第五章土壤酸碱性

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1、土壤酸碱性与氧化还原反应,第五章,土壤酸碱性是指土壤溶液的反应。 它反映土壤溶液中H+浓度和OH-浓度比例，同时也决定土壤胶体上致酸离子（H+或Al3+）或碱性离子（Na+ ）的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量，是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的。,几种酸性土剖面图,红壤,赤红壤,砖红壤,第一节 土壤酸碱性,一、土壤酸碱性的成因（外因）,（一）、气候条件：南酸北碱 （二）、生物因素：植物和微生物 （三）、母质类型：酸性岩和基性岩 （四）、人为活动：农事活动和酸雨,（1）水的解离： H2O H+ + OH- （2）碳酸的解离： H2CO3 H+ + HCO3- （3）有机酸的

2、解离：有机酸 H+ +RC （4）无机酸 ： 硝化作用产生硝酸、硫化作用可产生硫酸；,1. 土壤中H+的来源,土壤酸性的来源（形成内因）,2 .土壤中铝的活化,胶体上交换性铝离子被交换进入溶液后使土壤呈酸性。,氢离子进入土壤 ， 随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基饱和度下降，而氢离子饱和度渐渐提高。,当土壤粘粒矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，这些胶粒的晶体结构就会遭到破坏，有些铝氧八面体被解体，使铝离子脱离了八面体晶体的束缚，变成活性铝离子。,活性铝离子被吸附在带负电荷的粘粒表面，转变为交换性铝离子，交换性铝离子解吸后，水解形成酸性：,Al3+ 3H2O Al(OH)3 + 3H+,土壤酸

3、化过程,土壤 胶体,Na+,Mg2+,K+,Na+,H+,Ca2+,H+,H+,H+ 增加，土壤酸化,Ca2+,K+,Mg2+,盐基离子淋溶,离子交换,Al3+,Al3+,土壤碱性形成的机理 形成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。 土壤中的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳酸盐和重碳酸盐，以及胶体表面吸附的交换性钠。,土壤弱酸强碱盐的水解，碳酸及重碳酸的钾、钠、钙、镁等盐类。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等; 其次是土壤胶体上的Na+的代换水解作用。,OH-的来源,1 . 碳酸钙水解 CaCO3+H2O Ca2+ +HCO3- + OH-,2. 碳酸钠的水解 Na2CO3 + 2H2

4、O 2Na+ + 2OH- + H2CO3,3 . 交换性钠的水解 土壤胶体上交换性钠解吸： xNa+ + yH2O （x-y）Na+ + yNaOH yH+,1.活性酸 (soil active acidity),二、土壤酸的类型,土壤溶液中游离的H+所表现的酸度。,活性酸度的表示： 决定土壤溶液中H+浓度，通常用pH值表示， 即pH=-lgH+,定义,我国土壤酸碱度分级,土壤酸碱性的五级分类制,pH小于5.5 酸性 pH在5.56.5 微酸性 pH在6.57.5 中性 pH在7.58.5 微碱性 pH大于8.5 碱性,2. 潜性酸(soil potential acidity),指土壤胶体

5、上吸附的H+和Al3+所可能引起的酸度。,这些离子只有当它们从胶体上解离或被其它阳离子所交换而转移到溶液中以后才显示酸性。,定义,表现形式,测定方法,代换性酸,水解性酸,用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）溶液，与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的氢离子或铝离子被浸提剂的阳离子所交换，使溶液的酸性增加。测定溶液中氢离子的浓度即得交换性酸的数量。,（1）交换性酸(soil exchangeable acidity),交换性酸（常用1mol/L KCl提取）cmol（+）kg-1,M+,M+,+ 4KCl,H+,M+,M+,K+,K+,+,Al3+,K+,K+,Al3+ 3H2O Al(OH)3 +

6、 3H+,Al3 + + H+,用中性盐溶液浸提而测得的酸量只是土壤潜性酸量的大部分，而不是它的全部。交换性酸在进行调节土壤酸度估算石灰用量时有重要参考价值。,（2）水解性酸(soil hydrolytic acidity),CH3COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5，Na+可以把绝大部分的代换性氢离子和铝离子代换下来，从而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。,用过量强碱弱酸盐（CH3COONa）浸提土壤，胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。,水解性酸(用pH8.2 NaOAc溶液提取） cmol（+） kg-1,Al3+,M+,M+,H+,+ 4CH3COO

7、Na,M+,M+,Na+,Na+,Na+,Na+,+ 4CH3COOH,+ Al(OH)3,用碱滴定溶液中醋酸的总量即是水解酸的量。土壤水解酸反应生成难电离的Al(OH)3和CH3COOH，所以反应向右进行彻底，即土壤胶体中吸附的H+和Al3+能较完全被交换出来。水解性酸度也可作为酸性土壤改良时计算石灰需要量的参考数据。,水解性酸度一般要比交换性酸度大得多，但这两者是同一来源，本质上是一样的，都是潜性酸，只是交换作用的程度不同而已。,几种土壤中的交换性酸和水解性酸量的比较,活性酸,潜性酸,3. 活性酸与潜性酸的关系,先有活性酸，后有潜性酸； 潜性酸大大地大于活性酸； 活性酸与潜性酸处于动态平衡

8、中。,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。,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。它是土壤的酸度的容量指标。它与pH值在意义上是不同的。,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。,土壤总酸度活性酸度潜在酸度,三、土壤碱性的指标,2. 总碱度 指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量 总碱度=CO32-+HCO3- 单位： cmol (-) L-1,CaCO3及MgCO3的溶解度很小，在正常CO2分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，所以含

9、CaCO3和MgCO3的土壤，其pH值不可能很高，最高的pH值在8.5左右，这种因石灰性物质所引起的弱碱性反应（pH值7.58.5）称为石灰性反应，该土壤称之为石灰性土壤。,1. pH值 土壤溶液中OH-浓度H+浓度，pH7，土壤表现为碱性。,3. 碱化度,碱化度（%）=,100,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,当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐含量较低时，土壤就呈极强的碱性反应，土壤理化性质上发生恶劣变化，称为土壤的碱化作用。,碱化层的碱化度30%,表层含盐量9.0定为碱土。 碱化度在5%-20%时称碱化土，土壤碱化度为510定为轻度碱化土壤，1020为中度碱化土壤，203

10、0为强碱化土壤。,影响土壤pH值的因素* （一）土壤胶体类型和性质对pH值的影响 1土壤胶体的极限pH值 当土壤胶体上吸附的阳离子全部是致酸离子，称为盐基完全不饱和态。此时土壤的pH值，称为土壤的极限pH值。,2土壤胶体酸基的解离常数K对pH值影响 不同类型土壤胶体的pK值就各异。有机胶体pK值为4.55.0，硅酸盐类粘粒为5.25.8；含水氧化铁为6.07.0。致酸离子解离度的大小的排列顺序： 有机胶体 蒙脱石 含水云母和拜来石 高岭石 含水氧化铁、铝,（二）土壤吸附性阳离子组成和盐基饱和度对pH的影响 氢铝质土壤是酸性； 钙质土 pH值大多数在7左右，呈中性反应； 钠质土壤 pH值可达8.

11、5以上，呈碱性反应。 盐基饱和度大小，反应土壤潜性酸及活性强度的大小。,（三）土壤含水量对土壤pH的影响 土壤的pH值随土壤含水量增加有上升的趋势。因此，在测定土壤pH值时,应注意土水比。土水比愈大，所测得的pH值愈大。,（四）土壤氧化还原条件对pH的影响 淹水或施有机肥促进土壤还原的发展，对土壤pH有明显的影响。酸性土淹水后pH升高的原因主要是由于在嫌气条件下形成的还原性碳酸铁、锰呈碱性，溶解度较大，因之pH值升高。 硫化物（在硫化细菌的作用下）可氧化为硫酸，使土壤pH值急剧下降,1. 对土壤微生物的影响 土壤细菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境； 在强酸性土壤中真菌则占优势 。 2. 对土壤

12、胶体带电性影响 土壤环境pH 值高时，土壤胶体负电荷数量增多，相应 于阳离子交换量也增加，土壤保肥性、供肥性增强。,（一）、对土壤肥力的影响,四、土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,3.对土壤养分有效性影响,植物营养元素的有效性与pH的关系,在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。 N、K 、 S元素在微酸性、中 性、碱性土壤中都较高。 P元素在中性土壤中有效性最高， pH7时有效性降低。 Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。 Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。 Mo在酸性土壤中有效性较低，pH6时有效性增加。,（二）、对植物生

13、长的影响,1. 酸性土的指示植物 铁芒箕（Dicranopteris linearis）,生在华南酸性土上。 地刷子（Lycopodium complanatum），生在海拔较高的冷湿地区。 铺地蜈蚣（Lycopodium cernuum），生在亚热带的潮湿地区。,只能在某一特定的酸碱范围内生长，这类植物可以为土壤酸碱度起指示作用，习惯上被称为指示植物。,铁芒箕,铺地蜈蚣,2. 钙质土的指示植物 铁线蕨（Adiantum capillus-veneris）,分布在华南和西南的石灰岩地区。 有尾铁线蕨（Adiantum caudatum）,生长在华南。,3. 盐土的指示植物 海蓬子（Salico

14、rnia herbacea）， 分布在河北和辽东沿海的盐土上。 盐爪爪(Kalidium gracile)，分布在内陆盐土上。,海蓬子,盐爪爪,4. 盐碱土的指示植物 盐吸（Suaeda ussuriensis）分布在华北和东北的盐土、碱土和盐碱土上。 三棱草（Scirpus maritimus），生长在排水不良的盐土、碱土和盐碱土上。 三春柳（Tamarix juniperina）,分布在渤海边和内蒙黄河沿岸的盐土区。,三棱草（,三春柳,植物适宜的pH范围,砖红壤上的油棕林,砖红壤上的橡胶林,赤红壤上的荔枝园,红壤上次生马尾松林,红壤上的柑橘园,红壤旱地上油茶-大豆间作,红壤丘陵上种植的烟草

15、和柑橘,黄壤上的杉木林,五、我国土壤酸碱性概况,南酸北碱，一般在4.5-8.5之间。,吉林、内蒙古、华北的碱土的pH值有的高达10.5；台湾省新八仙山和广东省鼎湖山、五指山的黄壤的pH值有低至3.63.8，以上是已知的我国土壤的最高和最低PH范围。,中国土壤酸碱度分布图,六、土壤酸碱性调节,土壤反应过酸或者过碱，都可以采取适当的措施加以调节，以适应植物生长的需要。,土壤酸性的调节,土壤碱性的调节,土壤酸度过强（pH过低），不利于作物生长，因此需要提高土壤pH。 一般采用施石灰的办法。 使用的石灰材料是生石灰（CaO）和熟石灰（Ca(OH)2）。 CaO + H2O Ca(OH)2,1. 土壤酸

16、性的调节,土壤胶体,H+ H+,+,Ca(OH)2,土壤胶体,Ca2+,+2H2O,土壤胶体,Al3+,+,Ca(OH)2,土壤胶体,Ca2+,Al3+,Ca2+,Ca2+,+ 2Al（OH）3,原理,1、降低酸度，提高盐基饱和度； 2、促进团粒结构的形成； 3、提高磷酸盐、钼酸盐等的有效性； 4、提高微生物的活性； 5、抑制铁、铝、锰的毒性；,施用石灰的益处,土壤板结，结构变劣； 部分微量元素有效性降低（镁）；磷的有效性也下降。 因此，施用石灰要适量。白云石替代,过度施用石灰的负面影响,影响石灰施用量的因素有： 土壤潜性酸和pH；盐基饱和度；质地；有机质含量；石灰的种类和施用方法；作物的要求等。,石灰需要量=土壤体积容重 CEC （1-盐基饱和度） 单位：千克/公顷,石灰需要量的估算,应用,