第9-1章+土壤酸碱性和氧化还原反应.ppt

1、吉林大学植物科学学院农业资源与环境系吉林大学植物科学学院农业资源与环境系土壤学吉林大学植物科学学院农业资源与环境系吉林大学植物科学学院农业资源与环境系土壤学Chapter 9.土壤酸碱性和氧化还原反应土壤酸碱性和氧化还原反应 Soil acidbase and redox reaction9.1 土壤酸度土壤酸度 9.2 土壤碱度土壤碱度 9.3 土壤氧化还原反应土壤氧化还原反应9.4 土壤缓冲性土壤缓冲性9.5 土壤酸碱性和氧化还原状况与生物环境土壤酸碱性和氧化还原状况与生物环境 本章学习重点本章学习重点 掌握土壤酸性和碱性物质的来源，产掌握土壤酸性和碱性物质的来源，产生的原因，类型，影响因

2、素，表示方生的原因，类型，影响因素，表示方法和指标，土壤氧化还原作用的概念、法和指标，土壤氧化还原作用的概念、作用和指标，以及影响因素，土壤缓作用和指标，以及影响因素，土壤缓冲性的含义、类型、产生机理及影响冲性的含义、类型、产生机理及影响因素因素了解土壤的酸碱性和氧化还原状况和了解土壤的酸碱性和氧化还原状况和生物环境的关系，掌握调节土壤酸碱生物环境的关系，掌握调节土壤酸碱性和氧化还原状况的措施。性和氧化还原状况的措施。Introduction土壤酸碱反应是土壤重要的化学性质，直土壤酸碱反应是土壤重要的化学性质，直接影响作物的生长和微生物的活动以及土接影响作物的生长和微生物的活动以及土壤的其他性

3、质。壤的其他性质。自然条件下，土壤酸碱性主要受土壤盐基自然条件下，土壤酸碱性主要受土壤盐基状况影响。北方土壤多为盐基饱和土壤，状况影响。北方土壤多为盐基饱和土壤，南方多为盐基不饱和土壤。土壤南方多为盐基不饱和土壤。土壤pHpH值由北值由北向南降低的趋势。向南降低的趋势。土壤酸性的形成因素n气候因素：高温高湿气候条件加速了矿物和岩石的风化作用和盐基离子强烈的淋溶作用。n生物因素：（1）生物的呼吸作用（2）土壤中一些专性微生物作用（3）植被影响：针叶林有机物n施肥和灌溉的影响：生理酸性肥料 灌溉-取决于水质。n环境影响：主要是酸雨作用吉林大学植物科学学院农业资源与环境系吉林大学植物科学学院农业资源

4、与环境系土壤学9.1.1 土壤酸性的形成土壤酸性的形成 Two adsorbed cations-aluminum and hydrogen-are largely responsible for soil acidity.9.1 土壤酸度土壤酸度 1.sources of H+n水的解离水的解离 HOHH+OH-n碳酸解离碳酸解离 H2CO3H+HCO3-有机物的分解、植物根系、微生物的呼吸产生大量有机物的分解、植物根系、微生物的呼吸产生大量COCO2 2，溶水成为，溶水成为H H2 2COCO3 3。1.sources of H+n有机酸解离有机酸解离 土壤有机质、腐殖酸分解产生各种有土壤

5、有机质、腐殖酸分解产生各种有机酸中间产物。机酸中间产物。malic acid；citric acid。根分泌根分泌 H+RCOO有机酸有机酸n酸雨、酸性污水灌溉酸雨、酸性污水灌溉：贡献越来越大：贡献越来越大 n生理酸性肥料：生理酸性肥料：如硫铵如硫铵(NH4)2SO4、氯化钾、氯化钾（KCl）、氯化铵（）、氯化铵（NH4Cl）等水解产生）等水解产生H 。variability in soil pHAcid deposition from the atmosphereAcid rainpH 4.0-4.5Acid drops movementAcid lake2.土壤中铝的活化土壤中铝的活化Al

6、6(OH)126+氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行，氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基饱和度下降，氢饱和度提高，胶粒晶体结构破坏，土壤盐基饱和度下降，氢饱和度提高，胶粒晶体结构破坏，铝八面体解体，铝离子成为活性铝离子，吸附后成交换性铝八面体解体，铝离子成为活性铝离子，吸附后成交换性AlAl3+3+离子，交换进入土壤溶液，溶液中的铝离子和阴离子形成离子，交换进入土壤溶液，溶液中的铝离子和阴离子形成的盐类多为非中性盐，解离产生的盐类多为非中性盐，解离产生H H+离子。离子。Al(OH)2 H2OAl(OH)2+H+Al(OH)2 H2OAl(OH)3

7、H+Al3 H2OAl(OH)2+H+Al10(OH)228+吉林大学植物科学学院农业资源与环境系吉林大学植物科学学院农业资源与环境系土壤学综上：综上：综上：综上：土壤酸化过程，始于土壤溶液中活性土壤酸化过程，始于土壤溶液中活性土壤酸化过程，始于土壤溶液中活性土壤酸化过程，始于土壤溶液中活性HH离子，离子，离子，离子，溶液溶液溶液溶液中的中的中的中的HH离子与胶体上的盐基离子交换，盐基离子淋离子与胶体上的盐基离子交换，盐基离子淋离子与胶体上的盐基离子交换，盐基离子淋离子与胶体上的盐基离子交换，盐基离子淋溶，土壤胶体上的溶，土壤胶体上的溶，土壤胶体上的溶，土壤胶体上的HH离子不断增加，交换性铝出

8、现，离子不断增加，交换性铝出现，离子不断增加，交换性铝出现，离子不断增加，交换性铝出现，形成酸性土壤。形成酸性土壤。形成酸性土壤。形成酸性土壤。20世纪世纪50年代后，土壤年代后，土壤Al离子在土壤酸化过程中的作离子在土壤酸化过程中的作用才得以普遍认可。用才得以普遍认可。9.1.2 土壤酸的类型土壤酸的类型 Types of soil acidity v活性酸活性酸 Active Acidityv潜在酸潜在酸 latent acidity 交换性酸度交换性酸度 exchange acidity 水解性酸度水解性酸度 hydrolytic acidity 1.Active Acidityn活性酸

9、：活性酸：土壤溶液土壤溶液中存在的氢离子中存在的氢离子(H+)的浓的浓度直接表现出来的酸度度直接表现出来的酸度.土壤土壤pH（氢离子浓度（氢离子浓度（氢离子浓度（氢离子浓度的负对数）的负对数）的负对数）的负对数）n是土壤酸度的强度指标。是土壤酸度的强度指标。n nThe active acidity is a measure of the H+ion activity in the soil solution that is due in large part to the hydrolysis of aluminum-containing ions.n nSoil pHn npH=-logH

10、+sn nH+s :Concentration of H+in soil solutionn当土壤当土壤 pH7时，溶液中时，溶液中H+和和OH-离子的浓度相离子的浓度相等，皆为等，皆为107g/liter，即中性理论值。，即中性理论值。表示：表示：pHH2O 土壤酸碱度的分级土壤酸碱度的分级土壤土壤pHpH值值5.08.58.5级级 别别强酸性强酸性酸酸 性性中中 性性碱碱 性性强碱性强碱性 引自引自中国土壤中国土壤，第二版，第二版，1987 根据土壤根据土壤pH值的大小，可将土壤酸碱性分为若干级别。值的大小，可将土壤酸碱性分为若干级别。中国土壤中国土壤分五级。分五级。我国土壤的我国土壤的p

11、H值大多在值大多在49之间，在地理分布上有之间，在地理分布上有“东南酸东南酸而西北碱而西北碱”的规律性，即由北向南的规律性，即由北向南pH值逐渐减小。大致以值逐渐减小。大致以长江为界（北纬长江为界（北纬33o），长江以南的土壤多为酸性或强酸性，），长江以南的土壤多为酸性或强酸性，以北多为中性或碱性。以北多为中性或碱性。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交换性阳离子以

12、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，既既是是酸酸度度指指标标，又是钙的有效度指标。又是钙的有效度指标。土壤土壤土壤土壤类型类型类型类型pHpHpH pH 0.5pCa0.5pCa水稻土水稻土水稻土水稻土母质母质母质母质相差相差相差相差水稻土水稻土水稻土水稻土母质母质母质母质相差相差相差相差砖红壤砖红壤砖红壤砖红壤红红红红 壤壤壤壤黄棕壤黄棕壤黄棕壤黄棕壤5.235.236.566.566.866.865.125.125.155.155.715.710.110

13、.111.411.411.121.123.403.404.934.935.325.322.292.293.023.023.913.911.111.111.911.911.411.41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pH-1/2pCa是是Ca(OH)2(石灰石灰)的化学位的简的化学位的简单函数，称钙的养分位，比单函数，称钙的养分位，比pH更全面和更更全面和更明显地反映土壤酸度。明显地反映土壤酸度。但应用并不广泛但应用并不广泛2.latent acidityn土壤潜在酸土壤潜在酸是由是由土壤胶体土壤胶体上吸附的上吸附的H+和和Al3+所所产生的酸度产生的酸度,

14、这些致酸离子只有在离子交换作这些致酸离子只有在离子交换作用进入土壤溶液，产生了用进入土壤溶液，产生了H+才显示出酸性才显示出酸性，是土壤酸性的潜在来源，故成为潜在酸。是土壤酸性的潜在来源，故成为潜在酸。是土是土壤酸度的容量指标。壤酸度的容量指标。n只有盐基不饱和土壤才有潜性酸。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸。潜在酸的产生潜在酸的产生1.土壤胶体上吸附性氢离子的解离土壤胶体上吸附性氢离子的解离土壤胶体上吸附性土壤胶体上吸附性H+离子（如腐殖酸羧基上的离子（如腐殖酸羧基上的H+及铝及铝硅酸盐粘粒上的永久电荷吸附的硅酸盐粘粒上的永久电荷吸附的H+），是和溶液中的），是和溶液中的H+离子即活性酸保持平衡

15、的，当溶液中离子即活性酸保持平衡的，当溶液中H+离子减少时，离子减少时，吸附性吸附性H+离子便从胶粒上解离，补充到溶液中，成为活离子便从胶粒上解离，补充到溶液中，成为活性酸。性酸。+yH+colloidxH+colloid(xy)H+潜在酸的产生潜在酸的产生2.土壤胶体上吸附性氢离子被其他离子所代换土壤胶体上吸附性氢离子被其他离子所代换当施用硫铵、石灰或其他肥料时，土壤溶液盐基当施用硫铵、石灰或其他肥料时，土壤溶液盐基离子浓度增加，吸附性离子浓度增加，吸附性H+离子部分被交换出离子部分被交换出来进入溶液，土壤酸度随之变化。来进入溶液，土壤酸度随之变化。+2H+colloidxH +Ca2col

16、loid(x2)H CaAl3的存在不是土壤酸的原因，而是土壤酸性发展的存在不是土壤酸的原因，而是土壤酸性发展的结果。的结果。3.3.土壤胶体上吸附性铝离子的作用土壤胶体上吸附性铝离子的作用氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行，氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基饱和度下降，氢饱和度提高，胶粒晶体结构破坏，铝土壤盐基饱和度下降，氢饱和度提高，胶粒晶体结构破坏，铝八面体解体，铝离子成为活性铝离子，吸附后成交换性八面体解体，铝离子成为活性铝离子，吸附后成交换性AlAl3+3+离离子，交换进入土壤溶液，溶液中的铝离子和阴离子形成的盐类子，交换进入土壤溶液，溶液中的铝离子和阴离子形成的盐类多为非中性盐，解离产生多为非中性盐，解离产生H H+离子。离子。Al(OH)2 H2OAl(OH)2+H+Al(OH)2 H2OAl(OH)3H+Al3 H2OAl(OH)2+H+Relationship between AA and LAn土土壤壤中中的的活活性性酸酸（土土壤壤溶溶液液中中的的H+离离子子浓浓度度）和和潜潜性性酸酸（胶胶粒粒上上吸吸附附的的氢氢和和铝