第九章：土壤酸碱性.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 第一节土壤酸、碱性的形成第一节土壤酸、碱性的形成 一、土壤酸性一、土壤酸性 （一）土壤酸化过程（一）土壤酸化过程 土壤胶体上吸附的盐基离子被活性土壤胶体上吸附的盐基离子被活性H交换进交换进入土壤溶液后被淋失，入土壤溶液后被淋失，胶体上的交换性胶体上的交换性H不断增不断增加，并出现交换性铝，形成酸性土壤。加，并出现交换性铝，形成酸性土壤。1、土壤中、土壤中H+的来源的来源 (1)水的解离水的解离 (2)碳酸解离碳酸解离林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 (3)有机酸的解离有机酸的解离 (4)酸雨：我国每年排放酸雨：我国每年排放SO

2、2约约1.71067吨吨 (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 土壤交换性土壤交换性H+的饱和度达到一定限度，就会破的饱和度达到一定限度，就会破 坏硅酸盐粘粒晶体结构，其水铝片中坏硅酸盐粘粒晶体结构，其水铝片中Al转化为活性转化为活性Al3+，取代交换性取代交换性H而成为交换性而成为交换性Al3+。因此，矿质因此，矿质酸性土以交换性酸性土以交换性Al3+占绝对优势。占绝对优势。（二）土壤酸的类型（二）土壤酸的类型1、土壤活性酸、土壤活性酸 扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸度。扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸度。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 土壤土壤

3、pH 8.5 极强酸性极强酸性 强酸性强酸性 微酸性微酸性 中性中性 碱性碱性 强碱性强碱性 用水浸提，得到的用水浸提，得到的pH值反应土壤活性酸的强弱。用值反应土壤活性酸的强弱。用KCl浸提，得到的浸提，得到的pH值除反映土壤溶液中的氢离子外，还值除反映土壤溶液中的氢离子外，还反映由反映由K+交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。pH水水 大于大于pH盐盐 pH水水与与pH盐盐差值可反映土壤盐基饱和度，盐基饱和度差值可反映土壤盐基饱和度，盐基饱和度高的土壤，高的土壤，pH水水与与pH盐盐的差值小；盐基饱和度低的土壤，的差值小；盐基饱和度低的土壤，pH水水和和pH

4、盐盐的差值就大。的差值就大。测定土壤测定土壤pH值时的水土比，按国际土壤学会推荐用值时的水土比，按国际土壤学会推荐用2.5:1，水土比大时，测出的，水土比大时，测出的pH值稍偏大。值稍偏大。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学土壤土壤pH值和酸碱性分级值和酸碱性分级 2、土壤潜性酸、土壤潜性酸 潜性酸潜性酸土壤胶体吸附的土壤胶体吸附的H+、Al3+离子，在被离子，在被其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡：土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡：潜性酸潜性酸 活性酸活性酸 (1)强酸性土强酸性土 交交换换性性Al3+与与溶溶液液Al3

5、+平平衡衡,溶溶液液中中Al3+水水解解显显示酸性：示酸性：Al3+3H2O Al(OH)3+3H+强强酸酸性性土土中中，Al3+大大大大多多于于交交换换性性H+,是是活活性性酸（溶液酸（溶液H+离子）的主要来源。离子）的主要来源。如：如：pH4.8的红壤，交换性的红壤，交换性Al3+占总酸度的占总酸度的95%以上以上林林林林学学学学院院院院解解 吸吸吸附吸附土壤学土壤学(2 2)酸性和弱酸性土酸性和弱酸性土 盐盐 基基 饱饱 和和 度度 高高，交交 换换 性性 铝铝 以以 Al(OH)2+、Al(OH)2+等等形形态态存存在在。其其代代入入溶溶液液后后同同样样水水解解产产生生H+离子：离子：

6、Al(OH)2+2H2O Al(OH)3+2H+土壤交换性土壤交换性H+的离解也是溶液的的离解也是溶液的H+来源来源。可见土壤酸性起源：可见土壤酸性起源：先有活性酸，再转化为潜性酸；先有活性酸，再转化为潜性酸；酸性强弱决定于潜性酸，主要是交换性酸性强弱决定于潜性酸，主要是交换性Al3+；活性酸是潜性酸的表现。活性酸是潜性酸的表现。林林林林学学学学院院院院 土壤学土壤学 强强酸酸性性土土以以交交换换性性Al3+和和以以共共价价键键紧紧缚缚的的H+及及Al3+占优势占优势 酸酸性性土土致致酸酸离离子子以羟基铝离子为主。以羟基铝离子为主。中性、碱性土中性、碱性土交交换性阳离子则以盐基离换性阳离子则以

7、盐基离子为主。子为主。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院二、土壤碱性的形成二、土壤碱性的形成 1、土壤碱性的形成机理、土壤碱性的形成机理 土土壤壤中中碱碱性性物物质质主主要要是是Ca、Mg、Na、K的的碳碳酸酸盐及重碳酸盐，以及土壤的交换性盐及重碳酸盐，以及土壤的交换性Na+。碱性物质的水解反应是碱性形成的主要机理。碱性物质的水解反应是碱性形成的主要机理。(1)碳酸钙水解碳酸钙水解 CaCO3+H2O+CO2 Ca2+HCO3-+OH-(2)(2)碳酸钠水解碳酸钠水解 Na2CO3+2H2O 2Na+H2CO3-+2OH-林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 碳酸钠的来源：碳酸钠的来源：土壤

8、矿物质中钠的碳酸化。风土壤矿物质中钠的碳酸化。风化产物硅酸钠与碳酸作用化产物硅酸钠与碳酸作用(析出析出SiO2):CaCO3+NaCl CaCl2+Na2CO3(3)交换性钠的水解交换性钠的水解 当当土土壤壤胶胶体体的的交交换换性性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，并进一步形成碳酸盐并进一步形成碳酸盐Na2CO3、NaHCO3。2、影响土壤碱化的因素影响土壤碱化的因素 (1)气候因素气候因素(干湿度干湿度)碱碱性性土土分分布布在在干干旱旱、半半干干旱旱地地区区。在在干干旱旱、半半干干旱旱条条件

9、件下下，蒸蒸发发量量大大于于降降雨雨量量，土土壤壤中中的的盐盐基基物物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院(2)生物因素生物因素 Na、K、Ca、Mg等盐基生物积累。一些植物等盐基生物积累。一些植物适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质的作用。适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质的作用。如如:海蓬子含海蓬子含Na2CO3 3.75%，碱蒿含碱蒿含2.76%，盐蒿含盐蒿含2.14%，芦苇含，芦苇含0.49%。(3)母质母质 碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含碱性物质，含盐基物质多，形成的土

10、壤为碱性。碱性物质，含盐基物质多，形成的土壤为碱性。(4)施肥和灌溉施肥和灌溉 施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。如都江堰水质偏碱，长期用都江堰水灌溉的水稻如都江堰水质偏碱，长期用都江堰水灌溉的水稻田土壤田土壤pH有所提高。有所提高。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学第二节第二节 土壤碱度的指标土壤碱度的指标 一、土壤酸度的强度指标一、土壤酸度的强度指标 1、土壤、土壤pH pH=-lg(H+)（土壤平衡溶液）土壤平衡溶液）中性溶液：中性溶液：(H+)=(OH-)=10-7mol/L，pH=pOH=7 土壤土壤pH表示法：表示法：pH(H2O)水

11、浸提；水浸提；pH(KCl)中性盐中性盐1mol/L KCl溶液浸提。溶液浸提。一般土壤一般土壤pH(H2O)pH(KCl)。地理分布。我国土壤大部分地理分布。我国土壤大部分pH在在4.58.5之间。之间。“南酸北碱，沿海偏酸，内陆偏碱南酸北碱，沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。的地带性特点。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院2、石灰位、石灰位 土壤酸度主要决定于胶体吸附的致酸离子土壤酸度主要决定于胶体吸附的致酸离子H+、Al3+，其次决定于致酸离子与交换性盐基离子其次决定于致酸离子与交换性盐基离子(以以Ca2+为主为主)的相互比例，即盐基饱和度。的相互比例，即盐基饱和度。在交换性阳离子以在

12、交换性阳离子以Ca2+为主的土壤溶液中，为主的土壤溶液中，为为一一定定值值，取取负负对对数数为为pH-1/2pCa，定定义义为为石石灰灰位位，将将H+与与Ca2+数数量量联联系系起起来来，既既是是酸酸度指标，又是钙的有效度指标。度指标，又是钙的有效度指标。pH-1/2pCa是是Ca(OH)2(石灰石灰)的化学位的简单的化学位的简单函数，称钙的养分位，比函数，称钙的养分位，比pH更全面和更明显地反更全面和更明显地反映土壤酸度。映土壤酸度。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学土壤土壤类型类型pHpH 0.5pCa水稻土水稻土母质母质相差相差水稻土水稻土母质母质相差相差砖红壤砖红壤红红 壤壤黄棕壤黄

13、棕壤5.236.566.865.125.155.710.111.411.123.404.935.322.293.023.911.111.911.41二、土壤酸度的数量指标二、土壤酸度的数量指标1、交换酸、交换酸 土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入溶液后所反映出的酸度。入溶液后所反映出的酸度。Al3+3H2O Al(OH)3+3H+土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院水稻土及其母质的水稻土及其母质的pH与与pH-0.5pCa的比较的比较 用用1mol/L的的KCl(pH5.56.0)处理土壤，处理土壤，K+交换出氢离子或铝离子，通过滴定得到的酸度。交换

14、出氢离子或铝离子，通过滴定得到的酸度。交换性酸是酸度的容量因素，单位交换性酸是酸度的容量因素，单位Cmol/kg。2、水解酸水解酸 具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离子后所产生的酸度。子后所产生的酸度。CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH 水解酸的测定是用水解酸的测定是用1mol/L的的CH3COONa(pH 8.3)处理土壤。处理土壤。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的实际测定，因用实际测定，因用pH 8.3的的CH3COONa，既测定出既测定出羟基化表面解

15、离的羟基化表面解离的H+，也测出了因也测出了因Na+交换出的氢交换出的氢离子和铝离子产生的交换酸度，还包括了土壤溶离子和铝离子产生的交换酸度，还包括了土壤溶液中的活性酸，因此测定结果是土壤总酸度。液中的活性酸，因此测定结果是土壤总酸度。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院三、土壤碱性指标三、土壤碱性指标 1、总碱度、总碱度 土壤溶液中土壤溶液中CO32-和和HCO3-的总量，的总量，Cmol(+)/L。土土壤壤碱碱性性是是由由CO32-和和HCO3-的的水水溶溶性性强强碱碱(Na、K、Ca、Mg)盐的水解产生的：盐的水解产生的：CO32-+H2O HCO3-+OH-HCO3-+H2O H2CO

16、3+OH-CaCO3、MgCO3溶解度很小，产生的碱度有溶解度很小，产生的碱度有限。在正常限。在正常pCO2下下，石灰性土壤，石灰性土壤pH一般不超过一般不超过8.5。Na2CO3、NaHCO3及及Ca(HCO3)2为水溶性盐类为水溶性盐类,在在土壤溶液中产生的碱度高，导致很高的土壤溶液中产生的碱度高，导致很高的pH。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学2、碱化度、碱化度钠碱化度或钠化率钠碱化度或钠化率 土壤交换性钠占土壤交换性钠占CEC的百分率的百分率 (Exchangeable Sodium PercentageESP)ESP 5%10%10%15%15%轻度碱化土轻度碱化土 中度碱化土中

17、度碱化土 强碱化土强碱化土 盐土盐土土壤表层可溶性盐土壤表层可溶性盐(以以NaCl、Na2SO4等等中性盐为主中性盐为主)超过一定含量超过一定含量(620g/kg)。盐化作用盐化作用盐分表聚。盐分表聚。碱土碱土土壤碱化度达到一定程度，而可溶性盐土壤碱化度达到一定程度，而可溶性盐含量较低，总碱度高，呈强碱性反应，并形成土粒含量较低，总碱度高，呈强碱性反应，并形成土粒高度分散、物理性质极差的碱化层。高度分散、物理性质极差的碱化层。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院土壤碱化度分级土壤碱化度分级 我国碱土定义：碱化层碱化度我国碱土定义：碱化层碱化度30%，表层含盐量表层含盐量5g/kg，pH9.0

18、四、影响土壤酸度的因素四、影响土壤酸度的因素 1、气候、气候 高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量大而蒸发势较弱地区，矿物岩石风化所产生雨量大而蒸发势较弱地区，矿物岩石风化所产生的盐基物质大量淋失，使土壤酸化。的盐基物质大量淋失，使土壤酸化。我国大陆以北纬我国大陆以北纬30为界，形成为界，形成“南酸北碱南酸北碱”局面，与气候条件有关密切相关。局面，与气候条件有关密切相关。2、生物、生物 植物根系和微生物通过呼吸作用产生植物根系和微生物通过呼吸作用产生CO2，有机质矿质化也产生有机质矿质化也产生CO2，CO2溶解于水成碳酸。溶解于水成碳酸。林林林林学学学学

19、院院院院土壤学土壤学 土壤中专性微生物如硫化硝化细菌，将含硫土壤中专性微生物如硫化硝化细菌，将含硫含氮有机物转化成硫酸和硝酸，增强了土壤酸度。含氮有机物转化成硫酸和硝酸，增强了土壤酸度。3、施肥和灌溉、施肥和灌溉 施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。4、母质、母质 母质中含酸性物质使土壤酸化。母质中含酸性物质使土壤酸化。5、酸雨、酸雨6、土壤空气的、土壤空气的CO2分压分压 石石灰灰性性土土壤壤pH随随Pco2增增大大而而降降低低，变变化化于于7.58.5之间之间(田间田间)。CaCO3-CO2-H2O体系：体系：pH=6.03-2/3lgPco2 土壤

20、学土壤学林林林林学学学学院院院院7、土壤水分含量土壤水分含量 土壤土壤pH测定时的稀释效应，应控制土水比测定时的稀释效应，应控制土水比(一般一般1:2.5)。8、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，即酸性土向中性点趋近，即酸性土pH升高，碱性土升高，碱性土pH降低。降低。酸酸性性土土还还原原pH升升高高，由由于于Fe2O3、MnO2还还原溶解度增大，显示碱性，有机质加快还原过程。原溶解度增大，显示碱性，有机质加快还原过程。碱性土还原碱性土还原pH下降，主要由于在嫌气条件下降，主要由于在嫌气条件下有机酸和下有机酸和CO2的积累过程及其综合作用。的积累过程

21、及其综合作用。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 第三节第三节 土壤氧化还原反应土壤氧化还原反应一、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)，构成相应的氧化还原体系，构成相应的氧化还原体系。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 1、土壤空气中土壤空气中是主要氧化剂是主要氧化剂 在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如应，使多种物质呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。等。2、土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂，在土、土壤有机质特

22、别是新鲜有机物是还原剂，在土壤缺壤缺条件下，将氧化物转化为还原态。条件下，将氧化物转化为还原态。3、土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机、土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机体系。体系。无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 4、土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大、土壤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与。程度上有微生物参与。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

23、硝酸细菌作用下完成。5、土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土、土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。6、土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、排水而变化。排水而变化。二、土壤氧化还原指标二、土壤氧化还原指标 、强度指标、强度指标 (1)氧化还原电位氧化还原电位(Eh)：单位为伏单位为伏(V)或毫伏或毫伏(mV)土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院(2)电子活度负对数电子活度负对数pe(3)Eh与与pH 的关系的关系 土壤氧化还原反应总有土壤氧化还原反应总有H+参与，参

24、与，H+活度对氧活度对氧化还原平衡有直接影响。化还原平衡有直接影响。2、氧化还原强度指标与数量因素的关系、氧化还原强度指标与数量因素的关系 土土壤壤还还原原性性物物质质包包括括有有机机和和无无机机还还原原性性物物质质，还还原原性性物物质质总总量量可可测测定定，但但很很难难直直接接与与Eh联联系系起起来来。当当然然土土壤壤还还原原性性物物质质浓浓度度仍仍与与Eh有有密密切切的的统统计相关性。计相关性。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学三、影响土壤氧化还原的因素三、影响土壤氧化还原的因素 1、土壤通气性、土壤通气性 2、微生物活动、微生物活动 3、易分解有机质的含量、易分解有机质的含量 4、植物

25、根系的代谢作用、植物根系的代谢作用 5、土壤的、土壤的pH土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 第四节土壤缓冲性第四节土壤缓冲性一、土壤缓冲性概念一、土壤缓冲性概念 土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵抗变酸和变碱而保持抗变酸和变碱而保持pH稳定的能力，称土壤缓冲稳定的能力，称土壤缓冲作用，或缓冲性能。作用，或缓冲性能。二、土壤酸碱缓冲性二、土壤酸碱缓冲性 1、土壤酸、碱缓冲原理、土壤酸、碱缓冲原理 (1)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、碱物

26、质具有缓冲作用的体系。酸、碱物质具有缓冲作用的体系。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学如如 Hac+NaAc体系体系当加入当加入HCl：NaAc+HCl Hac+NaCl 当加入当加入NaOH:Hac+NaOH NaAc+H2O(2)土壤胶体交换性阳离子对酸碱的缓冲作用更大土壤胶体交换性阳离子对酸碱的缓冲作用更大 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 根根据据弱弱酸酸平平衡衡原原理理，弱弱酸酸用用碱碱中中和和形形成成盐盐，pH与中和程度之间的关系如下：与中和程度之间的关系如下：pHpKa

27、+lg盐盐酸酸 pHpKa+lg盐基盐基H+、Al3+土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 土壤土壤BS50%时，对酸碱的缓冲能力最大。时，对酸碱的缓冲能力最大。缓冲能力随弱酸及盐的总浓度或土壤缓冲能力随弱酸及盐的总浓度或土壤CEC增加而增加而增大。增大。2、土壤酸碱缓冲体系、土壤酸碱缓冲体系(1)碳酸盐体系碳酸盐体系:石灰性土壤的缓冲作用主要决定于石灰性土壤的缓冲作用主要决定于 CaCO3-H2O-CO2体系体系 pH6.03-2/3LogPco2 (2)硅酸盐体系：对酸性物质的缓冲作用。硅酸盐体系：对酸性物质的缓冲作用。(3)交换性阳离子体系：对酸、碱物质的缓冲作用交换性阳离子体系：对酸、

28、碱物质的缓冲作用 (4)铝体系：对碱性物质缓冲作用铝体系：对碱性物质缓冲作用(pH5.0)(5)有机酸体系：有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用有机酸体系：有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学3、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 缓缓冲冲容容量量(Buffering Capacity)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单单位位所所需需的的酸酸或或碱碱量量。用用酸酸碱碱滴滴定定获获得得绘绘制制滴滴定定曲曲线线，称称缓缓冲冲曲曲线线。不不同同土土壤壤缓缓冲冲容容量量(曲曲线线)不不同同，同同一一土土壤壤缓缓冲冲容容量量(曲线

29、斜率曲线斜率)也有变化。也有变化。腐殖酸有羧基、酚羟基等解离度不同的多个腐殖酸有羧基、酚羟基等解离度不同的多个酸基，其滴定曲线类似于多元酸。酸基，其滴定曲线类似于多元酸。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院土壤胶体带负电荷，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+饱和胶体的滴定曲线与强酸相似饱和胶体的滴定曲线与强酸相似Al3+饱和胶体的滴定曲线则与弱酸相似饱和胶体的滴定曲线则与弱酸相似 4、土壤缓冲性的影响因素、土壤缓冲性的影响因素 (1)土壤无机体的类型土壤无机体的类型 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 (2)土壤质地土壤质地 粘土壤土砂土粘

30、土壤土砂土 (3)土壤有机质含量土壤有机质含量 三三、土壤氧化还原缓冲性土壤氧化还原缓冲性 土壤加入少量氧化物质或还原物质，缓冲土壤加入少量氧化物质或还原物质，缓冲Eh变化的性能变化的性能 设设OxX Ox+Red A Red A-X 当当Ox略有增加引起略有增加引起Eh增加增加dEhdX，其倒数其倒数dX/dEh 即可作为氧化还原缓冲性指标。即可作为氧化还原缓冲性指标。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 表表示示使使单单位位土土壤壤Eh提提高高1个个单单位位所所需需加加入入氧氧化化物物质质量量，此此值值愈愈大大，缓缓冲冲指指数数愈愈大大。若若A值值一一定定，A2X即即OxRed1时时，体体

31、系系缓缓冲冲性最强性最强 如如右右图图，曲曲线线两两端端Eh变变化化显显著著，曲曲线线中中间间Eh变化接近于零。变化接近于零。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学第五节第五节 土壤酸碱性和氧化还原状态土壤酸碱性和氧化还原状态与生物环境与生物环境一、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 1、植物适宜的酸碱度、植物适宜的酸碱度 大大多多数数植植物物适适宜宜pH范范围围68，即即微微酸酸至至微微碱碱性性有有的的植植物物能能适适应应较较宽宽pH范范围围，有有的的只只能能在在一一定定的的pH范围生长，可作为土壤酸碱性的指示植物。范围生长，可作为土壤酸碱性的指示植物

32、。酸酸性性指指示示植植物物马马尾尾松松、油油茶茶、茶茶、映映山山红红铁铁芒箕、石松等。芒箕、石松等。钙质指示植物钙质指示植物柏树、蜈蚣草等。柏树、蜈蚣草等。盐碱指示植物盐碱指示植物盐蒿、碱蓬等盐蒿、碱蓬等。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 不同植物对土壤酸碱性的适应性是长期自不同植物对土壤酸碱性的适应性是长期自然选择的结果，差别在于：然选择的结果，差别在于：(1)生理适应性，与遗传性有关。生理适应性，与遗传性有关。(2)营养生理病，如酸性土缺钙引起梨的黑营养生理病，如酸性土缺钙引起梨的黑心病。心病。(3)营养菌害病，如马铃薯的疮痂病为生链营养菌害病，如马铃薯的疮痂病为生链霉菌引起的，对锰敏

33、感，酸性土壤中有效锰较霉菌引起的，对锰敏感，酸性土壤中有效锰较多，能抑制这种病菌，故马铃薯适宜于酸性土。多，能抑制这种病菌，故马铃薯适宜于酸性土。2、土壤、土壤Eh值范围和植物生长值范围和植物生长 土壤中发生的一系列氧化还原反应都在水土壤中发生的一系列氧化还原反应都在水的氧化还原稳定范围内进行的。的氧化还原稳定范围内进行的。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学体体系pH=0pH=4pH=9EOpeOEOpeOEOpeOO2H2O1.2320.80.9916.80.7011.8H+H2000.2440.539 氧氧体体系系（O2-H2O）EO为为1atmO2时时的的Eh，代代表氧化极限。表氧化极

34、限。氢氢体体系系（H+-H2）的的EO为为1atmH2时时的的Eh，代代表还原极限。表还原极限。土壤土壤pH一般在一般在49之间，之间，Eh有相应的变化。有相应的变化。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院土壤土壤水环境中水环境中Eh（V）和）和pe的变化范围的变化范围土壤氧化性和还原性一般作如下区分：土壤氧化性和还原性一般作如下区分：(1)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，对水等对旱作有利，对水稻不太适宜。如果稻不太适宜。如果Eh750mV，有机质好气分解有机质好气分解过旺，过旺，

35、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。(2)Eh400200mV 弱还原性弱还原性O2、NO3-、Mn4+发生还原，水稻生发生还原，水稻生长正常，旱作开始受影响。长正常，旱作开始受影响。(3)Eh 200100mV 中度还原性，中度还原性，Fe3+和和SO42-发生还原，出现有机发生还原，出现有机还原物质。旱作发生湿害。还原物质。旱作发生湿害。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 (4)Eh在在100mV以下以下 强度还原性，强度还原性，CO2、H+被还原，土壤积累多量被还原，土壤积累多量还原性物质，可使水稻受害还原性物质，可使水稻受害3、土壤、土壤pH、Eh与土壤

36、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。真菌适应酸性土。强酸性土中活性下降。真菌适应酸性土。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。在土壤通气性值降低。在土壤通气性一致条件下，一致条件下，Eh值可反映微生物活性。值可反映微生物活性。二、土壤酸碱性和氧化还原状况对养分有效性影响二、土壤酸碱性和氧化还原状况对养分有效性影响 1、土壤酸碱性对养分有效性的影响、土壤酸碱性对养分有效性的影响 土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院

37、土壤养分有效性与土壤养分有效性与pH有密切关系有密切关系。(1)土壤土壤pH6.5时，时，各种养分的有效性都较各种养分的有效性都较高。高。(2)在微酸至碱性土在微酸至碱性土壤中，氮、硫、钾的有壤中，氮、硫、钾的有效性高。效性高。(3)pH67土壤中，土壤中，磷的有效性最高。磷的有效性最高。pH5时，土壤活时，土壤活性铁、铝增加，易形成性铁、铝增加，易形成磷酸铁、铝沉淀。磷酸铁、铝沉淀。pH7时，易形成时，易形成磷酸钙沉淀。磷酸钙沉淀。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学 (4)pH6.58.5土壤中，有效钙、镁含量高，强土壤中，有效钙、镁含量高，强酸和强碱性土中，其含量低。酸和强碱性土中，其含

38、量低。(5)Fe、Mn、Cu、Zn有效性在酸性土中高在有效性在酸性土中高在pH7土壤中明显降低，常出现土壤中明显降低，常出现Fe、Mn供给不足。供给不足。(6)Mo在酸性土中有效性低，当在酸性土中有效性低，当pH6时，其时，其有效性增加。有效性增加。B在强酸性土和石灰性土中有效性较在强酸性土和石灰性土中有效性较低，在低，在pH67和和pH8.5的碱性土中有效性较高，的碱性土中有效性较高，表现较复杂的情况。表现较复杂的情况。2、土壤氧化还原状况对养分有效性的影响、土壤氧化还原状况对养分有效性的影响 主要影响变价元素的有效性。主要影响变价元素的有效性。Fe3+、Mn4+还原成还原成Fe2+、Mn2

39、+后溶解度和有效后溶解度和有效性增加。性增加。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 此外氮的形态：此外氮的形态：Eh480mV时，以时，以NO3-N为主，为主，适于旱作吸收适于旱作吸收。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。几种硫化物的溶解度：几种硫化物的溶解度：MnSFeSZnSCuS 造成土壤造成土壤Zn、Cu的有效性降低。的有效性降低。三、土壤酸碱性和氧化还原状况与有毒物质积三、土壤酸碱性和氧化还原状况与有毒物质积累累 1、强酸性土的铝锰胁迫与毒害、强酸性土的铝锰胁迫与毒害 在在pH5.5酸性土中，锰、铝易被

40、活化。大田作酸性土中，锰、铝易被活化。大田作物幼苗期对物幼苗期对Al3+很敏感，当游离很敏感，当游离Al3+达到达到0.2cmol/kg土时可使作物受害。土时可使作物受害。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 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+被沉淀，铝害消除。被沉淀，铝害消除。交换性交换性Mn2+达到达到29Cmol/kg土或植株干物质土或植株干物质含锰量超过含锰量超过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。施石灰中豆类易产生锰害，禾本科抗性较强。施石灰中和土壤至和土壤至pH6时，锰害可全部消除。时，锰害可全部消

41、除。2、氧化还原状况与有毒物质积累、氧化还原状况与有毒物质积累 在在长长期期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等还原物质大量积累。等还原物质大量积累。(1)亚铁亚铁 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+可高达可高达400mg/kg，如锈水田，可毒害水稻根系。如锈水田，可毒害水稻根系。土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院(2)H2S 在土壤富铁条件下形成在土壤富铁条件下形成FeS，但如土壤缺铁或但如土壤缺铁或在在pH6的条件下，出现较多的条件下，出现较多H2S对水稻发生毒害。对水稻发生毒害。(3)有机酸有机酸 水田在大量施

42、用新鲜有机肥时可积累较多的水田在大量施用新鲜有机肥时可积累较多的丁酸等有机酸，抑制水稻根系呼吸和养分吸收。丁酸等有机酸，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)对水稻对水稻吸收养分抑制程度的顺序为：吸收养分抑制程度的顺序为：H2PO4-、K+Si4+NH4+Mg2+、Ca2+四、土壤酸碱性的调节四、土壤酸碱性的调节 1、酸性土的改良、酸性土的改良 林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学施用石灰施用石灰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 根据酸性土的缓冲滴定

43、曲线计算根据酸性土的缓冲滴定曲线计算 石灰物质换算系数石灰物质换算系数:Ca(OH)2/CaO=74/56=1.32 CaCO3/CaO=100/56=1.79 在施用在施用CaO或或Ca(OH)2时，不易与土壤混合均时，不易与土壤混合均匀，使局部土壤匀，使局部土壤pH上升过高，影响植物生长，应上升过高，影响植物生长，应乘以经验数值乘以经验数值0.5得出实际施用量。若用得出实际施用量。若用CaCO3(石石灰石粉灰石粉)，作用缓和，经验数值一般为，作用缓和，经验数值一般为1.3。2、碱性土的改良、碱性土的改良改良改良pH8.5的碱性土的碱性土 土壤学土壤学林林林林学学学学院院院院 施用石膏施用石

44、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提高土壤空气提高土壤空气CO2浓度浓度五、土壤氧化还原状况的调节五、土壤氧化还原状况的调节 重点在水田土壤，核心是水、气关系。重点在水田土壤，核心是水、气关系。(1)水分过多的下湿田、深脚烂泥田，排水不水分过多的下湿田、深脚烂泥田，排水不畅，渗漏量过小，还原性强，畅，渗漏量过小，还原性强，Eh为负值，还原性为负值，还原性物质大量积累，导致作物低产。加强以排水、降物质大量积累，导致作物低产。加强以排水、降低地下水为主的水浆管理，改善土壤通气条件。低地下水为主的水浆管理，改善土壤通气条件。(2)缺水、漏水的水稻田，氧化性过强，对水缺水、漏水的水稻田，氧化性过强，对水稻生长不利，应蓄水保水和增施有机肥，促进土稻生长不利，应蓄水保水和增施有机肥，促进土壤适度还原。壤适度还原。林林林林学学学学院院院院土壤学土壤学