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1、第三章第三章 土壤流体组成与土壤化学性质土壤流体组成与土壤化学性质重点掌握内容：重点掌握内容：土壤水分的相关计算土壤水分的相关计算土壤空气和热量特点土壤空气和热量特点土壤吸附交换性土壤吸附交换性土壤酸碱性土壤酸碱性第一节第一节 土壤水分土壤水分1 水的生理作用水的生理作用水水的的生生理理作作用用是是有有机机物物质质的的主主要要成成分分是是植植物物生生活活的的必必须须物物质质是是植植物物吸吸收收养养分分的的介介质质是是微微生生物物必必须须的的生生活活物物质质影影 响响 土土 壤壤 性性 质质 和和 肥肥 力力调调节节温温湿湿度度，改改善善环环境境2 土壤水分的类型及其特性土壤水分的类型及其特性2
2、.1 土壤水分的类型土壤水分的类型固态水固态水 气态水气态水束缚水束缚水自由水自由水化学化学束缚束缚水水物理物理束缚束缚水水化化合合水水结结晶晶水水毛管水毛管水 重力水重力水毛毛管管上上升升水水毛毛管管悬悬着着水水支支持持重重力力水水自自由由重重力力水水吸吸湿湿水水膜膜状状水水2.2 土壤各类水分的特征土壤各类水分的特征2.2.1 固固态态水水：存存在在于于0 C以以下下，中中纬纬度度有有季季节节固固态态水水，高高纬纬度度地地区区有有永冻层。固态水不能被植物利用永冻层。固态水不能被植物利用2.2.2 气态水：气态水：存存在在于于土土壤壤孔孔隙隙中中，是是土土壤壤空空气气组组成成之之一一。不不能
3、能被被根根系系直直接接利利用用，通通过过分分子子扩扩散散移移动动。其其重重要要性性表表现现为为：它它是是干干旱旱下下唯唯一一可可以以自自由由移移动动的的水水分分，它它影影响响土土壤壤水水分分的的蒸蒸发发速速率率，它可以生成其它形态的水。它可以生成其它形态的水。2.2.3束束缚缚水水：是是指指被被土土壤壤颗颗粒粒束束缚缚着而不能自由移动的水分。着而不能自由移动的水分。2.2.3.1 化化学学束束缚缚水水：是是土土壤壤矿矿物物化化学学组组成成的的一一部部分分，不不能能参参与与土土壤壤中的理化作用，不能被植物利用。中的理化作用，不能被植物利用。（1）化化合合水水：在在矿矿物物的的结结晶晶格格子子中中
4、被被牢牢固固地地保保持持着着，只只有有在在数数百百度度高温下，矿物遭破坏时才能释放。高温下，矿物遭破坏时才能释放。（2）结结晶晶水水：存存在在矿矿物物晶晶格格中中，但但结结合合不不太太牢牢固固，在在稍稍低低温温度度可可以以分离出来。分离出来。1.2.3.2 物物理理束束缚缚水水：被被土土壤壤颗颗粒粒表表面面分子引力所保持的水分。分子引力所保持的水分。（1）吸吸湿湿水水：也也叫叫紧紧束束缚缚水水，因因分分子子引引力力和和静静电电引引力力作作用用，使使干干燥燥的的土土壤壤颗粒表面从空气吸附的一层气态水膜。颗粒表面从空气吸附的一层气态水膜。作作用用距距离离短短，受受到到引引力力大大(31-10000
5、 atm)，近近似似固固态态水水性性质质，密密度度大大于于1(平平均均1.5)，热热容容量量低低，无无溶溶质质溶溶解解能能力力，常常温温下下不不能能移移动动，导导电电性性弱弱，冰冰点点下下降降多多(-78 C)，丧丧失失热热运运动动，故故吸湿时有吸湿热释放。吸湿时有吸湿热释放。质地越粘重，吸湿水含量高；空气湿度质地越粘重，吸湿水含量高；空气湿度越大，吸湿水含量越高。越大，吸湿水含量越高。当空气湿度达到或接近饱和时，土壤吸当空气湿度达到或接近饱和时，土壤吸湿水达到最大量，此时的土壤含水量湿水达到最大量，此时的土壤含水量称为吸湿系数或最大吸湿量。称为吸湿系数或最大吸湿量。把去掉吸湿水后的干土称为烘
6、干土，一把去掉吸湿水后的干土称为烘干土，一般要在般要在105-110 C下烘下烘6-8小时。小时。砂土砂土壤土壤土黏土黏土腐质土腐质土0.51020505065120200不同质地土壤的吸湿系数不同质地土壤的吸湿系数(g/kg)（2）膜状水）膜状水：也叫松束缚水，：也叫松束缚水，它是指土它是指土壤颗粒表面在吸附吸湿水后所剩余引壤颗粒表面在吸附吸湿水后所剩余引力作用下，与液态水接触时，在吸湿力作用下，与液态水接触时，在吸湿水膜外吸附的一层液态水膜。水膜外吸附的一层液态水膜。膜状水所受引力比吸湿水小，在膜状水所受引力比吸湿水小，在6.25-31 atm，但比地心引力大得多，但比地心引力大得多，故不
7、能故不能在重力作用下移动，只能从水膜厚的在重力作用下移动，只能从水膜厚的土粒向水膜薄的土粒运动。土粒向水膜薄的土粒运动。可少量溶解溶质，可部分被植物利用可少量溶解溶质，可部分被植物利用(植植物平均水吸力约物平均水吸力约15 atm)。膜膜状状水水移移动动缓缓慢慢(0.2-0.4 mm/h)，只只有有根根毛毛与与之之接接触触的的很很小小范范围围内内才才能被利用。能被利用。膜膜状状水水尚尚未未用用完完之之前前，植植物物就就会会因因水水分分供供应应不不上上而而发发生生凋凋萎萎。植植物物发发生生永永久久凋凋萎萎时时的的土土壤壤含含水水量量称称为为凋凋萎萎系系数数。要要保保持持植植物物正正常常生生长长，
8、土土壤壤含水量必需大于调萎系数。含水量必需大于调萎系数。膜膜状状水水达达到到最最大大时时的的土土壤壤含含水水量量称称为为最最大大分分子子持持水水量量。它它包包括括了了吸吸湿湿水水和膜状水。和膜状水。2.2.4 自由水自由水：是不被土粒牢固吸是不被土粒牢固吸附而能够自由移动的液态水。附而能够自由移动的液态水。2.2.4.1 毛管水毛管水：因毛管力的作用因毛管力的作用而保持在土壤毛管孔隙中的水。而保持在土壤毛管孔隙中的水。能溶解溶质，可被植物利用，受毛能溶解溶质，可被植物利用，受毛管力作用而能长久保存在土壤中，管力作用而能长久保存在土壤中，不会因重力作用而渗漏，是土壤不会因重力作用而渗漏，是土壤中
9、最宝贵水分。中最宝贵水分。毛管水的运动从毛管力小处向毛管毛管水的运动从毛管力小处向毛管力大处运动，故可以上下左右任力大处运动，故可以上下左右任何方向运功动。毛管力与张力系何方向运功动。毛管力与张力系数和毛管半径有关数和毛管半径有关(P=2T/R)。（1）毛毛管管上上升升水水：在在地地下下水水埋埋藏藏浅浅的的地地方方，地地下下水水在在土土壤壤毛毛管管力力作作用用下下，由由地地下下水水面面沿沿土土壤壤毛毛管管孔孔上上升升而保持在土壤毛管孔隙中的水。而保持在土壤毛管孔隙中的水。当当毛毛管管上上升升水水达达到到最最大大时时的的土土壤壤含含水量称为毛管持水量。水量称为毛管持水量。（2）毛毛管管悬悬着着水
10、水：由由地地面面进进入入土土壤壤，因因毛毛管管力力作作用用而而保保持持在在土土壤壤上上部部毛毛管孔隙中与地下水不相连通的水分。管孔隙中与地下水不相连通的水分。在在地地下下水水埋埋藏藏深深的的地地方方，靠靠毛毛管管悬悬着着水水保保水水供供水水。当当毛毛管管悬悬着着水水达达到到最最大大时时的的土土壤壤含含水水量量称称为为田田间间持持水水量量，它它是是下下雨雨或或灌灌溉溉后后，土土壤壤所所能能保保持持的最大含水量。的最大含水量。当当毛毛管管水水被被消消耗耗到到一一定定程程度度时时，毛毛管管水水之之间间呈呈不不连连续续状状态态，植植物物吸吸水水就就会会感感到到困困难难，此此时时的的土土壤壤含含水水量量
11、称称为毛管联系断裂含水量。为毛管联系断裂含水量。2.2.4.2 重力水：指受重力作用向重力水：指受重力作用向下移动，能够从土壤中排除的水。下移动，能够从土壤中排除的水。（1）自自由由重重力力水水：在在重重力力作作用用下下能能一一直直进进入入地地下下水水而而不不在在土土壤中存留的水。壤中存留的水。（2）支支持持重重力力水水：重重力力水水在在下下移移过过程程中中遇遇到到不不透透水水层层而而被被阻阻止在不透水层之上的重力水。止在不透水层之上的重力水。下下移移重重力力水水充充足足时时，支支持持重重力力水水可可以以形形成成临临时时地地下下水水层层，称称为为上层地下水。上层地下水。当当土土壤壤所所有有孔孔
12、隙隙都都充充满满水水时时，土土壤壤达达到到了了它它所所能能容容纳纳的的最最大大水水量量，此此时时的的土土壤壤含含水水量量称称为为饱饱和和含含水水量或全蓄水量。量或全蓄水量。重重力力水水可可以以被被植植物物利利用用，但但重重力力水水很很快快就就会会被被排排走走，没没有有利利用用的的机机会会，而而且且还还会会淋淋失失土土壤壤养养分分，而而支支持持重重力力水水又又会会妨妨碍碍土土壤壤通通气气，因因此此重重力力水水不不是是供供给给植植物物的的理理想想水水分分，是是旱旱地地土土壤壤多多余余的的水水分分，对水田来说是有效水。对水田来说是有效水。烘烘干干土土吸吸湿湿系系数数吸湿吸湿水水最最大大分分子子持持水
13、水量量膜膜 状状 水水毛毛管管联联系系断断裂裂含含水水量量田田间间持持水水量量毛毛管管持持水水量量饱饱和和含含水水量量毛管悬着水毛管悬着水毛毛管管上上升升水水重力重力水水水水分分常常数数水水分分形形态态有有效效性性无无 效效 水水难难 效效 水水 速速 效效 水水 多多 余余水水 有有 效效 水水调调萎萎系系数数2.3土壤水分常数、形态与有效性关系土壤水分常数、形态与有效性关系3 土壤水分含量的表示方法土壤水分含量的表示方法3.1 重量含水量重量含水量即质量含水量，单位重量或质量的土壤即质量含水量，单位重量或质量的土壤中水分的重量或质量，用中水分的重量或质量，用m表示，单表示，单位为位为g/k
14、g(过去用百分数表示即水分的过去用百分数表示即水分的重量或质量占土壤重量或质量的百分重量或质量占土壤重量或质量的百分数，也称含水率，用数，也称含水率，用w%表示表示)。计算含水量时一定要用烘干土为基数！计算含水量时一定要用烘干土为基数！3.2 容积含水量容积含水量是指单位容积的土壤中，水分容积所占是指单位容积的土壤中，水分容积所占的分数或百分数。的分数或百分数。v表示，无量纲。表示，无量纲。它表明土壤中水分占据孔隙的程度，从它表明土壤中水分占据孔隙的程度，从而可以推算土壤的三相比。而可以推算土壤的三相比。3.3 水层厚度水层厚度是指一定厚度的土层内有多少是指一定厚度的土层内有多少mm厚的水层，
15、用水厚的水层，用水mm表示。表示。如某土壤耕层深如某土壤耕层深20 cm，测得含水量为测得含水量为150 g/kg，土壤容重为土壤容重为1.2 g/cm3，求其水求其水层厚度是多少层厚度是多少?水水mm200(150/10)1.236 mm3.4 水体积水体积指一定厚度的每亩土壤中所含有水指一定厚度的每亩土壤中所含有水的体积的体积 ，用水，用水方方/亩亩或或m3/亩表示。亩表示。3.5 相对含水量：是指土壤实际含相对含水量：是指土壤实际含水量或绝对含水量占标准含水量水量或绝对含水量占标准含水量的百分数。一般用田间持水量或的百分数。一般用田间持水量或者饱和含水量作为标准含水量者饱和含水量作为标准
16、含水量。4 土壤水分的能量状态土壤水分的能量状态前前面面介介绍绍的的水水分分形形态态，是是按按照照土土壤壤受受力力的的类类型型来来划划分分的的。实实际际上上，无无论论哪哪种种形形态态水水分分，各各种种力力都都在在起起作作用用，只只是是作作用用强强弱弱不不同同而而已已，它它们们之之间间无无法法截截然然分分开开，因因此此这这种种划划分分在在理理论上尚有缺陷。论上尚有缺陷。应应用用水水分分在在土土壤壤中中存存在在时时本本身身的的能能量量变变化化来来研研究究水水分分的的保保持持、运运动动以以及及大大气气、植植物物和和土土壤壤水水分分的的关关系系问问题题就是土壤水分研究的能量观点。就是土壤水分研究的能量
17、观点。运用能量观点可以解决形态观点所运用能量观点可以解决形态观点所遇到的问题遇到的问题（1）土壤水分同时受各种力作用，用受）土壤水分同时受各种力作用，用受力类型划分水分形态理论根据不足。力类型划分水分形态理论根据不足。（2）各类水不一定按力大小依次出现。各类水不一定按力大小依次出现。（3）植物吸水由植物与土壤的水势来决）植物吸水由植物与土壤的水势来决定，不能完全用形态和数量来衡量。定，不能完全用形态和数量来衡量。（4）水分循环中，土壤、植物、大气相）水分循环中，土壤、植物、大气相互交换取决于水的能量关系，只有用互交换取决于水的能量关系，只有用能量变化才能将土壤能量变化才能将土壤-植物植物-大气
18、之间大气之间水分循环视为统一的物理过程，称为水分循环视为统一的物理过程，称为土壤土壤-植物植物-大气连续体，简称大气连续体，简称SPAC。Soil plant air continuum4.1 土壤水势土壤水势土壤水的运动缓慢，故动能可土壤水的运动缓慢，故动能可以忽略，因此土壤水分的能以忽略，因此土壤水分的能量主要是指势能。量主要是指势能。大量连续存在的水体称为自由大量连续存在的水体称为自由水或饱和水，它只受重力、水或饱和水，它只受重力、气压和静水压作用。气压和静水压作用。土壤水不是自由水，总是受到土壤水不是自由水，总是受到各种力的作用，因此其自由各种力的作用，因此其自由能与自由水不同。能与自
19、由水不同。土壤水经常处于非饱和状态，土壤水经常处于非饱和状态，孔隙并未完全充满水，存在孔隙并未完全充满水，存在有空气，有空气，土壤水与纯自由水土壤水与纯自由水相比，除受重力、气压、静相比，除受重力、气压、静水压作用外，还受土粒表面水压作用外，还受土粒表面对它的分子引力、静电引力、对它的分子引力、静电引力、表面张力、毛管力等的作用。表面张力、毛管力等的作用。土壤水分因受各种的力约束，土壤水分因受各种的力约束，与纯自由水比较，其自由能与纯自由水比较，其自由能(主要是势能主要是势能)要降低。要降低。把把土土壤壤水水的的势势能能与与相相同同状状态态下下纯纯自自由由水水的的势势能能之之差差叫叫做做土土壤
20、壤水水势势，即即土土壤壤水水势势是是指指土土壤壤水水在在各各种种力力的的作作用用下下所所引引起起的的势势能能的降低值，简称土水势。的降低值，简称土水势。规规定定标标准准状状态态下下纯纯自自由由水水的的水水势势为为0，故土水势一般为负值。，故土水势一般为负值。物物体体总总是是由由自自由由能能高高处处向向低低处处运运动动，所所以以土土壤壤水水总总是是由由水水势势高高处向水势地处运动。处向水势地处运动。4.1.1 基质势基质势m(基模势基模势)因土粒的吸附力、毛管力等所引因土粒的吸附力、毛管力等所引起的土壤水自由能的降低值。起的土壤水自由能的降低值。随含水量增加而增加，水分饱和随含水量增加而增加，水
21、分饱和时，基质势为时，基质势为0。4.1.2 溶质势溶质势s(渗透势渗透势)因水中的溶质离子吸水，使土壤因水中的溶质离子吸水，使土壤水失去部分自由活动能力而导水失去部分自由活动能力而导致的土壤水自由能降低值。致的土壤水自由能降低值。随浓度增加而减小，与渗透压数随浓度增加而减小，与渗透压数值相等符号相反。值相等符号相反。4.1.3 压力势压力势p因土壤水在饱和状态下受到压力因土壤水在饱和状态下受到压力作用引起的自由能变化。作用引起的自由能变化。包括包括气压势、静水压势和荷载势。气压势、静水压势和荷载势。气压势是指空气被封闭在土体内气压势是指空气被封闭在土体内产生的势值，可忽略。产生的势值，可忽略
22、。静水压势是指连续的水层而产生静水压势是指连续的水层而产生的静压力所引起的水势，是压的静压力所引起的水势，是压力势的主要部分。力势的主要部分。荷载势是指土壤水中所含的悬浮荷载势是指土壤水中所含的悬浮物所产生的水势，可忽略。物所产生的水势，可忽略。4.1.4 重力势重力势g指土壤水所处的位置不同，受重指土壤水所处的位置不同，受重力作用而产生的水势。力作用而产生的水势。重力势在任何情况下都存在，重重力势在任何情况下都存在，重力势的正负由标准参照面确定，力势的正负由标准参照面确定，在参照面以下为负值，以上为在参照面以下为负值，以上为正值。正值。重力势与土壤性质无关，只取决重力势与土壤性质无关，只取决
23、于研究点与参比点的位置。于研究点与参比点的位置。土壤水势的单位：土壤水势的单位：常用土壤水势的单位大气压、常用土壤水势的单位大气压、巴、帕、厘米水柱、毫米汞巴、帕、厘米水柱、毫米汞柱等，其关系如下：柱等，其关系如下：1 atm = 1033 cm H2O = 1.0133 bar = = 760 mm Hg1Pa=0.0102cmH2O1bar=105Pa=0.9896atm=1020 cmH2O=750.1mmHg4.2 土壤水吸力土壤水吸力土土壤壤水水吸吸力力是是指指土土壤壤水水在在承承受受一一定定吸吸力力的的情情况况下下所所处处的的能能态。态。与水势区别在于：与水势区别在于：（1）土土壤
24、壤水水吸吸力力只只包包括括基基质质吸吸力力和和渗渗透透(溶溶质质)吸吸力力，相相当当于于基基质质势势和和溶溶质质势势，而而不不包包括括其其他他分分势势，一一般般只只用用于于非非饱饱和和状状态态，溶溶质质势势为为零零，故通常是指基质势。故通常是指基质势。（2）概概念念上上虽虽然然不不是是指指土土壤壤对对水水的的吸吸力力，但但可可以以用用土土壤壤对对水的吸力表示。水的吸力表示。土土壤壤水水吸吸力力为为1巴巴，意意思思是是如如果果对对土土壤壤施施加加大大于于1巴巴的的压压力力，水水就就从从土土壤壤流流出出来来，若若小小于于1巴，土壤就会再吸水。巴，土壤就会再吸水。（3）土土壤壤水水吸吸力力为为正正值
25、值，可可以以避避免免使使用用土土水水势势负负值值的的麻麻烦烦和和增增减减问问题题上上易易于于弄弄错错的的弊弊病。病。（4）对对于于非非饱饱和和土土壤壤来来说说，土土水水势势与与土土壤壤水水吸吸力力数数值值相相等等，符号相反。符号相反。（5）土土水水势势低低，则则吸吸力力高高，故故土土壤壤水水由由吸吸力力低低处处向向吸吸力力高高处处运动。运动。（6）当当用用cm H2O表表示示土土壤壤水水吸吸力力时时，数数值值大大，往往往往取取其其常常用用对对数数值值，称称为为pF，是是指指与与一一定定土土壤壤水水吸吸力力相相当当的的厘厘米米水水柱柱的的常用对数值，常用对数值， pF=lgcmH2O。4.3 土
26、壤水分特征曲线土壤水分特征曲线4.3.1 概念概念将土壤水的能量指标将土壤水的能量指标(土壤土壤水吸力水吸力)与数量指标与数量指标(土壤土壤含水量含水量)做成的相关曲线做成的相关曲线称为土壤水分特征曲线。称为土壤水分特征曲线。用原状土壤测定其在不同土用原状土壤测定其在不同土壤基质吸力下的相应含水壤基质吸力下的相应含水量即可绘制出水分特征曲量即可绘制出水分特征曲线。线。土壤容积含水量土壤容积含水量%2040600基质吸力基质吸力/cm11060300103104.2105107cmH2O砂砂土土粘粘土土壤壤土土11.82.54.257pF3土土壤壤水水分分特特征征曲曲线线土壤容积含水量土壤容积含
27、水量%2040600砂砂土土粘粘土土壤壤土土基质吸力基质吸力/cm11060300103104.2105107cmH2O11.82.54.257pF30土壤土壤水吸力水吸力与含水与含水量呈负量呈负相关相关4.3.2 土壤水分特征曲线的意义土壤水分特征曲线的意义土壤容积含水量土壤容积含水量%2040600砂砂土土粘粘土土壤壤土土基质吸力基质吸力/cm11060300103104.2105107cmH2O11.82.54.257pF30同同一一土土壤壤水水吸吸力力下下，含含水水量量呈呈粘粘土土壤壤土土砂砂土土土壤容积含水量土壤容积含水量%2040600砂砂土土粘粘土土壤壤土土基质吸力基质吸力/cm
28、11060300103104.2105107cmH2O11.82.54.257pF30同同一一土土壤壤含含水水量量下下，水水吸吸力力呈呈粘粘土土壤壤土土砂砂土土，水水分分有有效效性性粘粘土土壤壤土土粘粘土土砂砂土土4.3.3 滞后现象滞后现象同同一一土土壤壤由由干干到到湿湿做做成成的的水水分分特特征征曲曲线线与与由由湿湿到到干干作作做做成成水水分分特特征征曲曲线线不不重重合合的的现现象象称称为为滞后现象。滞后现象。从从饱饱和和点点开开始始逐逐渐渐增增加加土土壤壤水水吸吸力力，减减少少含含水水量量所所得得的的水水分分特特征征曲曲线线称称为为脱脱水水线线。把把从从干干燥燥点点开开始始不不断断增增加
29、加土土壤壤含含水水量量，减减小小土土壤壤水水吸吸力力所所得得的的水水分分特特征曲线称为吸水线。征曲线称为吸水线。土土壤壤水水吸吸力力土壤含水率土壤含水率脱水线脱水线吸水线吸水线吸水线与脱水线形成的闭合曲吸水线与脱水线形成的闭合曲线就是滞后圈线就是滞后圈3-2 土壤空气土壤空气2.1 土壤空气的组成特点土壤空气的组成特点2.1.1 土壤空气中土壤空气中CO2高于大气高于大气土壤空气中含量为土壤空气中含量为0.15-0.65%，高者可达高者可达2。（1）有机质分解产生）有机质分解产生CO2（2）植物根系和微生物呼吸释植物根系和微生物呼吸释放放CO2（3）碳酸盐遇酸分解产生碳酸盐遇酸分解产生CO22
30、.1.2 土壤空气土壤空气O2含量低于大气含量低于大气大气含大气含O2为为20.96%，土壤空气，土壤空气为为18-20.03%。（1）微生物活动消耗）微生物活动消耗O2（2）根系呼吸消耗根系呼吸消耗O2（3）物质氧化消耗物质氧化消耗O2 （4）种子发芽消耗种子发芽消耗O22.1.3 土壤空气中水汽含量高于大气土壤空气中水汽含量高于大气 土壤含水量超过吸湿系数，土壤中空土壤含水量超过吸湿系数，土壤中空气湿度接近饱和，大气只有再下雨时气湿度接近饱和，大气只有再下雨时才是饱和的。才是饱和的。2.1.4土壤空气中含有还原性气体土壤空气中含有还原性气体如如H2S、CH4、H2、N2O等等2.1.5 土
31、壤空气随时间和空间变化土壤空气随时间和空间变化大，大气组成相对稳定。大，大气组成相对稳定。随土层加深随土层加深O2减少，减少，CO2增加。增加。CO2和和O2在土壤中互为消长，两在土壤中互为消长，两者之和维持在者之和维持在19-22。CO2呈冬呈冬季季春秋春秋夏季，淹水土壤空气急夏季，淹水土壤空气急剧下降。土壤剧下降。土壤CO2有日变化规律。有日变化规律。玉米喇叭期土壤玉米喇叭期土壤CO2排放的日变化图排放的日变化图2.2 土壤通气性土壤通气性2.2.1 土壤通气性机制土壤通气性机制（1）水水体体带带入入土土壤壤：降降雨雨或或者者灌灌溉溉时时，溶溶解解于于水水中中的的气气体体带带入土壤。该方式
32、交换量很少。入土壤。该方式交换量很少。（2）整整体体交交换换：因因外外界界因因素素变变化化而而使使土土壤壤空空气气全全部部或或部部分分排排除除土土体体，大大气气整整体体进进入入土土壤壤的的过过程程称称为为整整体体交交换换。如如降降雨雨或或灌灌溉溉时时土土壤壤空空气气被被排排除除，水水分分入渗后，空气进入土壤。入渗后，空气进入土壤。（3）气体扩散）气体扩散气体分子由高浓度处向低浓度处气体分子由高浓度处向低浓度处运动的现象称为气体扩散。运动的现象称为气体扩散。大气大气O2高高CO2低低土壤土壤低低高高把把土壤这种像人和动物的呼吸作用土壤这种像人和动物的呼吸作用一样，不断从大气中吸入一样，不断从大气
33、中吸入O2，而向而向大气排出大气排出CO2的过程称为土壤呼吸。的过程称为土壤呼吸。土土壤壤呼呼吸吸是是土土壤壤通通气气的的主主要要机机制制，是是土土壤壤具具有有生生命命力力和和肥肥力力的的表表现。现。土土壤壤呼呼吸吸也也是是陆陆地地生生态态系系统统碳碳循循环环的的关关键键环环节节，是是植植物物光光合合作作用用固固定定的的大大气气CO2返返回回大大气气的的主要途径。主要途径。可可以以将将土土壤壤呼呼吸吸分分为为根根系系呼呼吸吸、微微生生物物对对植植物物来来源源物物质质的的呼呼吸吸、微生物对土壤有机质的呼吸。微生物对土壤有机质的呼吸。不同植物生长不同植物生长下的土壤呼吸下的土壤呼吸2.2.2 土壤
34、通气性的意义土壤通气性的意义土土壤壤通通气气性性是是土土壤壤空空气气与与大大气气进进行行交交换换以以及及土土体体内内部部允允许许气气体体扩扩散和流通的能力。散和流通的能力。（1）更新土壤空气）更新土壤空气（2）排排除除有有毒毒气气体体，改改善善根根系系和和微生物生活条件微生物生活条件（3）促进碳素循环）促进碳素循环土土壤壤排排放放的的CO2可可参参与与光光合合作作用用，可以占光合产物的可以占光合产物的10-90%。2.2.3 土壤通气性指标土壤通气性指标（1）土土壤壤呼呼吸吸强强度度：单单位位时时间间内内单单位位面面积积的的土土壤壤上上扩扩散散出出来来的的CO2数量，单位为数量，单位为mg C
35、 m-2h-1。（2）呼呼吸吸商商(RQ)：也也叫叫呼呼吸吸系系数数，指指在在一一定定时时间间内内，一一定定面面积积土土壤壤上上CO2产产生生的的容容积积与与O2消消耗耗的的容容积之比。正常值接近积之比。正常值接近1（3）土土壤壤氧氧扩扩散散率率(ODR)：指指单单位位时时间间内内通通过过单单位位面面积积土土壤壤的的O2的数量。的数量。用氧扩散仪测定氧扩散率，将铂电用氧扩散仪测定氧扩散率，将铂电极和甘汞电极插入土壤中，在两极极和甘汞电极插入土壤中，在两极加电压，扩散氧在铂电极表面还原加电压，扩散氧在铂电极表面还原的同时产生与氧分压呈正比的电流，的同时产生与氧分压呈正比的电流，通过电流值计算出氧
36、扩散率。通过电流值计算出氧扩散率。ODR小于小于2010-8 g min-1cm-2时，时，多数植株停止生长。多数植株停止生长。（4）土壤通气量：指在单位时间）土壤通气量：指在单位时间内、单位压力下，进入单位体积内、单位压力下，进入单位体积的土壤中的气体总量。的土壤中的气体总量。（5）通气孔度：也叫土壤容气量，）通气孔度：也叫土壤容气量，指土壤空气的容积占土壤容积的指土壤空气的容积占土壤容积的百分数，等于孔隙度减去容积含百分数，等于孔隙度减去容积含水量。一般以水量。一般以10为临界值。为临界值。（6）Eh值：指土壤氧化还原电位，值：指土壤氧化还原电位，旱地一般要求土壤旱地一般要求土壤Eh值在值
37、在200-700 mv范围内为适度。范围内为适度。2.2.4 土壤通气性与植物生长土壤通气性与植物生长土壤空气对植物生长的影响表现在：土壤空气对植物生长的影响表现在：（1）影影响响根根系系发发育育：土土壤壤空空气气中中O2低低于于9-10时根系发育受阻。时根系发育受阻。（2）影影响响种种子子萌萌发发：如如土土壤壤空空气气O2百百分分数数为为20.8、5.2、1.3、0.3时时，小小麦麦发芽率分别为发芽率分别为100、87、50、7.5。（3）影影响响作作物物抗抗病病性性：通通气气不不良良造造成成还原物质毒害，抗病性降低。还原物质毒害，抗病性降低。（4）影响土壤微生物活动和养分状况）影响土壤微生
38、物活动和养分状况2.3 土壤温室气体土壤温室气体2.3.12.3.1概念概念把大气层能吸收部分地球表面红把大气层能吸收部分地球表面红外辐射能量从而阻挡热量向宇宙外辐射能量从而阻挡热量向宇宙扩散的现象称作温室效应。扩散的现象称作温室效应。想象一辆在阳光下关着窗户的汽想象一辆在阳光下关着窗户的汽车，玻璃窗能通过太阳能，却阻车，玻璃窗能通过太阳能，却阻挡座位和表盘反射的辐射能，从挡座位和表盘反射的辐射能，从而汽车内变得非常闷热，大气层而汽车内变得非常闷热，大气层的作用与此相似。的作用与此相似。具有温室效应具有温室效应的气体称为温室气体。的气体称为温室气体。土壤温室气体主要有土壤温室气体主要有CO2、
39、N2O、CH4气气体体丰度丰度年年增加增加速率速率* *年排放年排放量量* *增温贡增温贡献献% %1998199817501750COCO2 23653652802801.5ppm1.5ppm6.3Pg6.3Pg60.160.1CHCH4 41.7451.7450.7000.7007.0ppb7.0ppb600Tg600Tg19.819.8N N2 2O O0.3140.3140.2700.2700.8ppb0.8ppb16.4Tg16.4Tg6.26.2大气温室气体现状大气温室气体现状收获地上部分对大豆土壤排放N2O的影响0600120018002400010203040506070809
40、0100110120出苗天数(d)通量(ug N m-2h-1)CKPFPPPG2-3 土壤热量状况土壤热量状况1 土壤热量来源土壤热量来源1.1太阳辐射太阳辐射太太阳阳辐辐射射是是地地球球热热量量的的主主要要来来源源。太太 阳阳 表表 面面 6000， 中中 心心 达达2107。能能到到达达地地球球表表面面辐辐射射占占20亿亿分分之之一一。太太阳阳直直射射地地面面时时的的强强度度称称为为太太阳阳常常数数，为为1.94卡卡cm-2 min-1。由由于于大大气气吸吸收收与与散散射射、云云、地地面面反反射射等等，实际辐射为实际辐射为0.83卡卡cm-2 min-1。1.2 生物热生物热微生物分解有
41、机质释放的热量大微生物分解有机质释放的热量大部分用于提高土温。部分用于提高土温。1.3 地球内热地球内热地地球球内内部部温温度度约约为为3000-4000 。地地壳壳导导热热能能力力弱弱，地地表表获获得得的的内内热热约约为为54kal cm-2a-1。在在地地热热异异常常区区如如温温泉泉、火火山山周周围围，地地球球内内热热不不可可忽忽视视。在在地地表表15-20m以以下下，地地球球内内热热才才超超过过太太阳阳辐辐射射，从从20m开开始始，每深入每深入33m，温度增加温度增加1 。2 土壤热量性质土壤热量性质2.1 土壤吸热性土壤吸热性用用反反射射率率表表示示反反射射率率是是指指土土壤壤表表面面
42、反反射射的的辐辐射射能能量量与与照照射射于于土土壤壤表表面面的的辐辐射射能能量量的的比比值值。反反射射率率大，吸热性弱。大，吸热性弱。干黑土干黑土湿润黑土湿润黑土 干灰砂土干灰砂土 湿灰砂土湿灰砂土0.140.080.180.09绿草地面绿草地面 干草地面干草地面 新雪新雪陈雪陈雪0.260.31-0.330.810.6952.2 土壤热容量土壤热容量单位数量的土壤每升高或下降单位数量的土壤每升高或下降1时所吸收或释放的热量。时所吸收或释放的热量。C(重量重量)=Cv(容积容积)(容重容重)。物质物质石英砂石英砂石灰石灰粘粒粘粒泥炭泥炭C0.1960.2140.2330.477Cv0.5170
43、.5820.5760.601物质物质水分水分空气空气有机质有机质 矿物质矿物质C10.240.460.174Cv10.0003 0.600.460土壤土壤含水量占全蓄水量的百分数含水量占全蓄水量的百分数0205080100砂土砂土0.350.400.480.580.63粘土粘土0.260.300.530.720.90泥炭泥炭0.200.320.560.790.94水分对土壤热容量的影响水分对土壤热容量的影响 土壤质地、有机质含量、和水分影响土壤热土壤质地、有机质含量、和水分影响土壤热容量。容量。水分是土壤中最容易变化的因素，土水分是土壤中最容易变化的因素，土壤热容量随水分增加而增加。壤热容量随
44、水分增加而增加。热容量大，土热容量大，土壤吸热散热慢，土温变化小。壤吸热散热慢，土温变化小。2.3土壤导热性土壤导热性是是指指把把土土壤壤吸吸收收热热量量后后，能能将将一一部部分热量传向邻近土层的性质。分热量传向邻近土层的性质。导导热热率率()衡衡量量导导热热性性，是是指指在在单单位位厚厚度度的的土土层层内内有有单单位位温温差差时时，单位时间内经过单位面积的热量。单位时间内经过单位面积的热量。物质物质石英石英石灰石石灰石泥炭泥炭(10-3）5.84.02.0水水空气空气矿质土粒矿质土粒有机质有机质1.20.054-52-3不同物质的导热率不同物质的导热率(cal cm-1 s-1 -1)导热率
45、受含水量和松紧度影响，导热率受含水量和松紧度影响，随含水量和土壤容重而增加，随随含水量和土壤容重而增加，随空气含量增加而减小。空气含量增加而减小。因此有：湿土导热性比干土强、因此有：湿土导热性比干土强、孔隙度小的土壤比孔隙度大导热孔隙度小的土壤比孔隙度大导热性强、粘土比砂土强。性强、粘土比砂土强。导热性强，就可以将热量传走，导热性强，就可以将热量传走，所以温度就不容易变化，相当于所以温度就不容易变化，相当于保温性强。保温性强。2.4 土壤导温性土壤导温性把把土土壤壤吸吸收收热热量量后后能能够够将将温温度度变变化化传传向向邻邻近近土土层层的的性性能能称称为为土土壤导温性。壤导温性。用用导导温温率
46、率(K)表表示示土土壤壤导导温温性性的的强强弱弱。导导温温率率与与导导热热率率成成正正比比，与与热热容容量量成成反反比比。导导温温率率越越大大，导导温温性性性性越越强强，土土壤壤温温度度越越容容易易变化，也相当于土壤保温性越差。变化，也相当于土壤保温性越差。物质物质水分水分空气空气土粒土粒K(cm2s-2)0.00130.16-0.2 0.005-0.1干干土土K大大，土土温温变变化化快快；通通气气孔孔度度大大的的土土壤壤K大大，土土温温变变化化快快，故砂土昼夜温差大。故砂土昼夜温差大。水水分分增增加加，增增加加，K增增加加，而而Cv的的增增加加会会却却使使K减减小小，故故湿湿度度大的土壤大的
47、土壤K小，温度变化慢。小，温度变化慢。3 影响土壤温度的因素影响土壤温度的因素影影响响土土壤壤温温度度的的因因素素地地理理因因素素土壤土壤因素因素地面地面因素因素位置位置海拔海拔坡向坡向颜颜色色、质质地地、有有机机质、水分、松紧度质、水分、松紧度覆盖覆盖起伏起伏随维度增加降低随维度增加降低随海拔增加降低随海拔增加降低南坡多高于北坡南坡多高于北坡覆盖有利保温覆盖有利保温凹凸有利增温凹凸有利增温3-4 土壤溶液土壤溶液1土壤溶液的组成土壤溶液的组成1.1土壤溶液概念土壤溶液概念土壤溶液是指土壤水分及其所含溶土壤溶液是指土壤水分及其所含溶质、悬浮物与可溶性气体的总称。质、悬浮物与可溶性气体的总称。土
48、壤溶液是一个极为复杂的体系，土壤溶液是一个极为复杂的体系，既有分子，又有离子与胶体；既既有分子，又有离子与胶体；既有无机物，又有有机物。土壤的有无机物，又有有机物。土壤的很多性质都是通过土壤溶液表现很多性质都是通过土壤溶液表现出来的。出来的。1.2土壤溶液的组成土壤溶液的组成（1）无无机机胶胶体体：铁铁铝铝氧氧化化物物、氢氢氧氧化物等可形成无机胶体化物等可形成无机胶体（2）无机盐类）无机盐类：是溶质的主要来源。：是溶质的主要来源。（3）有有机机化化合合物物：腐腐殖殖质质、有有机机酸酸、碳水化合物、蛋白质等碳水化合物、蛋白质等（4）络络合合物物：无无机机离离子子与与有有机机物物形形成络合物。成络
49、合物。（5）溶溶解解性性气气体体：O2、CO2、N2、NH3。2土壤溶液的浓度土壤溶液的浓度2.1 土壤溶液浓度的特点土壤溶液浓度的特点土壤溶液浓度的特点是不均一性土壤溶液浓度的特点是不均一性。（1）土壤胶体的离子代换）土壤胶体的离子代换土壤胶体表面不断进行着离子的吸土壤胶体表面不断进行着离子的吸附与释放，使土壤溶液浓度处于附与释放，使土壤溶液浓度处于变化之中。变化之中。（2）土壤中根系与微生物分布不均）土壤中根系与微生物分布不均根系和微生物吸收矿物养分，增加根系和微生物吸收矿物养分，增加了浓度的不均一性。了浓度的不均一性。（3）温度的变化）温度的变化温度变化引起物质溶解度的变化。温度变化引起
50、物质溶解度的变化。温度温度010502850KNO3138209855Ca(H2PO4)2154170.5温度温度02030020CaCl25957451020Ca(HCO3)2161166（4）湿湿度度的的变变化化：硝硝酸酸盐盐、氯氯化化物物等等随随水水分分增增加加，浓浓度度降降低低。磷磷酸酸盐盐变变化化不不明显，一价阳离子降低比钙离子明显。明显，一价阳离子降低比钙离子明显。不同温度不同温度(OC)下的溶解度下的溶解度(g/100g)（5）溶液中各成分之间的相互作用）溶液中各成分之间的相互作用碱碱土土金金属属与与CO32-、SO42-、PO4-发发生生沉沉淀淀，硫硫酸酸钠钠可可以以降降低低磷
51、磷酸酸钙钙的的溶溶解度。解度。（6）生物活动对养分吸收的不平衡）生物活动对养分吸收的不平衡生生物物选选择择性性吸吸收收矿矿质质养养，生生长长阶阶段段不不同，植物对养分吸收也不同。同，植物对养分吸收也不同。（7）外界环境因素的影响）外界环境因素的影响降雨、灌溉、干旱、施肥、耕作等降雨、灌溉、干旱、施肥、耕作等土土壤壤溶溶液液浓浓度度的的不不均均一一，才才导导致致了了养养分的迁移运动，有利于吸收。分的迁移运动，有利于吸收。2.2土壤溶液浓度范围土壤溶液浓度范围土壤溶液浓度一般在土壤溶液浓度一般在0.5-1.0 g/kg，但是不同气候条件下不同，干旱地但是不同气候条件下不同，干旱地区可在区可在1.0
52、-3.0 g/kg，盐土有时可盐土有时可达达6.0 g/kg。大于大于2.0 g/kg时植物吸收水分受到影时植物吸收水分受到影响响。由于土壤溶液浓度过高，使植物不能由于土壤溶液浓度过高，使植物不能吸收水分而导致的植物萎蔫或枯死吸收水分而导致的植物萎蔫或枯死的现象称之为烧苗。的现象称之为烧苗。3土壤溶液中离子存在形态土壤溶液中离子存在形态3.1离子存在形态离子存在形态（1）自由离子）自由离子：以单个离子存在。：以单个离子存在。（2）水水合合离离子子：离离子子与与不不同同数数目目的的水分子结合成水合物。如水分子结合成水合物。如H3O+（3）离离子子对对：带带相相反反电电荷荷的的离离子子由由于于库库
53、仑仑力力的的作作用用而而松松弛弛地地结结合合在在一一起。起。（4）络络离离子子：有有有有机机络络离离子子和和无无机机络离子，络离子是配位键结合。络离子，络离子是配位键结合。3.2养分离子的有效性养分离子的有效性（1）离离子子活活度度：溶溶液液中中有有效效离离子子数数并并不不等等于于浓浓度度，主主要要是是离离子子间间的的相相互作用引起的。互作用引起的。把把实实际际有有效效离离子子的的浓浓度度称称为为活活度度(a)，活活度度与与浓浓度度的的比比值值称称为为活活度度系系数数(f=a/c)。f总总是是5时时就就发发生生这这种种解解离离而而带带负负电电，一一个个高高岭岭石石有有数数千千个个OH基基，这这
54、是是1:1型粘土矿物带电的主要原因。型粘土矿物带电的主要原因。（2）含水铁铝氧化物的解离）含水铁铝氧化物的解离如三水铝石如三水铝石pH0为为4.8，土壤，土壤pH4.8时解时解离出离出H+而带负电。而带负电。pHpH0：Al2O33H2O2Al(OH)2O-+2H+（3）腐殖质分子上某些基团的解离）腐殖质分子上某些基团的解离在高在高pH下，腐殖质的羧基、酚基解下，腐殖质的羧基、酚基解离出离出H+而带负电，低而带负电，低pH下，氨基下，氨基吸附吸附H+带正电。带正电。（4）含水氧化硅的解离）含水氧化硅的解离SiO2H2O(H2SiO3)的的 pH0为为2，pH越高，带负电越多。越高，带负电越多。
55、3.2.3 胶体表面从介质吸附离子胶体表面从介质吸附离子如如高高岭岭石石在在局局部部强强酸酸性性下下吸吸附附H+带带正正电电，腐腐殖殖质质分分子子上上的的氨氨基基可可以以吸吸附附H+带带正正电电。氧氧化化物物在在低低于于等等电电点点时时，也也会会吸吸附附H+带正电。带正电。3.2.4断键：断键：粘粘土土矿矿物物破破碎碎时时，其其边边面面因因断断键而产生部分电荷。键而产生部分电荷。3-6 土壤吸收性能土壤吸收性能1概述概述1.1概念概念土壤吸收性能是指土壤能吸收和土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和离子、保留土壤溶液中的分子和离子、悬液中的悬浮颗粒、气体以及悬液中的悬浮颗粒、气体以
56、及微生物的能力。微生物的能力。土壤吸收性能决定土壤保肥能力土壤吸收性能决定土壤保肥能力的大小和供肥程度的难易，土的大小和供肥程度的难易，土壤吸收性能也称为土壤吸收保壤吸收性能也称为土壤吸收保肥性能。肥性能。1.2 土壤吸收性能的作用土壤吸收性能的作用（1）决定土壤的保肥供肥能力：）决定土壤的保肥供肥能力：施施入入到到土土壤壤中中肥肥料料，靠靠土土壤壤吸吸收收能能力力才才能能比比较较长长久久地地保保留留在在土土壤壤中中，并可以随时释放供植物利用。并可以随时释放供植物利用。（2）影影响响土土壤壤酸酸碱碱性性、缓缓冲冲性性等等化化学性质学性质（3）土土壤壤结结构构性性、物物理理机机械械性性、水水热热
57、状状况况等等都都直直接接或或间间接接与与土土壤壤吸吸收收性能有关。性能有关。（4）是土壤净化环境的主要途径。）是土壤净化环境的主要途径。1.3土壤吸收性能的类型土壤吸收性能的类型土土壤壤吸吸收收性性能能的的类类型型机械吸收性能机械吸收性能物理吸收性能物理吸收性能化学吸收性能化学吸收性能物理化学吸收性能物理化学吸收性能生物吸收性能生物吸收性能是是指指土土壤壤对对外外来来物物质质的的机机械械阻阻留作用。留作用。土土壤壤机机械械吸吸收收能能力力主主要要决决定定于于土土壤壤孔孔隙隙状状况况，孔孔隙隙过过粗粗，阻阻留留物物质质少少，过过细细则则下下渗渗困困难难，产产生生地地面面径径流流和和冲冲刷刷土土壤
58、。壤。质质地地、结结构构和和松松紧紧度度影影响响机机械械吸收性吸收性。是是指指土土壤壤对对分分子子态态物物质质的的保保存存能能力。力。土土壤壤细细粒粒具具有有巨巨大大的的表表面面能能，吸吸附附一一些些分分子子态态物物质质在在其其表表面面而而不不起起任任何何化化学学反反应应，也也叫叫分分子子吸附作用。吸附作用。按按照照表表面面自自由由能能减减小小，分分散散体体系系才才能能达达到到稳稳定定的的规规律律，土土壤壤也也是是在在可可能能的的范范围围内内，力力求求能能达达到表面自由能最小程度。到表面自由能最小程度。是是指指易易溶溶性性盐盐在在土土壤壤中中转转变变为为难难溶溶性性盐盐而而沉沉淀淀保保存存在在
59、土土壤壤中中的的过程。过程。该该吸吸收收作作用用是是以以纯纯化化学学作作用用为为基基础础，虽虽可可避避免免了了淋淋失失，但但也也使使养分失去了对植物的有效性。养分失去了对植物的有效性。如如可可溶溶性性磷磷酸酸盐盐与与铁铁、铝铝、钙钙离离子子反反应应生生成成难难溶溶性性磷磷酸酸铁铁、铝铝、钙。钙。在在嫌嫌气气条条件件下下，硫硫化化氢氢与与亚亚铁铁生生成成硫硫化化亚亚铁铁沉沉淀淀可可以以防防止止硫硫化化氢毒害，这是益处。氢毒害，这是益处。是是指指土土壤壤对对可可溶溶性性物物质质中中的的离离子子态养分的保存能力。态养分的保存能力。土土壤壤胶胶体体带带有有电电荷荷，能能吸吸附附溶溶液液中中带带相相反反
60、电电荷荷的的离离子子，被被吸吸附附的的离离子子又又可可与与土土壤壤溶溶液液中中的的同同号离子交换而达成动态平衡。号离子交换而达成动态平衡。这这种种作作用用是是以以物物理理吸吸附附为为基基础础，而而又又呈呈现现出出与与化化学学反反应应相相似似的的特特性性，故故称称为为物物理理化化学学吸吸附附或或者者离离子子交交换换作作用用，是是土土壤壤最最重重要的吸收性能。要的吸收性能。是是指指植植物物和和微微生生物物对对土土壤壤养养分分进进行行选选择择性性吸吸收收，并并以以有有机机质质的的形形式式在土壤中积累的过程。在土壤中积累的过程。生生物物吸吸收收性性的的特特点点有有：具具有有选选择择性性、富富积积深深层
61、层养养分分、固固定定空空气气中中的的养养分、进行物质循环。分、进行物质循环。其其它它吸吸收收性性都都不不能能吸吸收收硝硝酸酸盐盐，只只有有生生物物吸吸收收性性才才能能吸吸收收硝硝酸酸盐盐，这这种种作作用用对对于于提提高高土土壤壤肥肥力力具具有有重要意义。重要意义。2 土壤阳离子交换作用土壤阳离子交换作用2.1概念概念土土壤壤胶胶体体上上扩扩散散层层中中的的阳阳离离子子与与土土壤壤溶溶液液中中的的阳阳离离子子相相互互交交换换的的现现象象称称为为土土壤壤阳阳离离子子交交换换作作用。用。土土壤壤胶胶体体上上能能够够被被交交换换下下来来的的阳阳离子称为交换性阳离子。离子称为交换性阳离子。+4 NH4+
62、土壤土壤胶体胶体K+H+Na+K+土壤土壤胶体胶体NH4+NH4+NH4+NH4+2K+Na+H+2.2土壤阳离子交换作用的特征土壤阳离子交换作用的特征（1）土土壤壤阳阳离离子子交交换换作作用用一一般般迅迅速速进行，是可逆反应进行，是可逆反应（2）是是土土壤壤胶胶体体与与溶溶液液之之间间的的同同号号离子的等当量或等价交换离子的等当量或等价交换（3）受受质质量量作作用用定定律律支支配配：在在一一定定条条件件下下，化化学学反反应应的的速速度度与与反反应应物浓度的乘积成正比。物浓度的乘积成正比。（4）没有选择性）没有选择性（5）速速度度受受交交换换点点的的位位置置和和温温度度影影响响2.3 影响阳离
63、子交换能力的因素影响阳离子交换能力的因素影影响响阳阳离离子子交交换换能能力力的的因因素素电荷电荷数量数量离子离子半径半径离子离子浓度浓度即离子价数，价数高，电即离子价数，价数高，电荷多，交换能力强。荷多，交换能力强。F3+ Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+。离子半径越大，水化半径离子半径越大，水化半径越小，交换能力越强，半越小，交换能力越强，半径小的交换能力弱。径小的交换能力弱。离子浓度越高，离子数越离子浓度越高，离子数越多，电荷密度就大，交换多，电荷密度就大，交换能力就越强。能力就越强。2.4土壤阳离子交换量土壤阳离子交换量2.4.1概念概念在在一一定定的的pH下下，单单位位质
64、质量量的的土土壤壤所所能能保保持持的的交交换换性性阳阳离离子子总总量量称称 为为 阳阳 离离 子子 交交 换换 量量 (cation exchange capacity)，用用CEC表示，单位为表示，单位为cmol(+) kg-1。CEC2010-2080%的的土土壤壤就就看作盐基饱和土壤。看作盐基饱和土壤。BSP是是改改良良土土壤壤的的重重要要依依据据，若若CEC大大，而而BSP小小，说说明明土土壤壤保保存存养养分分潜潜力力大大，但但速速效效养养分分少少，酸性较强，需要改良酸性。酸性较强，需要改良酸性。我我国国由由南南向向北北，BSP增增加加；pH增增加加，BSP增增加加；气气候候、母母质质
65、、耕耕作作施施肥也影响肥也影响BSP。3 土壤阴离子吸附土壤阴离子吸附土土壤壤胶胶体体一一般般带带负负电电，但但在在特特殊殊情情况况下下可可带带正正电电，因因此此会会存存在在阴阴离离子子吸吸附附。带带负负电电的的胶胶体体有有时时也也可吸附阴离子。可吸附阴离子。3.1 土壤吸附阴离子的原因土壤吸附阴离子的原因（1）pH低于两性胶体的等电点时，低于两性胶体的等电点时，胶体带正电，可以吸附阴离子胶体带正电，可以吸附阴离子胶体胶体蒙脱石蒙脱石高岭石高岭石赤铁矿赤铁矿三水三水铝石铝石针铁矿针铁矿 等电点等电点C2O4-H2PO4-SiO32-HCO3-H2BO3-AC-SO42-Cl-NO3-3.3 阴
66、离子吸附的类型阴离子吸附的类型3.3.1非专性吸附非专性吸附带带正正电电的的胶胶体体因因静静电电引引力力的的作作用用吸吸附附阴阴离离子子于于扩扩散散层层中中作作为平衡离子的现象。为平衡离子的现象。铁铁、铝铝氧氧化化物物及及其其水水合合物物的的等等电电点点较较高高，酸酸性性土土壤壤中中，pH低于等电点而带正电。低于等电点而带正电。高高岭岭石石在在局局部部强强酸酸性性下下也也会会产产生正电荷。生正电荷。腐腐殖殖质质局局部部位位置置可可质质子子化化产产生生正电。正电。（1）非非专专性性吸吸附附的的阴阴离离子子与与胶胶体体间间结结合合力力弱弱，可可被被其其它它阴阴离离子子交交换换，其特征与阳离子交换作
67、用相同。其特征与阳离子交换作用相同。（2）进进行行非非专专性性吸吸附附的的阴阴离离子子主主要要是是NO3-和和Cl-，其其次次是是SO42-，吸吸附附结结果果使使胶胶体体电电性性中中和和，抵抵消消表表面面正正电电荷荷，并并不不产产生生或或增增加加胶胶体体表表面面负负电荷。电荷。（3）胶胶体体类类型型、pH值值、阴阴离离子子浓浓度度是是影影响响非非专专性性吸吸附附的的主主要要因因素素。pH越越低低，非非专专性性吸吸附附越越强强，阴阴离离子浓度越高，吸附量增加。子浓度越高，吸附量增加。3.3.2 阴离子的专性吸附阴离子的专性吸附把把阴阴离离子子进进入入胶胶体体双双电电层层内内层层，置置换换与与金金
68、属属离离子子配配位位的的配配位位基基，并并与与金金属属离离子子以以化化学学键键相相结结合合的的现现象象称称为为阴阴离离子子的的专专性性吸吸附附，也也叫配为体交换。叫配为体交换。（1）土土壤壤中中产产生生专专性性吸吸附附的的胶胶体体主主要要是是氧氧化化铁铁、铝铝的的水水合合物物。如如针针铁铁矿矿、三三水水铝铝石石、水水铝铝英英石石、无定形的水合氧化铁、铝。无定形的水合氧化铁、铝。（2）被被交交换换的的配配位位基基主主要要是是羟羟基基(-OH)和水基和水基(-OH2)。（3）阴阴离离子子进进入入双双电电内内层层，以以化化学学键键牢牢固固结结合合，不不能能被被非非专专性性吸吸附附的的阴阴离离子子交交
69、换换，可可被被其其它它专专性性吸吸附附的的阴阴离离子子交交换换，其其交换反应不完全可逆。交换反应不完全可逆。（4）专专性性吸吸附附的的胶胶体体表表面面不不一一定定带带正正电电，电电中中性性、甚甚至至带带负负电的胶体也能发生。电的胶体也能发生。（5）专专性性吸吸附附的的结结果果往往往往是是增增加加胶胶体体表表面面负负电电荷荷，并并产生电性中和与水。产生电性中和与水。（6）发发生生专专性性吸吸附附的的阴阴离离子子主主要要有有F-和和含含氧氧酸酸阴阴离离子子，如如H2PO42-、H2SiO42-、钼钼酸根酸根HMoO4-。专性吸附与非专性吸附的区别专性吸附与非专性吸附的区别特点特点非专性吸附非专性吸
70、附专性吸附专性吸附表面电荷表面电荷+、0、-阴离子的作用阴离子的作用反离子反离子配位离子、定位离子配位离子、定位离子吸附机理吸附机理静电吸附静电吸附配位体交换配位体交换结合力结合力静电引力，弱静电引力，弱化学键，强化学键，强体系体系pHZPCZPC发生位置发生位置扩散层扩散层双电内层双电内层对对表面影响表面影响无无正电减少，负电增加正电减少，负电增加3-7 土壤酸碱性土壤酸碱性1土壤酸性土壤酸性1.1 土壤酸性的形成土壤酸性的形成1.1.1 H+的作用：的作用：当溶液或体系的氢离子浓度大当溶液或体系的氢离子浓度大于氢氧根离子浓度时，体系于氢氧根离子浓度时，体系就表现出酸性。就表现出酸性。1.1
71、.2 铝离子的作用铝离子的作用表面表面H+超过一超过一定限度定限度胶体胶体结构结构破坏破坏八面八面体解体解体体活活性性Al3+被胶被胶体吸体吸附附交换交换性性Al3+水解水解聚合聚合H+新制备氢质粘土交换性新制备氢质粘土交换性Al3+占交换酸比例占交换酸比例(%)放置放置0.5 h52-58放置放置6 h72-981.2 土壤酸度的类型土壤酸度的类型土土壤壤酸酸度度类类型型活性酸活性酸潜潜性性酸酸水水解解酸酸交交换换酸酸土壤溶液中的土壤溶液中的H+直接表现出的酸直接表现出的酸度，用度，用pH表示表示吸附在土壤胶体上的交吸附在土壤胶体上的交换性致酸离子，只有被换性致酸离子，只有被交换到溶液中后才
72、会表交换到溶液中后才会表现出酸性，这种酸称为现出酸性，这种酸称为潜性酸潜性酸用过量中性盐溶液用过量中性盐溶液（1M KCl）浸提土）浸提土壤所测得的酸度壤所测得的酸度用弱酸强碱盐溶液用弱酸强碱盐溶液做浸提剂与土壤作做浸提剂与土壤作用后所测得的酸度用后所测得的酸度几种土壤的交换酸与水解量几种土壤的交换酸与水解量(c mol(H+) kg-1）土壤土壤地方地方交换酸交换酸水解酸水解酸黄壤黄壤广西广西3.626.81黄壤黄壤四川四川2.062.94黄棕壤黄棕壤安徽安徽0.201.97黄棕壤黄棕壤湖北湖北0.010.44红壤红壤广西广西1.489.141.3 土壤酸度的强度指标土壤酸度的强度指标土壤土
73、壤pH值：表示与土壤固相处于平值：表示与土壤固相处于平衡时的溶液中的衡时的溶液中的H+活度的负对数值。活度的负对数值。酸性土有酸性土有 和和pHKCl两种表示方两种表示方法，一般法，一般 pHKCl。我国土壤我国土壤水溶液水溶液pH在在4-9范围内。范围内。pH8.5级别级别 强酸性强酸性 酸性酸性中性中性碱性碱性强碱性强碱性中国土壤中国土壤pH的分级的分级2 土壤碱性土壤碱性2.1 土壤碱性的产生土壤碱性的产生当土壤中的当土壤中的OH-H+时，体系时，体系就呈碱性反应。就呈碱性反应。土壤碱性反应土壤碱性反应和碱性土壤的形成是自然成土和碱性土壤的形成是自然成土条件和土壤内在因素综合作用条件和土
74、壤内在因素综合作用的结果。的结果。形成碱性反应的主要机理是土壤形成碱性反应的主要机理是土壤碱性物质的水解反应。碱性物质的水解反应。2.1.1 碳酸钙的水解碳酸钙的水解CaCO3+H2OCa2+HCO3-+OH-CaCO3与与土土壤壤空空气气中中的的CO2、土土壤壤水水处处于于同同一一平平衡衡体体系系，而而HCO3-与与CO2有有关关系系：CO2+H2O HCO3- +H+。因因此此石石灰灰性性土土壤壤的的pH受受CO2分分压压控制，两者之间关系为：控制，两者之间关系为：pH=6.03-(2/3)lgpCO2。土土壤壤空空气气中中二二氧氧化化碳碳含含量量比比大大气气高高，大大气气二二氧氧化化碳碳
75、浓浓度度大大约约为为0.03%。土土壤壤中中CO2含含量量大大于于0.03%，但但也也 不不 会会 超超 过过 10 ， 故故 富富 含含CaCO3、MgCO3的的石石灰灰性性土土壤壤pH不不会会超超过过8.5，碱碱性性不不会会太强。但也不会低于太强。但也不会低于6.5。2.1.2 碳酸钠的水解碳酸钠的水解Na2CO3+H2O NaOH+H2CO3，产产生生的的NaOH是是强强碱碱，碳碳酸酸是是弱弱酸酸，可可使使土土壤壤呈呈强强碱碱性性。碳碳酸酸钠钠还还可可以以使土壤发生盐渍化。使土壤发生盐渍化。2.1.3 交交换换性性钠钠的的水水解解：交交换换性性钠钠水水解解呈呈碱碱强强性性，是是碱碱化化土
76、土的的重重要要特特征征。碱碱化化土土形形成成的的条条件件：(1)有有足足够够数数量量的的Na+与与土土壤壤胶胶体体表表面面的的Ca2、Mg2+交交换换，(2)土土壤壤胶体上交换性钠解吸并产生苏打盐类。胶体上交换性钠解吸并产生苏打盐类。2.2土壤碱性的指标土壤碱性的指标（1）pH值值（2）总总碱碱度度：指指土土壤壤溶溶液液中中碳碳酸酸根根、重重碳碳酸酸根根的的总总量量。总总碱碱度度=CO32-+HCO3-，单位：单位：cmol/L。（3）碱碱化化度度(ESP，就就是是钠钠离离子子的的饱饱和和度度)：我我国国规规定定ESP30%，表表土土含含盐盐量量9.0为为碱碱土土；ESP在在15-20%为为强
77、强碱碱化化土土壤壤；10-15%为为中中度度碱碱化化土土壤壤；5-10%为为轻轻度度碱碱化土壤，化土壤，5为非碱化土。为非碱化土。3 影响土壤酸碱性的因素影响土壤酸碱性的因素3.1 气气候候因因素素：湿湿润润地地区区淋淋溶溶强强，土土壤壤向向酸酸性性发发展展，故故我我国国土土壤壤呈呈南南酸酸北北碱的规律。碱的规律。3.2 盐盐基基饱饱和和度度(PBS)：一一定定范范围围内内pH随随PBS增加而升高。增加而升高。PBS(%)3030-6060-8080-100pH5.05.0-5.55.5-6.06.0-7.03.3 土壤空气中土壤空气中CO2分压分压在在石石灰灰性性及及Ca2+占占优优势势的的
78、土土壤壤中中，CO2增增加加，pH降降低低。土土壤壤CO2在在0.03-10%，土壤，土壤pH在在6.8-8.5。CO2含量含量(容积容积%)CaCO3溶解度溶解度(g/L)pH0.000.013110.230.030.06238.480.300.1387.811.000.2117.4710.000.4696.803.4 土壤水分土壤水分水分影响离子在固液相之间的分配、盐水分影响离子在固液相之间的分配、盐类的溶解、胶体上离子的解吸，从而类的溶解、胶体上离子的解吸，从而影响影响pH。随水分增加酸性土随水分增加酸性土pH升高，升高，碱性土碱性土pH降低。降低。3.5 土壤氧化还原状况：土壤氧化还原
79、状况：一般一般土壤氧化土壤氧化还原地位降低，导致土壤还原地位降低，导致土壤pH升高。升高。3.6 植物生长：植物生长：植物通过对离子选择性吸植物通过对离子选择性吸收和分泌有机物质影响土壤收和分泌有机物质影响土壤pH。3.7人为因素人为因素施肥、灌溉、种植等都会影响土壤施肥、灌溉、种植等都会影响土壤pH，过酸过碱的土壤还可以人为改良。过酸过碱的土壤还可以人为改良。CK无肥无肥无植物无植物土体土体根际根际NH4+NO3-NH4+NO3-5.24.985.434.716.606.35.907.005.607.056.76.647.016.257.19硫酸铵和硝酸钙对大豆根际及土体硫酸铵和硝酸钙对大豆
80、根际及土体pH的影响的影响4土壤酸碱性的改良土壤酸碱性的改良4.1 土壤酸性的改良土壤酸性的改良4.1.1 石石灰灰的的施施用用：主主要要是是中中和和Al3+及及其其聚聚合合物物，使使之之成成羟羟基基铝铝聚聚合合物物，进进而而转转化化为为氢氧化铝沉淀减轻铝毒。氢氧化铝沉淀减轻铝毒。（1）中和值）中和值常常用用中中和和值值来来衡衡量量石石灰灰肥肥料料中中和和酸酸的的能能力力，是是指指每每100克克石石灰灰肥肥料料在在中中和和土土壤酸时所相当的碳酸钙的量。壤酸时所相当的碳酸钙的量。中中和和值值（100/M)100n。M：分分子子量量，n：石石灰灰当当量量，阳阳离离子子价价数数总总和和除以除以2。中
81、和值越大，中和酸的能力越强。中和值越大，中和酸的能力越强。如如CaO中和值中和值179CaMg(CO3)2的中和值的中和值109（2）石灰施用量的计算）石灰施用量的计算石灰用量总酸量石灰用量总酸量(M/n)CWCEC（1PBS) (M/n)C。W土重，土重，M分子量，分子量，n价数，价数，C石灰常数石灰常数。例例：某某土土pH为为5，CEC=10 cmol(+)/kg，PBS=60%，每每亩亩耕耕层层土土壤壤15万万kg，含含水水300g/kg，中中和和到到pH7时时，需施用碳酸钙多少需施用碳酸钙多少kg？活活性性酸酸15000030%(10-5-10-7)=0.4455 mol/亩亩，潜潜性
82、性酸酸1500001040/1006000 mol/亩亩，故故活活性性酸可以忽略。酸可以忽略。CaCO3量量6000100/23105g/亩亩300kg/亩亩4.1.2 石膏的施用石膏的施用Summer和和Carter1988年报道了施用石年报道了施用石膏改良酸性土的结果，他们发现石膏膏改良酸性土的结果，他们发现石膏比石灰更能降低心土层的交换性铝含比石灰更能降低心土层的交换性铝含量，因为磷酸钙在土体内的移动比碳量，因为磷酸钙在土体内的移动比碳酸钙深。第一年产量没有改变，第二、酸钙深。第一年产量没有改变，第二、三年明显增产，第四年增产最显著。三年明显增产，第四年增产最显著。硫酸钙降低交换性铝可能
83、原因：硫酸钙降低交换性铝可能原因：一是土一是土壤吸附壤吸附SO42-后释放出后释放出OH-使使Al3+聚合，聚合，二是二是SO42-增加，可溶性增加，可溶性Al3+与与SO42-形成硫酸羟基铝沉淀。形成硫酸羟基铝沉淀。4.1.3 磷矿粉的施用磷矿粉的施用磷磷矿矿粉粉直直接接施施用用既既可可以以减减轻轻酸酸害害，还还可增加磷、钙等养分。可增加磷、钙等养分。施用磷矿粉后土壤施用磷矿粉后土壤pH及某些交换性成分的变化及某些交换性成分的变化(cmol/kg)土壤土壤地点地点pHAlMnCaMg黄棕黄棕壤壤孝感孝感1.1-0.051-0.190.6400.233武昌武昌0.5-1.42500.9350.
84、118红红壤壤咸宁咸宁1.8-0.219-0.0120.7610.112长沙长沙1.1-0.527-0.0010.5290.222冷水滩冷水滩0.6-0.524-0.0050.2920.0424.1.4 有机肥的施用有机肥的施用施施用用有有机机肥肥的的成成本本比比施施用用石石灰灰、石石膏膏、磷磷矿矿粉粉都都低低。有有机机肥肥减减轻轻铝铝毒毒的的机机理理是是有有机机质质分分解解的的产产物物特特别别是是低低分分子子有有机机酸酸与与铝铝离离子子进进行行配配合合作作用用转转化成低毒的有机态铝。化成低毒的有机态铝。4.1.5 种植耐酸植物种植耐酸植物有有些些植植物物适适合合在在酸酸性性下下生生长长，具具
85、有有耐耐酸酸能能力力，可可以以在在酸酸性性土土专专门门种种植植这这些些植物植物。4.2 碱性土的改良碱性土的改良4.2.1 施施用用石石膏膏：石石膏膏可可以以中中和和碳碳酸酸钠钠、碳碳酸酸氢氢钠钠，并并使使钠钠质质胶胶体体转转化化为为钙钙质质胶胶体体，降降低低碱碱性性和和改改善善土土壤壤结结构构性性。Na2CO3+CaSO4CaCO3+Na2SO4，Na-土土-Na+ CaSO4土土-Ca +Na2SO4。Na2SO4溶溶入入水水，利利用用水水分分可可以以排排除除，从而改良碱性。从而改良碱性。石石膏膏施施用用量量W(ESP-5%)CEC M/2， W土土 重重 ， M分分 子子 量量 ，ESP
86、6时时有有效效性性高高，铁铁锰锰铜铜锌锌在在酸酸性性下下有有效效性性高高，硼硼在在pH6-7和和8.5下下有有效效性性高高，在在4.7-6.7内有效性内有效性随随pH升高而增加。升高而增加。5.1.2影响根系表面对养分的吸收影响根系表面对养分的吸收土土壤壤酸酸碱碱性性影影响响根根系系表表面面电电荷荷的的性性质质和和膜膜透透性性，从从而而影影响响养养分分吸吸收收。偏偏酸酸有有利利于于吸吸收收阴阴离离子子养养分分，偏偏碱碱有利于吸收阳离子养分。有利于吸收阳离子养分。5.1.3 影响土壤微生物活性影响土壤微生物活性一一般般真真菌菌适适宜宜于于酸酸性性下下生生活活，细细菌菌主主要要适适宜宜于于中中性性
87、，而而放放线线菌菌适适宜宜于于偏碱性下生活。偏碱性下生活。5.1.4 影响土壤物理性质：影响土壤物理性质：过过酸酸过过碱碱都都会会导导致致土土壤壤结结果果性性差差，从而使土壤物理性质恶化。从而使土壤物理性质恶化。5.2 土壤酸碱性对植物生长的影响土壤酸碱性对植物生长的影响5.2.1 酸酸碱碱指指示示植植物物：能能够够反反映映出出环环境境酸酸碱碱性性的的植植物物称称为为酸酸碱碱指指示植物。示植物。大大多多数数植植物物适适宜宜于于微微酸酸性性到到微微碱碱性性环环境境生生长长，每每种种植植物物都都有有其其最适最适pH范围。范围。当当然然植植物物在在进进化化中中也也不不断断的的发发展展了了对对环环境境
88、的的适适应应能能力力，所所以以不不同植物适应不同的生存环境。同植物适应不同的生存环境。酸酸碱碱指指示示植植物物酸性土指酸性土指示植物示植物只能在酸性土只能在酸性土壤中生良好的壤中生良好的植物植物盐碱土指盐碱土指示植物示植物能在盐碱土中能在盐碱土中正常生长的植正常生长的植物物钙质土指钙质土指示植物示植物只能含钙丰富只能含钙丰富的土壤中生长的土壤中生长良好的植物良好的植物兰花，兰科，兰属兰花，兰科，兰属铁芒萁，里白科，铁芒萁，里白科，芒萁属芒萁属杜鹃花，杜鹃花杜鹃花，杜鹃花科，杜鹃花属科，杜鹃花属沙枣，胡颓沙枣，胡颓子科子科柽柳，柽柳柽柳，柽柳科，柽柳属科，柽柳属海篷子，藜科，海篷子，藜科，盐角草
89、属盐角草属猪毛菜，藜科，猪毛菜，藜科，猪毛菜属猪毛菜属三棱草，莎草三棱草，莎草科，莎草属科，莎草属三棱草三棱草碱蓬即盐蒿，藜碱蓬即盐蒿，藜科，碱蓬属科，碱蓬属蜈蚣草肾蕨蜈蚣草肾蕨科，肾蕨属科，肾蕨属甘草，蝶形花科，甘草，蝶形花科，甘草属甘草属6 土壤酸碱缓冲性土壤酸碱缓冲性6.1 概念概念当当向向土土壤壤中中加加入入少少量量酸酸或或碱碱时时，土土壤壤具具有有抵抵抗抗或或缓缓和和土土壤壤酸酸碱碱变变化化的的能能力称为土壤酸碱缓冲性能。力称为土壤酸碱缓冲性能。在在施施肥肥、灌灌溉溉、降降雨雨等等过过程程中中，不不可可避避免免会会带带入入酸酸或或碱碱性性物物质质到到土土壤壤中中。土土壤壤酸酸碱碱缓缓
90、冲冲性性能能使使土土壤壤保保持持稳稳定定的的pH范范围围，不不至至于于因因外外界界环环境境变变化化而而剧剧烈烈变变化化，为为植植物物生生长长和和微微生生物活动创造良好稳定的环境。物活动创造良好稳定的环境。6.2土壤具有酸碱缓冲性能的原因土壤具有酸碱缓冲性能的原因（1）土壤具有弱酸及其盐类的存在）土壤具有弱酸及其盐类的存在HCO3-+H+ H2CO3， HCO3- +OH- CO32-+H2O。这些弱酸体系既能与这些弱酸体系既能与H+，也能与也能与OH-反应，从而构成缓冲体系。反应，从而构成缓冲体系。HPO4-+OH-PO43-， HPO4-+H+ H2PO4-（2）土壤阳离子交换作用）土壤阳离
91、子交换作用当当H+增增加加时时，土土壤壤胶胶体体解解离离阳阳离离子子吸吸附附H+，对对酸酸起起缓缓冲冲作作用用；当当OH-增增加加时时，土土壤壤胶胶体体上上的的H+解解离离下下来来与与溶溶液液中中的的OH-反应，对碱起缓冲作用。反应，对碱起缓冲作用。（3）土壤中有两性物质的存在）土壤中有两性物质的存在土壤腐殖质也是两性胶体土壤腐殖质也是两性胶体（4）酸性土中活性铝离子对碱的缓冲）酸性土中活性铝离子对碱的缓冲Al3+有有6个个水水分分子子围围绕绕，当当OH-增增加加时时，水水分分子子就就有有1、2个个解解离离H+以以中中和和OH-， Al3+本本身身保保留留1或或2个个OH-，带带有有OH-的的
92、铝铝离离子子不不稳稳定定，易易与与另另一一个个相相同同的的Al3+结结合合，两两个个OH-被被Al3+共共用用失失去去2个个电电荷荷，就就只只剩剩4个个电荷。电荷。当当OH-继续增加，铝离子周围水分子继续解继续增加，铝离子周围水分子继续解离出离出H+以中和之，铝离子聚合度也增加。以中和之，铝离子聚合度也增加。（5）水化铁铝氧化物的作用）水化铁铝氧化物的作用氧氧化化铁铁、铝铝水水合合物物的的表表面面具具有有OH基基(FeOF，AlOH)，可可以以接接受受H+，缓冲酸，也可以解离，缓冲酸，也可以解离H+，缓冲碱。，缓冲碱。6.3 缓冲容量、缓冲曲线缓冲容量、缓冲曲线6.3.1 缓冲容量：是指单位土
93、壤每改变缓冲容量：是指单位土壤每改变一个一个pH单位所需要的酸或碱的量。单位所需要的酸或碱的量。缓冲容量大，缓冲能力强，缓冲容量缓冲容量大，缓冲能力强，缓冲容量可用酸碱滴定获得。可用酸碱滴定获得。6.3.2 缓缓冲冲曲曲线线：用用标标准准酸酸或或碱碱连连续续滴滴定定土土壤壤悬悬液液并并测测定定土土壤壤pH变变化化而而做成的做成的pH与所加酸或碱量的曲线。与所加酸或碱量的曲线。6.3.3 极限极限pH：指土壤胶体全部被致指土壤胶体全部被致酸离子所饱和时的土壤酸离子所饱和时的土壤pH。6.4 影响土壤酸碱缓冲性的因素影响土壤酸碱缓冲性的因素（1）土土壤壤胶胶体体类类型型：CEC大大胶胶体体，缓缓冲
94、冲能能力力强强，故故蒙蒙脱脱石石伊伊利利石石高岭石水高岭石水水化氧化物。水化氧化物。（2）土壤质地）土壤质地：粘土：粘土壤土壤土砂土砂土.（3）有有机机质质含含量量：有有机机质质增增加加，缓缓冲能力增强。冲能力增强。（4）盐盐基基饱饱和和度度：相相同同CEC下下，PBS大大，对对酸酸的的缓缓冲冲能能力力强强，PBS小则对碱的缓冲能力强。小则对碱的缓冲能力强。3-8 土壤氧化还原性土壤氧化还原性1土壤氧化还原体系土壤氧化还原体系1.1 氧化还原反应的实质氧化还原反应的实质1.1.1 氧氧化化反反应应：氧氧化化反反应应就就是是失失去去电子的反应。电子的反应。如如Cu-2eCu2+1.1.2还还原原
95、反反应应：还还原原反反应应就就是是获获得得电子的反应。电子的反应。如如2O2 2O2-1.1.3 氧氧化化还还原原反反应应的的实实质质是是电电子子的的转转移移过过程程。一一种种物物质质失失去去电电子子，必必有有另另一一种种物物质质获获得得电电子子，因因此此氧氧化化还还原原反反应应是是一一个个反反应应的的两两个个方方面面，他们共同存在，不能单独进行。他们共同存在，不能单独进行。1.2土壤氧化还原体系土壤氧化还原体系土土壤壤中中的的主主要要氧氧化化剂剂是是空空气气中中的的O2， 其其 次次 是是 NO3-、 Fe3+、 Mn4+、SO42-。土土壤壤中中主主要要还还原原剂剂是是有有机机质质，尤尤其
96、其是新鲜未分解的有机质。是新鲜未分解的有机质。将土壤中氧化还原体系分为：将土壤中氧化还原体系分为：1.2.1无无机机体体系系：氧氧体体系系、铁铁体体系系、锰体系、氮体系、硫体系、氢体系。锰体系、氮体系、硫体系、氢体系。1.2.2有机体系有机体系：各种有机物质。：各种有机物质。2 土壤氧化还原反应的特点土壤氧化还原反应的特点2.1 土土壤壤中中的的氧氧化化还还原原体体系系有有的的可可逆逆，有有的的半半可可逆逆，有有的的不不可可逆逆。有有机机体体系多为半可逆和不可逆。系多为半可逆和不可逆。2.2土土壤壤中中氧氧化化还还原原反反应应虽虽属属化化学学反反应应，但但是是在在很很大大程程度度上上是是由由生
97、生物物参参与与的的。如如铵铵氧氧化化成成硝硝酸酸，必必需需在在硝硝化化细细菌菌作用下才能完成。作用下才能完成。2.3 土壤是一个不均匀的多相体系，土壤是一个不均匀的多相体系，同一土壤不同点位也有差异。同一土壤不同点位也有差异。所以所以测定土壤氧化还原电位时，要选择测定土壤氧化还原电位时，要选择代表性土样，最好多点测定。代表性土样，最好多点测定。2.4 土壤中的氧化还原平衡常数经常土壤中的氧化还原平衡常数经常变动，不同时间、不同空间、不同变动，不同时间、不同空间、不同管理耕作措施都会改变氧化还原电管理耕作措施都会改变氧化还原电位。位。严格说，土壤氧化还原反应永严格说，土壤氧化还原反应永远不可能达
98、到真正的平衡。远不可能达到真正的平衡。3 土壤氧化还原状况的衡量指标土壤氧化还原状况的衡量指标3.1 氧化还原电位氧化还原电位Eh值值由此可见，氧化剂浓度与还原剂浓度由此可见，氧化剂浓度与还原剂浓度比值越大，氧化还原电位就越大，氧比值越大，氧化还原电位就越大，氧化性就越强，反之，还原性越强。化性就越强，反之，还原性越强。3.2 电子活度负对数电子活度负对数酸酸碱碱反反应应是是质质子子在在物物质质间间的的传传递递过过程程，而而氧氧化化还还原原反反应应则则是是电电子子的的传传递递过过程。程。因因此此可可以以用用电电子子活活度度的的负负对对数数pe=-lge来反应土壤氧化还原状况。来反应土壤氧化还原
99、状况。可可 以以 推推 导导 ， 标标 准准 状状 况况 下下 ，pe=Eh/0.059。在在氧氧化化体体系系中中，pe为为正正值值，值值愈愈大大，氧氧化化性性愈愈强强；在在还还原原体体系系中中，pe值值为负值，值愈小，还原性愈强。为负值，值愈小，还原性愈强。4影响土壤氧化还原性的因素影响土壤氧化还原性的因素4.1 土壤通气性：土壤通气性：通通气气性性好好，O2浓浓度度高高，Eh值值高高，氧氧化性强。化性强。4.2 微生物活动：微生物活动：微生物活动消耗微生物活动消耗O2多，多，Eh值降低。值降低。4.3 易分解有机质的含量：易分解有机质的含量：有有机机质质分分解解是是消消耗耗O2，易易分分解
100、解有有机机质多，质多， Eh值降低。值降低。4.4 植物根系代谢作用植物根系代谢作用根根系系消消耗耗O2，根根系系分分泌泌物物能能增增加加根根际际微微生生物物和和直直接接参参加加氧氧化化还还原原反反应应，故故根根际际土土壤壤的的Eh值值低低于于根根外外土土壤壤。但但是是水水生生植植物物，具具有有分分泌泌O2和和通通气气组组织织，根际土的根际土的Eh值值高于根外土壤。高于根外土壤。植物植物与根的与根的距离距离(mm)两端差两端差123410小麦小麦440458467488514-74大豆大豆554561566567568-14水稻水稻276264259241221554.5 土壤土壤pH土土壤壤氧氧化化还还原原反反应应总总有有H+参参加加，所所以以土壤土壤pH对对Eh值有显著影响。值有显著影响。在标准状况下有如下关系：在标准状况下有如下关系：总的来一般土壤总的来一般土壤Eh值随值随pH上升而下降上升而下降。七律七律 国培班刘老师临别赠画国培班刘老师临别赠画识君桂子满园香，别日天寒叶又黄。识君桂子满园香，别日天寒叶又黄。妙手幽兰生气跃，灵犀雅韵睿才扬。妙手幽兰生气跃，灵犀雅韵睿才扬。谈天把酒光阴快，唱赋酬诗友爱长。谈天把酒光阴快，唱赋酬诗友爱长。冷淡夕阳西下后，君之画意暖心房！冷淡夕阳西下后，君之画意暖心房！
