第3章土壤化學性質(zhì)與過程2

土壤的化學性質(zhì)與過程郭笑彤guoxtina@126.com12015-04-03土壤的化學性質(zhì)與過程土壤的化學性質(zhì)與過程土壤酸堿性---土壤酸、堿性的形成土壤酸堿性反應(yīng)

我國土壤的酸堿性反應(yīng)，大多數(shù)在pH4.5~8.5之間。在地理分布上有“東南酸西北堿”的規(guī)律性。大致可以長江為界（北緯33），長江以南的土壤為酸性或強酸性，長江以北的土壤多為中性或堿性。我國土壤的酸堿性南北差異很大。土壤的化學性質(zhì)與過程土壤酸堿性---土壤酸、堿性的形成土壤的化學性質(zhì)與過程土壤酸化（formationofsoilacidity）

1．Climatefactor氣候因素

2．Biologyfactor生物因素

3．Fertilizationandirrigation施肥和灌溉的影響氫離子的來源：（1）waterelectrolyze水的解離：（2）carbonicacidelectrolyze碳酸解離：（3）organicacidelectrolyze有機酸的解離：（4）acidrain酸雨orothermineralacid其它無機酸（5）Al3+activate（6）植物對陽離子的吸收作用土壤酸堿性---土壤酸度(soilacidity)土壤的化學性質(zhì)與過程carbonicacidelectrolyte碳酸解離：

CO2+H2OH2CO3H++HCO3-2H++CO32-酸的水解Organicacidelectrolyte有機酸的解離Acidrain酸雨:pH<5.6的酸性大氣化學物質(zhì)Otheracids其它無機酸:

FeSO4+2H2OFe(OH)2+H2SO4土壤酸堿性---氫離子的來源土壤的化學性質(zhì)與過程Acidrain酸雨的危害（Harmofacidrain）Al3+activation土壤中鋁的活化Al3++H2OAlOH2++H+Al(OH)2++H2OAl(OH)2++H+Al(OH)2++H2OAl(OH)3+H+土壤酸堿性---氫離子的來源土壤的化學性質(zhì)與過程植物對陽離子的吸收植物體在吸收正/負離子中保持電荷平衡，每吸收1個陽離子，或同時吸收1個陰離子，或分泌出1個陽離子。當植物吸收陽離子（如K+、NH4+、Ca2+）多于陰離子時，一般釋放出H+以保持電荷平衡。土壤酸堿性---氫離子的來源土壤的化學性質(zhì)與過程1．活性酸soilactiveaciditysoilactiveaciditydependentontheH+concentrationinthesoilsolution.土壤酸堿性---土壤酸度的類型土壤的化學性質(zhì)與過程土壤酸度是土壤膠體的固、液相性質(zhì)的綜合表現(xiàn)溶液吸附層固定態(tài)土壤酸堿性---土壤酸度的類型土壤的化學性質(zhì)與過程土壤pH1007550250345678離子飽和度(%)固定態(tài)-H+/Al3+吸附層-Al3+吸附層-Al(OH)x吸附層-H+吸附層-鹽基離子蘇打土壤石灰性土壤濕潤地區(qū)土壤森林土壤酸性硫酸鹽土壤土壤潛在酸是由土壤膠體上吸附的H+和Al3+所產(chǎn)生的酸度,這些致酸離子只有在離子交換作用進入土壤溶液時,才顯出酸性。是土壤酸度的容量指標。兩種表示方法：交換酸度soilexchangeableacidity

水解酸度soilhydrolyticacidity土壤酸堿性---潛在酸latentacidity土壤的化學性質(zhì)與過程交換酸度用中性鹽溶液(KCl、NaCl、BaCl2等)處理酸性土壤時,土壤膠體上交換性的陽離子大部分被浸提劑中的陽離子交換下來進入溶液。此時，交換性H+可使溶液酸性增加，而交換性Al3+因水解,也使溶液酸性增加。Al3++3H2O

Al(OH)3+3H+

土壤酸堿性---潛在酸測定方法土壤的化學性質(zhì)與過程Al3++H2OAlOH2++H+Al3+土壤酸堿性---潛在酸測定方法土壤的化學性質(zhì)與過程水解酸度：采用弱酸強堿鹽類的溶液(通常用的是pH8.2的1MNaACO(醋酸鈉)浸提土壤，把絕大部分的交換性H+和Al3+交換出來而形成的酸度稱為水解酸度。

由于采用了強堿弱酸鹽作交換劑，這樣被交換下來的H+以及Al3+水解產(chǎn)生的H+和弱酸根形成弱酸,降低了溶液中H+的活度,從而促進交換反應(yīng)進行得更徹底。土壤的水解酸度一般都高于交換酸度土壤酸堿性---潛在酸測定方法土壤的化學性質(zhì)與過程水解酸度soilhydrolyticacidityCH3COONa+CH3COO-+Na+colloidAl3+H++4Na+Na+Na+Na+Na+Colloid+H++Al3+Al++3H2OAl(OH)3+3H+由于水解反應(yīng)產(chǎn)生的弱酸分子，減低了交換過程產(chǎn)生的H+濃度，使交換反應(yīng)向更徹底的方向進行，故水解酸度比交換酸度大。土壤酸堿性---潛在酸測定方法土壤的化學性質(zhì)與過程土壤總酸度＝活性酸度＋潛在酸度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。它與pH值在意義上是不同的。

活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的強度；潛在酸是土壤酸度的主體，代表土壤酸度的容量。土壤酸堿性---活性酸和潛性酸的關(guān)系土壤的化學性質(zhì)與過程堿性土的成因

土壤堿性反應(yīng)及堿性土壤形成是自然成土條件和土壤內(nèi)在因素綜合作用的結(jié)果。堿性土壤的堿性物質(zhì)主要是鈣、鎂、鈉的碳酸鹽和重碳酸鹽，以及膠體表面吸附的交換性鈉。形成堿性反應(yīng)的主要機理是堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)。土壤酸堿性---土壤堿度(soilalkalinity)土壤的化學性質(zhì)與過程1、弱酸鹽的水解

2、交換性鈉的水解

土壤堿化與鹽化有著發(fā)生學上的聯(lián)系。鹽土和堿土并非一物“鹽堿土”，鹽土的pH值一般小于8.5,鹽土脫鹽才可能形成堿土。土壤酸堿性---土壤堿度(soilalkalinity)土壤的化學性質(zhì)與過程土壤酸度是土壤酸度、堿度的簡稱土壤pH

土壤pH代表與土壤固相處于平衡的溶液中的H+離子濃度的負對數(shù)石灰位(limepotential)

在土壤膠體表面吸附的鹽基離子中總是以鈣離子為主的，在酸性土壤的鹽基離子中，鈣離子約占總量65－80％。因此，提出了表示土壤酸強度的另一指標－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)學式pH-0.5PCa表示之，即

石灰位＝pH-0.5pCa土壤酸堿性---土壤酸度指標土壤的化學性質(zhì)與過程土壤酸堿性---土壤酸度指標土壤的化學性質(zhì)與過程總堿度

總堿度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的總量。故可用總堿度作為土壤堿化程度分級的指標之一。即

我國堿化土壤的總堿度占陰離子總量的50％以上，高的可達90％.土壤酸堿性---土壤堿度指標總堿度=CO32-+HCO3-cmol(+)/Kg土壤的化學性質(zhì)與過程堿化度:土壤膠體吸附的交換性鈉離子占陽離子交換量的百分率，鈉離子占陽離子交換量的比值稱為納堿化度（ESP）當土壤堿化度達到一定程度，鈉離子對土壤膠體的分散作用越來越強，造成土壤結(jié)構(gòu)破壞、顆粒分散、通透性下降等，土壤理化性質(zhì)上發(fā)生惡劣變化，稱為土壤的“堿化作用（alkalinization)。

我國則以堿化層的堿化度>30%,表層含鹽量<0.5%和pH值>9.0定為堿土(alkalinesoil)。而將土壤堿化度為5－10％定為輕度堿化土壤，10－15％為中度堿化土壤，15－20％為強堿化土壤。土壤酸堿性---土壤堿度指標土壤的化學性質(zhì)與過程（一）土壤膠體類型和性質(zhì)對pH值的影響土壤膠體的極限pH值當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)。此時土壤的pH值，稱為土壤的極限pH值。土壤膠體酸基的解離度對pH值影響致酸離子解離度的大小的排列順序：有機膠體＞蒙脫石＞含水云母和拜來石＞高嶺石＞含水氧化鐵、鋁土壤酸堿性---影響土壤pH值的因素土壤的化學性質(zhì)與過程（二）土壤吸附性陽離子組成和鹽基飽和度對pH的影響

氫－鋁質(zhì)土壤是酸性；鈣質(zhì)土pH值大多數(shù)在7左右，呈中性反應(yīng)；鈉質(zhì)土壤pH值可達8.5以上，呈堿性反應(yīng)。 鹽基飽和度大小，反應(yīng)土壤潛性酸及活性強度的大小。（三）土壤含水量對土壤pH的影響土壤的pH值隨土壤含水量減少有上升的趨勢。因此，在測定土壤pH值時,應(yīng)注意土水比。土水比愈大，所測得的pH值愈大。土壤酸堿性---影響土壤pH值的因素土壤的化學性質(zhì)與過程（四）碳酸鹽水解與CO2濃度pH=6.03–2/3log(co2分壓)由于土壤空氣中CO2濃度在0.03%～10%之間，故pH在6.7～8.5之間。

石灰性土壤的實際pH值一般在7.5～8.5之間，呈微堿性。3Log0.1=-1Log0.01=-2Log0.0003=-3.52從上式可知：CO2分壓愈大（濃度愈高，土壤pH值愈低）（1）石灰性土壤的pH值，因CO2的偏壓大小而變，所以在測定石灰性土壤pH值時，應(yīng)在固定的CO2偏壓下進行，并必須注意在充分達到平衡后測讀。（2）土壤空氣中CO2含量不會低于大氣CO2的含量，也很少高出10%，因此,石灰性土壤的pH總是在pH6.8-8.5之間，所以農(nóng)業(yè)施用石灰來中和土壤酸度是比較安全的，不會使土壤過堿。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。土壤酸堿性---影響土壤pH值的因素土壤的化學性質(zhì)與過程NaturalChangesHuman-inducedChangesChemicalfertilizerusageAciddepositionfromtheatmosphereDisposalofacid-formingorganicwastesIrrigationpracticesDrainageofsomecoastalwetlands土壤酸堿性---影響土壤pH值的因素土壤的化學性質(zhì)與過程植物對土壤酸堿性的影響與相應(yīng)土壤的化學性質(zhì)與過程堿性土—粉色酸性土—藍色中性土—紫色八仙花(Hydrangeamacrophylla)植物對土壤酸堿性的影響與相應(yīng)土壤的化學性質(zhì)與過程耐AlAl敏感植物對土壤酸堿性的影響與相應(yīng)土壤的化學性質(zhì)與過程小結(jié)SoilpH土壤H+

和OH-的來源土壤酸的類型交換酸度土壤酸堿緩沖性的機理土壤pH與營養(yǎng)元素有效性過酸、過堿土壤的生產(chǎn)障礙強酸性土壤強堿性土壤植物根系鋁毒鐵缺乏植物根系錳毒錳缺乏鈣/鎂缺乏鋅缺乏豆科植物缺鉬鹽分過多(部分)磷被鐵/鋁固定磷被鈣/鎂固定細菌生長受阻氮轉(zhuǎn)化降低土壤酸堿性改良南方酸性土壤施加CaCO3,CaMg(CO3)2,Ca(OH)2

CaCO3+2H+

→Ca2++H2O+CO2H+Al3++Ca2++4HCO3-Ca2+Ca2++Al(OH)3+H2O+4CO2北方土壤:FeSO4,

SFeSO4+1/4O2+

1H2O→FeOH+H2SO4土壤酸堿性改良土壤氧化還原反應(yīng)--氧化還原過程元素氧化數(shù)發(fā)生變化的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)，失去電子成為氧化反應(yīng)，反之為還原反應(yīng)。土壤中發(fā)生的伴隨有氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，即土壤氧化還原過程。0+40-2氧化反應(yīng)還原反應(yīng)C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O土壤的化學性質(zhì)與過程（一）土壤的氧化還原電位（soilredoxpotential)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的實質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，氧化還原反應(yīng)的電極反應(yīng)可表示如下： 氧化態(tài)＋ne====還原態(tài)氧化還原反應(yīng)中的氧化態(tài)和還原態(tài)同時在電極上達到平衡，其平衡電位，稱為氧化還原電位，通常以Eh表示。

（二）電子活度負對數(shù)(pe)在氧化還原過程中溶液內(nèi)自由電子活度的負對數(shù)值.pe=-loga土壤氧化還原反應(yīng)--氧化還原指標土壤的化學性質(zhì)與過程E0：體系中氧化劑與還原劑活度比為1的時候的Eh值土壤中氧化還原電位的計算土壤的化學性質(zhì)與過程土壤中主要元素的氧化還原形態(tài)O2----最主要的電子受體土壤的化學性質(zhì)與過程旱地土壤：其Eh一般在200mV以上,多數(shù)變化于300～400至600～700mV之間水田土壤：Eh往往低于200～300mV,長期淹水的水稻土則可低于100～-100mV農(nóng)田土壤的Eh值土壤的化學性質(zhì)與過程Eh300mV

好氣條件太強,有機質(zhì)分解過旺,易造成養(yǎng)分的大量損失。Fe、Mn完全以高價化合物存在,溶解度極小,植物易造成缺Fe而發(fā)生“失綠病”，也會因缺Mn而發(fā)生“灰斑”、“白斑”病Eh對植物生長的影響-Fe-Mn土壤的化學性質(zhì)與過程Eh<300mV當Eh值<200mV時,Fe、Mn化合物呈還原態(tài),土壤溶液中Fe2+濃度高,會使水稻田秧苗中毒。我國南方有些地區(qū)，水稻受害的水溶態(tài)Fe2+的臨界濃度約為50～100mg·kg-1。隨著Fe、Mn的還原,土壤顏色由紅棕、黃褐色變?yōu)榍嗷疑?。當Eh值降為負值后,某些土壤可能出現(xiàn)H2S，對作物產(chǎn)生毒害Eh對植物生長的影響土壤的化學性質(zhì)與過程土壤中氧化還原體系土壤的化學性質(zhì)與過程土壤通氣性土壤通氣狀況決定土壤空氣中的氧濃度，通氣良好的加速土壤氣體交換，提高土壤氧濃度，Eh值較高。通氣差的土壤與大氣交換緩慢，氧濃度低，微生物活動消耗氧劇烈，Eh值低。微生物活動微生物活動愈強烈，耗氧愈多，降低土壤溶液中的氧壓，還原態(tài)物質(zhì)的濃度相對增加，氧化還原電位降低。影響土壤氧化還原的因素土壤的化學性質(zhì)與過程易分解有機質(zhì)的含量有機質(zhì)的分解消耗土壤中氧氣，降低土壤氧化還原電位。（植物組成中的糖類、淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等以及微生物本身的某些中間分解產(chǎn)物和代謝產(chǎn)物，如有機酸、醇類、醛類等。）植物根系的代謝作用植物根系汾泌多種有機酸，部分直接參與根際土壤的氧化還原反應(yīng)。水稻根系汾泌氧，提高根際土壤的Eh。影響土壤氧化還原的因素土壤的化學性質(zhì)與過程土壤的pH值一般土壤Eh隨pH值的升高而下降。在理論上把土壤的pH與Eh關(guān)系固定為Eh/pH=-59毫伏(即在通氣不變條件下，pH值每上升一個單位，Eh要下降59毫伏)。但實際情況并不完全如此。據(jù)測定，我國8個紅壤性水稻土樣本Eh/pH關(guān)系,平均約為85毫伏,變化范圍在60－150毫伏之間；13個紅黃壤平均Eh/pH約為60毫伏，接近于59毫伏。影響土壤氧化還原的因素[氧化態(tài)]+mH+

[還原態(tài)]+xH2One土壤的化學性質(zhì)與過程土壤的緩沖性狹義：土壤具有抵抗酸堿物質(zhì)改變土壤酸堿反應(yīng)的能力廣義：土壤是一個巨大的緩沖體系，對酸、堿以及營養(yǎng)元素、污染物質(zhì)、氧化還原物質(zhì)同樣具有緩沖性，具有抗衡外界環(huán)境變化的能力。漫長的過程！土壤的化學性質(zhì)與過程純水pH24680加堿量加酸量緩沖性強土壤緩沖性弱土壤土壤的酸堿緩沖性土壤的化學性質(zhì)與過程土壤的酸堿緩沖能力

腐殖質(zhì)>黏土>沙土

碳酸鹽體系

CaCO3+H2O+H+

?Ca2++H2CO3+

OH-pH=6.03–2/3logpCO2pH8.5~6.7H++HCO3-H++CO32-K1K2土壤的酸堿緩沖體系——弱酸體系硅酸鹽體系

Mg2SiO4+4H+

?Mg2++Si(