《土壤的酸碱性缓冲性和氧化—还原反应土壤的酸碱性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土壤的酸碱性缓冲性和氧化—还原反应土壤的酸碱性（140页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 土壤的酸碱性反应,土壤的酸碱性反应，是在土壤形成过程中，受气候、生物、地质、水文等因素的综合作用，所产生的重要的物理化学性质。在耕地土壤和草地土壤中，还受到施肥、 耕作、灌溉、排水等一系列人为因素的影响。,土壤的酸碱性反应有3个方面的意义： 反应土壤的发生发展过程； 说明土壤的化学性质和养分状况； 与作物的生长发育和微生物活动有密切关系。,我国大多数土壤的pH值在 4.58.5之间。 在地理分布上有“东南酸西北碱”的规律性，大 致可以长江（北纬33）为界，长江以南的土壤为 酸性或强酸性，长江以北的土壤多为中性、弱碱 性或碱性。,第一节 土壤酸度( soil acidity ) ,土壤酸
2、度是由土壤溶液中氢离子的浓度直接 反应出来的。土壤溶液中氢离子的浓度越高，土 壤的酸度就愈强，所以，土壤溶液中氢离子的多 少，是土壤酸度的主要指标。 ,一、酸性土壤形成的外部因素(一) 气候 高温多雨的条件下，岩石或土壤母质风化快，迅速释放出各种盐基离子，如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等。,同时，由于高温多雨，土壤湿度大，造成土壤强烈的淋溶，Ca2+、Mg2+、Na+、K+等盐基离子淋失后，就使土壤中H+、Al3+相对增加，造成土壤酸性。,(二) 生物 1、 生长在土壤中的植物根系，不断通过呼吸作用，放出CO2，遇水后形成H2CO3。这种弱酸解离度虽弱，也是土壤中H+的重要来源。,2、植物
3、根系在生长发育过程中，还分泌各种有机酸，这是土壤中H+的又一个来源。3、除高等植物外，微生物也能使土壤致酸。,土壤中的NH4+可被微生物氧化为HNO2和 HNO3。 土壤中的硫化物，经过硫酸化细菌作用后， 可形成硫酸，这种现象在有的土壤中相当严重。,(三) 施肥长期施用(NH4)2SO4或KCl等生理酸性肥料时，当阳离子养分被吸收，植物根系就释放出相同数量的H+，从而提高了土壤酸度。,(四)灌溉如果灌溉水中含盐基离子较多，可以降低土壤酸性，如果含有大量的酸性物质，则可使土壤变酸。,灌溉水中酸性物质的来源有两类，一类是工业废水中含的酸，另一类是自然径流中含有的酸性物质。,(五) 酸雨( acid
4、 precipitation )主要是由于工业的发展，在城市、工矿地 区, 每天燃烧大量的煤和石油，排放出大量SO2， 溶于雨水，形成H2SO4，渗入土壤中使土壤变酸。,二、酸性土壤形成的内部因素酸性土壤形成的内部因素，主要是土壤的 矿物成分。存在于土壤中的S、FeS、FeS2以及铝、锰 等的硫酸盐类，经过生物化学和纯化学的转化， 可产生硫酸。,1、土壤中硫的氧化：2S+3O2+2H2O = 2H2SO4 2、土壤中FeS的氧化：4FeS+6H2O+3O2 = 4Fe(OH)3+4S 2S+3O2+2H2O = 2H2SO4,3、黄铁矿的氧化：2FeS2+7O2+2H2O = FeSO4+2H
5、2SO4 4、硫酸铝等酸性硫酸盐的水解： Al2(SO4)3+ 6H2O = 2Al(OH)3+3H2SO4,三、Al对土壤酸性的作用 1、土壤酸化，首先是H+浓度的增加。当土壤溶 液的酸度高到一定程度后，氢离子就进入土壤吸收复合体，使土壤胶体呈盐基不饱和状态，出现较稳定的酸性。,2、当铝硅酸盐粘土矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，胶粒的结晶构造就会遭到破坏，铝离子脱离了八面体晶格的束缚，成为溶液中的活性铝离子，或成为胶体上吸附的铝离子。,3、铝离子的出现，使土壤进一步酸化：Al+3 + H2O Al(OH)+2 + H+Al(OH)+2 + H2O Al(OH)2 + + H+Al(OH)
6、2 + + H2O Al(OH)3 + H+,四、土壤酸度的种类(一) 活性酸度(active acidity)由土壤溶液中游离的H+造成的酸度，叫作活性酸度。 活性酸度一般用pH来表示，是一个常规测定项目。,(二) 潜性酸度 (potential acidity)土壤胶体上吸附的H+或Al3+，未被其它阳离子交换出来时，不表现出酸性，只有当这部分H+、Al3+被交换出来，进入土壤溶液后，才显示出酸度。,潜性酸度： 由土壤胶体上吸附的H+、Al3+造成的酸度，叫作潜性酸度。,1、代换性酸度 ( exchange acidity ) 用中性盐溶液处理土壤显示的酸度，叫作代换性酸度。,AlCl3+
7、3H2O Al(OH)3+3HCl表示代换酸的方法有两种，cmolkg-1或pH。,+,土壤胶体,H,Al,+,4KCl,土壤胶体,K,K,K,K,+,AlCl3,HCl,2、水解酸度 ( hydrolytic acidity )用中性盐溶液浸提的交换反应，是可逆的阳离子交换平衡体系。这样测得的代换性酸度，只是潜在酸量的一部分，而不是全部。为了更深刻地掌握土壤潜性酸度，还可以测定土壤的水解酸度。,用强碱弱酸盐溶液处理土壤，所代换出来的H+和Al3+所显示的酸度，叫作水解酸度，表示方法为cmolkg-1。,Al(CH3COO)3+H2OAl(OH)3+3CH3COOH,+,+,土壤胶体,H,Al
8、,CH3COONa,土壤胶体,Na,Na,Na,Na,Al(CH3COO)3,CH3COOH,+,（三）土壤总酸度 活性酸和潜性酸的总和，称为土壤总酸度。由于它通常是用滴定法测定的，故又称之为土壤的滴定酸度。它是土壤酸度的容量指标。,土壤总酸度活性酸度潜性酸度,五、土壤pH测定中的一些问题 (一) 土壤pH的特性 土壤pH的概念来源于溶液化学。在溶液化 学上，pH的概念是明确的，因为在普通的溶液 中，氢离子是均匀地分布于溶液之中的。,但是对于分散于水中的土壤来说，氢离子 是分布于双电层的不同部位，以及土壤溶液中， 它们的分布是不均匀的。,在土壤学上，关于土壤pH的测定，还有许多 理论和技术问题
9、没有解决，有待于进一步的改进。因此，比较所谓pH的变化，也应小心谨慎，不可贸然从事。,(二) 影响测定结果的因素 1、水土比例土壤水分含量影响各种离子在土壤固相和液 相之间的分配，也影响CaCO3等盐类的溶解和解 离，因而影响土壤的pH值。,对于主要带负电荷的温带土壤来说，土壤溶 液变稀薄时，胶体上吸附的金属离子易解离，与 溶液中的氢离子交换，氢离子减少，pH变高。水土比愈大，pH愈高。,当土壤水分含量低时，土壤溶液浓缩，盐类浓度变高，溶液中阳离子和胶体上的H+交换的机会增多，使pH变低。,水分含量对pH的影响程度，因土壤类型而异，如红壤所受的影响较小，而碱土的差异可达1个pH单位以上。,在原
10、理上，为了使测得的土壤pH能代表田间的实际情况，水分含量应以接近于土壤的田间水分含量为宜，不过这一点很难作到。为了便于相互比较，各试验室多规定一个固定的水土比例。,我国多用2.5 : 1或5 : 1的水土比，国际土壤学会在上世纪30年代建议用2.5 : 1。随着较坚固的玻璃电极的出现，美国有些实验室已采用1 : 1的水土比。有些学者甚至建议加水至泥糊状为止。,2、中性盐浓度 中性盐对于土壤pH的影响，是由于其阳离 子和阴离子可以分别取代土粒表面的吸附性H+、 Al3+和OH-，前者使pH降低，后者使pH升高。,许多西欧学者建议采用1molL-1KCl溶液，我国也有许多实验室这样作。用中性KCl
11、与用水浸提，pH的差值因土壤类型而异。黑土大约差0.81个pH单位，白浆土可达1.3 pH的单位。,现在，国外有些学者采用0.01ML-1 的 CaCl2溶液作为浸提剂测定pH值，其理由是：在0.01ML-1CaCl2溶液中，非盐渍土中原来含有的可溶性盐，对于溶液中的电解质贡献已经很小，其数量不会影响所测得的pH值。,3、二氧化碳二氧化碳溶于水后形成碳酸，对于不含可溶性盐的土壤，空气中的二氧化碳可以使其悬液的pH降低，降低的程度随土壤的pH的减低而减小，对碱性土壤的pH影响可能大些。因此，测土壤的pH时，应驱出水中的二氧化碳。,测定pH还有其他一些问题，如土壤磨碎的程度，玻璃电极与土壤充分接触
12、与否，土壤的缓冲性能，悬液效应等等。 ,第二节 土壤碱度(alkalinity) ,土壤溶液中OH-浓度大小，可用来表示 土壤溶液的碱性强弱，一般可用pH来表示， 有时也用m.e/100g土，或cmolkg-1土表示。,一、碱性土壤形成的外部因素与酸性土壤一样，碱性土壤也是在自然条件 和土壤内在因素的综合影响下形成的，有时人为 因素对土壤碱性的形成也有很大影响。,1、气候因素 在干旱和半干旱地区，蒸发量大大超过降水量，在土体内形成一种向上移动的水流(与酸性土相反)，使土体内甚至地下水中的可溶盐，如Ca2+、Mg2+、Kg+、Na+移入上部土层，这些盐类大都是碳酸盐和重碳酸盐，通过水解作用产生O
13、H-，这是碱性土壤形成的最主要原因。 ,2CaCO+ 2H2O = Ca(HCO3)+ Ca(OH)2 Ca(HCO3)2+ H2O = H2CO3 + Ca(OH)2Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-,2、生物因素高等植物的根系能从土壤深层吸收Ca2+、Mg2+、K+、Na+等盐基离子，对土壤碱化有一定影响。植物根系和微生物活动，放出大量CO2，在干旱条件下，经过一系列转化，产生OH-。,3、地形因素 沿海滩涂或内陆闭流区域或集水洼地，由于 海水或径流水带来丰富的重碳酸盐，也会使土壤 变碱，如我省松嫩平原上的肇东、安达、大庆一 带，即有大量的碱土存在。,二、碱性土壤形成的内在原因 1
14、、基性岩和超基性岩，含有丰富的Ca、Mg、K、Na等盐基物质，其风化体也含有较多的盐基成分，这样形成的土壤内也含有较多的盐基，易形成碳酸盐，水解后产生OH-。,2、含硫酸盐的母质，可以使土壤碱化 （1）Na2SO4 + 4R-CHO Na2S+4R-COOH（2）Na2S + CaCO3 Na2CO3+CaS( 3 ) Na2CO3 + 2H2O NaOH+H2CO3,厌氧细菌,三、衡量土壤碱度的指标 (一) 液相指标 土壤溶液之所以出现碱性反应，是由于溶液中有弱酸强碱盐类，其中最重要的是碳酸根和重碳酸根，因此，通常以碳酸根及重碳酸根的含量，作为土壤碱度的液相指标。,这项指标可用中和滴定法测定
15、，以每千克土壤碳酸盐和重碳酸盐的cmol数来表示，这样测得的结果叫作土壤的总碱度，是土壤碱性的容量指标。,碳酸根和重碳酸根在土壤中主要以金属及碱土金属的盐类形态存在，由于这些盐类的溶解度不同，对土壤碱性强弱的影响不同。,CaCO3和MgCO3溶解度很小，在正常的 CO2偏压下，含这两类碳酸盐的土壤pH值不很 高，最高只能到8.5左右。因石灰性物质所引的弱碱性反应，称为石灰 性反应，具有这类反应的土壤称为石灰性土壤。,Na2CO3是水溶性盐类，可以大量地出现在 土壤溶液中，含有这类碳酸盐的土壤pH值都很 高，可达10以上，含有NaHCO3的土壤pH值可 达8.59.5。,(二) 固相指标土壤胶体
16、上所吸附的交换性离子的构成， 也能反应土壤的碱性强弱。Na+在胶体上的饱 和度和土壤的碱性反应有直接关系，这是因为 土壤胶体上交换性Na+的饱和度高到一定程度 时，会发生水解作用：胶粒Na + H2O 胶粒H + NaOH,当土壤胶体上吸附的Na+在土壤阳离子交换量中占有较大比例时，土壤的理化性质就会发生一系列的变化。,一般认为，当Na+占交换量的15%以上时，土壤就呈极强的碱性反应，pH值高于8.5，土粒高度分散，湿时泥泞，不透气，不透水，干时硬结，耕性极差。,碱化度（ Exchangeable Sodium Percentage, ESP)碱化度是指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离子交换量的百分率。,
