第八章 高级土壤化学之土壤的氧化还原化学

五、腐殖质的形成与转化中的氧化还原过程
锰氧化物除了氧化铁外，还参与某些酚类物质的
氧化，使其转变为自由基，这些自由基是刺激腐 殖质氧化聚合的活跃成分。四价锰还可以催化酚 类化合物形成胡敏酸。
六、有机、无机污染物参与的氧化还原反应
六、有机、无机污染物参与的氧化还原反应
六、有机、无机污染物参与的氧化还原反应
三价和四价锰的氧化物在pH＝5时，能将三价Cr
氧化为六价Cr，因为 锰还原的pe值范围为12.8 －16.7，高于六价Cr的pe值（10.9）（见表）。
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
在含三价和四价锰氧化物的土壤处于正常田间湿
度下，且pH为4－7时，上述反应是可以发生的。
相反，这些氧化物不能氧化N2或N2O（在pH＝5 时pe＝22.9）（见表）。
二、氧化还原过程中的自由基
氧自由基比O2活跃得多，自由基机理可以解释
那些在热力学上进行得很慢，甚至看起来不可能 进行的氧化还原反应有时为什么可以稳定地进行。
羟基自由基（· OH）、过氧化物自由基（· 2-） O
以及高价锰自由基（· 3+）是土壤体系中最强 Mn 的氧化剂，而过氧化物和高价锰离子也是最强的 还原剂。
是至关重要的。锰将土壤通气孔隙中的氧传递
给那些处于通气较差的孔隙中的还原态二价铁
和有机聚合物。
五、腐殖质的形成与转化中的氧化还原过程
通过20年对美国东北部和加拿大东南部的酸性
森林土壤剖面的观察发现，矿质土壤层次中锰
氧化物的含量与剖面中有机质的分布有较好的
相关性。
在酸性土壤和排水不良的土壤中，铁和锰对土
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
二、氧化还原过程中的自由基
二、氧化还原过程中的自由基
高级土壤化学
Advanced Soil Chemistry
第八章 土壤氧化还原化学
电子在物质之间的传递引起氧化还原反应，表现
为元素价态的变化。土壤中参与氧化还原的元素 有C, H, O, N, S, Fe, Mn, As, Cr等，较为重要的
是O, S, Fe, Mn和某些有机化合物。
土壤中的氧化还原反应在干湿交替下进行的最为
壤腐殖质层的形成都很重要，但在排水较好的
非酸性土壤中，铁对腐殖质层的发育就显得比 较次要了。
五、腐殖质的形成与转化中的氧化还原过程
酸性土壤中锰氧化物在腐殖质层形成过程中主要
起两方面的作用：二价铁的氧化和腐殖质组分的
氧化聚合。通过对二价铁的氧化，锰氧化物扰乱
了二价铁和O2与易氧化的有机分子的反应，阻止 了有机物的降解。三价铁与酚类形成黑色的抗分 解的沉淀，它可能成为亚稳态腐殖质的一部分。
二、氧化还原过程中的自由基
在热力学上，氧自由基是能氧化亚锰的少数几种
物质之一，表明锰是能够清除这些自由基及保护 生命免受其毒害的几种元素之一。
通过清除自由基，锰打乱了O2与土壤有机物质
间的热力学平衡的趋势，使亚稳态腐殖质能在氧 化环境中得以持续存在。
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
频繁，其次为有机物质的氧化和生物机体的活动。
土壤氧化还原反应影响着土壤形成过程中物质的
转化、迁移和土壤剖面的发育，控制着土壤养分 的形态和有效性，制约着土壤中某些污染物的形 态和转化。
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
pe和pH分别代表电子和质子活度的负对数，两者间关系为：
（K是半反应的平衡常数）
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
基本上不受有机质影响的底土的Eh随pH升高而降低
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
4.土壤氧化还原状况的特点
专题
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
下表列举了C, N, O, S, Mn, Fe和某些对土壤氧化
还原条件敏感的污染物以及与分析或判定氧化还
原条件相关的几个反应的半反应：
一、pe在土壤氧化还原反应中的应用
lgK或pe值较高，标志着氧化剂更易转变为还原
态，根据pe值可以判定在一定pH下，特定的还 原半反应中的氧化剂能否氧化为另一个pe值较低 的半反应的还原剂。例如：
六、有机、无机污染物参与的氧化还原反应
专题－中国自然土壤、旱作土壤、水稻土的氧化 还原状况和特点
专题
1.自然土壤
专题
1.自然土壤
Max:720
湿润地区
较高
专题
1.自然土壤
Min:440
各层Eh差异不大，其余土壤则表层Eh一般 低于其下各层
较低
专题
2.旱作土壤
Max:730
各层Eh差异不大
锰自由基：
Mn2+ + MnO2 + 3(COOH)2→2Mn(COOH)3 +2H2O + 2H+
四、土壤环境中铁和锰的氧化还原转化 －－锰
五、腐殖质的形成与转化中的氧化还原过程
土壤中腐殖质的形成与转化是在缺光条件下进
行的，虽然铁氧化物对腐殖质的稳定过程不可
缺少，但是在黑暗条件下锰的氧化还原作用却
专题
2.旱作土壤
Min:460
各层Eh差异不大
专题
3.水稻土
Max:600
Min:-70
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
注意灌水前后Eh变化
专题
3.水稻土
注意灌水前后Eh变化
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
专题
3.水稻土
专题
四、土壤环境中铁和锰的氧化还原转化 －－铁
四、土壤环境中铁和锰的氧化还原转化 －－铁
四、土壤环境中铁和锰的氧化还原转化 －－锰
三价锰和四价锰都是土壤氧化还原体系中的强氧 化剂。2个三价锰经过自发的热力学歧化反应可以 同时产生二价锰和四价锰，其中一个三价锰失去 一个电子生成四价锰，另一个三价锰得到一个电 子形成二价锰。上述反应的逆反应是：当二价锰 给四价锰提供一个电子时，得到两个分子的三价
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三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
三、土壤中重要的氧化还原体系
四、土壤环境中铁和锰的氧化还原转化
氧和碳是土壤和生命系统结构和功能中的基本 氧化还原元素，而铁和锰是影响氧化还原体系 中氧和碳功能的基本元素。在光合作用中，锰 作为打开水分子中氧的“钥匙”，对大气中氧 的存在功不可没。土壤锰还是生命的保护者， 是致命性氧自由基的“清道夫”。
4.土壤氧化还原状况的特点
基本概念
1. Eh
2. Pe
问答题
1. pe在土壤氧化还原反应中的应用。
2.土壤环境中铁和锰的氧化还原转化。
3. 土壤中Eh的作用和测定方法 4. Eh/Pe/pH之关系 5.水稻土的特点及其主要氧化-还原反应
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