土壤反应及缓冲性能测定1.0

[5]王维君,陈家坊,何群.酸性土壤交换性铝形态的研究[J].科学通报.1991(06)
[6]Christopher J. Atkinson,Jean D. Fitzgerald,Neil A. Hipps.Potential mechanisms for achieving agricultural benefits from biochar application to temperate soils: a review[J]. Plant and Soil . 2010 (1-2)
2.土壤活性酸和潜性酸的相互关系？
土壤潜性酸是活性酸的主要来源和储备，二者处于动态平衡之中，能实现互相转化：
当土壤溶液浓度和组成发生改变时，活性酸可由于H+被土壤胶体吸附成为潜性酸，潜性酸也可由于胶体吸附的H+、Al3+被阳离子交换进入土壤溶液而转化成活性酸。
土壤潜性酸要比活性酸多很多，相差起码3-4个数量级[4]。
实验3结果（表3）可得，在滴入2滴盐酸溶液后，空白样pH大幅下降而中性土样品的pH略微有改变；继续滴加2滴盐酸之后，空白样pH降至1，而土样pH在2-3之间。以上现象说明，在一定的范围内，土壤对酸碱特殊抵抗能力，减缓pH的变化，即土壤缓冲性。
七、讨论、心得
1.土壤活性酸与潜性酸实验中加入NaF的作用？
本实验采用水（KCl溶液）处理中性土壤（酸性土壤），以1:25土水比制成悬浊液，用pH计对土壤pH值进行测定，并探究土壤活性酸和潜性酸、土壤缓冲作用。
三、
实验器材与仪器
风干土样（取于余杭塘路施工旁，风干研磨细后过18目筛），实验步骤中以“中性土”代称。
酸性土样（取样地点不清，红壤，土壤酸度较高）
1mol/L KCl溶液、3.5%NaF溶液、0.1mol/LHCl溶液、去离子水；
（4）土壤中两性物质：两性有机物和无机物，如蛋白质、氨基酸、胡敏酸等。比如氨基酸，它的氨基可以中和酸，羧基可以中和碱，因此对酸碱都具有缓冲能力。
实际应用方面，在评价灌溉土壤时必须考虑土壤缓冲性。碱性水灌溉土壤的后果取决于土壤中石膏含量多少，无石膏的土壤在弱碱性水灌溉时，碱化速率远大于有石膏土壤。此外，土壤缓冲性会引起改良土壤的不良作用，如在施石灰改良酸性土壤时产生“抗拒”，必须适当加大石灰使用量以达到改良目的。
（2）土壤溶液弱酸缓冲对：土壤中有多种弱酸及其盐类构成缓冲对，如CO32--HCO3-体系（主要存在于石灰性土壤中）、PO33--HPO32--H2PO3-体系以及其它有机弱酸及其盐类等能中和加入的酸碱。
（3）酸性土壤中活性铝或交换性铝对碱的缓冲作用：
pH<5时，Al以络合物Al[H2O]63-形式存在。当加入碱时，络合物中解离出1-2个水分子的H+中和OH-。此时带有OH-的Al不稳定与另一个相同的Al结合，如上反应式形成复杂络合物[5]。
分析天平，100ml离心管，量筒，摇床，pH试纸，玻棒，土壤专用pH计。
四、操作方法和实验步骤
1.土壤pH计校正：本实验采用两点法（标准液pH=6.89与pH=4.01）校正。
2.土壤的酸碱度（土壤水浸提pH的测定）：
100ml离心管中加入m1（约10g）中性土样（18目）和25ml去离子水→摇床震荡5min→土壤专用pH计测其pH0
5.我国土壤酸化情况与措施
我国土壤pH一般在4-9之间，在地理分布上由南向北pH逐渐减小，大致以长江为界。长江以南地区大部分为可变电荷土壤，pH值低于5.5,为酸性和强酸性；北方温带地区土壤属于恒电荷土壤，多为中性或碱性，少数为强碱性，对酸化有一定的缓冲能力，但最近的研究表明，也有严重酸化的趋势。
在南方，分布着大量的旱地红壤，这些土壤具有低pH，高铝毒，低阳离子交换量和低有机质等特征，并经历了严重的酸化过程，从而导致土壤的肥力下降，作物产量严重下降。以上表明，我国土壤的酸化问题非常严重。土壤的酸化会导致土壤颗粒表面盐基离子的损失，引起铝离子和有毒重金属的活化，造成土壤质量和肥力的下降，最终影响作物的产量。
据此推测土样盐基饱和度较高；土壤中硝化细菌、固氮菌、纤维分解菌等均适宜在中性和微碱性环境中生存，因此推测该土壤固氮作用较好；氮、钾、硫的有效性较高，但活性铁、锰、铜、锌离子等有效性不高[2]。
实验2结果（表2）可得，水浸提的微碱性土壤溶液pH1、pH3分别高于用KCl溶液浸提的pH2、pH4，可见两样品中含有一定的潜性酸，土壤胶体固液相界面双电层中的Al3+、H+被K+代出进入溶液，产生交换性酸[3]；在加入NaF后，由于氟化物中F-与Al3+络合形成稳定的化合物，因而对Al起到掩蔽作用，溶液pH回升，即表现为pH’＞pH。其中，微碱性土试样的△pH2=0.23（其中△pH=pH’-pH），远小于酸性土试样的△pH4=1.09。这是因为，一方面F—可以取代许多物质的OH—而使之被释放进入溶液，另一方面是因为酸性土壤中含有大量非结晶铝、铁氢氧化物。
实验报告
课程名称：土壤学实验指导老师：谢晓梅成绩：__________________
实验名称：土壤反应及缓冲性能测定
同组学生姓名：边舒萍
一、实验目的和要求二、实验内容和原理
三、实验材料与试剂四、实验器材与仪器
五、操作方法和实验步骤六、实验数据记录和处理
七、实验结果与分析八、讨论、心得
一、实验目的和要求
1
4.12
8.47
8.46
2
4.03
7.39
7.62
酸性土
3
4.08
3.85
4.84
4
4.00
5.09
6.18
3.土壤缓冲作用探究
表3 土壤缓冲溶液对酸的缓冲作用
样品
编号（n）
pH值
pHn-1
pHn-2
pHn-3
中性土
5
7
6
2~3
空白
6
7
3
1
六、实验结果与分析
实验1结果可得，土壤溶液pH0=8.17，在7.5-8.5之间，属于微碱性土，符合杭州紫金港校区周边土壤酸碱性情况。
（2）潜性酸：吸附在土壤胶体表面的交换性氢离子与铝离子，只有转移到溶液中才会显示酸性。用中性盐或水解性盐把它们代换出来，再直接测定。
pH
＜4.5
4.5-5.5
5.5-6.5
6.5-7.5
7.5-8.5
8.5-9.5
＞9.5
土壤酸碱强度
强酸性
酸性
微酸性
中性
微碱性
碱性
强碱性
表1土壤酸碱强度分类标准[1]
（2）潜性酸
向（1）中的①②③④分别加入5滴3.5%氟化钠溶液→摇匀静置→分别测pH依次记为pH1’、pH2’、pH3’、pH4’。
4.土壤缓冲作用
⑤号：1g中性土+5ml去离子水→震荡静置→测其pH5-1
→0.1M盐酸2滴→震荡静置→测其pH5-2
→0.1M盐酸再加2滴→震荡静置→测其pH5-3
⑥号（空白）：5ml去离子水→震荡静置→测其pH6-1
（3）铝离子的活性作用。粘土矿物铝氧层中的铝，在较强的酸性条件下释放出来，进入到土壤胶体表面成为代换性的铝离子，其数量比氢离子数量大得多，土壤表现为潜性酸。长江以南的酸性土壤主要是由于铝离子引起的。
而土壤OH-来源于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等；其次是土壤胶体上的Na+的代换水解作用。
3.土壤活性酸与潜性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的比较
（1）活性酸
①号：4g中性土+5ml去离子水→震荡5min→测其pH记为pH1；
②号：4g中性土+5mlKCl溶液→震荡5min→测其pH记为pH2；
③号：4g酸性土+5ml去离子水→震荡5min→测其pH记为pH3；
④号：4g酸性土+5mlKCl溶液→震荡5min→测其pH记为pH4；
土壤溶液中Al3+动态平衡和水解作用如下[2]。
Al3+≒Al3+
（交换性铝）（土壤溶液中铝离子）
本实验为掩蔽Al产生的酸性，需减弱Al的水解作用。加入的F-能与Al3+反应生成络合物六氟合铝酸钠
Al3++6F-→[AlF6]3-
从而降低Al3+浓度，使铝离子水解反应逆向进行，减少Al水解产生的潜性酸影响，从而实现Al的掩蔽。
→0.1M盐酸2滴→震荡静置→测其pH6-2
→0.1M盐酸再加3滴→震荡静置→测其pH6-3;
五、实验数据记录和处理
1.土壤的酸碱度（土壤水浸提pH测定）：
m1=10.14g；pH0=8.17
2.土壤活性酸与潜性酸的比较
表2 土壤活性酸与潜性酸pH值
土壤种类
编号（n）
样品重量（g）
pHn
pHn’
中性土
4.土壤酸碱性的形成？
土壤酸的来源于三个方面[2]：
（1）土壤中H+的来源。由CO2引起（土壤空气、有机质分解、植物根系和微生物呼吸）；土壤有机体的分解产生有机酸，硫化细菌和硝化细菌还可产生硫酸和硝酸；生理酸性肥料（硫酸铵、硫酸钾等）。
（2）气候对土壤酸化的影响。在多雨潮湿地带，盐基离子被淋失，溶液中的氢离子进入胶体取代盐基离子，导致氢离子积累在土壤胶体上。东北地区的酸性土是在寒冷多雨的气候条件下产生的。北和西北地区的降雨量少，淋溶作用弱，导致盐基积累，土壤大部分为石灰性、碱性或中性土壤。
1.了解土壤酸碱度的来源及意义；
2.掌握土壤酸度的测定方法。
二、实验内容和原理
1.土壤酸碱度是土壤重要的基本性质，在矿物质的转化、土壤养分的形态及其有效性、作物的生长和土壤微生物活动等方面可以为改良土壤、指导施肥提供依据。
2.土壤酸度是由氢、铝等离子引起的，分为：
（1）活性酸：土壤固相处于平衡时土壤溶液中的氢离子，可直接测定；