土壤學(xué)土壤酸堿性與氧化還原反應(yīng)

1、關(guān)于土壤學(xué)土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第二張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素1氣候因素2生物因素3施肥和灌溉的影響4. 母質(zhì)因素5. 環(huán)境的影響第三張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素（二）土壤酸性的成因 1. 氫離子的來源： （1）水的解離： （2）碳酸解離： （3）有機(jī)酸的解離： （4）酸雨： （5）其它無機(jī)酸第

2、四張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素（二）土壤酸性的成因 1. 氫離子的來源： 2. 土壤中鋁的活化第五張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月土壤0.5hr4hr10hr24hr磚紅壤紅 壤（第四紀(jì)）紅 壤（花崗巖）黃 壤灰化土（黑龍江）0.930.560.200.950.420.670.340.110.610.260.440.180.080.540.200.350.150.070.430.14土壤中交換性H/Al當(dāng)量比隨時(shí)間的變化第六張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章

3、土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源（一）影響土壤酸堿性的因素（二）土壤酸性的成因（三）堿性土的成因第七張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）堿性土的成因1、鹽基離子的交換與水解第八張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月H+ + NaOHNa+ + H2O土壤膠體土壤膠體第九張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）堿性土的成因1、鹽基離子的交換與水解2、碳酸鈣水解CaCO3 + H2O = Ca2+ +HCO3- +OH- 第十一張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）堿性土的成因1、鹽基離

4、子的交換與水解2、碳酸鈣水解3、碳酸鈉的水解4、中性鹽在嫌氣條件下的還原Na2S +CaCO3Na2SO4+R-CHONa2S+4R-COOH嫌氣細(xì)菌Na2CO3+2H2O2NaOH+H2CO3Na2CO3+CaS第十二張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度1活性酸(soil active acidity)土壤活性酸是自由擴(kuò)散于土壤溶液中的氫離子(H+)濃度直接反應(yīng)出來的酸度。土壤溶液中氫離子的濃度越大，則活性酸度也越強(qiáng)。通常用pH值來表示。第十三張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第十四張，PPT共

5、六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月土壤酸堿狀況、形成及其對植物的影響示意圖第十五張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月extremely acid than 9.1milk of magnesia=10.5, ammonia=11; lime=12 Descriptive terms commonly associated with certain ranges in soil pH are土壤酸度的指標(biāo)第十六張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月土壤酸度是土壤酸、堿性的簡稱 石灰位(lime potential) 表示土壤酸強(qiáng)度的另一指標(biāo)石灰位。它將氫離子數(shù)量與鈣離子數(shù)量聯(lián)系起來，以數(shù)學(xué)

6、式pH-0.5pCa表示之，即 石灰位 pH-0.5pCa第十七張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度1活性酸(soil active acidity)2潛性酸(soil potential acidity)土壤潛性酸是由于土壤膠粒上吸附著H+ 和A13+ 所產(chǎn)生的酸度，這些致酸離子只有在離子交換作用進(jìn)入土壤溶液時(shí)，才顯出酸性。所以它是土壤酸的潛在來源，故稱為潛性酸。第十八張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 潛 性 酸（1）交換性酸度(soil exchangeable acidity)（2）水解性

7、酸度(soil hydrolytic acidity) 第十九張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月幾種土壤中的交換性酸量和水解性酸量的比較 第二十張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 活性酸和潛性酸的關(guān)系 活性酸和潛性酸的總和，稱為土壤總酸度。由于它通常是用滴定法測定的，故又稱之為土壤的滴定酸度。它是土壤的酸度的容量指標(biāo)。它與pH值在意義上是不同的。 活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的強(qiáng)度； 潛在酸是土壤酸度的主體，代表土壤酸度的容量。土壤總酸度活性酸度潛在酸度第二十一張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸

8、堿性的來源二、土壤酸度三、土壤堿度和堿化度土壤堿性指標(biāo)：土壤pH值、總堿度和堿化度 總堿度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的總量。 我國則以堿化層的堿化度30%,表層含鹽量9.0定為堿土(alkaline soil) 。而將土壤堿化度為510定為輕度堿化土壤，1015為中度堿化土壤，1520為強(qiáng)堿化土壤。第二十二張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 石灰性物質(zhì)所引起的弱堿性反應(yīng)（pH7.5-8.5)稱為石灰性反應(yīng), 土壤稱之為石灰性土壤(Liming Soils) 。石灰性土壤的耕層因受大氣或土壤中CO2分壓的控制，pH值常在8.0-8.5范圍內(nèi)。 我國西北、華北地區(qū)土壤中CaCO

9、3含量較高，常稱為石灰性土壤。由于CaCO3為難溶性堿性鹽，所以一般石灰性土壤在微堿性至堿性之間（7.5PH8.5）。 土壤溶液中有易溶性堿性鹽（如Na2CO3等）時(shí)，土壤的堿性可能會較強(qiáng)（PH8.5）。第二十三張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度三、土壤堿度和堿化度四、影響土壤酸堿度的因素第二十四張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素（一）土壤膠體類型和性質(zhì)對pH值的影響1土壤膠體的極限pH值 當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子全部是致酸離子，稱為鹽基完全不飽和態(tài)。此時(shí)土壤的

10、pH值，稱為土壤的極限pH值。土壤或膠體極限pH磚紅壤紅 壤黃棕壤4.944.513.86蒙脫石高嶺石3.564.55.0土壤和土壤膠體的極限pH第二十五張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素（一）土壤膠體類型和性質(zhì)對pH值的影響1土壤膠體的極限pH值 當(dāng)土壤膠體上吸附的陽離子全部是致酸離子，稱為鹽基完全不飽和態(tài)。此時(shí)土壤的pH值，稱為土壤的極限pH值。2土壤膠體酸基的解離常數(shù)K對pH值影響 有機(jī)膠體pK值為4.55.0，硅酸鹽類粘粒為5.25.8；含水氧化鐵為6.07.0。致酸離子解離度的大小的排列順序： 有機(jī)膠體 蒙脫石 含水云母和拜來石 高嶺石 含水

11、氧化鐵、鋁第二十六張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）土壤吸附性陽離子組成和鹽基飽和度對pH的影響 代換性氫鋁-容易被酸化 （亞熱帶、熱帶紅壤、磚紅壤土壤） 代換性鉀、鈉、銨-使土壤堿化 （大量的龜裂土、堿土、栗鈣土、蘇打鹽土） 代換性鈣、鎂-弱堿性 （黑鈣土、草甸土、灰鈣土石灰性母質(zhì)發(fā)育的土壤） 鹽基飽和度大小，反應(yīng)土壤潛性酸及活性強(qiáng)度的大小。四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素第二十七張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月土壤膠體陽離子組成和鹽基飽和度對pH影響土 壤pH完全被氫飽和90%被氫飽和1040%被氫飽和被鈣飽和34677土壤膠體上氫的飽和度與pH引自（法國）資料第

12、二十八張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）土壤含水量對土壤pH的影響 土壤的pH值隨土壤含水量增加有上升的趨勢。 因此，在測定土壤pH值時(shí),應(yīng)注意土水比。土水比愈大，所測得的pH值愈大。（四）土壤氧化還原條件對pH的影響四、影響土壤酸堿度（pH值）的因素第二十九張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性一、土壤酸堿性的來源二、土壤酸度三、土壤堿度和堿化度五、土壤的緩沖性能四、影響土壤酸堿度的因素第三十張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、土壤緩沖性的概念

13、 狹義：把少量的酸或堿加入到土壤里，其pH值的變化卻不大，這種對酸堿變化的抵抗能力，叫做土壤的緩沖性能或緩沖作用。 廣義：土壤是一個(gè)巨大的緩沖體系，對營養(yǎng)元素、污染物質(zhì)、氧化還原等同樣具有緩沖性，具有抗衡外界環(huán)境變化的能力。 第三十一張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、土壤緩沖性的概念2、土壤具有緩沖性的原因 1）土壤溶液中弱酸及其鹽類的存在； 2）土壤膠體的陽離子交換作用； 3）土壤中兩性物質(zhì)的存在。土壤酸堿緩沖體系: 碳酸鹽體系 硅酸鹽體系 交換性陽離子體系 鋁

14、體系 有機(jī)酸體系第三十三張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、土壤緩沖性的概念2、土壤具有緩沖性的原因3、緩沖容量和滴定曲線 緩沖容量：表示緩沖作用的大小。指土壤溶液改變一個(gè)單位pH值所需一定濃度的酸量或堿量。第三十四張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 緩沖曲線平緩的地方，表征著緩沖能力最強(qiáng)區(qū)域，這個(gè)范圍愈大，土壤緩沖能力愈強(qiáng)。曲線陡升的范圍，表示緩沖能力低。緩 沖 曲 線第三十五張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3、土壤酸、堿緩沖容量和滴定曲線磚紅壤、紅壤和黃棕壤膠體的中和曲線（于天仁，1987）

15、土壤緩沖容量可用酸、堿滴定獲得，即在土壤懸液中連續(xù)加入標(biāo)準(zhǔn)酸或堿液，測定pH的變化，以縱坐標(biāo)表示pH，橫坐標(biāo)表示加的酸或堿量，繪制滴定曲線 ，又稱緩沖曲線。 如右圖第三十六張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能(soil buffering)1、土壤緩沖性的概念2、土壤具有緩沖性的原因3、緩沖容量和滴定曲線4、影響緩沖性的因素 （1）粘土礦物類型；（2）土壤質(zhì)地；（3）土壤有機(jī)質(zhì)第三十七張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月Buffering CapacityCa(CO3)Tons/acreSoil pH3Clay

16、LoamCEC = 25Silt LoamCEC = 158Sandy LoamCEC = 5120第三十八張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能1、影響?zhàn)B分的固定、釋放與淋失；2、影響土壤微生物活性；3、影響粘粒礦物的生成；4、影響土壤理化性質(zhì)；5、影響作物生長；六、土壤反應(yīng)對土壤肥力和植物生長的影響第三十九張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月指 示 植 物 鐵芒萁、映山紅、茶、柑橘、油桐喜酸怕鈣，故作為酸性土壤指示植物 鹽蒿、堿蓬、檉柳、牛毛草是鹽堿土的指示植物

17、甘草、蒺藜是鈣質(zhì)土壤指示植物，紫花苜蓿和草木樨喜鈣植物 杜鵑花和杜鵑花屬需要相當(dāng)數(shù)量的鐵。只能生長在鹽基飽和度低的土壤里。第四十一張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 土壤酸堿性對養(yǎng)分有效性的影響圖 植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關(guān)系 第四十二張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)土壤pH低時(shí)，鐵、鋁、錳的溶解度低，其量太多對植物產(chǎn)生毒害。當(dāng)pH升高時(shí)，這些離子發(fā)生沉淀，在溶液中數(shù)量變得愈來愈少。 pH6.0;水稻土排水解除錳的毒害。 硼情況較為復(fù)雜，過量的鈣不管其溶解度如何，能夠妨礙硼進(jìn)入植物體。即使植物體內(nèi)有豐富的硼，但在植物細(xì)胞中多量的鈣甚至可能干擾硼在植物體內(nèi)代謝。鉬的有效

18、性顯著決定于pH.在強(qiáng)酸性土壤中鉬變得無效。當(dāng)pH升高到6或6以上，它的有效性隨之增加。土壤反應(yīng)對微量元素的脅迫與毒害 第四十三張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性五、土壤的緩沖性能六、土壤反應(yīng)對土壤肥力和植物生長的影響七、土壤酸堿性的調(diào)節(jié)第四十五張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）土壤酸度的調(diào)節(jié)土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉來調(diào)節(jié)?？煞譃?生灰石（CaO） 熟石灰Ca(OH)2 石灰石粉【CaCO3】 草木灰、蚌殼灰 第四十六張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月石灰需

19、要量土壤體積容重陽離子交換量（1-鹽基飽和度） 石灰需要量 影響石灰用量因素有： （1）土壤潛性酸和pH值、有機(jī)質(zhì)含量、鹽基飽和度、土壤質(zhì)地等土壤性質(zhì)； （2）作物對酸堿度的適應(yīng)性； （3）石灰的種類和施用方法等。 概念：把酸性土壤調(diào)節(jié)到要求的pH范圍所需要的石灰用量，稱為石灰需要量第四十七張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 假設(shè)某紅壤的pH為5.0,耕層土壤為2250000公斤/公頃，土壤含水量為20，陽離子交換量為10Cmol/kg土,鹽基飽和度為60%,試計(jì)算達(dá)到pH=7時(shí),中和活性酸和潛性酸的石灰需要量(理論值)。 中和活性酸pH=5時(shí),土壤溶液中H+=10-5,mol/kg土

20、,則每公頃耕層土壤含H+離子為:225000020%10-5=4.5molH+/公頃 同理:pH=7時(shí),每公頃土壤中含H+離子為225000020%10-7=0.045mol H+/公頃 所以需要中和活性酸量為 4.5-0.045=4.455mol H+/公頃 若以CaO中和:其需要量124.74 克 中和潛性酸: 2250000(10 /100)(1- 60/100)=90000 mol H+/公頃9000056/2=2520000克=2520公斤/公頃案例1第四十八張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月石灰對土壤影響 物理性質(zhì)的影響：在酸性土壤中加任何形態(tài)的石灰，對形成良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有

21、促進(jìn)作用。 化學(xué)性質(zhì)影響： 1.氫離子濃度將減低。 2.羥基離子濃度將增加 3.鐵、鋁、錳的溶解度將降低,降低了對植物的毒性。 4.磷酸鹽和鉬酸鹽的有效性將增加 5.交換性鈣和鎂將增加 6.鹽基飽和度增加 生物影響：刺激了異養(yǎng)型微生物活性，促進(jìn)了腐殖質(zhì)形成；對深根性作物，特別是豆科作物的刺激意義更大。第四十九張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月過 量 使 用 石 灰 存 在 的 問 題1.導(dǎo)致有效鐵、錳、銅或鋅的缺乏。2.磷酸鹽的有效性降低3.阻礙了對硼的吸收和利用4.pH強(qiáng)烈改變導(dǎo)致毒害增強(qiáng)。作 物 對 石 灰 反 應(yīng) 對使用石灰反應(yīng)較喜好的作物有：紫花苜蓿、草木樨、紅三葉、萵苣等。其

22、原因： 1.鈣鎂直接營養(yǎng)作用 2.有機(jī)無機(jī)有毒化合物的中和 3. 植物病害的防止 4. 植物養(yǎng)分的化學(xué)有效性增強(qiáng) 5. 促進(jìn)了微生物活性，有利于植物營養(yǎng) 使用石灰對有些植物可能產(chǎn)生阻礙：紅草莓、藍(lán)草莓、西瓜、月桂樹、杜鵑花和杜鵑花屬。石灰使用要了解土壤條件和作物生理習(xí)性。第五十張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月石灰施用方法Liming Materials and Application Procedures 施用方法：石灰最好使用在耕翻的土地上，并在苗床整地時(shí)耙入土中，使石灰與耕層的上半部混合。追施和表施石灰，除過永久性草地以外，一般不宜提倡。石灰與土壤混勻是關(guān)鍵要求，依靠石灰遷移中和

23、酸度作用是有限的。 Lime is generally applied to the surface of the soil by broadcasting. Lime is relatively insoluble and moves slowly, so without mixing the lime with the soil, much of the soil would still be acid. Therefore for maximum effectiveness, the lime must be incorporated into the soil.施用石灰季節(jié)；一般在秋冬

24、季完成，保證了播種和石灰使用有一個(gè)時(shí)間間隔。輪作制種，石灰施在喜好石灰的作物季節(jié)里。例如和豆科作物、牧草作物季節(jié)里施用。強(qiáng)烈的淋溶作用和鈣的吸收利用，使得每隔510年需要使用一次石灰。石灰使用機(jī)械第五十一張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）土壤堿性的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)土壤堿性的方法主要有幾下幾種：施用有機(jī)肥料，利用有機(jī)肥分解釋放出大量的C02或有機(jī)酸從而減低土壤pH值；施用硫磺硫化鐵及廢硫酸或綠礬(FeS04)等；施用生理酸性肥料；對堿化土、堿土，可施用石膏、硅酸鈣，以鈣將膠體上的Na+代換下來隨水流出土體，從而降低土壤pH并改善土壤的物理性狀。第五十二張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年

25、6月土壤堿度調(diào)節(jié)調(diào)控措施： 施用酸性物質(zhì)：把酸性物質(zhì)與土壤混合以降低土壤pH，如果腐葉、松針葉、樹皮、木屑和沼澤泥炭等，經(jīng)過堆腐可以應(yīng)用。 施用化學(xué)物質(zhì)：杜鵑花屬等植物及需要大量的鐵其他植物，如藍(lán)草莓和紅草莓等。常使用硫酸亞鐵，通過水解作用形成硫酸，降低土壤pH。 使用硫磺粉，凈地土壤pH，它的作用比硫酸亞鐵大45倍。硫磺價(jià)格低廉，適宜推廣應(yīng)用。使用量因質(zhì)地而異。 除此，使用石膏也是改良堿土的措施。第五十三張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月土壤堿度調(diào)節(jié)鹽土和堿土管理根治：除去土壤過剩鹽分最不同的方法是，排水淋洗或沖洗法。將可溶性鹽份淋出土體。需要工程措施，有明溝排水、暗溝排水和豎井排水

26、等措施。沖洗壓鹽（堿）法：將耕層土壤中鹽分淋洗到土壤底層中去。轉(zhuǎn)化法：使用石膏（Gypsum is calcium sulfate (CaSO4 H2O)）。用鈣交換鈉，達(dá)到被淋洗目的控制法：防止土壤表面蒸發(fā)是防止土壤表層積鹽最有效的方法。生物吸收措施：選擇耐鹽堿植物。如甜菜、棉花、大麥、黑麥、草木樨和紫花苜蓿等。第五十四張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié) 土壤的酸堿性第二節(jié) 土壤氧化還原性第五十五張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月土壤氧化還原體系（soil redox system ）土壤中產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)很多，存在著多種氧化還原體系： 氧體系 02十4H+4e=2H20 氮體系 N03-+H20+2e=20H-+N02- 鐵體系 Fe3+e=Fe2+ 錳體系 Mn02+4H+2eMn2+2H20 硫體系 S042-+H20+2eS032-+20H- S032-+3H2O+6e=S2-+60H- 氫體系 2H+2eH2 有機(jī)物體系 包括各種有機(jī)酸類、酚類、醛類和糖類化合物。 第五十六張，PPT共六十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 土壤中氧化還原體系有無機(jī)體系和有機(jī)體系兩類。 土壤中氧化還原反應(yīng)雖有純化學(xué)反應(yīng)，但很大程度上是由