1mol,NaOAc,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。这样测得的潜性酸的量称之为土壤的,水解性酸,。,结果是,:,交换程度比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。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。,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,3,活性酸和潜性酸的关系,活性酸和潜酸的总和，称为土壤总酸度。,由于它通常是用,滴定法,测定的，故又称之为土壤的,滴定酸度,。它是土壤的酸度的容量指标。它与,pH,值在意义上是不同的。,活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度；,潜在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在酸度,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,二、土壤碱度,(soil alkalinity),（一）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,。,土壤碱性的来源,：,气候，生物，母质,土壤酸碱性和氧化还原反应,1,、碳酸钙水解,碱性物质的水解反应：,土壤酸碱性和氧化还原反应,从上式可知：,（,1,）石灰性土壤的,pH,值，因,CO,2,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,CO,2,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,CO,2,含量不会低于大气,CO,2,的含量，也很少高于,10%,，因此石灰性土壤的,pH,总是在,pH6.88.5,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。,土壤酸碱性和氧化还原反应,2,、碳酸钠的水解,3,、交换性钠的水解,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤碱化与盐化有着发生学上的联系。,盐土和碱土并非一物,“,盐碱土,”,，盐土的,pH,值一般小于,8.5,盐土脱盐才,可能,形成碱土。,土壤酸碱性和氧化还原反应,第二节 土壤酸度的指标,一、土壤,酸,度的强度指标,（一）土壤,pH,土壤,pH,代表与土壤固相处于,平衡,的溶液中的,H,+,浓度的,负对数,。,（二）石灰位,(lime potential),在土壤胶体表面吸附的盐基离子中总是以钙离子为主的，在酸性土壤的盐基离子中，钙离子约占总量,65,80,。因此，提出了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-0.5P,Ca,表示之，即,石灰位,pH-0.5pCa,土壤酸碱性和氧化还原反应,二、土壤,碱,性指标,（一）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。我国碱化土壤的总碱度占阴离子总量的,50,以上，高的可达,90,，故可用总碱度作为土壤碱化程度分级的指标之一。即,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,。石灰性土壤的耕层因受大气或土壤中,CO,2,分压的控制，,pH,值常在,8.0-8.5,范围内,而在其深层,因植物根系及土壤微生物活动都很弱,CO,2,分压很小,其,pH,值可升至,10.0,以上。,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）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。,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（,alkalinization,)”,。,土壤酸碱性和氧化还原反应,我国则以碱化层的,碱化度,30%,表层,含盐量,9.0,定为,碱土,(alkaline soil),。,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,。,土壤酸碱性和氧化还原反应,三、影响土壤,pH,值的因素,（一）土壤胶体类型和性质对,pH,值的影响,1,土壤胶体的极限,pH,值,当土壤胶体上吸附的,阳离子,全部是,致酸离子,，称为盐基完全不饱和态。此时土壤的,pH,值，称为土壤的,极限,pH,值,。,2,土壤胶体酸基的解离常数,K,对,pH,值影响,不同类型土壤胶体的,pK,值就各异。有机胶体,pK,值为,4.55.0,，硅酸盐类粘粒为,5.25.8,；含水氧化铁为,6.07.0,。致酸离子解离度的大小的排列顺序：,有机胶体 蒙脱石 含水云母和拜来石 高岭石 含水氧化铁、铝,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）土壤吸附性,阳离子,组成和,盐基饱和度,对,pH,的影响,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强度的大小。,（三）土壤含水量对土壤,pH,的影响,土壤的,pH,值随土壤含水量,增加,有,上升,的趋势。因此，在测定土壤,pH,值时,应注意土水比。土水比愈大，所测得的,pH,值愈大。,土壤酸碱性和氧化还原反应,（四）土壤氧化还原条件对,pH,的影响,淹水或施有机肥促进土壤还原的发展，对土壤,pH,有明显的影响。酸性土淹水后,pH,升高的原因主要是由于在嫌气条件下形成的还原性碳酸铁、锰呈碱性，溶解度较大，因之,pH,值升高。,硫化物（在硫化细菌的作用下）可氧化为硫酸，使土壤,pH,值急剧下降,土壤酸碱性和氧化还原反应,第三节 土壤氧化还原体系,(soil,redox,system),一、土壤氧化还原体系,氧体系,氧体系的氧化反应为：,O,2,+4e=2H,2,O E,0,=1.23V,在,25,时，其,Eh,为：,土壤酸碱性和氧化还原反应,如果土壤的,pH,值是,7,时，氧的标准电位为,0.82V,，氧的数量以大气压表示，这时氧的,Eh,为,Eh=0.82+0.015logO2,当氧的分压为,0.2,时，,Eh,为,0.81V,，这就意味着一般土壤的,Eh,值不会超过,810mv,，这是土壤,通气良好,的情况下，,最高的氧化电位。,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,氮体系,土壤中氮的存在形态有有机态和无机态两种，有机态占绝大部分。有机氮转化为无机氮是在微生物的控制下进行的。,硫体系,土壤中的,SO,4,2-,还原为,S,2,-,或,H,2,S,时需要强烈的还原条件，在一般水田中的还原状况达不到，只有在微生物的活动下，能使土壤的,Eh,值降低至,-0.1-0.2V,，因此在有机质较多的土壤中，这以反应能进行。相反从,S,2-,氧化为,SO,4,2-,，则在大多数通气良好的土壤中都能达到。,有机体系,一般在有机质含量高的渍水土壤中还原性物质较多，如醋酸、丙酮酸、乳酸、甲酸、丁酸、瑚玻酸、苹果酸、酒石酸和二醇酸等。而在旱地有机质含量少的土壤中还原性物质较少。,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤氧化还原体系的特点：,土壤中氧化还原体系有,无机体系,和,有机体系,两类。,土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应，但很大程度上是由,生,物,参与的。,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。,土壤中氧化还原平衡经常变动，不同时间、空间，不同耕作,管理措施等都会改变,Eh,值。严格地说，,土壤氧化还原永远不,可能达到真正的平衡。,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,1.,土壤的氧化还原电位（,soil,redox,potential),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。,二、土壤氧化还原指标,土壤酸碱性和氧化还原反应,2,、,Eh,和,pH,的关系,式中,m,是参与反应的质子数，,Eh,随,pH,增加而降低。因此，同一氧化还原反应在碱性溶液中比在酸性溶液中容易进行。,土壤酸碱性和氧化还原反应,图,9,2,铁体系的,Eh-pH,稳定范围图,土壤酸碱性和氧化还原反应,1,.,土壤通气性,2.,微生物的活动,3,易分解有机质的含量,有机质的分解主要是耗氧的过程，在一定的通气条件下，土壤中的易分解的有机愈多，耗氧也愈多，其氧化还原电位就较低。,4,土壤中易氧化和还原的无机物的含量,如土壤的氧化体系和硝酸盐含量高时，可使,Eh,值下降得较慢。,5,植物根系的代谢作用,6,土壤的,pH,值,三、影响土壤氧还原的因素,土壤酸碱性和氧化还原反应,第四节 土壤缓冲性,(soil buffering),一、土壤缓冲性的概念,一、土壤缓冲性的概念及重要性,狭义：,把少量的酸或碱加入到水溶液中，则溶液的,pH,值立即发生变化；可是把这些酸碱加入到土壤里，其,pH,值的变化却不大，这种对,酸碱,变化的抵抗能力，叫做,土壤的缓冲性能或缓冲作用,。,广义：,土壤是一个巨大的缓冲体系，对,营养元素,、,污染物质,、,氧化还原,等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的能力,。,土壤酸碱性和氧化还原反应,二、土壤酸、碱缓冲性,（一）土壤酸、碱缓冲作用的原理,1.,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.,土壤胶体的阳离子交换作用,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）土壤酸碱缓冲体系,1,、碳酸盐体系,缓冲的,pH,范围在,pH8.5-6.7,之间,2,、硅酸盐体系,3,、交换性阳离子体系,土壤阳离子交换量愈大，缓冲能,力愈大。,4,、铝离子体系,在土壤,pH5.0,时,铝离子形成,Al(OH),3,沉淀，失去它的缓冲能力。,5.,有机酸体系,土壤酸碱性和氧化还原反应,（四）土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线,在土壤悬液中连续加入标准酸或碱液，测定,pH,的变化,以纵座标表示,pH,，横座标表示加的酸或碱量，绘制滴定曲线，又称,缓冲曲线,。,砖红壤、红壤和黄棕壤胶体的中和曲线（于天仁，,1987,）,（三）影响土壤酸碱缓冲性的因素：无机胶体类型；质地；有机胶体,土壤酸碱性和氧化还原反应,三、土壤氧化还原缓冲性,不同氧化还原物质的,Eh,与其氧化或还原程度,(%),的关系,土壤酸碱性和氧化还原反应,一、生物对土壤酸碱性和氧化还原状况的适应性,（一）植物适宜的酸碱度,第五节 土壤酸碱性和氧化还原状况与生物环境,土壤酸碱性和氧化还原反应,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）土壤,Eh,值范围与植物生长,（三）土壤,pH,和,Eh,与土壤微生物活性,土壤酸碱性和氧化还原反应,二、土壤酸碱性和氧化还原状况与养分的生物有效性,（一,),土壤酸碱性对养分有效性的影响,图,9,5,植物营养元素的有效性与,pH,的关系,土壤酸碱性和氧化还原反应,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。,pH,在微酸性、中性、碱性土壤中，氮、硫、钾的有效度高。,pH6-7,的土壤中,磷的有效度最高。,pH7,时，则易产生磷酸钙沉淀，磷的有效性降低。,在强酸和强碱土壤中，有效性钙和镁的含量低，在,pH6.5,8.5,的土壤中，有效度较高。,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。,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。,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）土壤氧化还原状况对养分有效性的影响,在土壤强还原条件下，高价铁（,Fe,3+,),还原低价铁,(Fe,2+,),，同时硫酸根（,SO,4,2-,）也还原为硫化物,(S,2-,),，此时，同时可能发生硫化亚铁的沉淀反应,(,FeS,),，使铁的有效度下降。所以在讨论氧化反应的影响时，要综合的分析判断。,土壤酸碱性和氧化还原反应,三、土壤酸碱性和氧化还原状况与有毒物质的积累,pH6.0;,水稻土排水解除锰的毒害,。,（一）强酸性土壤的铝、锰胁迫与毒害,土壤酸碱性和氧化还原反应,（二）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,(Fe,2+,),浓度已超过高价铁,(Fe,3+,),会使植物产生铁的毒害。,Eh,供氧,氧化（排水烤田）,淹水,缺氧,还原（淹水泡田）,（三）土壤氧化还原状况的调节,（二）土壤碱性的调节,施有机肥,施硫磺，,FeS,或废硫酸，绿矾等,施生理酸性肥料,施石膏,土壤酸碱性和氧化还原反应,潜性酸 水解酸 交换酸,ESP,土壤,Eh,土壤缓冲性,本章小结,一、名词解释,二、问答题,1.,潜在酸与活性酸之间存在什么关系,?,2.,为什么在碱性土壤上，常发生作物有缺,Ca,2+,和,K,的现象,?,3.,在砂质和粘质土壤上施入同品种等量的化肥，而出现在,砂土上见效快，而在粘土上见效慢的现象,?,4.,交换性,Al,3,是南方土壤酸化的主要原因，为什么,?,5.,交换性,Na,是北方土壤碱化的重要原因，为什么？,