安师大环境土壤学讲义09土壤酸碱性和氧化还原反应.docx

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1、09.Soi1AcidityZA1ka1inityandRedoxReaction09土壤酸碱性和氧化还原反应目的要求：要求学生掌握土壤酸碱性的成因、衡量土壤酸碱性的指标、影响土壤酸碱性的主要因素,土壤酸度类型与土壤的缓冲作用，土壤的氧化还原过程特点及其影响因素，土壤酸碱性、氧化还原状况与肥力的关系。9.1 Formationofsoi1acidityanda1ka1inity土壤酸、碱性的形成Thesoi1reactionisatermusedtoindicatesoi1acidity/a1ka1inityoracid-basereactionsinsoi1s.Manysoi1chemica

2、1andbiochemica1reactionscanoccuron1yatspecificsoi1acidity/a1ka1inity.Therateofdecompositionofsoi1minera1sandorganicmatterisinf1uencedbysoi1acidity/a1ka1inity.Formationofc1ayminera1sdependsonsoi1pH.P1antgrowthisa1soaffectedeitherdirect1yorindirect1ybysoi1pH.H+ionsarereportedtohaveatoxiceffectonp1ants

3、whenpresentinhighconcentration.soi1acidity/a1ka1inityBasesaturationpercentage盐基饱和度丁广1eachingprocessesRe-basesaturationprocesses淋溶婪程J复盐岑化过程9.1.19.1.2 Formationofsoi1acidity土壤酸性的形成(1) 土壤酸化过程土壤酸化过程始于土壤溶液中的活性H+离子。土壤胶体上吸附的盐基离子被溶液中活性H+交换进入土壤溶液，然后遭雨水淋失，土壤胶体上的交换性H+不断增加，土壤盐基饱和度下降、氢饱和度增加，并出现交换性铝，这样使得土壤酸化，形成酸性

4、土壤。(2) OriginofH+insoi1s土壤中H+的来源DissociationofH2O水的解离DissociationofH2CO3碳酸解离Dissociationoforganicacid有机酸的解离Acidrain酸雨：我国每年排放SCh约17x1067吨Ortherinorganicacid其它无机酸；生理酸性肥料(KC1、NHQ等)施用等(3) 土壤中铝的活化土壤胶体上交换性H+的饱和度达到一定限度，就会破坏硅酸盐粘粒晶体结构，水铝片(八面体片)中AI就脱离晶格束缚，转化为活性AP+,进而取代交换性H而成为交换性A13+O交换性AF+水解就产生H，：Theabovereac

5、tioncontributestowardsincreasingtheH+ionconcentrationinsoi1s.(4) Thetypeofacidity土壤酸的类型 Activeacidity土壤活性酸与土壤固相处于平衡状态的土壤溶液中的H+所反映出来的酸度。ThefreeH+insoi1so1utioncreatetheactiveacidity.Activeacidityismeasuredandexpressedassoi1pH.扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸度。土壤PH值和酸碱性分级土壤PH8.5级别极强酸性强酸性微酸性中性碱性强碱性用水浸提，得到的PH值反应土壤活性

6、酸的强弱。用KCI浸提，得到的PH值除反映土壤溶液中的氢离子外，还反映由K+交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。故PH水通常大于PH盐。PH水与PH盐差值可反映土壤盐基饱和度，盐基饱和度高的土壤，PH水与PH盐的差值小；盐基饱和度低的土壤，pH水和PH盐的差值就大。测定土壤PH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PH值梢偏大。 Potentia1acidity土壤潜性酸吸附在土壤胶体表面的交换性致酸离子(H+和AP+)所反映出来的酸度。交换性H+和AP+只有转移到溶液中，转变成溶液中的氢离子，才会显示酸性。通过滴定(IitratiOn)确定其大小。土壤活性酸和潜性酸属

7、于一个体系中的两种酸，始终处于动态平衡。土壤潜性酸是活性酸的主要来源和后备。举例：A.强酸性土交换性AP+与溶液AF+平衡,溶液中AF+水解显示酸性：强酸性土中，交换性AA大大多于交换性H+,它是活性酸(溶液H+离子)的主要来源。如：pHV4.8的红壤，交换性AP+占总酸度的95%以上。B.酸性和弱酸性土盐基饱和度较高，交换性铝以A1(OH)2+、A1(OH)2+等形态存在。当其代入溶液后同样水解产生H+离子土壤酸性起源：先有活性酸，再转化为潜性酸；酸性的强酸又决定于潜性酸，主要是交换性AP,;活性酸是潜性酸的表现。强酸性土以交换性AW和以共价键紧束缚的H+及AF+占优势。酸性土致酸离子以羟基

8、铝离子为主。中性、碱性土交换性阳离子则以盐基离子为主。9.1.3 Formationofsoi1a1ka1inity土壤碱性的形成1 .土壤碱性的形成机理土壤中碱性物质一主要是Ca、Mg、Na、K的碳酸盐及重碳酸盐，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。(1)碳酸钙水解(2)碳酸钠水解碳酸钠的来源：土壤矿物质中钠的碳酸化。风化产物硅酸钠与碳酸的作用(析出SiO2)o中性钠盐与CaCO3的相互作用(3)交换性钠的水解当土壤胶体吸附的交换性Na+积累到一定数量，而土壤溶液的盐浓度较低时，Na+离解进入溶液，水解产生NaOH,并进一步形成碳酸盐NazC03NaHCO3。2

9、.影响土壤碱化的因索(1)气候因素(干湿度)碱性土分布在干旱、半干旱地区。在干旱、半干旱条件下，蒸发量大于降雨量，土壤中的盐基物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。(2)生物因素Na、K、Ca、Mg等盐基的生物积累。一些植物适应在较干旱条件下生长，而且有富集碱性物质的作用：海蓬子含Na2CCh3.75%,碱蒿含2.76%。盐蒿含2.14%,芦苇含0.49%。(3)母质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，形成的土壤为碱性。(4)施肥和灌溉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田土壤pH有所提高。9.2Formu1ationofs

10、oi1acidity土壤酸度的指标土壤酸、碱性简称为土壤酸度。土壤酸性强度指标：pH、石灰位活性酸土壤酸性数量指标：交换性酸、水解性酸潜性酸9.2.1 Intensityindexofsoi1acidity土壤酸度的强度指标1. Soi1pHThetermPHwasintroducedbySOrensenin1908andisdefinedasPH=Ig-=TgAkrAr.WhereAh+=activityofH+ions.However,frequent1yit,smoreconvenienttouseH+ionconcentrationratherthanactivity,andabove

11、equationbecomespH=1g-=-1g(H+)H土壤pH表示与土壤固相处于平衡的溶液中的H+离子浓度的负对数。中性溶液：(H+)=(OH)=107mo1,pH=pOH=7土壤pH表示法：PH(H20)-水浸提；反映土壤活性酸的强弱。测定土壤PH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PH值稍偏大。一般情况下土壤pH490PH(KC1)中性盐1mo11KC1溶液浸提。一般土壤pH(H20)pH(KC1)o中国土壤PH的地理分布:我国土壤大部分PH在4.58.5之间。“南酸北碱，沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。2. Soi1pHrangeBasedonther

12、a1ativedegreeofacidity,soi1saredividedintosevera1acidityora1ka1inityc1asses.Acidsoi1sareusua11ycommoninhumidregions.Inthissoi1s,theconcentrationofH+ionsexceedsthatofOH-ions.A1ka1inesoi1soccurmost1yinsemiaridtoaridregions.HeretheOHionsaredominantovertheH+ions.Neutra1itySoi1pHrangesorsoi1reactionc1ass

13、es3. 石灰位土壤酸度主要决定于胶体吸附的致酸离子H+、AP+,其次决定于致酸离子与交换性盐基离子(以Ca?+为主)的相互比例，即盐基饱和度。在交换性阳离子以Ca?+为主的土壤溶液中，为一定值，取负对数为pH-12pCa,定义为石灰位，将H+与Ca?+数量联系起来，既是酸度指标，又是钙的有效度指标。pH-12pCa是Ca(OH)2(石灰)的化学位的简单函数，称钙的养分位。它比PH更全面和更明显地反映土壤的酸度。9.2.2 Quantityindexofsoi1acidity土壤酸度的数量指标1. Exchangeab1eacidity交换性酸土壤胶体吸附H+或AF+通过交换进入溶液后所反映出

14、的酸度。A13+3H2OA1(OH)3+3H+用ImoIZ1的KC1处理土壤，K+交换出氢离子或铝离子，通过滴定得到的酸度。交换性酸是酸度的容量因素，单位CmO1(+)kg.2. Hydro1yticacidity水解性酸水解性酸的测定是用PH8.3的CH3COONa处理土壤，既测定出羟基化表面解离的H+,也测出了Na+交换出的H和AP+产生的交换酸度，还包括土壤溶液中的活性酸，因此测定结果是土壤总酸度。CH3COONa+H2O(H3COOH+NaOHC1ayH,4CH3COONaC1ay就+上A1(OH)3,4CH3COOH9.2.3 IndexOfsoi1a1ka1inity土壤碱性指标除

15、PH外，总碱度和碱化度也是反映土壤碱性强弱的指标。1. Tota1a1ka1inity总碱度土壤溶液中CO32和HCO3-的总量，cmo1(-)1土壤碱性是由CO3和HCO3-的水溶性强碱(Na、K、CaMg)盐水解产生的：CO32+H2OAHCO3+0HHCO3+H2OHi2CO3+OHCaCO3、MgCo3溶解度很小，产生的碱度有限。在正常PCO2下，石灰性土壤PH一般不超过8.5。Na2CO3,NaHCCh及Ca(HCO3)2为水溶性盐类,在土壤溶液中产生的碱度高，导致很高的pH。2. Exchangeab1eSodiumPercentageESP碱化度土壤胶体吸附的交换性钠占CEC的百分率。ESP5%10%10%15%15%轻度碱化土中度碱化土强碱化土盐土一土壤表层可溶性盐(以NaC1、Na2SO4等中性盐为主)超过一定含量(620gkg)。盐化作用(Sa1iniZatiOn)盐分表聚。碱土一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，并形成土粒高度分散、物理性质极差的碱化层。碱化作用(a1