土壤酸碱性和氧化还原反应(1).ppt

第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第七章土壤酸碱性和氧化还原反应第七章第七章 土壤酸碱性和氧化还原反应土壤酸碱性和氧化还原反应1.土壤溶液的两项极为重要的化学性质土壤溶液的两项极为重要的化学性质2.既与土壤溶液的组成密切相关，又与土壤固相和既与土壤溶液的组成密切相关，又与土壤固相和气相紧紧相连气相紧紧相连3.随着自然条件的变化（季节性的温度、湿度等的随着自然条件的变化（季节性的温度、湿度等的变化）、人为耕作措施和植物生长的变化而变化变化）、人为耕作措施和植物生长的变化而变化4.对土壤肥力和植物营养有重要影响对土壤肥力和植物营养有重要影响土壤酸碱性和氧化还原性的重要性土壤酸碱性和氧化还原性的重要性第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源一、土壤酸碱性的来源（一）土壤酸性的成因（一）土壤酸性的成因1 1气候因素气候因素2 2生物因素生物因素3 3施肥和灌溉的影响施肥和灌溉的影响 氢离子的来源：氢离子的来源：（1 1）水的解离：）水的解离：（2 2）碳酸解离：）碳酸解离：（3 3）有机酸的解离：）有机酸的解离：（4 4）酸雨：）酸雨：（5 5）其它无机酸）其它无机酸 （二）碱性土的成因（二）碱性土的成因土土壤壤碱碱性性反反应应及及碱碱性性土土壤壤形形成成是是自自然然成成土土条条件件和和土土壤壤内内在在因因素素综综合合作作用用的的结结果果。碱碱性性土土壤壤的的碱碱性性物物质质主主要要是是钙钙、镁镁、钠钠的的碳碳酸酸盐盐和和重重碳碳酸酸盐盐，以以及及胶胶体体表表面面吸吸附附的的交交换换性性钠钠。形形成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。CaCO3+H2O=Ca2+HCO3-+OH-第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度二、土壤酸度1 1活性酸活性酸(soil active acidity)(soil active acidity)土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的氢离子土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的氢离子(H+)(H+)浓度直接反应出来的酸度。土壤溶液中氢离子的浓度直接反应出来的酸度。土壤溶液中氢离子的浓度越大，则活性酸度也越强。通常用浓度越大，则活性酸度也越强。通常用pHpH值来表示。值来表示。第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度二、土壤酸度1 1活性酸活性酸(soil active acidity)(soil active acidity)2 2潜性酸潜性酸(soil potential aciditysoil potential acidity)土壤潜性酸是由于土壤胶粒上吸附着土壤潜性酸是由于土壤胶粒上吸附着H H+和和A1A13+3+所产生的所产生的酸度，这些致酸离子只有在离子交换作用进入土壤溶液时，酸度，这些致酸离子只有在离子交换作用进入土壤溶液时，才显出酸性。所以它是土壤酸的潜在来源，故称为潜性酸。才显出酸性。所以它是土壤酸的潜在来源，故称为潜性酸。潜潜性性酸酸（1）交换性酸度）交换性酸度(soil exchangeable acidity)（2 2）水解性酸度）水解性酸度(soil hydrolytic acidity)几种土壤中的交换性酸量和水解性酸量的比较几种土壤中的交换性酸量和水解性酸量的比较 3.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。由由于于它它通通常常是是用用滴滴定定法法测测定定的的，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值值在在意意义义上上是不同的。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土壤总酸度活性酸度潜在酸度第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度二、土壤酸度三、土壤碱度和碱化度三、土壤碱度和碱化度土壤碱性指标：土壤碱性指标：土壤土壤pHpH值值、总碱度总碱度和和碱化度碱化度 总碱度总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。总量。我国则以碱化层的我国则以碱化层的碱化度碱化度30%30%,表层表层含盐量含盐量0.5%9.09.0定为定为碱土碱土(alkaline soil)(alkaline soil)。而将土壤碱化度为而将土壤碱化度为5 51010定为轻度碱化土壤，定为轻度碱化土壤，10101515为为中度碱化土壤中度碱化土壤，15152020为为强碱化土壤强碱化土壤。第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性一、土壤酸碱性的来源一、土壤酸碱性的来源二、土壤酸度二、土壤酸度三、土壤碱度和碱化度三、土壤碱度和碱化度四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念、土壤缓冲性的概念 狭狭义义：把把少少量量的的酸酸或或碱碱加加入入到到土土壤壤里里，其其pHpH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，叫叫做做土土壤壤的的缓缓冲性能或缓冲作用冲性能或缓冲作用。广义：广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，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，具有抗衡外界污染物质、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。环境变化的能力。第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念、土壤缓冲性的概念2、土壤具有缓冲性的原因、土壤具有缓冲性的原因 1 1）土壤溶液中弱酸及其盐类的存在；）土壤溶液中弱酸及其盐类的存在；2 2）土壤胶体的阳离子交换作用；）土壤胶体的阳离子交换作用；3 3）土壤中两性物质的存在。）土壤中两性物质的存在。第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念、土壤缓冲性的概念2、土壤具有缓冲性的原因、土壤具有缓冲性的原因3、缓冲容量、缓冲容量 缓冲容量：表示缓冲作用的大小。指土壤溶液改变一缓冲容量：表示缓冲作用的大小。指土壤溶液改变一个单位个单位pHpH值所需一定浓度的酸量或碱量。值所需一定浓度的酸量或碱量。第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能1、土壤缓冲性的概念、土壤缓冲性的概念2、土壤具有缓冲性的原因、土壤具有缓冲性的原因3、缓冲容量、缓冲容量4、影响缓冲性的因素、影响缓冲性的因素 （1 1）粘土矿物类型；（）粘土矿物类型；（2 2）土壤质地；（）土壤质地；（3 3）土壤有机质）土壤有机质第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能1、影响养分的固定、释放与淋失；、影响养分的固定、释放与淋失；2、影响土壤微生物活性；、影响土壤微生物活性；3、影响粘粒矿物的生成；、影响粘粒矿物的生成；4、影响土壤理化性质；、影响土壤理化性质；5、影响作物生长；、影响作物生长；五、五、土壤反应对土壤肥力和植物生长的影响土壤反应对土壤肥力和植物生长的影响 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植物营养元素的有效性与植物营养元素的有效性与pHpH的关系的关系 第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性四、土壤的缓冲性能四、土壤的缓冲性能五、五、土壤反应对土壤肥力和植物生长的影响土壤反应对土壤肥力和植物生长的影响六、土壤酸碱性的调节六、土壤酸碱性的调节（一）土壤酸度的调节（一）土壤酸度的调节土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉来调节。土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉来调节。可分为可分为 生灰石（生灰石（CaOCaO）熟石灰熟石灰Ca(OH)Ca(OH)2 2 石灰石粉石灰石粉【CaCOCaCO3 3】草木灰、蚌壳灰草木灰、蚌壳灰 石灰需要量土壤体积石灰需要量土壤体积容重容重阳离子交换量（阳离子交换量（1-1-盐基饱和度）盐基饱和度）石灰需要量石灰需要量 影响石灰用量因素有：影响石灰用量因素有：（1 1）土壤潜性酸和）土壤潜性酸和pHpH值、有机质含量、盐基值、有机质含量、盐基饱和度、土壤质地等土壤性质；饱和度、土壤质地等土壤性质；（2 2）作物对酸碱度的适应性；）作物对酸碱度的适应性；（3 3）石灰的种类和施用方法等。）石灰的种类和施用方法等。假设某红壤的假设某红壤的pH为为5.0,耕层土壤为耕层土壤为2250000公斤公斤/公顷，土壤含水量为公顷，土壤含水量为20，阳离，阳离子交换量为子交换量为10Cmol/kg土土,盐基饱和度为盐基饱和度为60%,试计算达到试计算达到pH=7时时,中和活性酸和潜性酸中和活性酸和潜性酸的石灰需要量的石灰需要量(理论值理论值)。中和活性酸中和活性酸pH=5时时,土壤溶液中土壤溶液中H+=10-5,mol/kg土土,则每公顷耕则每公顷耕层土壤含层土壤含H+离子为离子为:225000020%10-5=4.5molH+/公顷公顷同理同理:pH=7时时,每公顷土壤中含每公顷土壤中含H+离子为离子为225000020%10-7=0.045molH+/公顷公顷所以需要所以需要中和活性酸中和活性酸量为量为4.5-0.045=4.455molH+/公顷公顷若以若以CaO中和中和:其需要量其需要量124.74克克中和潜性酸中和潜性酸:2250000(10/100)(1-60/100)=90000molH+/公顷公顷9000056/2=2520000克克=2520公斤公斤/公顷公顷案例案例1 1土壤碱性的调节土壤碱性的调节调节土壤碱性的方法主要有几下几种：调节土壤碱性的方法主要有几下几种：施用有机肥料，利用有机肥分解释放出大量的施用有机肥料，利用有机肥分解释放出大量的C0C02 2或有机酸从而减低土壤或有机酸从而减低土壤pHpH值；值；施用硫磺硫化铁及废硫酸或绿矾施用硫磺硫化铁及废硫酸或绿矾(FeS04)(FeS04)等；等；施用生理酸性肥料；施用生理酸性肥料；对碱化土、碱土，可施用石膏、硅酸钙，以钙对碱化土、碱土，可施用石膏、硅酸钙，以钙将胶体上的将胶体上的Na+Na+代换下来随水流出土体，从而降低代换下来随水流出土体，从而降低土壤土壤pHpH并改善土壤的物理性状并改善土壤的物理性状(如下反应式如下反应式)。第七章第七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第一节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性第二节第二节 土壤氧化还原性土壤氧化还原性土壤中氧化还原体系&土壤中产生氧化还原反应的物质很多，存在着多种土壤中产生氧化还原反应的物质很多，存在着多种氧化还原体系：氧化还原体系：氧体系氧体系 0 02 2十十4H4H+4e=2H+4e=2H2 20 0 氮体系氮体系 N0N03 3-+H+H2 20+2e=20H0+2e=20H-+N0+N02 2-铁体系铁体系 FeFe3+3+e=Fe+e=Fe2+2+锰体系锰体系 Mn0Mn02 2+4H+4H+2e+2eMnMn2+2+2H20+2H20 硫体系硫体系 S0S04 42-2-+H+H2 20+2e0+2eS0S03 32-2-+20H+20H-S0 S03 32-2-+3H+3H2 2O+6e=SO+6e=S2-2-+60H+60H-氢体系氢体系 2H2H+2e+2eH2H2 有机物体系有机物体系 包括各种有机酸类、酚类、醛类包括各种有机酸类、酚类、醛类和糖类化合物。和糖类化合物。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无机体系和有机体系两土壤中氧化还原体系有无机体系和有机体系两类。类。土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应，但很大土壤中氧化还原反应虽有纯化学反应，但很大程度上是由生物参与的。程度上是由生物参与的。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，最好多点测定求平均值。性土样，最好多点测定求平均值。土壤中氧化还原平衡经常变动，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，土壤氧化还原永远不可能达到真正的平衡。说，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到平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，通常以衡，其平衡电位，称为氧化还原电位，通常以Eh表示。表示。土壤氧化还原指标 土壤氧化还原电位变化范围土壤氧化还原电位变化范围 旱地土壤：旱地土壤：200 200 750 750 mvmv 400 400 700 700 mvmv （多数作物正常发育（多数作物正常发育水田土壤：水田土壤：排水种植旱作期间：排水种植旱作期间：500 500 mvmv 淹水期间：淹水期间：150 通气通气氧化（排水烤田）氧化（排水烤田）淹水淹水厌气厌气还原（淹水泡田）还原（淹水泡田）