9土壤酸碱性和氧化还原反应.ppt
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1、第九章第九章土壤酸碱性和氧化还原反应土壤酸碱性和氧化还原反应教学目标理解土壤酸碱性的成因理解土壤酸碱性的成因了解土壤酸碱性的分级了解土壤酸碱性的分级学习土壤酸碱性的定量测定与表示学习土壤酸碱性的定量测定与表示掌握酸性土壤、碱性土壤的改良与治理方法掌握酸性土壤、碱性土壤的改良与治理方法了解土壤氧化还原的机理了解土壤氧化还原的机理明白土壤氧化还原作用对土壤肥力的影响。明白土壤氧化还原作用对土壤肥力的影响。第九章第九章土壤酸碱性和氧化还原反应土壤酸碱性和氧化还原反应自然条件下土壤的酸碱性主要受土壤盐基状况所支配,自然条件下土壤的酸碱性主要受土壤盐基状况所支配,而土壤的盐基状况决定于淋溶过程和复盐基过
2、程的相而土壤的盐基状况决定于淋溶过程和复盐基过程的相对强度。对强度。我国北方大部分地区的土壤为盐基饱和土壤,并含有我国北方大部分地区的土壤为盐基饱和土壤,并含有一定量的碳酸钙。一定量的碳酸钙。南方高温多雨地区的大部分土壤是盐基不饱和的,盐南方高温多雨地区的大部分土壤是盐基不饱和的,盐基饱和度一般只有基饱和度一般只有20%20%3030。第一节第一节土壤酸、碱性的形成土壤酸、碱性的形成土壤酸碱性反应土壤酸碱性反应我我国国土土壤壤的的酸酸碱碱性性反反应应,大大多多数数在在pH4.58.5pH4.58.5之之间间。在在地地理理分分布布上上有有“东东南南酸酸西西北北碱碱”的的规规律律性性。大大致致可可
3、以以长长江江为为界界(北北纬纬3333),长长江江以以南南的的土土壤壤为为酸酸性性或或强强酸酸性性,长长江江以以北北的的土土壤壤多多为为中中性性或或碱碱性性。我我国国土土壤壤的的酸酸碱性南北差异很大。碱性南北差异很大。一、土壤酸性的形成一、土壤酸性的形成(一)土壤酸化过程一)土壤酸化过程1.氢离子的来源:氢离子的来源:(1)水的解离:)水的解离:(2)碳酸解离:)碳酸解离:(3)有机酸的解离:)有机酸的解离:(4)酸雨:)酸雨:(5)其它无机酸)其它无机酸2.土壤中铝的活化土壤中铝的活化:铝氧八面体中铝氧八面体中的铝从晶格中析出的铝从晶格中析出(二)土壤酸的类型(二)土壤酸的类型活性酸活性酸(
4、soilactiveacidity)土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的土壤活性酸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。氢离子浓度直接反应出来的酸度。潜潜性性酸酸土土壤壤潜潜性性酸酸是是由由于于土土壤壤胶胶粒粒上上吸吸附附着着氢氢离离子子和和铝铝离离子子所所造造成成的的显显出出酸酸性性,所所以以它它是是土土壤壤酸酸的的潜潜在在来来源源,故故称称为为潜潜性酸性酸(soilpotentialacidity)。活性酸和潜性酸的关系活性酸和潜性酸的关系活活性性酸酸和和潜潜酸酸的的总总和和,称称为为土土壤壤总总酸酸度度(交交换换性性酸酸度度)。由由于于它它通通常常是是用用滴滴定定法法测测定
5、定的的,故故又又称称之之为为土土壤壤的的滴滴定定酸酸度度。它它是是土土壤壤的的酸酸度度的的容容量量指指标标。它它与与pH值在意义上是不同的。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;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。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强强酸酸性性土土壤壤:交交换换性性铝铝,pH30%,表层表层含盐量含盐量9.0定为定为碱土碱土(alkalinesoil)。而将土壤碱化度而将土壤碱化度为为510定为轻度碱化土壤,定为轻度碱化土壤,1015为为中度碱化土中度碱化土壤壤,1
6、520为为强碱化土壤强碱化土壤。三、影响土壤三、影响土壤pHpH值的因素值的因素1盐基饱和度盐基饱和度2.土壤空气中二氧化碳的分压土壤空气中二氧化碳的分压3.土壤水分含量土壤水分含量(含水量增加后含水量增加后pH增高的趋势)增高的趋势)4.土土壤壤氧氧化化还还原原条条件件(水水稻稻土土淹淹水水后后pH升升高高,还还原原性性碳碳酸酸铁、锰呈碱性,溶解度增加)铁、锰呈碱性,溶解度增加)土壤pH 5.05.05.55.56.06.07.0土壤盐基饱和度(%)303060608080100表:土壤表:土壤pH与盐基饱和度之间的关系。与盐基饱和度之间的关系。酸酸性性土土淹淹水水后后pH升升高高的的原原因
7、因主主要要是是由由于于在在嫌嫌气气条条件件下下形形成成的的还还原原性性碳碳酸酸铁铁、锰锰呈呈碱碱性性,溶溶解解度度较较大大,因因之之pH值值升高。升高。而而硫硫酸酸盐盐类类酸酸性性土土壤壤,淹淹水水后后硫硫化化物物(在在硫硫化化细细菌菌的的作用下)可氧化为硫酸,使土壤作用下)可氧化为硫酸,使土壤pH值急剧下降值急剧下降第三节第三节土壤氧化还原体系土壤氧化还原体系(soilredoxsystem)一、土壤氧化还原体系一、土壤氧化还原体系Logk主主要要的的氧氧化化剂剂是是氧氧分分子子,当当土土壤壤中中缺缺氧氧时时,其其它它氧氧化化态态物物质质,NO3-,Mn4+,Fe3+,SO42-依依次次作作
8、为为电电子子受受体体被被还原。还原。有机碳从有机碳从-4价被氧化为价被氧化为+4价。价。土壤氧化还原体系的特点:土壤氧化还原体系的特点:土壤中氧化还原体系有土壤中氧化还原体系有无机体系无机体系和和有机体系有机体系两两类。类。土壤中氧化还原反应虽土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应有纯化学反应,但很大,但很大程度上是由程度上是由生物参与的生物参与的。土壤是一个不均匀的多相体系,即使同一田块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,测不同点位都有一定的变异,测EhEh时,要选择代表时,要选择代表性土样,最好性土样,最好多点测定求平均值。多点测定求平均值。土壤中氧化还原平衡经常变动
9、,不同时间、空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间,不同耕作管理措施等都会改变EhEh值。严格地值。严格地说,说,土壤氧化还原永远不可能达到真正的平衡。土壤氧化还原永远不可能达到真正的平衡。土壤的氧化还原电位(土壤的氧化还原电位(soilredoxpotential)氧化还原反应的电极反应可表示如下:氧化还原反应的电极反应可表示如下:氧化态氧化态ne=还原态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,通常以到平衡,其平衡电位,称为氧化还原电位,通常以Eh表示。表示。二、土
10、壤氧化还原指标二、土壤氧化还原指标氧化还原反应是电子的传递过程。氧化还原反应是电子的传递过程。其氧化还原状况也可用电子活度的负其氧化还原状况也可用电子活度的负对数对数pe表示表示,在氧化体系中,在氧化体系中,pe是正值,是正值,在还原体系中在还原体系中pe是负值。是负值。1 1土壤通气性土壤通气性2.2.微生物的活动微生物的活动3 3易分解有机的含量易分解有机的含量 在在一一定定的的通通气气条条件件下下,土土壤壤中中的的易易分分解解的的有有机机愈愈多,耗氧也愈多,其氧化还原电位就较低。多,耗氧也愈多,其氧化还原电位就较低。4 4植物根系的代谢作用(改善根域营养条件)植物根系的代谢作用(改善根域
11、营养条件)5 5土壤的土壤的pHpH值值 在通气不变的情况下,一般在通气不变的情况下,一般EhEh随随pHpH的增高而下的增高而下降。降。三、影响土壤氧化还原的因素三、影响土壤氧化还原的因素 第四节第四节土壤缓冲性土壤缓冲性(soilbuffering)一、土壤缓冲性的概念一、土壤缓冲性的概念一、土壤缓冲性的概念及重要性一、土壤缓冲性的概念及重要性*狭狭义义:把把少少量量的的酸酸或或碱碱加加入入到到到到土土壤壤里里,其其pH值值的的变变化化却却不不大大,这这种种对对酸酸碱碱变变化化的的抵抵抗抗能能力力,叫叫做做土壤的缓冲性能或缓冲作用土壤的缓冲性能或缓冲作用。广义:广义:土壤是一个巨大的缓冲体
12、系,对营养元素、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。界环境变化的能力。二、土壤酸、碱缓冲性二、土壤酸、碱缓冲性土土壤壤溶溶液液中中的的弱弱酸酸、弱弱碱碱及及其其盐盐类类共共存存条条件下,对酸或者碱的缓冲作用。件下,对酸或者碱的缓冲作用。(一)土壤酸、碱缓冲作用的原理(一)土壤酸、碱缓冲作用的原理KaKa是一个综合解离常数。是一个综合解离常数。(二)土壤酸碱缓冲体系(二)土壤酸碱缓冲体系1 1、碳酸盐体系、碳酸盐体系 缓冲的缓冲的pHpH范围在范围在pH8.5-6.7pH8.5-6.7
13、之间之间 碳酸和碳酸钙缓冲对碳酸和碳酸钙缓冲对碳酸和碳酸钠碳酸和碳酸钠缓缓冲对冲对碳酸和碳酸镁缓冲对碳酸和碳酸镁缓冲对2 2、硅酸盐体系、硅酸盐体系 3 3、交换性阳离子体系、交换性阳离子体系 土壤阳离子交换量愈大,缓冲能力愈大。土壤阳离子交换量愈大,缓冲能力愈大。对两种阳离子交换量相同的土壤,则盐基饱对两种阳离子交换量相同的土壤,则盐基饱和度愈大的土壤,对酸的缓冲性愈强。和度愈大的土壤,对酸的缓冲性愈强。4 4、铝体系、铝体系 在土壤在土壤pH4.0pH5.0pH5.0时时,铝离子形成铝离子形成Al(OH)Al(OH)3 3沉淀,沉淀,失去它的缓冲能力。失去它的缓冲能力。5 5、有机酸体系、
14、有机酸体系 土壤腐殖酸,胡敏酸和富啡酸是一种大分土壤腐殖酸,胡敏酸和富啡酸是一种大分子有机酸,含有羧基、羟基、酚羟基、醇羟子有机酸,含有羧基、羟基、酚羟基、醇羟基等功能团,此外,土壤中还存在多种低分基等功能团,此外,土壤中还存在多种低分子有机酸,在土壤溶液中构成一个良好的缓子有机酸,在土壤溶液中构成一个良好的缓冲体系。对酸、碱具有缓冲作用。冲体系。对酸、碱具有缓冲作用。(三)土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线(三)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,测定在土壤悬液中连续加入标准酸或碱液,测定pHpH的的变化变化,以纵座标表示以纵座标表示pHpH,横座标表示加的酸或碱量,绘
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- 土壤 酸碱 氧化 还原 反应
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