第一章第三节土壤性质(3)土壤溶液和土壤热性质

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1mol/L KCl溶液浸提。
一般土壤pH(H2O)>pH(KCl)。
地理分布。我国土壤大部分pH在4.5~8.5之间。
“南酸北碱”的地带性特点。
2、石灰位
土壤酸度主要决定于胶体吸附的致酸离子H+、
Al3+,其次决定于致酸离子与交换性盐基离子(以Ca2+
为主)的相互比例,即盐基饱和度。
在交换性阳离子以Ca2+为主的土壤溶液中, 为一定值,取负对数为pH-1/2pCa,定义为 石灰位,将 H+ 与 Ca2+ 数量联系起来,既是酸度指标, 又是钙的有效度指标。
2、影响土壤碱化的因素 (1)气候因素(干湿度)
碱性土分布在干旱、半干旱地区。在干旱、半 干旱条件下,蒸发量大于降雨量,土壤中的盐基物 质,随着蒸发而表聚,使土壤碱化。
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(2)生物因素
Na、K 、Ca、Mg等盐基生物积累。一些植物 适应在干旱条件下生长,有富集碱性物质的作用。
海蓬子含Na2CO3 3.75%,碱蒿含2.76%,盐 蒿含2.14%,芦苇含0.49%。
pH值高,阳离子交换量增强;pH值低,阳离子 交换量减低,土壤保肥、供肥能力也降低。
4 主要木本植物适宜pH值范围
大多数木本植物适宜微酸性到微碱性土壤, 有些植物要求酸性土壤,在强碱性土壤上一般 树种都不能生长。
自然土壤可应用指示植物判断: *酸性指示植物——马尾松、油茶、茶、 映山红铁芒箕、石松等。 *钙质指示植物——柏树、蜈蚣草等。 *盐碱指示植物——盐蒿、碱蓬等。
无机体系的反应一般是可逆的,有机体系和微生物参 与条件下的反应是半可逆或不可逆的。
+
HCl
水解性酸度
具有羟基化表面的土壤胶体,通过解离氢离子 后所产生的酸度。 CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH
水解酸的测定是用1mol/L的CH3COONa(pH
8.3)-乙(醋)酸钠处理土壤。
交换酸和水解酸的实质是不同的,水解酸的实 际测定,因用pH 8.3的CH3COONa,既测定出羟基化表 面解离的H+,也测出了因Na+交换出的氢离子和铝离 子产生的交换酸度,还包括了土壤溶液中的活性酸, 因此测定结果是土壤总酸度。
(七)土壤反应的调节
酸性土的调节
改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性 、生理碱性肥料。
碱性土的调节
改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺 等。此外,改良碱土还需要采取与灌溉、排水、园 林植物栽培以及土壤耕作等相结合。
二、土壤氧化还原反应
(一)土壤氧化还原体系
土壤中同一物质可分为氧化态(剂)和还原态(剂), 构成相应的氧化还原体系。 氧化还原作用就是氧化体还原体系内氧化剂和还 原剂得失电子,被还原和被氧化的过程。
2、生物 植物根系和微生物通过呼吸作用产生CO2,有机 质矿质化也产生CO2,CO2溶解于水成碳酸。
土壤中专性微生物如硫化硝化细菌,将含硫含氮有机物转 化成硫酸和硝酸,增强了土壤酸度。
3、施肥和灌溉 施用酸性肥或生理酸性肥,导致土壤酸化。
4、母质
母质中含酸性物质使土壤酸化。
5、酸雨
6、土壤空气的CO2分压 石灰性土壤 pH随 Pco2增大而降低,变化于 7.5~8.5 之间(田间)。 CaCO3-CO2-H2O体系:pH=6.03-2/3lgPco2
土壤中H

次生铝硅酸盐中铝的活化
土壤中H 的来源有:
1.水的解离
2.动植物呼吸作用排出的CO2溶解于水形成的碳

酸解离产生的H+
3.微生物分解作用产生的有机酸、无机酸解离产
生的H+
4. 由于氧化等作用的发生,使土壤中产生各种
各样的无机酸
5. 酸雨:我国每年排放SO2约1.7×106~7吨
土壤中铝的活化
4.5~5.5 5.6~6.5 6.6~7.4 7.5~8.0 8.1~9.0
(四)影响土壤酸度的因素
1、气候
高温多雨地区,风化淋溶较强,特别是降雨量 大而蒸发势较弱地区,矿物岩石风化所产生的盐基 物质大量淋失,使土壤酸化。 我国大陆以北纬30°为界,形成“南酸北碱” 局面,与气候条件有关密切相关。
2.潜性酸度(代换性酸度和水解性酸度)
代换性酸度:土壤胶体吸附的H+、Al3+离子,在被其
它阳离子交换进入溶液后,才显示酸性。
水解性酸度:用基性盐(弱酸强碱)水解后的盐基离
子,与土壤胶体的H+、Al3+离子代换,形成的酸性。 两者均以cmol/kg表示。
代换性酸度:
土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进
土壤酸度)。酸性强弱决定于潜性酸,主要是交换
性Al3+; 活性酸与潜性酸是土壤胶体交换体系中两种 不同的形式,可以互相转化。活性酸是潜性酸的表 现。
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7级:
土壤酸碱性分级
强酸性 酸性 <4.5 微酸性 中性 微碱性 碱性 强碱性 >9.0
氧化剂 ne 还原剂
m
m n
1、土壤空气中O2是主要氧化剂
在通气良好的土壤中,氧体系控制氧化还原反应,使 多种物质呈氧化态,如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。
2、土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂
在土壤缺O2条件下,将氧化物转化为还原态。
3、土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机 体系
7、土壤水分含量 土壤pH测定时的稀释效应,应控制土水比(一般 1:2.5)。 8、土壤氧化还原条件 土壤淹水还原pH向中性点趋近,即酸性土pH升 高,碱性土pH降低。
酸性土还原 pH 升高,由于 Fe2O3 、 MnO2 还原溶解
度增大,显示碱性,有机质加快还原过程。
碱性土还原pH下降,主要由于在嫌气条件下有
用水浸提,得到的pH值反应土壤活性酸的强弱。
用KCl浸提,得到的pH值除反映土壤溶液中的氢离子
外,还反映由K+交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。 pH水 > 大于pH盐 pH水与pH盐差值可反映土壤盐基饱和度,盐基饱 和度高的土壤,pH水与pH盐的差值小;盐基饱和度低 的土壤,pH水和pH盐的差值就大。 测定土壤pH值时的水土比,按国际土壤学会推荐
>砂土。
(六)土壤酸碱性对土壤肥力和植物生 长的影响
1 对土壤养分有效性的影响 2 对土壤微生物的影响
一般土壤细菌和放线菌适宜中性和微碱性的环境,强酸
性土壤中真菌占优势(真菌可在酸性和碱性条件下活动)。
有土 效壤 性 的与 关土 系壤 微 生 物 活 性 及 养 分 pH
3 对土壤胶体带电性的影响
pH-1/2pCa是Ca(OH)2(石灰)的化学位的简单函数
,称钙的养分位,比pH更全面更明显地反映土壤酸度
不同土壤及其母质的pH与pH-0.5pCa的比较 土壤 类型 砖红壤 红 壤 黄棕壤 pH pH –0.5pCa
土壤
5.23 6.56 6.86
母质
5.12 5.15 5.71
相差
0.11 1.41 1.12
酸、腐殖酸等,当这些弱酸与其盐类共存,就成
为对酸、碱物质具有缓冲作用的体系。
如 Hac+NaAc体系 当加入HCl: NaAc+HCl Hac+NaCl
当加入NaOH: Hac+NaOH
NaAc+H2O
(2)土壤具有阳离子交换作用
土壤 Ca
2+
土壤 H

胶粒 +2HCl ←→ 胶粒 H

+CaCl2
(2)碳酸钠水解
Na2CO3+2H2O 2Na++H2CO3 - +2OH碳酸钠的来源:土壤矿物质中钠的碳酸化。风化 产物硅酸钠与碳酸作用(析出SiO2): CaCO3+NaCl CaCl2+Na2CO3 (3)交换性钠的水解 当土壤胶体的交换性Na+积累到一定数量, 土壤溶液盐浓度较低时,Na+离解进入溶液,水 解产生NaOH,并进一步形成碳酸盐Na2CO3、 NaHCO3。
用2.5:1,水土比大时,测出的pH值稍偏大。
测定法
(1) 强酸性土 交换性Al3+与溶液Al3+平衡,溶液中Al3+ 水解显示酸性: Al3++3H2O Al(OH) 3+3H+ 强酸性土中,Al3+大大多于交换性H+,是 活性酸(溶液H+离子)的主要来源。
如:pH<4.8的红壤,交换性Al3+占总酸 度的95%以上。
机酸和CO2的积累过程及其综合作用。
(二)土壤碱性及其影响因素
1、概念及土壤碱性的形成机理
由碳酸盐和重碳酸盐导致土壤碱性的程度称土 壤碱度。形成碱性反应的主要机理是碱性物质的水 解反应 。
主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙
以及交换性Na+的含量。
(1)碳酸钙水解
CaCO3+H2O+CO2 Ca2++HCO3 - +OH-
土壤交换性H+的饱和度达到一定限度,就会破 坏硅酸盐粘粒晶体结构,其水铝片中Al转化为活性 Al3+,取代交换性H +而成为交换性Al3+。因此,矿 质酸性土以交换性Al3+占绝对优势。 Al3++3H2O Al(OH)3+3H+
(一)土壤酸度类型
1.活性酸度
活性酸度是指土壤溶液中的氢离子浓度导致的土壤酸度, 通常用pH值即氢离子浓度的负对数来表示。
土壤溶液
土壤中溶解在土壤水中的各种可溶性盐类、气体、腐 殖质等物质与水分一起组成土壤溶液。
土壤溶液的成分与浓度决定于土壤水分、土壤固体物
质和土壤微生物间的相互作用。

土壤水分较多的湿润地区,土壤溶液浓度低,养分多呈离子 状态,易于被植物和微生物吸收利用。
干旱和半干旱地区,水分稀少,淋溶作用弱,土壤溶液浓度 大,溶液中物质多呈分子态,盐类淀积明显。 土壤微生物通过其在土壤有机质的矿质化和腐殖化过程的作 用,改变土壤溶液的浓度和成分。
一、土壤溶液酸碱性
土壤酸碱反应是气候、植被、成土母 质等及人为因素共同作用的结果。
1、土壤反应的概念
土壤反应是土壤酸性或碱性的程度,常以pH 值表示。
2、土壤酸性及其形成机理
土壤的酸度指土壤酸性的程度,以pH表示。 + + 它是土壤溶液中 H 浓度的表现,H 浓度愈大, 土壤酸性愈强。 (1)土壤中酸性形成的机理

土壤 H

土壤 Na
胶粒 +NaOH ←→ 胶粒 +H2O
(3) 土壤中有两性物质
2、土壤酸碱缓冲容量
缓冲容量(Buffering Capacity)—使单位(质量或
容积)土壤改变1个pH单位所需的酸或碱量。
土壤组分酸碱缓冲量的一般顺序是:
有机胶体>无机胶体;蒙脱石>伊利石>高
岭石>含水氧化铁、铝;腐殖质>粘土>壤土
入溶液后所反映出的酸度。
Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+
用过量的中性盐,1mol/L的KCl溶液(pH5.5~
6.0) 与土壤胶体发生代换,K+交代换性氢或铝离子 进入土壤溶液所表现的酸度(通过滴定得到的酸 度)。 交换性酸是酸度的容量因素,单位Cmol/kg。

H+
+
KCl = 土 K+
土壤
3.40 4.93 5.32
母质
2.29 3.02 3.91
相差
1.11 1.91 1.41
(五)土壤对酸碱的缓冲性
1、土壤缓冲性概念 土壤中加入酸性或碱性物质后,土壤具有抵 抗变酸和变碱而保持pH稳定的能力,称土壤缓冲 作用,或缓冲性能。
2、土壤酸、碱缓冲原理
(1) 土壤中有许多弱酸 —— 碳酸、硅酸、磷
(3)母质
碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富 含碱性物质,含盐基物质多,形成的土壤为碱性。
(4)施肥和灌溉
施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱 化。如都江堰水质偏碱,长期用都江堰水灌溉的 水稻田土壤pH有所提高。
(三)土壤酸碱度的指标
1、土壤pH pH=-lg(H+)(土壤平衡溶液) 中性溶液: (H+)=(OH-)=10-7mol/L, pH=pOH=7 土壤pH表示法:pH(H2O)—水浸提;pH(KCl)—中性盐


一般状态下,土壤溶液的浓度较小,以毫克每千克( 十万分之几)来计算。 由溶液浓度产生的渗透压远低于植物根细胞液的渗 透压,利于植物根系吸水。 盐碱土或土壤过度施肥后,土壤溶液浓度增大,溶质 产生的渗透压高于根系细胞液的渗透压时,植物吸水 变困难,导致“生理性干旱”。 此外,土壤温度和酸碱度也会通过影响盐类的溶解度 和微生物的活性,改变土壤溶液的成分和浓度。
(2) 酸性和弱酸性土
盐基饱和度高,交换性铝以Al(OH) 2+、 Al(OH) 2+等形态存在。其代入溶液后同样水解产 生H+离子: Al(OH) 2+ +2H2O Al(OH) 3+2H +
土壤交换性H +的离解也是溶液的H +来源。
3、活性酸与潜性酸的关系
土壤活性酸是土壤酸度的根本起点,没有活性 酸就没有潜性酸;先有活性酸,再转化为潜性酸; 潜性酸决定着土壤的总酸度(以强碱滴定的
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