1、第十章 土壤酸堿性和氧化還原反應(yīng)第一節(jié)土壤酸、堿性的形成土壤酸堿性反應(yīng) 土壤酸堿反應(yīng)是氣候、植被、成土母質(zhì)等及人為因素共同作用的結(jié)果 土壤酸堿反應(yīng)是指土壤酸性或堿性的程度，常以pH值表示。我國土壤的酸堿性反應(yīng)，大多數(shù)在pH4.58.5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），長江以南的土壤多為酸性或強酸性，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吉林、內(nèi)蒙古、華北的堿土的pH值有的高達10.5；臺灣省新八仙山和廣東省鼎湖山、五指山的黃壤的pH值有低至3.63.8，以上是已知的我國土壤的最高和最低PH范圍。幾種酸性土剖面圖紅壤赤紅壤磚紅壤土壤酸

2、性 一、土壤酸性 （一）土壤酸化過程 土壤膠體上吸附的鹽基離子被活性H交換進入土壤溶液后被淋失，膠體上的交換性H不斷增加，并出現(xiàn)交換性鋁，形成酸性土壤。 土壤學土壤酸性,一方面與溶液中H+濃度相關(guān)，另一方面更多的是與土壤膠體上吸附的致酸離子（H+或Al3+）有密切關(guān)系。（1）水的解離： H2O H+ + OH-（2）碳酸的解離： H2CO3 H+ + HCO3- （3）有機酸的解離：有機酸 H+ +RC （4）無機酸 ： 硝化作用產(chǎn)生硝酸、硫化作用可產(chǎn)生硫酸；（NH4）2SO4、KC1和NH4C1等生理酸性肥料施入到土壤中， 因為陽離子NH4+、K+被植物吸收而留下酸根，導致溶液中H+增多。

3、（5）酸雨 ：pH5.6的夾帶大氣酸性物質(zhì)的降水。我國每年排放SO2約1.71067噸O O- 1. 土壤中H+的來源 土壤酸性酸雨！ 在自然界自然產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，在正常的降雨過程中能稀釋，使它們不會產(chǎn)生什么危害。 人為活動: 如燃煤發(fā)電廠、工業(yè)燃煤的鍋爐、家庭炊用和取暖用煤以及機動車等排放的大量含硫和含氮的廢氣, 這些人類活動排放到大氣中的含硫和含氮的氧化物在運行過程中，經(jīng)過復雜的大氣化學和大氣物理作用，形成硫酸鹽和硝酸鹽，與空氣中水分反應(yīng)形成酸，隨雨、雪等降落到地面，就是硫酸和硝酸的水溶液，就形成了酸雨。 土壤酸性2 .土壤中鋁的活化膠體上交換性鋁離子被交換進入溶液后使土壤呈酸性。 氫離子

4、進入土壤 ， 隨著陽離子交換作用的進行，土壤鹽基飽和度下降，而氫離子飽和度漸漸提高。 當土壤粘粒礦物表面吸附的氫離子超過一定限度時，這些膠粒的晶體結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，有些鋁氧八面體被解體，使鋁離子脫離了八面體晶體的束縛，變成活性鋁離子?；钚凿X離子被吸附在帶負電荷的粘粒表面，轉(zhuǎn)變?yōu)榻粨Q性鋁離子，交換性鋁離子解吸后，水解形成酸性：因此，礦質(zhì)酸性土以交換性Al3+占絕對優(yōu)勢。Al3+ 3H2O Al(OH)3 + 3H+土壤酸性1.活性酸 二、土壤酸的類型土壤溶液中游離的H+所表現(xiàn)的酸度?；钚运岫鹊谋硎荆簺Q定土壤溶液中H+濃度，通常用pH值表示， 即pH=-lgH+定義土壤酸性 土壤pH 8.5 極強

5、酸性 強酸性 微酸性 中性 堿性 強堿性 用水浸提，得到的pH值反應(yīng)土壤活性酸的強弱。用KCl浸提，得到的pH值除反映土壤溶液中的氫離子外，還反映由K+交換出的氫離子和鋁離子顯出的酸性。 pH水 大于pH鹽 pH水與pH鹽差值可反映土壤鹽基飽和度，鹽基飽和度高的土壤，pH水與pH鹽的差值小；鹽基飽和度低的土壤，pH水和pH鹽的差值就大。 測定土壤pH值時的水土比，按國際土壤學會推薦用2.5:1，水土比大時，測出的pH值稍偏大。土壤學土壤pH值和酸堿性分級 2、土壤潛性酸 潛性酸土壤膠體吸附的H+、Al3+離子，在被其它陽離子交換進入溶液后，才顯示酸性。 土壤活性酸與潛性酸處于動態(tài)平衡： 潛性酸

6、 活性酸 (1)強酸性土 交換性Al3+與溶液Al3+平衡,溶液中Al3+水解顯示酸性：Al3+3H2O Al(OH)3+3H+ 強酸性土中，Al3+大大多于交換性H+,是活性酸（溶液H+離子）的主要來源。 如：pH4.8的紅壤，交換性Al3+占總酸度的95%以上解 吸吸附土壤學 (2)酸性和弱酸性土 鹽基飽和度高，交換性鋁以Al(OH)2+、Al(OH)2+等形態(tài)存在。其代入溶液后同樣水解產(chǎn)生H+離子：Al(OH)2+2H2O Al(OH)3+2H+ 土壤交換性H+的離解也是溶液的H+來源。 可見土壤酸性起源： 先有活性酸，再轉(zhuǎn)化為潛性酸； 酸性強弱決定于潛性酸，主要是交換性Al3+； 活性

7、酸是潛性酸的表現(xiàn)。土壤學 強酸性土以交換性Al3+和以共價鍵緊縛的H+及Al3+占優(yōu)勢 酸性土致酸離子以羥基鋁離子為主。 中性、堿性土交換性陽離子則以鹽基離子為主。 土壤學土壤酸化過程土壤膠體Na+Mg2+K+Na+H+Ca2+H+H+H+ 增加，土壤酸化Ca2+K+Mg2+鹽基離子淋溶離子交換Al3+Al3+ 活性酸潛性酸先有活性酸，后有潛性酸； 潛性酸大大地大于活性酸；活性酸與潛性酸處于動態(tài)平衡中。 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。土壤酸性活性酸和潛性酸的關(guān)系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

8、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。土壤總酸度活性酸度潛在酸度二、土壤堿性的形成 1、土壤堿性的形成機理 土壤中堿性物質(zhì)主要是Ca、Mg、Na、K的碳酸鹽及重碳酸鹽，以及土壤的交換性Na+。堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)是堿性形成的主要機理。(1)碳酸鈣水解 CaCO3+H2O+CO2 Ca2+HCO3 - +OH-(2)碳酸鈉水解 Na2CO3+2H2O 2Na+H2CO3 - +2OH- 土壤學 碳酸鈉的來源：土壤礦物質(zhì)中鈉的碳酸化。風化產(chǎn)物硅酸鈉與碳酸作用(析出SiO2): CaCO3+NaCl CaCl2+Na2CO3(3)交換性鈉的水解 當土壤膠體的交換性Na

9、+積累到一定數(shù)量，土壤溶液鹽濃度較低時，Na+離解進入溶液，水解產(chǎn)生NaOH，并進一步形成碳酸鹽Na2CO3、NaHCO3。 2、影響土壤堿化的因素 (1)氣候因素(干濕度) 堿性土分布在干旱、半干旱地區(qū)。在干旱、半干旱條件下，蒸發(fā)量大于降雨量，土壤中的鹽基物質(zhì)，隨著蒸發(fā)而表聚，使土壤堿化。土壤學(2)生物因素 Na、K 、Ca、Mg等鹽基生物積累。一些植物適應(yīng)在干旱條件下生長，有富集堿性物質(zhì)的作用。 如:海蓬子含Na2CO3 3.75%，堿蒿含2.76%，鹽蒿含2.14%，蘆葦含0.49%。 (3)母質(zhì) 堿性物質(zhì)的基本來源?；詭r、超基性巖富含堿性物質(zhì)，含鹽基物質(zhì)多，形成的土壤為堿性。 (4

10、)施肥和灌溉 施用堿性肥料或用堿性水灌溉會使土壤堿化。 如都江堰水質(zhì)偏堿，長期用都江堰水灌溉的水稻田土壤pH有所提高。土壤學第二節(jié) 土壤酸度的指標 一、土壤酸度的強度指標 1、土壤pH pH=-lg(H+)（土壤平衡溶液） 中性溶液： (H+)=(OH-)=10-7mol/L， pH=pOH=7 土壤pH表示法：pH(H2O)水浸提； pH(KCl)中性鹽1mol/L KCl溶液浸提。 一般土壤pH(H2O)pH(KCl)。 地理分布。我國土壤大部分pH在4.58.5之間。 “南酸北堿，沿海偏酸，內(nèi)陸偏堿”的地帶性特點。土壤學2、石灰位 土壤酸度主要決定于膠體吸附的致酸離子H+、Al3+，其次

11、決定于致酸離子與交換性鹽基離子(以Ca2+為主)的相互比例，即鹽基飽和度。 在交換性陽離子以Ca2+為主的土壤溶液中， 為一定值，取負對數(shù)為pH-1/2pCa，定義為石灰位，將H+與Ca2+數(shù)量聯(lián)系起來，既是酸度指標，又是鈣的有效度指標。 pH-1/2pCa是Ca(OH)2(石灰)的化學位的簡單函數(shù)，稱鈣的養(yǎng)分位，比pH更全面和更明顯地反映土壤酸度。 土壤學土壤類型pHpH 0.5pCa水稻土母質(zhì)相差水稻土母質(zhì)相差磚紅壤紅 壤黃棕壤5.236.566.865.125.155.710.111.411.123.404.935.322.293.023.911.111.911.41土壤學水稻土及其母質(zhì)

12、的pH與pH-0.5pCa的比較 用過量中性鹽（氯化鉀、氯化鈉等）溶液，與土壤膠體發(fā)生交換作用，土壤膠體表面的氫離子或鋁離子被浸提劑的陽離子所交換，使溶液的酸性增加。測定溶液中氫離子的濃度即得交換性酸的數(shù)量。 土壤酸性二、土壤酸度的數(shù)量指標1、交換酸 土壤膠體吸附的氫離子或鋁離子通過交換進入溶液后所反映出的酸度。 Al3+3H2O Al(OH)3+3H+交換性酸用1mol/L的KCl(pH5.56.0)處理土壤，K+交換出氫離子或鋁離子，通過滴定得到的酸度。交換性酸是酸度的容量因素，單位是 cmol（+）kg-1M+M+ 4KClH+M+M+K+K+Al3+K+K+Al3+ 3H2O Al(O

13、H)3 + 3H+Al3 + + H+用中性鹽溶液浸提而測得的酸量只是土壤潛性酸量的大部分，而不是它的全部。交換性酸在進行調(diào)節(jié)土壤酸度估算石灰用量時有重要參考價值。 土壤酸性土壤學 CH3COONa水解產(chǎn)生NaOH，pH值可達8.5，Na+可以把絕大部分的代換性氫離子和鋁離子代換下來，從而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的總量即得水解性酸度。用過量強堿弱酸鹽（CH3COONa）浸提土壤，膠體上的氫離子或鋁離子釋放到溶液中所表現(xiàn)出來的酸性。土壤酸性 2、水解酸 具有羥基化表面的土壤膠體，通過解離氫離子后所產(chǎn)生的酸度。 水解酸的測定是用1mol/L的CH3COONa(pH 8.3)處理土壤。 水解性酸(用

14、pH8.2 NaOAc溶液提取） cmol（+） kg-1 Al3+M+M+H+ 4CH3COONa M+M+Na+Na+Na+Na+ 4CH3COOH+ Al(OH)3 用堿滴定溶液中醋酸的總量即是水解酸的量。土壤水解酸反應(yīng)生成難電離的Al(OH)3和CH3COOH，所以反應(yīng)向右進行徹底，即土壤膠體中吸附的H+和Al3+能較完全被交換出來。水解性酸度也可作為酸性土壤改良時計算石灰需要量的參考數(shù)據(jù)。土壤酸性 交換酸和水解酸的實質(zhì)是不同的，水解酸的實際測定，因用pH 8.3的CH3COONa，既測定出羥基化表面解離的H+，也測出了因Na+交換出的氫離子和鋁離子產(chǎn)生的交換酸度，還包括了土壤溶液中的

15、活性酸，因此測定結(jié)果是土壤總酸度。土壤學水解性酸度一般要比交換性酸度大得多，但這兩者是同一來源，本質(zhì)上是一樣的，都是潛性酸，只是交換作用的程度不同而已。第三節(jié) 土壤堿性 幾種堿性土剖面圖石灰性土濱海鹽土土壤堿性 土壤弱酸強堿鹽的水解，碳酸及重碳酸的鉀、鈉、鈣、鎂等鹽類。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等;其次是土壤膠體上的Na+的代換水解作用。OH-的來源土壤堿性1 . 碳酸鈣水解 CaCO3+H2O Ca2+ +HCO3- + OH- 2. 碳酸鈉的水解 Na2CO3 + 2H2O 2Na+ + 2OH- + H2CO3 3 . 交換性鈉的水解 土壤膠體上交換性鈉解吸： xNa+ +

16、 yH2O （x-y）Na+ + yNaOH yH+ 一、土壤堿性形成的原因土壤堿性二、土壤堿性指標 1、總堿度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的總量。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，故可用總堿度作為土壤堿化程度分級的指標之一。 土壤溶液中CO32-和HCO3-的總量，Cmol(+)/L。 土壤堿性是由CO32-和HCO3-的水溶性強堿(Na、K、Ca、Mg)鹽的水解產(chǎn)生的：CO32-+H2O HCO3-+OH-HCO3- +H2O H2CO3 +OH- CaCO3、 MgCO3溶解度很小，產(chǎn)生的堿度有限。在正常pCO2下，石灰性土壤pH一般不超過8.5。Na2

17、CO3 、NaHCO3及Ca(HCO3)2為水溶性鹽類,在土壤溶液中產(chǎn)生的堿度高，導致很高的pH。這種因石灰性物質(zhì)所引起的弱堿性反應(yīng)（pH值7.58.5）稱為石灰性反應(yīng)，該土壤稱之為石灰性土壤。 土壤學2、堿化度鈉堿化度或鈉化率 土壤交換性鈉占CEC的百分率(Exchangeable Sodium PercentageESP) 當土壤堿化度達到一定程度，可溶鹽含量較低時，土壤就呈極強的堿性反應(yīng)，土壤理化性質(zhì)上發(fā)生惡劣變化，稱為土壤的堿化作用。 5%10% 10%15% 15% 輕度堿化土 中度堿化土 強堿化土 土壤學土壤堿化度分級ESP鹽土土壤表層可溶性鹽(以NaCl、Na2SO4等中性 鹽為

18、主)超過一定含量(620g/kg)。鹽化作用鹽分表聚。 堿土土壤堿化度達到一定程度，而可溶性鹽含量較低，總堿度高，呈強堿性反應(yīng)，并形成土粒高度分散、物理性質(zhì)極差的堿化層。堿化層的堿化度30%,表層含鹽量9.0定為堿土。第四節(jié) 土壤酸堿性對土壤肥力和植物生長的影響 1. 對土壤微生物的影響 土壤細菌和放線菌適宜于中性和微堿性環(huán)境； 在強酸性土壤中真菌則占優(yōu)勢 。 2. 對土壤膠體帶電性影響 土壤環(huán)境pH 值高時，土壤膠體負電荷數(shù)量增多，相應(yīng) 于陽離子交換量也增加，土壤保肥性、供肥性增強。 一、對土壤肥力的影響土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響3.對土壤養(yǎng)分有效性影響植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關(guān)系

19、在pH6.5附近，大多數(shù)營養(yǎng)元素的有效性都較高。N、K 、 S元素在微酸性、中 性、堿性土壤中都較高。P元素在中性土壤中有效性最高， pH7時有效性降低。Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在強酸性和強堿性土壤中有效性較低。Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和強酸性高。Mo在酸性土壤中有效性較低，pH6時有效性增加。土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響二、對植物生長的影響 1. 酸性土的指示植物 鐵芒箕（Dicranopteris linearis）,生在華南酸性土上。 地刷子（Lycopodium complanatum），生在海拔較高的冷濕地區(qū)。 鋪地蜈蚣（Lycopodium

20、cernuum），生在亞熱帶的潮濕地區(qū)。 只能在某一特定的酸堿范圍內(nèi)生長，這類植物可以為土壤酸堿度起指示作用，習慣上被稱為指示植物。鐵芒箕鋪地蜈蚣土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響2. 鈣質(zhì)土的指示植物 鐵線蕨（Adiantum capillus-veneris）,分布在華南和西南的石灰?guī)r地區(qū)。 有尾鐵線蕨（Adiantum caudatum）,生長在華南。土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響3. 鹽土的指示植物海蓬子（Salicornia herbacea），分布在河北和遼東沿海的鹽土上。鹽爪爪(Kalidium gracile)，分布在內(nèi)陸鹽土上。海蓬子鹽爪爪土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響4.

21、 鹽堿土的指示植物鹽吸（Suaeda ussuriensis）分布在華北和東北的鹽土、堿土和鹽堿土上。三棱草（Scirpus maritimus），生長在排水不良的鹽土、堿土和鹽堿土上。三春柳（Tamarix juniperina）,分布在渤海邊和內(nèi)蒙黃河沿岸的鹽土區(qū)。三棱草三春柳土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響磚紅壤上的油棕林磚紅壤上的橡膠林 赤紅壤上的荔枝園紅壤上次生馬尾松林土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響紅壤上的柑橘園紅壤旱地上油茶-大豆間作紅壤丘陵上種植的煙草和柑橘黃壤上的杉木林土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響四、影響土壤酸度的因素 1、氣候 高溫多雨地區(qū)，風化淋溶較強，特別是降雨量大

22、而蒸發(fā)勢較弱地區(qū)，礦物巖石風化所產(chǎn)生的鹽基物質(zhì)大量淋失，使土壤酸化。 我國大陸以北緯30為界，形成“南酸北堿” 局面，與氣候條件有關(guān)密切相關(guān)。2、生物 植物根系和微生物通過呼吸作用產(chǎn)生CO2，有機質(zhì)礦質(zhì)化也產(chǎn)生CO2，CO2溶解于水成碳酸。土壤學南方多雨，鹽基淋失強烈，土壤鹽基飽和度低，土壤多呈酸性。西北雨量較少，鹽基淋失較弱，鹽基飽和度較高，土壤多呈堿性。 土壤中專性微生物如硫化硝化細菌，將含硫含氮有機物轉(zhuǎn)化成硫酸和硝酸，增強了土壤酸度。3、施肥和灌溉 施用酸性肥或生理酸性肥，導致土壤酸化。4、母質(zhì) 土壤學 石灰?guī)r、基性巖、超基性巖的鹽基含量較高。當土壤的淋溶程度較弱時，土壤pH會比附近其它

23、母質(zhì)上發(fā)育的土壤高。 濱海鹽土含有豐富的易溶鹽類及碳酸鈣，加之地下水礦化度較高。因此，發(fā)育的土壤的pH一般較高，土壤常呈堿性。不同植被凋落物的分解產(chǎn)物對土壤酸堿性產(chǎn)生不同影響： 針葉林凋落物分解后形成的有機酸較多，鹽基較少，故其下的土壤一般呈酸性。 濱海紅樹林殘體分解后形成大量SO42-，使土壤呈強酸性。一些耐鹽、耐堿的植物會選擇性地富集鹽基離子，其殘體分解后會促進土壤堿性的發(fā)展。5. 自然植被我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)6. 地形 不同地形部位的鹽基淋失和富集狀況不同，土壤pH也有差異：地形高處的土壤的鹽基淋失較強烈，pH可能較低；低洼處的土壤多接受鹽基的淀積，所以pH可能較高；內(nèi)陸一些閉

24、流區(qū)域或集水洼地，由于大量富集徑流水帶來的Ca，Mg，K，Na的重碳酸鹽類，pH可能較高。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)7、酸雨8、土壤空氣的CO2分壓 石灰性土壤pH隨Pco2增大而降低，變化于7.58.5之間(田間)。 CaCO3-CO2-H2O體系：pH=6.03-2/3lgPco2 土壤學9、土壤水分含量 土壤pH測定時的稀釋效應(yīng)，應(yīng)控制土水比(一般1:2.5)。10、土壤氧化還原條件 土壤淹水還原pH向中性點趨近，即酸性土pH升高，堿性土pH降低。 酸性土還原pH升高，由于Fe2O3、MnO2還原溶解度增大，顯示堿性，有機質(zhì)加快還原過程。 堿性土還原pH下降，主要由于在嫌氣條件下有機

25、酸和CO2的積累過程及其綜合作用。 土壤學如何判斷土壤的酸堿性 一:看土源：一般采自山川，溝壑的腐殖土，多呈黑褐色，比較疏松，肥沃，通透性良好，是比較理想的酸性腐殖土。如：松針腐殖土，草炭腐殖土等。二:看土色：酸性土壤一般顏色較深，多為黑褐色，而堿性土壤顏色多呈白、黃等淺色。有些鹽堿地區(qū)，土表經(jīng)常有一層白粉狀的堿性物質(zhì)。三:看地表植物：在野外采掘花土時，可以觀察一下地表生長的植物，一般生長野杜鵑、松樹、杉類植物的土壤多為酸性土；而生長檉柳、谷子、高梁等地段的土多為堿性土。四:看質(zhì)地：酸性土壤質(zhì)地疏松，透氣透水性強；堿性土壤質(zhì)地堅硬，容易板結(jié)成塊，通氣透水性差。五:憑手感：酸性土壤握在手中有一種

26、“松軟”的感覺，松手以后，土壤容易散開，不易結(jié)塊；堿性土壤握在手中有一種“硬實”的感覺，松手以后容易結(jié)塊而不散開。六:看澆水后的情形：酸性土壤澆水以后下滲較快，不冒白泡，水面較渾；堿性土壤澆水后，下滲較慢，水面冒白泡，起白沫，有時花盆外圍還有一層白色的堿性物質(zhì)。七:用pH試紙來測土壤的酸堿性，方法為：取部分土樣浸泡于涼開水中，將試紙的一部分浸入浸泡液，后取出，觀察其顏色的變化，然后將試紙與比色卡相比較，若pH值7，土壤為中性；若pH值小，則為酸性；若pH值7，則為堿性。 第三節(jié) 土壤氧化還原反應(yīng)一、土壤氧化還原體系 土壤中同一物質(zhì)可分為氧化態(tài)(劑)和還原態(tài)(劑)，構(gòu)成相應(yīng)的氧化還原體系 。土壤

27、學 1、土壤空氣中是主要氧化劑 在通氣良好的土壤中，氧體系控制氧化還原反應(yīng)，使多種物質(zhì)呈氧化態(tài)，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。 2、土壤有機質(zhì)特別是新鮮有機物是還原劑，在土壤缺條件下，將氧化物轉(zhuǎn)化為還原態(tài)。 3、土壤中氧化還原體系可分為無機體系和有機體系。 無機體系的反應(yīng)一般是可逆的，有機體系和微生物參與條件下的反應(yīng)是半可逆或不可逆的。 土壤學 4、土壤氧化還原反應(yīng)不完全是純化學反應(yīng)，很大程度上有微生物參與。如:NH4+NO2-NO3-分別在亞硝酸細菌和硝酸細菌作用下完成。 5、土壤是不均勻的多相體系，不同土壤和同一土層不同部位，氧化還原狀況會有不同差異。 6、土壤氧化還原狀況

28、隨栽培管理措施特別是灌水、排水而變化。 二、土壤氧化還原指標 、強度指標 (1)氧化還原電位(Eh)：單位為伏(V)或毫伏(mV)土壤學(2)電子活度負對數(shù)pe(3)Eh與pH 的關(guān)系 土壤氧化還原反應(yīng)總有H+參與，H+活度對氧化還原平衡有直接影響。 2、氧化還原強度指標與數(shù)量因素的關(guān)系 土壤還原性物質(zhì)包括有機和無機還原性物質(zhì)，還原性物質(zhì)總量可測定，但很難直接與Eh聯(lián)系起來。當然土壤還原性物質(zhì)濃度仍與Eh有密切的統(tǒng)計相關(guān)性。土壤學三、影響土壤氧化還原的因素 1、土壤通氣性 2、微生物活動 3、易分解有機質(zhì)的含量 4、植物根系的代謝作用 5、土壤的pH土壤學 第四節(jié)土壤緩沖性一、土壤緩沖性概念

29、土壤中加入酸性或堿性物質(zhì)后，土壤具有抵抗變酸和變堿而保持pH穩(wěn)定的能力，稱土壤緩沖作用，或緩沖性能。土壤學土壤緩沖能力的大小一般用緩沖量來表示，即：使土壤溶液改變一個單位pH值時所需要的酸或堿的厘摩爾數(shù)(cmol)。 土壤是一個巨大的緩沖體系，包 括對氧化還原、污染物質(zhì)、養(yǎng)分等。指 抗衡外界環(huán)境變化的能力。二、土壤具有緩沖性的原因 1. 土壤膠體的陽離子交換作用 是土壤產(chǎn)生緩沖性的主要原因 土壤膠體吸附有H+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+等多種陽離子。由于這些陽離子有交換性能，故膠體上吸附的鹽基離子能對加進土壤的H+（酸性物質(zhì)）起緩沖作用，而膠體上吸附的致酸離子能對加進土壤的OH-（堿性

30、物質(zhì)）起緩沖作用。土壤緩沖性2.土壤溶液中的弱酸及其鹽類組成的緩沖系統(tǒng) 土壤中的碳酸、硅酸、胡敏酸等離解度很小的弱酸及其鹽類，構(gòu)成緩沖系統(tǒng)，也可緩沖酸和堿的變化。 如醋酸和醋酸鈉鹽的緩沖： CH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O CH3COONa+HCl CH3COOH+NaCl土壤緩沖性土壤BS50%時，對酸堿的緩沖能力最大。緩沖能力隨弱酸及鹽的總濃度或土壤CEC增加而增大。3.土壤中兩性物質(zhì)的存在 土壤中存有兩性有機物和無機物，如蛋白質(zhì)、氨基酸、胡敏酸、無機磷酸等。如氨基酸，它的氨基可以中和酸，羧基可以中和堿，因此對酸堿都具有緩沖能力。 R-CH-COOHNH2+HCl R-C

31、H-COOHNH3Cl(氨基酸氯化銨鹽）R-CH-COOH +NaOH R-CH-COONaNH2NH2(氨基酸鈉）土壤緩沖性4. 在酸性土壤中，鋁離子也能對堿起緩沖作用 2Al(H2O)63+2OH- Al2(OH)2(H2O)84+4H2O 在極強酸性土壤中（pH4），鋁以正三價離子狀態(tài)存在，每個Al3+周圍有6個水分子圍繞，當加入堿類時，6個水分子中即有一二個解離出H+來中和OH-。這時帶有OH-的鋁離子很不穩(wěn)定，與另一個相同的鋁離子結(jié)合，在結(jié)合中，兩個OH-被兩個鋁離子所共用，并且代替了兩個水分子的地位，結(jié)果這兩個鋁離子失去兩個正電荷。土壤緩沖性（2）不同的鹽基飽和度表現(xiàn)出對酸堿的緩沖

32、能力是不同的。如果兩種土壤陽離子交換量相同，則鹽基飽和度大的，對酸的緩沖能力愈高還是愈低？而對堿的緩沖能力愈高還是愈低？思考為什么？（1）土壤緩沖能力的大小和它的陽離子交換量有關(guān)。粘質(zhì)土及有機質(zhì)含量高的土壤、砂土及有機質(zhì)含量少的土壤的緩沖性哪個大？土壤緩沖性土壤酸堿緩沖體系 (1)碳酸鹽體系: 石灰性土壤的緩沖作用主要決定于 CaCO3-H2O-CO2體系 pH6.03-2/3LogPco2 (2)硅酸鹽體系：對酸性物質(zhì)的緩沖作用。 (3)交換性陽離子體系：對酸、堿物質(zhì)的緩沖作用 (4)鋁體系：對堿性物質(zhì)緩沖作用(pH5.0) (5)有機酸體系：有機酸及其鹽對酸堿物質(zhì)緩沖作用土壤學土壤酸堿緩沖

33、容量和滴定曲線 緩沖容量(Buffering Capacity)使單位(質(zhì)量或容積)土壤改變1個pH單位所需的酸或堿量。用酸堿滴定獲得繪制滴定曲線，稱緩沖曲線。不同土壤緩沖容量(曲線)不同，同一土壤緩沖容量(曲線斜率)也有變化。 腐殖酸有羧基、酚羥基等解離度不同的多個酸基，其滴定曲線類似于多元酸。 土壤學土壤膠體帶負電荷，可看作酸膠基或弱酸H+飽和膠體的滴定曲線與強酸相似Al3+飽和膠體的滴定曲線則與弱酸相似 4、土壤緩沖性的影響因素 (1)土壤無機體的類型 蒙脫石伊利石高齡石水合氧化鐵、鋁 (2)土壤質(zhì)地 粘土壤土砂土 (3)土壤有機質(zhì)含量 三、土壤氧化還原緩沖性 土壤加入少量氧化物質(zhì)或還原

34、物質(zhì)，緩沖Eh變化的性能 設(shè)OxX Ox+Red A Red A-X 當Ox略有增加引起Eh增加dEhdX，其倒數(shù)dX/dEh 即可作為氧化還原緩沖性指標。土壤學 表示使單位土壤Eh提高1個單位所需加入氧化物質(zhì)量，此值愈大，緩沖指數(shù)愈大。若A值一定，A2X即OxRed1時，體系緩沖性最強 如右圖，曲線兩端Eh變化顯著，曲線中間Eh變化接近于零。 土壤學三、土壤緩沖作用的重要性緩沖性和適宜的植物生活環(huán)境 使土壤pH值在自然條件下不致于因外界條件改變而劇烈變化，有利于營養(yǎng)無素平衡供應(yīng)，維持一個適宜的植物生活環(huán)境。緩沖性和酸堿度改良 土壤的緩沖性能愈大，改變酸性土（或堿性土）pH所需要的石灰（或硫磺

35、等）數(shù)量越多。 土壤緩沖性第五節(jié) 土壤酸堿性和氧化還原狀態(tài)與生物環(huán)境一、生物對土壤酸堿性和氧化還原狀態(tài)適應(yīng)性 1、植物適宜的酸堿度 大多數(shù)植物適宜pH范圍68，即微酸至微堿性有的植物能適應(yīng)較寬pH范圍，有的只能在一定的pH范圍生長，可作為土壤酸堿性的指示植物。 酸性指示植物馬尾松、油茶、茶、映山紅鐵芒箕、石松等。 鈣質(zhì)指示植物柏樹、蜈蚣草等。 鹽堿指示植物鹽蒿、堿蓬等。土壤學 不同植物對土壤酸堿性的適應(yīng)性是長期自然選擇的結(jié)果，差別在于： (1)生理適應(yīng)性，與遺傳性有關(guān)。 (2)營養(yǎng)生理病，如酸性土缺鈣引起梨的黑心病。 (3)營養(yǎng)菌害病，如馬鈴薯的瘡痂病為生鏈霉菌引起的，對錳敏感，酸性土壤中有效

36、錳較多，能抑制這種病菌，故馬鈴薯適宜于酸性土。 2、土壤Eh值范圍和植物生長 土壤中發(fā)生的一系列氧化還原反應(yīng)都在水的氧化還原穩(wěn)定范圍內(nèi)進行的。 土壤學體系pH=0pH=4pH=9EOpeOEOpeOEOpeOO2H2O1.2320.80.9916.80.7011.8H+H2000.2440.539 氧體系（O2-H2O）EO為1atmO2時的Eh，代表氧化極限。 氫體系（H+-H2）的EO為1atmH2時的Eh，代表還原極限。 土壤pH一般在49之間，Eh有相應(yīng)的變化。 土壤學土壤水環(huán)境中Eh（V）和pe的變化范圍土壤氧化性和還原性一般作如下區(qū)分： (1)Eh400mV 氧化性，O2占優(yōu)勢，各

37、種物質(zhì)呈氧化態(tài)，如NO3-、MnO2、Fe2O3、SO42-等對旱作有利，對水稻不太適宜。如果Eh750mV，有機質(zhì)好氣分解過旺，F(xiàn)e、Mn等處于高度氧化態(tài)，有效性低。 (2)Eh400200mV 弱還原性O(shè)2、NO3-、Mn4+發(fā)生還原，水稻生長正常，旱作開始受影響。 (3)Eh 200100mV 中度還原性，F(xiàn)e3+和SO42-發(fā)生還原，出現(xiàn)有機還原物質(zhì)。旱作發(fā)生濕害。 土壤學 (4)Eh在100mV以下 強度還原性，CO2、H+被還原，土壤積累多量還原性物質(zhì)，可使水稻受害3、土壤pH、Eh與土壤微生物活性 土壤細菌、放線菌適于中性和微堿性環(huán)境，pH5.5強酸性土中活性下降。真菌適應(yīng)酸性土

38、。 土壤微生物呼吸需要O2，Eh值高，微生物活性強，活動消耗O2，使Eh值降低。在土壤通氣性一致條件下，Eh值可反映微生物活性。二、土壤酸堿性和氧化還原狀況對養(yǎng)分有效性影響 1、土壤酸堿性對養(yǎng)分有效性的影響 土壤學 土壤養(yǎng)分有效性與pH有密切關(guān)系 。 (1)土壤pH6.5時，各種養(yǎng)分的有效性都較高。 (2)在微酸至堿性土壤中，氮、硫、鉀的有效性高。 (3)pH67土壤中，磷的有效性最高。 pH5時，土壤活性鐵、鋁增加，易形成磷酸鐵、鋁沉淀。 pH7時，易形成磷酸鈣沉淀。 土壤學 (4)pH6.58.5土壤中，有效鈣、鎂含量高，強酸和強堿性土中，其含量低。 (5)Fe、Mn、Cu、Zn有效性在酸

39、性土中高在pH7土壤中明顯降低，常出現(xiàn)Fe、Mn供給不足。 (6)Mo在酸性土中有效性低，當pH6時，其有效性增加。B在強酸性土和石灰性土中有效性較低，在pH67和pH8.5的堿性土中有效性較高，表現(xiàn)較復雜的情況。2、土壤氧化還原狀況對養(yǎng)分有效性的影響 主要影響變價元素的有效性。 Fe3+、Mn4+還原成Fe2+、Mn2+后溶解度和有效性增加。 土壤學 此外氮的形態(tài)：Eh480mV時，以NO3-N為主，適于旱作吸收 。 Eh220mV時，以NH4-N為主，適于水稻吸收。 SO42-S2-，形成硫化物。 幾種硫化物的溶解度：MnSFeSZnSCuS 造成土壤Zn、Cu的有效性降低。三、土壤酸堿性

40、和氧化還原狀況與有毒物質(zhì)積累 1、強酸性土的鋁錳脅迫與毒害 在pH5.5酸性土中，錳、鋁易被活化。大田作物幼苗期對Al3+很敏感，當游離Al3+達到0.2cmol/kg土時可使作物受害。 土壤學 施用石灰使pH升至5.56.3，大部分或全部Al3+被沉淀，鋁害消除。 交換性Mn2+達到29Cmol/kg土或植株干物質(zhì)含錳量超過1000mg/kg時產(chǎn)生錳害。 豆類易產(chǎn)生錳害，禾本科抗性較強。施石灰中和土壤至pH6時，錳害可全部消除。2、氧化還原狀況與有毒物質(zhì)積累 在長期淹水強還原性土壤中，往往有Fe2+和S2等還原物質(zhì)大量積累。 (1)亞鐵 主要呈沉淀狀態(tài)，在偏酸性土壤中水溶性Fe2+可高達40

41、0mg/kg，如銹水田，可毒害水稻根系。土壤學(2)H2S 在土壤富鐵條件下形成FeS，但如土壤缺鐵或在pH6的條件下，出現(xiàn)較多H2S對水稻發(fā)生毒害。(3)有機酸 水田在大量施用新鮮有機肥時可積累較多的丁酸等有機酸，抑制水稻根系呼吸和養(yǎng)分吸收。 H2S(0.07mg/L)和丁酸(10-3mol/L)對水稻吸收養(yǎng)分抑制程度的順序為： H2PO4-、K+Si4+NH4+Mg2+、Ca2+四、土壤酸堿性的調(diào)節(jié) 1、酸性土的改良 土壤學四、土壤酸堿性和氧化還原狀況的調(diào)節(jié) （一）土壤酸性土的改良土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉來調(diào)節(jié)?？煞譃?生灰石（CaO） 熟石灰Ca(OH)2 石灰石粉【CaCO3】 石灰需要量計算： 可用土壤交換性酸為基礎(chǔ)進行計算 根據(jù)酸性土的緩沖滴定曲線計算 石灰物質(zhì)換算系數(shù):Ca(OH)2/CaO=74/56=1.32 CaCO3/ CaO=100/56=1.79 在施用CaO或Ca(OH)2時，不易與土壤混合均勻，使局部土壤pH上升過高，影響植物生長，應(yīng)乘以經(jīng)驗數(shù)值0.5得出實際施用量。若用CaCO3(石灰石粉)，作用