土壤(第九章)土壤酸碱性和氧化还原反应
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第九章土壤溶液化学反应1
• 在强酸性矿质土壤中以交换性 Al3+和以共价健紧束缚 的 H+ 及 Al3+ 占优势；在酸性土壤中，致酸离子以 Al （OH）2+和Al（OH）2+ 等羟基铝离子为主，而在中 性及碱性土壤中，土壤胶体上主要是交换性盐基离子。
二、土壤碱性形成
土壤碱性反应及碱性土壤形成是自然成 土条件和土壤内在因素综合作用的结果。碱性 土壤的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳酸盐和 重碳酸盐，以及胶体表面吸附的交换性钠。形 成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。
• 式中：pe为电子活度（e-）的负对数， 当[氧化态]与 [还原态]的比值为1时，pe=（1/n）logK， 即pe0。
• • • •
平衡常数K与反应自由能的关系为： ΔGr0 = -RTlnK 而 ΔGr0 = - nFEh 则 RTlnK = nFEh 或： Eh = （RT/nF)lnK 由于 （1/n）logK = pe 所以得：
2、碳酸钠的水解
(1)2NaHCO3 Na2CO3+H2O + CO2 (2)Na2SiO3 + H2CO3 Na2CO3 +SiO2+H2O (3)CaCO3 +NaCl CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 CaSO4+ Na2CO3
3、交换性钠的水解
胶 Ca2+ 粒 Mg2+ + 4Na+ 胶粒 xNa + yH2O +CO2 胶 2Na+ 粒 2Na+ + Ca2+ + Mg2+
（三）土壤碱性指标
1、总碱度 总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的 总量。我国碱化土壤的总碱度占阴离子总量的50％以上， 高的可达90％，故可用总碱度作为土壤碱化程度分级的 指标之一。即 总碱度= [CO32-] + [HCO3-] [cmol(+)/L ]
第9章土壤酸碱性和氧化还原反应
体分解后会促进土壤碱性的发展。
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（四）人类耕作活动
施肥和灌溉会改变土壤酸度：
酸性肥料降低土壤pH（KCL）； 施用石灰提高土壤pH； 污染水的灌溉； 大气污染； 淹水耕作。
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土壤酸碱的存在形式和表示方法
土壤pH和酸碱性分级：
土壤的酸性、中性和碱性，其区分决定于土壤溶液中 游离的H+与OH-的浓度的比例。
水解性酸度一般要比交换性酸度大得多，但这两者是同一来源，本质上 是一样的，都是潜性酸，只是换作用的程度不同而已。
CH3COONa +H2O = CH3COOH+NaOH
土壤胶粒 H +Na+ + OH- = 土壤胶粒 Na +H2O
Na
土壤
土壤
胶粒 Al +3CH3COONa+3H2O= 胶粒
Na +Al(OH)3 +3CH3COOH
Chapter 9. 土壤酸碱性和氧化还原反应
Soil acid－base and redox reaction
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
2/60
主要内容
第一节 土壤酸性 第二节 土壤碱性 第三节 土壤缓冲性能 第四节 土壤氧化还原反应 第五节 土壤酸碱和氧化还原状况与生物环境
Na
16/60
3、潜性酸表现其酸性的机制
土壤胶体上氢离子的解离 胶体上氢离子被其它阳离子代换到溶液中 土壤胶体上铝离子作用：
Al3+ + H2O ⇋ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ⇋ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ⇋ Al(OH)3↓+ H+ 土壤中羟基铝离子实际上还很复杂。[Al6（OH）12]6+、 [Al10（OH）22]8+ 等等
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（四）人类耕作活动
施肥和灌溉会改变土壤酸度：
酸性肥料降低土壤pH（KCL）； 施用石灰提高土壤pH； 污染水的灌溉； 大气污染； 淹水耕作。
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土壤酸碱的存在形式和表示方法
土壤pH和酸碱性分级：
土壤的酸性、中性和碱性，其区分决定于土壤溶液中 游离的H+与OH-的浓度的比例。
水解性酸度一般要比交换性酸度大得多，但这两者是同一来源，本质上 是一样的，都是潜性酸，只是换作用的程度不同而已。
CH3COONa +H2O = CH3COOH+NaOH
土壤胶粒 H +Na+ + OH- = 土壤胶粒 Na +H2O
Na
土壤
土壤
胶粒 Al +3CH3COONa+3H2O= 胶粒
Na +Al(OH)3 +3CH3COOH
Chapter 9. 土壤酸碱性和氧化还原反应
Soil acid－base and redox reaction
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土壤学
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主要内容
第一节 土壤酸性 第二节 土壤碱性 第三节 土壤缓冲性能 第四节 土壤氧化还原反应 第五节 土壤酸碱和氧化还原状况与生物环境
Na
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3、潜性酸表现其酸性的机制
土壤胶体上氢离子的解离 胶体上氢离子被其它阳离子代换到溶液中 土壤胶体上铝离子作用：
Al3+ + H2O ⇋ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ⇋ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ⇋ Al(OH)3↓+ H+ 土壤中羟基铝离子实际上还很复杂。[Al6（OH）12]6+、 [Al10（OH）22]8+ 等等
第9-1章+土壤酸碱性和氧化还原反应
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土壤学
Chapter 9. 土壤酸碱性和氧化还原反应 Soil acid－base and redox reaction §9.1 土壤酸度 §9.2 土壤碱度 §9.3 土壤氧化还原反应 §9.4 土壤缓冲性 §9.5 土壤酸碱性和氧化还原状况与生物环境
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
土壤学
交换酸度exchange acidity 用中性盐溶液(1mol/L
KCl、0.06mol/L BaCl2等)处理酸性土壤时, 土壤胶体 上交换性的阳离子大部分被浸提剂中的阳离子交换 下来进入溶液。此时，交换性氢离子可使溶液酸性 增加，而交换性Al3+因水解, 也使溶液酸性增加。
性酸。
xH+
colloid
colloid
(x－y)H+来自+ yH+
潜在酸的产生
2. 土壤胶体上吸附性氢离子被其他离子所代换 当施用硫铵、石灰或其他肥料时，土壤溶液盐基 离子浓度增加，吸附性H+离子部分被交换出 来进入溶液，土壤酸度随之变化。
colloid
xH + Ca2＋
colloid
Ca (x－2)H
Acid drops movement
Acid lake
2. 土壤中铝的活化
氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行， 土壤盐基饱和度下降，氢饱和度提高，胶粒晶体结构破坏， 铝八面体解体，铝离子成为活性铝离子，吸附后成交换性 Al3+离子，交换进入土壤溶液，溶液中的铝离子和阴离子形 成的盐类多为非中性盐，解离产生H+离子。
土壤酸碱反应是土壤重要的化学性质，直 接影响作物的生长和微生物的活动以及土 壤的其他性质。
土壤学
Chapter 9. 土壤酸碱性和氧化还原反应 Soil acid－base and redox reaction §9.1 土壤酸度 §9.2 土壤碱度 §9.3 土壤氧化还原反应 §9.4 土壤缓冲性 §9.5 土壤酸碱性和氧化还原状况与生物环境
吉林大学植物科学学院农业资源与环境系
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土壤学
交换酸度exchange acidity 用中性盐溶液(1mol/L
KCl、0.06mol/L BaCl2等)处理酸性土壤时, 土壤胶体 上交换性的阳离子大部分被浸提剂中的阳离子交换 下来进入溶液。此时，交换性氢离子可使溶液酸性 增加，而交换性Al3+因水解, 也使溶液酸性增加。
性酸。
xH+
colloid
colloid
(x－y)H+来自+ yH+
潜在酸的产生
2. 土壤胶体上吸附性氢离子被其他离子所代换 当施用硫铵、石灰或其他肥料时，土壤溶液盐基 离子浓度增加，吸附性H+离子部分被交换出 来进入溶液，土壤酸度随之变化。
colloid
xH + Ca2＋
colloid
Ca (x－2)H
Acid drops movement
Acid lake
2. 土壤中铝的活化
氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行， 土壤盐基饱和度下降，氢饱和度提高，胶粒晶体结构破坏， 铝八面体解体，铝离子成为活性铝离子，吸附后成交换性 Al3+离子，交换进入土壤溶液，溶液中的铝离子和阴离子形 成的盐类多为非中性盐，解离产生H+离子。
土壤酸碱反应是土壤重要的化学性质，直 接影响作物的生长和微生物的活动以及土 壤的其他性质。
土壤酸碱性和氧化还原反应
活性酸 吸附 解吸 潜性酸
强酸性土壤 Soils with strong acidity
交换性Al3+与溶液Al3+处于平衡：
Soil colloid Al3+
Al3+
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
M H
Soil colloid
M
+ 2H+
Soil colloid
H
+
2M+
土壤中H+的来源 Origin of H+ in soils
水的解离 Dissociation of H2O
HOH H OH
碳酸解离 Dissociation of H2CO3 有机酸的解离 Dissociation of organic acid
土壤酸碱性和氧化还原反应
第一节 土壤酸、碱性的形成
Formation of soil acidity and alkalinity
Importance
The soil reaction is a term used to indicate soil acidity/alkalinity or acid-base reactions in soils. Many soil chemical and biochemical reactions can occur only at specific soil acidity/alkalinity. The rate of decomposition of soil minerals and organic matter is influenced by soil acidity/alkalinity. Formation of clay minerals depends on soil pH. Plant growth is also affected either directly or indirectly by soil pH. H+ ions are reported to have a toxic effect on plants when present in high concentration.
强酸性土壤 Soils with strong acidity
交换性Al3+与溶液Al3+处于平衡：
Soil colloid Al3+
Al3+
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
M H
Soil colloid
M
+ 2H+
Soil colloid
H
+
2M+
土壤中H+的来源 Origin of H+ in soils
水的解离 Dissociation of H2O
HOH H OH
碳酸解离 Dissociation of H2CO3 有机酸的解离 Dissociation of organic acid
土壤酸碱性和氧化还原反应
第一节 土壤酸、碱性的形成
Formation of soil acidity and alkalinity
Importance
The soil reaction is a term used to indicate soil acidity/alkalinity or acid-base reactions in soils. Many soil chemical and biochemical reactions can occur only at specific soil acidity/alkalinity. The rate of decomposition of soil minerals and organic matter is influenced by soil acidity/alkalinity. Formation of clay minerals depends on soil pH. Plant growth is also affected either directly or indirectly by soil pH. H+ ions are reported to have a toxic effect on plants when present in high concentration.
第9章 土壤酸碱性和氧化还原反应
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（二）母质因素
母岩母质的组成性质对土壤酸碱度具有深刻的影响。
石灰岩、基性岩、超基性岩的盐基含量较高。当土壤的淋溶程 度较弱时，土壤pH会比附近其它母质上发育的土壤高。
滨海盐土含有丰富的易溶盐类及碳酸钙，加之地下水矿化度较 高。因此，发育的土壤的pH一般较高，土壤常呈碱性。
（四）施肥和灌溉的影响
1 土壤中的氧化还原体系 soil redox system
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氧化剂：电子供体；被氧化； 还原剂：电子受体；被还原。
土壤中有多种氧化还原物质共存。
Oxidation: A reaction in which atoms or molecules gain oxygen, and lose hydrogen or electrons Fe2+=Fe3++eReduction: A reaction in which atoms or molecules lose oxygen, or gain hydrogen or electrons: N2+H2=NH3
high CEC = high buffering
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3、 酸性土壤铝离子聚合对碱的缓冲作用
在 pH<5 的土壤中， Al3+ 被 6 个水分子所环绕， 形成水合铝离子。当土壤中 OH- 增多时，水合铝 离子聚合成更大的离子团，释放出H+：
2Al(H2O)63+ + 2OH[Al2(OH)2(H2O)8]4+ + 4H2O
我国土壤的酸碱性南北差异很大，由南向北土壤pH相差7个数量级。
2011_09土壤酸碱性和氧化还原反应
2. ）潜性酸 土壤胶体上吸附的H 土壤胶体上吸附的 +和Al3+进入土壤溶液后表现出来的 酸度所引起的酸度。 酸度所引起的酸度。
表现形式 当它们从胶体上解离或被其它阳离子所交换 而转移到溶液中以后才显示酸性。 而转移到溶液中以后才显示酸性。
测定方法
交换性酸 水解性酸
3.） 活性酸与潜性酸的关系 ）
M+ Al3+
H+ + 4KCl M+
K+ M+ K+ K+ K+ M+
+ Al3 + + H+
Al3++ 3H2O
Al(OH)3
+ 3H+
（2）水解性酸
用过量强碱弱酸盐（ COONa）浸提土壤， 用过量强碱弱酸盐（CH3COONa）浸提土壤，胶体上的 氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。 氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。 COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5， 水解产生NaOH 值可达8.5 CH3COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5，Na+可以把绝 大部分的代换性氢离子和铝离子代换下来， 大部分的代换性氢离子和铝离子代换下来，从而形成醋 滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。 酸，滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。 Na+ M+ Al3+ H+ M+ + 4CH3COONa M+ Na+ Na+ Na+ + 4CH3COOH M+ + Al(OH)3
强酸性 酸性 微酸性 中性 微碱性 碱性 强碱性 pH值 值 ＜4.5 pH值 pH值 值 值 4.5～ 5.6～ ～ ～ 5.5 6.5 pH 值 pH 值 pH 值 pH值＞ 值 6.6 ～ 7.5 ～ 8.1～ 9．0 ～ ． 7.4 8.0 9.0
第九章：土壤酸碱性
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
土壤学
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。
子后所产生的酸度。
林 学 院
CH3COONa+H2O 8.3)处理土壤。
CH3COOH+NaOH
水解酸的测定是用1mol/L的CH3COONa(pH
土壤学
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
土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡：
解吸
潜性酸
吸附
林 学 院
活性酸
(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
林 学 院
酸性土还原pH升高，由于Fe2O3、MnO2还 碱性土还原pH下降，主要由于在嫌气条件
下有机酸和CO2的积累过程及其综合作用。
土壤学
原溶解度增大，显示碱性，有机质加快还原过程。
第三节 土壤氧化还原反应
土壤学 第九章---第十一章
第九章土壤酸碱性和氧化还原过程一、名词解释：1、土壤活性酸:土壤溶液中游离的H+所表现的酸度。
2、土壤潜性酸:指土壤胶体上吸附的H+和Al3+所引起的酸度。
3、土壤缓冲性:狭义：土壤抵抗酸碱物质，减缓pH变化的能力。
广义：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。
4、碱化度:指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离子交换量的百分率二、土壤酸碱性对土壤肥力和植物生长的影响如何？1.对土壤肥力的影响：1）对土壤微生物的影响土壤细菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境；在强酸性土壤中真菌则占优势。
2）对土壤胶体带电性影响土壤环境pH 值高时，土壤胶体负电荷数量增多，相应于阳离子交换量也增加，土壤保肥性、供肥性增强。
3）对土壤养分有效性影响●在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。
●N、K 、 S元素在微酸性、中性、碱性土壤中都较高。
●P元素在中性土壤中有效性最高， pH<5和pH>7时有效性降低。
●Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。
●Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。
●Mo在酸性土壤中有效性较低，pH>6时有效性增加。
2.对植物生长的影响：不同植物对土壤酸碱反应的要求是不同的，各有一定的适应范围。
有些植物能适应较宽的pH值范围，有些植物却对土壤pH值非常敏感，这是各种植物在长期的自然选择中形成的。
大多数植物均适于在pH值4-9环境中生长。
三、简述酸性土、碱性土的改良。
1. 土壤酸性的调节:一般采用施石灰的办法。
农村烧柴后的草木灰中和酸性土效果也很好。
2.土壤碱性的调节用石膏来改良。
还可施用其它的化学物质如：硫磺（经土壤中硫细菌的作用氧化生成硫酸）和明矾（硫酸铝钾）、磷石膏、亚硫酸钙、硫酸亚铁、工业废料等，都能降低土壤碱性。
四、土壤为什么具有缓冲性？1. 土壤胶体的阳离子交换作用是土壤产生缓冲性的主要原因2.土壤溶液中的弱酸及其盐类组成的缓冲系统3.土壤中两性物质的存在4. 在酸性土壤中，铝离子也能对碱起缓冲作用第十章土壤养分和肥料一、植物所必须的营养元素有哪些？1.大量元素：（1）C H O 天然营养元素（2）N P K 植物营养三要素或肥料三要素（3）Ca Mg S 中量元素2.微量元素：Fe Mn Zn Cu B Mo Cl (Ni)二、土壤养分的来源有哪些？矿物质，土壤有机质，其他来源如生物固氮、大气降水、施肥三、简述氮、磷、钾三种元素在土壤中的的形态以及不同形态对植物的有效性如何？1.土壤中的氮素以两类形态存在: 无机态氮和有机态氮，大部分的土壤氮以有机态存在。
酸碱性及氧化还原反应PPT课件
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• 三、土壤缓冲性能
• (一) 概念：在一定范围内，土壤溶液抵抗酸碱变化 的能力叫土壤缓冲性。
• (二) 土壤具有缓冲性的原因：
• 1．土壤溶液中弱酸及其盐类的存在：土壤中存在一 些碳酸、磷酸、硅酸等及其盐类，构成缓冲系统，对酸 碱具有缓冲作用。
• CaCHO2C3+OH3+2SCOa(4O→HC)a2S→OC4a+CHO23C+O23H2O • 2．土壤中两性胶体的存在：土壤中的蛋白质、氨基
• ⑶ 硫酸钠被还原： 在有机质多， 含硫酸盐和嫌气
条 形
件 成
下N a，2 CNOa3 ，2 S水O 4解被后还产原生成大N量a 的2 S O，H再- ：与
C
a
CO
3作
用
，
• NaN2Sa+2SCOaC4+O43→R-NCaH2OC→O3N+aC2aSS+4R-C=O
• Na2CO3+ H2O→NaOH+H2CO3
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• (二) 土壤碱度
• 1．概念： 土壤碱性强弱的程度称为土壤碱度。它是 溶液中的OH- 浓度超过H+浓度后反应出来的，可用pH 表示，也可以用总碱度和碱化度表示。
• ⑴ 总碱度：是指碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和。 用中和滴定法测定，以每百克土壤的碳酸盐和重碳酸盐 的物质的量来表示，也可分别用CO32-及HCO3-的重量百 分数表示。它是土壤碱性的容量指标，不是强度指标 （pH）。
第7页/共46页
• ① 交换性酸度：用过量中性盐溶液（如1.0mol.L-1KCl溶 液）浸提土壤， 胶体上的交换性 H+和Al3+ 被交换下来， 进入土壤溶液所表现的酸度，称为交换性酸度。
(土壤学教学课件)第九章-土壤溶液化学反应
• 石灰性反应：因石灰性物质（碳酸钙、碳酸镁）引 起的弱碱性反应。
• 碱化度：土壤胶体吸附的钠离子占阳离子交换量的 百分率。（ESP：exchangeable sodium percentage）
• 碱土：碱化层的碱化度>30%、表土层含盐量<0.5% 和pH>9.0的土壤。
四、土壤酸碱性的生物环境
➢ 铁、锰、铜、锌等微量元素有效度，在酸性和强酸性土壤中 高；在pH>7的土壤中，活性铁、锰、铜、锌离子明显下降， 并常出现铁、锰离子的供应不足。
➢ 在强酸性土壤中，钼的有效度低。pH>6时，其有效度增加。
➢ 硼的有效度与pH关系较复杂，在强酸性土壤和pH7-8.5的石灰 性土壤中，有效度均较低，在pH6-7和pH>8.5的碱性土壤中， 有效度较高。
• K+、NH4+ 约10-3~10-4 M • Al3+ 、Mn2+ < 10-4 M
– 阴离子一般10-3M，有些只有10-5~10-6 M
– 以重量百分数计，总浓度一般0.05~0.1 %
刚施肥局部、盐渍化土壤可>0.2%
施肥不匀，局部“烧苗”
6
二、土壤溶液的动态平衡
Nutrients uptake by plants
• 交换性酸量对于调节土壤酸度、估算石灰用量有重要参考 价值。
• 水解性酸度(hydrolytic acidity) – 用弱酸强碱的盐类溶液（pH8.2的1M NaAc）浸 提，再以NaOH标准液滴定浸出液，根据所消耗 的NaOH的用量换算为土壤酸量。 – 土壤吸附态氢、铝离子的绝大部分可被Na+离子 交换，水化氧化物的羟基和腐殖质上氢离子解 离进入溶液被中和。
• 碱化度：土壤胶体吸附的钠离子占阳离子交换量的 百分率。（ESP：exchangeable sodium percentage）
• 碱土：碱化层的碱化度>30%、表土层含盐量<0.5% 和pH>9.0的土壤。
四、土壤酸碱性的生物环境
➢ 铁、锰、铜、锌等微量元素有效度，在酸性和强酸性土壤中 高；在pH>7的土壤中，活性铁、锰、铜、锌离子明显下降， 并常出现铁、锰离子的供应不足。
➢ 在强酸性土壤中，钼的有效度低。pH>6时，其有效度增加。
➢ 硼的有效度与pH关系较复杂，在强酸性土壤和pH7-8.5的石灰 性土壤中，有效度均较低，在pH6-7和pH>8.5的碱性土壤中， 有效度较高。
• K+、NH4+ 约10-3~10-4 M • Al3+ 、Mn2+ < 10-4 M
– 阴离子一般10-3M，有些只有10-5~10-6 M
– 以重量百分数计，总浓度一般0.05~0.1 %
刚施肥局部、盐渍化土壤可>0.2%
施肥不匀，局部“烧苗”
6
二、土壤溶液的动态平衡
Nutrients uptake by plants
• 交换性酸量对于调节土壤酸度、估算石灰用量有重要参考 价值。
• 水解性酸度(hydrolytic acidity) – 用弱酸强碱的盐类溶液（pH8.2的1M NaAc）浸 提，再以NaOH标准液滴定浸出液，根据所消耗 的NaOH的用量换算为土壤酸量。 – 土壤吸附态氢、铝离子的绝大部分可被Na+离子 交换，水化氧化物的羟基和腐殖质上氢离子解 离进入溶液被中和。
第九章土壤酸碱性和氧化还原反应
水 解 酸
活性酸
Na+交换出的氢和铝离子产生的酸度
羟基化表面解离的H+
土壤活性酸与潜性酸的关系
活性酸与潜性酸具有动态平衡关系，是一个平衡体系中的 两种存在状态,他们同时存在且相互转化。
土壤活性酸(活性H+或Al3+)增多,可被土壤胶粒吸附成为潜性酸,促使潜性增多 潜性酸增多,胶体上的H+或Al3+又通过交换作用转移到土壤溶液中,促使活性酸增多
pH＝pKa＋lg[盐]/[酸]
pH＝pKa＋lg[盐基]/[H+、Al3+]
当土壤BS＝50%时，对酸碱的缓冲能力最大。缓冲能力随 弱酸及其盐的总浓度或土壤CEC增加而增大。
（二）土壤酸碱缓冲体系(soil acid-base buffer system)
（1）碳酸盐体系:石灰性土壤的缓冲作用主要决定于
2、生物
主要是指具有富集碱性物质的植物,如海蓬子含Na2CO3 3.75%,碱蒿 2.76%,盐蒿2.14%,芦苇0.49%,这些植物死亡后,就将Na2CO3累积在土壤 中,从而导致土壤变碱。
3、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 期灌溉则会使稻田土壤pH升高。
4、母质
(2)土壤活性酸的测定
水浸酸:用水浸提得到的土壤酸度(pH水), 反应土壤活性酸
的强弱；
与盐浸酸:用KCl浸提获到的土壤酸度(pH盐)，除反映土壤溶
液中的氢离子外，还反映由K+交换出的土壤胶体表面氢和铝 离子表现出的酸性。pH水通常大于pH盐
水土比对土壤pH值的影响：测定土壤pH值时的水土比一般用
4、植物根系的代谢作用：植物根系汾泌物可直接或间接影响根
第九章 土壤酸碱性和氧化还原反应
二.土壤酸度
1、 交换性酸 用中性盐溶液如1mol.L-1 KCL浸提土壤,土壤胶体表 面吸附的铝离子与氢离子进入溶液产生的酸。 2、水解性酸 用弱酸强碱盐溶液，如pH8.2的1mol.L-1 NaOAc溶 液浸提而产生的酸。
二.土壤酸度
(三）土壤酸化
是指在自然和人为条件下土壤pH下降的过程。 1、土壤酸化过程实质 2、土壤酸化的成因 （1）自然土壤发生过程 （2）生物地球化学过程 （3）施肥和土壤管理 （4）酸沉降 3、土壤酸化的环境效应 4、土壤酸化防治
土壤酸化过程
Al3+ Ca2+ 土壤 K+ 胶体 Na+ Mg2+ H+ + H+ Na Ca2+
Al3+
K+
Mg2+
H+
H+ 增加，土壤酸化 盐基离子淋溶
离子交换
二.土壤碱度
土壤碱性指标 1、pH 2、碱化度（钠碱化度；ESP-exchangeable sodium percentage） 是指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离子交换量的百分率。
二.土壤酸度
（一）土壤活性酸 土壤溶液中的氢离子引起的酸，用pH表示。 土壤酸碱性划分 ﹤5.0 强酸性 5.0-6.5 酸性 6.5-7.5 中性 7.5-8.5 碱性 ﹥8.5 强碱性
二.土壤酸度
（二）土壤潜性酸 指土壤胶体上吸附的氢离子、铝离子等所产生 的酸，单位cmol.L-1/kg。 Al3++H2O⇋Al(OH)2++H+ Al(OH)2++ H2O⇋Al(OH)2++H+ Al(OH)2++H2O ⇋Al(OH)3+H+ 土壤中交换性铝离子是土壤潜性酸的主要贡献 者。在南方红壤土壤中占到90%以上。
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教学目标 与要求
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
第一节
土壤酸、碱性的形成
一、土壤酸性
（一）土壤酸化过程
土壤胶体上吸附的盐基离子被活性H＋交换进 入土壤溶液后被淋失，土壤胶体上的交换性H＋不 断增加，并出现交换性铝，形成酸性土壤。 1. 土壤中H＋的来源
（1）水的解离
（2）碳酸解离
（3）有机酸的解离
95%以上。
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（2）酸性和弱酸性土
盐 基 饱 和 度 较 高 ， 交 换 性 铝 以 Al(OH)2+ 、
Al(OH)2+等形态存在，进入溶液后水解产生H+：
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。
可见土壤酸性起源：
一、土壤酸度的强度指标
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1mol/L KCl溶液浸提。
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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，沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。 2.石灰位
二、土壤碱性的形成
1. 土壤碱性的形成机理 土壤中碱性物质—主要是Ca、Mg、Na、K的 碳酸盐及重碳酸盐，以及土壤的交换性Na+。 碱性物质的水解反应是碱性形成的主要机理。 （1）碳酸钙水解 CaCO3+H2O+CO2
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Ca2++HCO3－+OH－
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（2）碳酸钠水解
第八章
土壤酸碱性和氧化还原反应
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1.土壤酸、碱性的形成 主要内容
2.土壤酸度的指标
3.土壤缓冲性
4.土壤氧化还原反应 1.了解土壤酸碱性的成因，土壤活性 酸、潜性酸的概念与关系，土壤酸碱 度的指标，以及土壤酸碱性的调节方 法； 2.掌握土壤缓冲性的概念； 3.熟悉土壤中主要缓冲体系及旱、水 田的Eh值。
更全面和更明显地反映土壤酸度。
水稻土及其母质的pH与pH-0.5pCa的比较
土壤类 型 水稻土 砖红壤 5.23 6.56 红 壤 黄棕壤 6.86
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pH 母质 5.12 5.15 5.71
相差 0.11 1.41 1.12
pH –0.5pCa 水稻土 母质 相差 3.40 2.29 1.11 4.93 3.02 1.91 5.32 3.91 1.41
土壤中同一物质可区分为氧化态(剂)和还原态 (剂),构成相应的氧化还原体系 。
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1.土壤空气中O2是主要氧化剂 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主要还原剂，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。 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。
1. 气候
高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量 大而蒸发势较弱的地区，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33°为界，形成“南酸北碱， 沿海偏酸，内陆偏碱”的局面，就与气候条件有关。
2. 生物
植物根系和微生物通过呼吸作用产生CO2，有 机质的矿质化也产生CO2，CO2溶解于水则成碳酸。
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4.土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，在很大 程度上有微生物的参与，例如NH4+→NO2－→NO3－，
分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成
5.土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层
不同部位，氧化还原状况会有不同差异
6.土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、 排水而变化
高，碱性土pH降低。
酸 性 土 还 原 pH 升 高 ， 主 要 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
下有机酸和CO2的积累过程及其综合作用。
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第三节 土壤氧化还原反应
一、土壤氧化还原体系
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（3）水土比对土壤pH的影响 测定土壤pH时的水土比，按国际土壤学会推 荐用2.5:1，水土比大时，测出的pH稍偏大。 2. 土壤潜性酸 潜性酸——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。
土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡：
解吸
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二、土壤酸度的数量指标
1. 交换酸
土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入
溶液后所反映出的酸度。 Al3+ +3H2O Al(OH)3 + 3H+
用1 mol/L的KCl(pH5.5～6.0)处理土壤，K+交
换出氢离子或铝离子，通过滴定得到的酸度。
交换性酸是酸度的容量因素，单位是cmol/kg。
这种反应十分迅速。因此，矿质酸性土以交
换性Al3+占绝对优势。
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（二）土壤酸的类型
1. 土壤活性酸 扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸度。 （1）土壤酸度分级 土壤pH和酸碱性分级 土壤pH <4.5 4.5-5.5 5.5-6.5 6.5-7.5 7.5- 8.5 > 8.5 碱性 强碱性
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（4）酸雨：我国每年排放SO2约1.7×106～7吨 （5）其它无机酸：酸性肥料（过磷酸钙） 生理酸性肥料（NH4Cl） 2. 土壤中铝的活化 当土壤交换性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+。
质，还原性物质总量可以测定，但很难直接与
Eh联系起来。当然土壤还原性物质的浓度仍与 Eh有密切的统计相关性。
三、影响土壤氧化还原的因素
1. 土壤通气性
土壤通气状况决定土壤空气中的氧浓度
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2. 微生物活动 微生物活动愈强烈，耗氧愈多 3. 易分解有机质的含量 分解的有机质愈多，耗氧愈多
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的作用（析出SiO2）。 中性钠盐与CaCO3的相互作用： CaCO3+NaCl CaCl2+ Na2CO3
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（3）交换性钠的水解
当土壤胶体吸附的交换性 Na+积累到一定数
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二、土壤氧化还原指标
1. 强度指标 （1）氧化还原电位（Eh） 单位为伏(V)或毫伏(mV) （2）电子活度负对数—pe （3）Eh与pH 的关系 土壤的氧化还原反应总有H+参与，H+的活度
对氧化还原平衡有直接影响。
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2. 氧化还原强度指标与数量因素的关系 土壤还原性物质包括有机和无机还原性物
HCO3－＋H2O
HCO3－＋OH－
H2CO3＋OH－
CaCO3、MgCO3溶解度很小，产生的碱度有限。 Na2CO3、NaHCO3及Ca(HCO3)2为水溶性盐类，在土壤溶 液中产生的碱度高，导致很高的pH。
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2. 碱化度——钠碱化度或钠化率 土壤交换性钠占CEC的百分率。 土壤碱化度分级：
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。
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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，比pH
量，而土壤溶液的盐浓度较低时， Na+ 离解进入
溶液，水解产生 NaOH ，并进一步形成碳酸盐
Na2CO3、NaHCO3。
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。
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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。 （2）生物因素 Na、K 、Ca、Mg等盐基的生物积累。 一些植物适应在较干旱条件下生长，而且有 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%。
Hale Waihona Puke 级别 极强酸性 强酸性 微酸性 中性
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（2）水浸酸与盐浸酸 用水浸提，得到的pH反应土壤活性酸的强弱。
用KCl浸提，得到的pH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>pH盐