土壤学第7章土壤酸碱性和氧化还原反汇总课件

土壤与植物营养学SoilScienceandPlantNutrition10:52PM土壤与植物营养学SoilScienceandPlant1第七章土壤酸碱性和氧化还原反7.1土壤的酸性和碱性反应7.2土壤酸碱性的指标7.3土壤的缓冲性7.4土壤氧化还原反应7/27/2023第七章土壤酸碱性和氧化还原反7/27/20232土壤的酸性和碱性反应土壤反应是气候、植被及成土母质共同作用的结果。土壤反应是土壤酸性或碱性的程度，常以pH值表示。土壤溶液指土壤的液相部分，含有各种无机,有机可溶性物质和悬浮粒土壤溶液中存在着极少量的H+和OH-，它们的数量比例决定着土壤溶液的酸碱性。当溶液中H+较OH-占优势时，土壤溶液呈酸性反应；反之，呈碱性反应。7/27/2023土壤的酸性和碱性反应7/27/20233土壤酸碱性分级根据我国土壤反应的实际差异情况及其与肥力的关系，可把土壤反应分为下列5级：分级强酸性酸性中性碱性强碱性pH<5.05.0~<6.56.5~7.5>7.5~8.5>8.57/27/2023土壤酸碱性分级分级强酸性酸性中性碱性强碱性pH<5.054土壤酸性的形成和类型1．水的解离

HOH

→

H+

+OH-2．碳酸解离

生命活动产生的CO2溶于水，形成H2CO3，H2CO3解离形成H+。

H2CO3

→

H++HCO3-

HCO3-

→

H++CO32-7/27/2023土壤酸性的形成和类型1．水的解离2．碳酸解离5土壤酸性的形成和类型3．有机酸的解离微生物分解作用产生的有机酸解离产生的H+。

R-COOH→H++R-COO-4．其它无机酸的解离

如化肥：(NH4)2SO4

→

2NH4++SO42-

KCl

→K++Cl-7/27/2023土壤酸性的形成和类型3．有机酸的解离4．其它无机6土壤酸性的形成和类型5．酸雨

pH<5.6的酸性大气化学物质。6．吸附性H＋,Al3

＋的作用7/27/2023土壤酸性的形成和类型5．酸雨6．吸附性H＋,Al37土壤酸性的形成和类型7.土壤中铝的活化当交换氢达到一定限度时，胶体的结构破坏，晶格中的铝离子成为活性离子，水解产生氢离子。

Al3++H2O→Al(OH)2++H+ Al(OH)2++H2O→Al(OH)2++H+Al(OH)2++H2O→Al(OH)3+H+

水解离子的形态则取决与土壤pH。7/27/2023土壤酸性的形成和类型7.土壤中铝的活化7/27/20238

H2OH2OH2O

Al3+

H2OH2OH2O

H2OH2OH2O

Al3+

H2OH2OH2O4+

H2OH2OOH-

Al3+

H2OOH-H2O

H2OOH-

Al3+

OH-H2O

H2OOH-

Al3+

OH-H2O

H2OH2O

Al3+

H2OH2O6+

H2OH2OOH-

Al3+

H2OH2OH2O

H2OH2OOH-

Al3+

H2OOH-H2O

H2OH2O

Al3+

H2OH2O7/27/2023H2OH2O4+9土壤pH与土壤交换性阳离子的关系7/27/2023土壤pH与土壤交换性阳离子的关系7/27/202310活性酸潜性酸土壤溶液中的H+反映出来的酸度，能参与土壤中的各种化学反应吸附在土壤胶粒表面的交换性H+离子和Al3+

离子活性酸潜性酸土壤溶液吸附在土壤11xH+yAl3++

(x+3y)K+

=(x+3y)K++

xH+

+

yAl3+土壤胶粒土壤胶粒潜性酸活性酸活性酸和潜性酸的关系7/27/2023xH+yAl3++(x+3y)K+=(x+3y)K+12

土壤中的碱性物质主要是Ca、Mg、Na的碳酸盐和重碳酸盐以及交换性Na，它们通过水解反应产生OH-。

1.碳酸钙水解

CaCO3-CO2-H2O的体系，CaCO3水解产生OH-。

CaCO3+H2OCa2++HCO3-+OH-

CO2

+H2O

HCO3-+H+

所以石灰性土壤的pH主要受土壤空气中二氧化碳分压控制。土壤碱性的形成7/27/2023 土壤中的碱性物质主要是Ca、Mg、Na13CaCO3和MgCO3的溶解度低，在正常的CO2偏压下，最高pH只能达pH8.5。

CaCO3+H2OCa2++HCO3-+OH-CO2+H2OHCO3-+H+pH=6.03-2/3logpCO2

pCO2是CO2的分压，在大气CO2浓度(0.03%)下，土壤的pH为8.57CO2浓度愈高，pH愈低。一般pH在6.5~8.5之间。

这种由石灰性物质引起的弱碱性反应叫石灰反应，这种土壤叫石灰性土壤。7/27/2023CaCO3和MgCO3的溶解度142.碳酸钠的水解

碳酸钠、重碳酸钠(俗称苏打、小苏打)水解产生强碱性。

Na2CO3+2H2O2Na++2OH-+H2CO33.交换性钠的水解土壤碱性的形成7/27/20232.碳酸钠的水解土壤碱性的形成7/27/202315土壤酸碱性的指标土壤酸度的指标土壤pH：土壤溶液中H+离子浓度的负对数。pH=-log[H+]pHH2O（水提取所得的pH）pHKCl(1mol·L-1KCl提取土壤所得的pH）7/27/2023土壤酸碱性的指标pHH2O（水提取所得的pH）pHKC16土壤酸碱性的指标土壤酸度的指标土壤交换性酸度和水解性酸度测定土壤潜性酸时，由于提取剂的不同，可分为交换性酸和水解性酸度，它们是土壤酸度的数量指标。交换性酸度：用中性盐提取的酸度。常用1mol·L-1KCl提取。水解性酸度：用弱酸强碱盐提取的酸度。常用pH8.2NaAc溶液提取。7/27/2023土壤酸碱性的指标7/27/202317K+K+

K+K+Al3+H+H++4KClH+Al3+K+K+土壤胶粒土壤胶粒K+Al3+K++4Cl－Al3++3H2OAl(OH)3+

3H+ZD交换性酸度H+Al3+K+K+土壤胶粒7/27/2023K+K+K+K+Al3+H+H++4KClH+Al18K+

H+H+Al3+K+K++4KClAl3++3H2OAl(OH)3+

3H+土壤胶粒土壤胶粒K+Al3+K+K+K+K++4Cl－交换性酸度7/27/2023K+H+H+Al3+K+K++4KClAl319K+K+

K+K+Al3+H+H++4KClH+Al3+K+K+土壤胶粒土壤胶粒K+Al3+K++4Cl－Al3++3H2OAl(OH)3+

3H+ZD交换性酸度H+Al3+K+K+土壤胶粒7/27/2023K+K+K+K+Al3+H+H++4KClH+Al20CH3COONa

+

H2O

CH3COOH

+

NaOH4HAc土壤胶粒土壤胶粒H+Al3+Na+Al(OH)3++

4AcNaNa+Na+Na+土壤胶粒土壤胶粒Al3+H+土壤胶粒土壤胶粒H+Al3+ZD水解性酸度7/27/2023CH3COONa+H2O21CH3COONa

+

H2O

CH3COOH

+

NaOH4HAc土壤胶粒土壤胶粒H+Al3+Na+Al(OH)3++

4AcNaNa+土壤胶粒土壤胶粒H+Al3+ZD水解性酸度7/27/2023CH3COONa+H2O22CH3COONa

+

H2O

CH3COOH

+

NaOH4HAc土壤胶粒土壤胶粒H+Al3+Na+Al(OH)3++

4AcNaNa+Na+Na+土壤胶粒土壤胶粒Al3+H+土壤胶粒土壤胶粒H+Al3+ZD水解性酸度7/27/2023CH3COONa+H2O23中国土壤pH图7/27/2023中国土壤pH图7/27/2023241.总碱度土壤溶液中碳酸根和重碳酸根的总量：总碱度=CO32-+HCO3-[cmol(+)·L-1]2.碱化度(ESP)土壤胶体吸附的交换性钠占阳离子交换量的百分率。碱化度(%)=交换性钠/CEC×100土壤碱度的指标7/27/20231.总碱度土壤碱度的指标7/27/202325土壤的缓冲性土壤缓冲性是指土壤抵抗外来酸碱物质，减缓其pH变化的能力。广义上土壤是一个巨大的缓冲体系，包括对氧化还原、污染物质、养分等指抗衡外界环境变化的能力。7/27/2023土壤的缓冲性7/27/202326土壤缓冲性的机制土壤溶液的缓冲作用弱酸及弱酸盐、弱碱及弱碱盐共存时都具有缓冲作用。石灰性土壤主要是CaCO3-H2O-CO2

体系

CaCO3+H2O=Ca2++2HCO3- pH=6.03－2/3logpCO2大气中浓度约0.03%，所以石灰性土壤pH稳定在8.5左右。7/27/2023土壤缓冲性的机制石灰性土壤主要是CaCO327OH-Cl-NaOH

＋＋HClK＋

H＋H＋K＋

土壤胶粒H＋K＋H＋K＋

土壤胶粒Na＋H＋

HOH

KCl土壤胶体的缓冲作用7/27/2023OH-Cl-NaOH＋＋HClK＋H＋H＋K＋28土壤胶体的缓冲作用NaOH

＋＋HClK＋

H＋H＋K＋

土壤胶粒H＋K＋

土壤胶粒Na＋H＋

HOH

KCl7/27/2023土壤胶体的缓冲作用NaOH＋＋HClK＋H＋H＋K＋29OH-Cl-NaOH

＋＋HClK＋

H＋H＋K＋

土壤胶粒H＋K＋H＋K＋

土壤胶粒Na＋H＋

HOH

KCl土壤胶体的缓冲作用7/27/2023OH-Cl-NaOH＋＋HClK＋H＋H＋K＋30土壤胶粒HClNaOHNH4+K+Ca2+Mg2+Na+H+H+Na＋H＋NH4+OH-H+HOHCl-K+KCl7/27/2023土壤HClNaOHNH4+K+Ca2+Mg2+Na+H+H31土壤胶粒HClNaOHNH4+Ca2+Mg2+Na+H+Na＋H＋NH4+OH-H+HOHCl-K+KCl7/27/2023土壤HClNaOHNH4+Ca2+Mg2+Na+H+Na＋32土壤胶粒HClNaOHNH4+K+Ca2+Mg2+Na+H+H+Na＋H＋NH4+OH-H+HOHCl-K+KCl7/27/2023土壤HClNaOHNH4+K+Ca2+Mg2+Na+H+H33

酸性土壤中的活性铝和交换性铝对碱的缓冲作用pH<4.0的土壤中，铝离子以Al(H2O)63+存在7/27/2023酸性土壤中的活性铝和交换性铝对碱的缓冲作用pH<4.034

H2OH2OH2O

Al3+

H2OH2OH2O

H2OH2OH2O

Al3+

H2OH2OH2O4+

H2OH2OOH-

Al3+

H2OOH-H2O

H2OOH-

Al3+

OH-H2O

H2OOH-

Al3+

OH-H2O

H2OH2O

Al3+

H2OH2O6+

H2OH2OOH-

Al3+

H2OH2OH2O

H2OH2OOH-

Al3+

H2OOH-H2O

H2OH2O

Al3+

H2OH2O7/27/2023H2OH2O4+35影响土壤缓冲能力的因素土壤胶体类型和数量土壤CEC盐基饱和度在CEC相等的条件下，BC愈高，对酸的缓冲能力愈强。BC愈低，对碱的缓冲能力愈强。7/27/2023影响土壤缓冲能力的因素7/27/202336土壤胶粒HClNaOHNH4+Ca2+Mg2+Na+H+Na＋H＋NH4+OH-H+HOHCl-K+KCl7/27/2023土壤HClNaOHNH4+Ca2+Mg2+Na+H+Na＋37土壤氧化还原反应土壤氧化还原体系土壤中的氧化还原体系有无机体系和有机体系，主要的无机体系是氧体系、铁体系、锰体系、氮体系、硫体系、氢体系等。7/27/2023土壤氧化还原反应7/27/202338

1/4O2+H++e=1/2H2O Fe(OH)3+3H++e=Fe2++3H2O

1/2MnO2+2H++e=1/2Mn2++H2O 1/8CO2+H++e=1/8CH4+1/4H2O 土壤中主要的氧化还原体系7/27/2023土壤中主要的氧化还原体系7/27/202339土壤氧化还原指标氧化还原电位(Eh)[氧化态]+ne=[还原态]Eh=Eo+RT/nFlog[氧化态]/[还原态]Eh-氧化还原电位Eo-标准氧化还原电位7/27/2023土壤氧化还原指标7/27/202340氧化还原反应是一电子传递过程，用平衡常数K处理氧化还原反应，则K=[还原态]/[氧化态][e-]npe=1/nlogK+1/nlog[氧化态]/[还原态] pe是电子活度的负对数电子活度负对数(pe)7/27/2023氧化还原反应是一电子传递过程，电子活度负对数41

当m/n=1时，每单位pH变化引起的Eh变化(Eh/pH)，在25度时为59mV。[氧化态]+ne-+mH+=[还原态]+xH2OEh=Eo+0.059/nlog[氧化态]/[还原态]-0.059m/npHEh和pH的关系7/27/2023 [氧化态]+ne-+mH+=[还原态]+xH242土壤酸碱性及其氧化还原状况与生物环境生物对土壤酸碱性和氧化还原性的适应性由于长期自然选择的结果，植物对土壤酸碱性有一定的要求，大多数植物适宜在中性至微碱性土壤上。有