土壤酸碱性和氧化还原反应..

第七章 土壤酸碱性和氧化还原反应 第一节 土壤酸性反应
第二节 第三节 第四节 第五节 土壤碱性反应 土壤缓冲作用 土壤反应与土壤肥力 土壤氧化还原反应
第一节
土壤酸性反应
土壤酸碱性是土壤溶液的反应，即溶液 中 H+浓度和 OH- 浓度比例不同而表现出来的 性质。
一、土壤酸性的来源
1、土壤中有机物的分解和植物根系、微生物的 呼吸作用，产生大量CO2，CO2 溶于水形成H2CO3 ， 解离出H+。
在极强酸性的土壤中，大量的铝、铁、锰化合 物变为可溶性的，常使植物受到毒害。而在石灰 性土壤和碱性土壤中，植物又往往发生缺铁症状；
铜和锌的情况也相同。在土壤pH7左右是临界 点， pH值大于此点时铜、锌的有效度极低；硼在很 酸的土壤和石灰性土壤中有效性都很低。 总的来说，大多数土壤养分在PH6.5左右时其 有效度都较高。
二、土壤反应与土壤微生物活性
微生物的活动对土壤PH很敏感，土壤细 菌和放线茵，均适于中性和微碱性环境；氨 化作用适宜的PH范围为6.5-7.5；硝化作 用为6.5-8.0；固氮作用为6.5-7.8。 真菌最适宜在酸性条件下活动，在PH ＜5的强酸土壤中，仍可对有机质进行矿化， 但其活动产物多呈强酸性，有时不利于肥力 的发展。
3、土壤中两性物质的存在
土壤中有许多两性物质存在，如蛋白质、氨基 酸、胡敏酸、无机磷酸等。如氨基酸，它的氨基 可以中和酸，羧基可以中和碱，因此对酸碱都有 缓冲能力。
R-CH-COOH+HC1=R-CH-COOH
∣ NH2 ∣ ∣ NH3Cl（氨基酸氯化铵盐） ∣
R-CH-COOH+Na0H=R-CH-COONa+H20 NH2 NH2（氨基酸钠）
如：Na2CO3+2H2O===2Na++2OH-+H2CO3
2、当土壤胶体上吸收性钠离子增加到一定的 饱和度时也会产生水解作用，而使溶液呈碱 性反应。 土壤胶体—Na++H2O===土壤胶体—H++NaOH 除 Na+ 外， K+ 、 NH4+ 等离子，也可发生 类似的水解，但不如Na+强烈。
二、碱性的表示方法
表7-11 主要栽培植物适宜的PH范围
大田作物 园艺作物 林业作物 水稻 5.0-6.5 豌豆 6.0-8.0 槐 6.0-7.0 小麦 5.5-7.5 甘蓝 6.0-7.0 松 5.0-6.0 大麦 6.5-7.8 胡萝卜5.3-6.0 洋槐6.0-8.0 玉米 5.5-7.5 番茄 6.0-7.0 白杨 6.0-8.0 棉花 6.0-8.0 西瓜 6.0-7.0 栎 6.0-8.0 大豆 6.0-7.0 南瓜 6.0-8.0 红松 5.0-6.0 马铃薯4.8-6.5 桃 6.0-7.5 桑 6.0-8.0 甘薯 5.0-6.0 苹果 6.0-8.0 桦 5.0-6.0 向日葵6.0-8.0 梨杏 6.0-8.0 泡桐 6.0-8.0 甜菜 6.0-8.0 茶 5.0-5.5 油桐 6.0-8.0 花 5.0-6.0 栗 5.0-6.0 榆 6.0-8.0 苕子 6.0-7.0 柑桔 5.0-6.5 侧柏 6.0-7.5 紫苜 7.0-8.0 菠萝 5.0-6.0 柽柳 6.0-8.0
4、酸性土壤中铝离子的缓冲作用
在极强酸性土壤中（pH＜4），铝离子对碱可以 起缓冲作用，用下式表示： 2Al（H2O）33+＋2OH-——[A12（OH）2（H20）8]4+ 十4H20 当溶液中OH-离子增多时，铝离子周围的水分子 中就有一、两个水分子解离出H+，以中和加入的OH离子，生成水。 pH＞5时，铝离子形成A1（OH）3沉淀，失去它的 缓冲能力。
2、水解酸度 用弱酸强碱盐溶液（如1N醋酸钠）浸提 土壤，从土壤中交换出来的氢、铝离子所产 生的酸度称为水解酸度。
由于醋酸钠水解，所得的醋酸的解离度很小，而 且生成的 NaOH 又与交换性 H+ 作用，得到解离度很 小的H20，所以使交换作用进行得更彻底。 另外，由于弱酸强碱盐溶液的 pH 值大，也使 胶体上的H+和Al3+易于解离出来。所以土壤的水解 酸度 一般都高于交换酸度。
1、pH值
土壤的碱性一般常用平衡溶液的PH值表示。
2、总碱度: 即土壤溶液或灌溉水中碳酸根和重碳酸 根的总量，单位为cmol/L 。
3、钠饱和度（ESP）（钠化率或交换性钠百 分率、碱化度。）
即交换性钠离子的数量占阳离子交换量的百分 数，也叫做土壤碱化度、 碱化度（％）=交换性钠/阳离子交换量×10O
• 碱化度＞30%，含盐量＜0.5%和pH ＞9.0定为碱土 • 碱化度5—10%轻度碱化 • 10—15%中度碱化 • 15—20%强碱化土壤
三、影响土壤碱化的因素
1、气候
碱土都分布在干旱、半干旱和漠境区由 于蒸降比一般为5—10，甚至20以上，明显 的季节性积盐和脱盐频繁交替的特点，是 土壤碱化的重要条件。
2 、土壤有机质及腐殖酸分解时产生的各种有机酸 （如醋酸、草酸等）都可解离出H+
3、施入土壤中的一些生理酸性肥料，如硫铵等水解 产生H+；酸性污水灌溉、酸雨等也可增加土壤的酸 性。
4、酸性土壤中，土壤胶体上吸附有大量代换性Al3+， 并有Al（OH）2+、Al（OH）2+等存在，它们水解都 可产生H+。
土壤养分有效度在不同PH值条件下差异很大。 pH＜5，活性铁、铝多，造成磷素的固定。在PH＞7 时则发生明显的钙对磷酸的固定。在pH6一7的土壤 中，土壤对磷的固定最弱，磷的有效性最大。 钙、镁和钾在酸性土壤中容易淋失。因此，酸性 愈强的土壤，这些元素对植物的供应愈加不足；钼的 有效性在PH较低的范围，也随PH增大而提高，在PH 低时，钼与镁形成难溶性化合物而变得无效，因此在 强酸性土壤上有些植物如柑桔会发生缺钼现象。
（二）土壤碱性的调节
1、施用有机肥料 利用有机肥分解释放出的大量CO2、有机酸降低 土壤PH值。 2、施用硫磺、硫化铁及废硫酸或黑矾. 利用它们在土壤中氧化或水解产生硫酸，硫酸再 中和碳酸钠或胶体上钠离子造成的碱性。 3、对碱化土、碱土，可施用石膏、硅酸钙，以钙将 土壤胶体上的钠代换下来，并随水排出，从而降低土 壤的PH，改善土壤理化性状。 土壤胶粒-Na+CaSO4===土壤胶粒-Ca+NaSO4
施用石灰来改良土壤酸性的作用如下： 土壤胶粒-2H + Ca（OH）2=== 土壤胶粒-Ca + 2H20 如果胶粒上是铝离子，则与石灰生成氢氧化 铝而沉淀： 土壤胶粒-2A1 + 3Ca（OH）2=== 土壤胶粒-3Ca + 2A1（OH）3。 施用石灰除中和酸度、促进微生物活动以外，还 为土壤增加了钙，有利于改善土壤结构，并减少磷 被活性铁、铝离子的固定。
二、土壤缓冲作用的机制
1、土壤胶体的阳离子代换作用是土壤产生缓 冲性的主要原因。
土壤胶粒-M+H+===土壤胶粒-H+M+ （M代表盐基离子，主要是Ca2+、Mg2+、k+等） 又如土壤溶液中加入 MOH，解离产生M+和OH-， 由于 M 和胶体上交换性 H+ 交换， H+ 转入溶液中，立 即同0H-生成极难解离的H20，溶液的pH值基 本不变。 土壤胶粒-H＋MOH===土壤胶粒-M＋H20
• 2、生物因素
• 高等植物选择性的吸收，富集了钙、 镁、钾、钠等盐基离子。
•3、母质因素
• 基性岩和超基性岩母质中富含钙镁等碱 性物质，风化体中含较多的碱性成分。
第三节
定义
土壤的缓冲性
一、土壤缓冲性的概念
土壤抗衡酸碱物质减缓pH变化的能力。
缓冲量
一般用来表示缓冲能力的大小。 即土壤溶液改变一个单位 PH值时所需要 一定量的酸或碱的厘摩尔数。
（二）潜在酸
潜在酸是指土壤胶体上吸附的H+、 A13+所引起 的酸度。 它们只有通过离子交换作用进入土壤溶液时， 才显示出酸性。是土壤酸性的潜在来源。通常用 100g烘干土中氢离子的厘摩尔数[Cmol（+）/kg] 来表示。
土壤潜在酸的大小常用土壤交换性酸度或 水解性酸度表示之。
1、交换性酸度
用 过 量 的 中 性 盐 溶 液 （ 如 1mol/L KCl 或 0.06 mol/L BaC12 ）与土壤作用，将胶体表 面上的大部分H+或A13+交换出来，再以标准碱液 滴定溶液中的H+，这样测得的酸度称为交换性酸 度或代换性酸度。
由上可知盐基饱和度愈大的，对酸的缓冲 能力愈强；相反盐基饱和度愈小，潜在酸度愈 大的土壤，则对碱的缓冲能力愈强。
2、土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在
土壤溶液中含有碳酸、硅酸、腐殖酸以及其它 有机酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，故 对酸碱均有缓冲作用。 H2C03十Ca（0H）2==CaC03十2H20 Na2C03十2HCl==H2C03十2NaC1
四、土壤酸碱性的调节
（一）土壤酸性的调节
土壤酸性主要由胶体吸附的交换性 H+和Al3+所控 制，在改良土壤酸性时，不仅要中和活性酸，更重 要的是中和潜在酸，才能从根本上改变酸性的大小。 通常是施用石灰来改良；沿海地区可以用蚌壳 灰；草木灰既是良好的钾肥，同时也起中和酸性的 作用；沿海的咸酸田在采用淡水洗盐的同时，也能 把一些酸性物质除掉。
（淋洗排出）
3、对碱化土、碱土，可施用石膏、硅酸钙， 以钙将土壤胶体上的钠代换下来，并随水排出， 从而降低土壤的PH，改善土壤理化性状。 土壤胶粒-Na+CaSO4===
• •Βιβλιοθήκη （二）石灰位土壤酸度还决定于致酸离子和盐基离子 的相对比例，而在酸性土壤的盐基离子中， 钙离子约占盐基总量的65%—80%。因此 提出酸度的另一指标是石灰位。