实验：土壤的反应及缓冲性能

实验六、土壤的反应及缓冲性能

土壤液相是一种很稀的溶液，含有各种溶解的无机及有机盐类和气体分子，还悬浮着一些胶体颗粒。在土壤溶液中以及液—固（特别是胶粒）界面上，不断进行着复杂多样的化学、物理化学和生物化学过程。其中，土壤酸碱反应和氧化还原反应就是土壤溶液中两种极为重要的性质，它们与土壤固相和气相密切相关，对土壤肥力和植物营养有着多方面的影响。

酸性或碱性是指溶液的反应，即土壤溶液中H+浓度和OH-浓度的相对大小。但是，由于土壤溶液与土壤胶体处于密切联系之中，因而它的酸碱反应要比纯溶液复杂得多。实际上，土壤酸碱性并不仅仅决定于土壤溶液反应（pH值），而主要是决定与土壤胶体上致酸离子（H+或Al3+）或碱性离子（Na+）的数量，也决定于土壤中酸性盐类或碱性盐类的存在。因此，不能孤立地研究土壤溶液的酸碱反应，而必须联系土壤胶体和离子交换吸收作用，才能全面说明土壤的酸碱情况及其发生和变化规律。

依据H+和Al3+的存在形式和测定方法不同，可将土壤酸度分为活性酸度和潜性酸度两种。①活性酸度是指自由扩散于土壤溶液中的H+浓度直接反映出来的酸度，主要是由碳酸的解离产生。一方面，土壤中的微生物、植物根系以及其他土壤生物的生命活动过程不断产生的CO2，在土壤溶液中解离产生H+。另一方面，土壤中的有机残体经微生物作用，在未完全分解之前可产生多种有机酸类，如草酸、醋酸、柠檬酸等中间产物，在通气不良和真菌活动的情况下能逐渐积累并释放出H+；②潜性酸是由于土壤胶粒上所吸附的H+和Al3+造成的，它们只有通过离子交换进入土壤溶液产生了H+时，才显示出酸性，它们是土壤潜性酸的来源。一方面，胶体吸附上的吸附性H+被其它阳离子置换而进入土壤溶液，土壤酸度就发生变化。另一方面，在酸性较强的土壤中，胶体表面常常吸附着相当数量的交换性Al3+，可以通过阳离子交换作用进入土壤溶液，经水解能够产生H+引起土壤酸度变化。

土壤中的活性酸与潜性酸是处于同一平衡体系中两种不同存在形式：有活性酸的土壤，必然会导致潜性酸的生成；反之，潜性酸的存在也必然会产生活性酸。然而土壤酸度的产生，必先其实与土壤溶液中的活性H+，即活性酸是土壤速度的根本起点。因为只有土壤溶液中有了H+，并将胶体上

的盐基离子交换出来，又不断遭到雨水的淋失，才会使胶体上的交换性盐基离子逐渐减少，而吸附性H+逐渐增加。当吸附性H+超过一定饱和度时，粘粒就不稳定，导致晶体内铝氧八面体破裂，晶格中的Al3+成为交换性Al3+或溶液中液中的活性Al3+（并进一步成为其他胶粒上的交换性Al3+），而最终导致土壤潜性酸度增高。

当酸性或碱性物质施入土壤时，土壤胶体表面所吸附的交换性阳离子，通过阳离子交换作用，使土壤溶液中的H+或OH-浓度变化很小或基本上不起变化。这种土壤胶体的缓冲作用（固相缓冲）是土壤具有缓冲作用的主要原因。此外，土壤溶液中存在的多种弱酸（如碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等）及其盐类，组成了一个复杂有良好的缓冲系统，使土壤对酸、碱具有一定的缓冲能力，这是土壤溶液的缓冲作用（液相缓冲）。对于pH<5的酸性土壤，还存在着铝离子对碱的缓冲作用。土壤的这种能够抵抗外加酸或碱性物质改变土壤酸碱度的能力，称为土壤的缓冲性能或缓冲作用。

土壤酸碱度是土壤重要的化学性，它影响着土壤矿物质的转化，土壤养分的形态及其有效性，对作物的生长和土壤微生物的活动也有着密切的关系。土壤酸碱度的测定对于改良土壤、指导合理施肥等方面都有直接的参考意义。

一、方法原理

土壤酸度是由H+、Al3+等引起的。土壤溶液中的H+引起的酸性反应（活性酸）可直接测定，pH计是常用的测定仪器。由土壤胶体上吸附性H+、Al3+引起的酸性反应（潜性酸），用中性盐类或水解性盐类把吸附在土壤胶体表面的H+、Al3+交换下来，再测定溶液中的酸度，用总酸量来表示，其数值的大小于土壤阳离子交换量、盐基饱和度以及代换性铝离子有关。

二、主要仪器及试剂

1、主要仪器

pH计，磁力搅拌器，天平（感量0.1g），50mL高脚烧杯，量筒等。

2、试剂

1mol/L KCl 溶液：称取74.6g KCl （分析纯）溶于400mL 水，用HCl 、NaOH 溶液调节pH 至5.5~6.0之间，定容至1000mL 。

3.5% NaF 溶液：称取分析纯氟化钠（纯度98%）3.57g 加96.43g 水搅拌溶解即可，保存在塑料瓶中。

0.1mol/L HCl 溶液：移取0.9mL HCl ，缓慢注水，并定容至1000mL 。必要时需做浓度标定，如下（GB/T601-2002）：

（1）反应原理：

Na 2CO 3 + 2HCl → 2NaCl + CO 2 + H 2O

为缩小批示剂的变色范围，用溴甲酚绿-甲基红混合指示剂，使颜色变化更加明显，该混合指示剂的碱色为暗绿，它的变色点pH 值为5.1，其酸色为暗红色很好判断。

（2）仪器：

50mL 碱式滴定管；250mL 锥形瓶；瓷坩埚；称量瓶。

（3）标定过程：

基准物处理：取预先在玛瑙研钵中研细之无水碳酸钠适量，置入洁净的瓷坩埚中，在沙浴上加热，注意使坩埚中的无水碳酸钠面低于沙浴面，用坩埚盖半掩，沙浴中插一支温度计，温度计的水银球与坩埚底平，开始加热，270~300℃保持1h 。加热期间缓缓加以搅拌，防止无水碳酸钠结块，加热完毕后，稍冷，将碳酸钠移入干燥好的称量瓶中，于干燥器中冷却后称量。

称取上述处理后的无水碳酸钠0.01~0.02g ，置于250mL 锥形瓶中，加入新煮沸冷却后的蒸馏水10mL ，加10滴溴甲酚绿-甲基红混合指示剂，用待标定溶液滴定至溶液成暗红色，煮沸2min ，冷却后继续滴定至溶液呈暗红色。同时做空白试验。

（4）计算：

0529

.0)(100021⨯-⨯=V V m HCl c ）（ 式中，c(HCl)——盐酸溶液的浓度（mol/L ）；

m ——使用无水碳酸钠的质量（g ）；