土壤酸碱性和氧化还原反应.ppt

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1、第九章第九章土壤酸碱性和氧化还原反应土壤酸碱性和氧化还原反应教学目标理解土壤酸碱性的成因理解土壤酸碱性的成因了解土壤酸碱性的分级了解土壤酸碱性的分级学习土壤酸碱性的定量测定与表示学习土壤酸碱性的定量测定与表示掌握酸性土壤、碱性土壤的改良与治理方法掌握酸性土壤、碱性土壤的改良与治理方法了解土壤氧化还原的机理了解土壤氧化还原的机理明白土壤氧化还原作用对土壤肥力的影响。明白土壤氧化还原作用对土壤肥力的影响。第九章第九章土壤酸碱性和氧化还原反应土壤酸碱性和氧化还原反应自然条件下土壤的酸碱性主要受土壤盐基状况所支配，自然条件下土壤的酸碱性主要受土壤盐基状况所支配，而土壤的盐基状况决定于淋溶过程和复盐基过

2、程的相而土壤的盐基状况决定于淋溶过程和复盐基过程的相对强度。对强度。我国北方大部分地区的土壤为盐基饱和土壤，并含有我国北方大部分地区的土壤为盐基饱和土壤，并含有一定量的碳酸钙。一定量的碳酸钙。南方高温多雨地区的大部分土壤是盐基不饱和的，盐南方高温多雨地区的大部分土壤是盐基不饱和的，盐基饱和度一般只有基饱和度一般只有20%20%3030。第一节第一节土壤酸、碱性的形成土壤酸、碱性的形成土壤酸碱性反应土壤酸碱性反应我我国国土土壤壤的的酸酸碱碱性性反反应应，大大多多数数在在之之间间。在在地地理理分分布布上上有有“东东南南酸酸西西北北碱碱”的的规规律律性性。大大致致可可以以长长江江为为界界（北北纬纬3

3、333），长长江江以以南南的的土土壤壤为为酸酸性性或或强强酸酸性性，长长江江以以北北的的土土壤壤多多为为中中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大。性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大。一、土壤酸性的形成一、土壤酸性的形成（一）土壤酸化过程（一）土壤酸化过程1.氢离子的来源：氢离子的来源：（1）水的解离：）水的解离：（2）碳酸解离：）碳酸解离：（3）有机酸的解离：）有机酸的解离：（4）酸雨：）酸雨：（5）其它无机酸）其它无机酸2.土壤中铝的活化土壤中铝的活化:铝氧八面体中铝氧八面体中的铝从晶格中析出的铝从晶格中析出（二）土壤酸的类型（二）土壤酸的类型活性酸活性酸(soilactiveacid

4、ity)土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的氢离子浓度直接反应出来的酸度。氢离子浓度直接反应出来的酸度。潜潜性性酸酸土土壤壤潜潜性性酸酸是是由由于于土土壤壤胶胶粒粒上上吸吸附附着着氢氢离离子子和和铝铝离离子子所所造造成成的的显显出出酸酸性性，所所以以它它是是土土壤壤酸酸的的潜潜在在来来源源，故故称称为为潜潜性酸性酸(soilpotentialacidity)。活性酸和潜性酸的关系活性酸和潜性酸的关系活活性性酸酸和和潜潜酸酸的的总总和和，称称为为土土壤壤总总酸酸度度(交交换换性性酸酸度度）。由由于于它它通通常常是是用用滴滴定定法法测测定定的的，故故又又称称之之为为

5、土土壤壤的的滴滴定定酸酸度度。它它是是土土壤壤的的酸酸度度的的容容量量指指标标。它它与与pH值在意义上是不同的。值在意义上是不同的。活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度；活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度；潜在酸是土壤酸度的主体，代表土壤酸度的容量。潜在酸是土壤酸度的主体，代表土壤酸度的容量。土壤总酸度活性酸度潜在酸度强强酸酸性性土土壤壤：交交换换性性铝铝，的的酸酸性性红红壤壤中，交换性铝占总酸度的中，交换性铝占总酸度的95%以上。以上。酸酸性性和和弱弱酸酸性性的的土土壤壤：交交换换性性氢氢离离子子和铝离子的解离。和铝离子的解离。二、土壤碱度二、土壤碱度(soil alkalin

6、ity)(soil alkalinity)（一）碱性土的成因（一）碱性土的成因土土壤壤碱碱性性反反应应及及碱碱性性土土壤壤形形成成是是自自然然成成土土条条件件和和土土壤壤内内在在因因素素综综合合作作用用的的结结果果。碱碱性性土土壤壤的的碱碱性性物物质质主主要要是是钙钙、镁镁、钠钠的的碳碳酸酸盐盐和和重重碳碳酸酸盐盐，以以及及胶胶体体表表面面吸吸附附的的交交换换性性钠钠。形形成成碱碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。1 1、碳酸钙水解、碳酸钙水解 从上式可知：从上式可知：（1 1）石石灰灰性性土土壤壤的的pHpH值值，因因COCO2 2的的分分压压大大小

7、小而而变变，所所以以在在测测定定石石灰灰性性土土壤壤pHpH值时，应在固定的值时，应在固定的COCO2 2分压下进行，并必须注意在充分达到平衡后测读。分压下进行，并必须注意在充分达到平衡后测读。（2 2）土土壤壤空空气气中中COCO2 2含含量量不不会会低低于于大大气气COCO2 2的的含含量量，也也很很少少高高于于10%10%，因因此此石石灰灰性性土土壤壤的的pHpH总总是是在在之之间间，所所以以农农业业施施用用石石灰灰来来中中和和土土壤壤酸酸度度是是比比较较安安全全的的，不会使土壤过碱。不会使土壤过碱。2 2、碳酸钠的水解、碳酸钠的水解 3 3、交换性钠的水解、交换性钠的水解 土壤碱化与盐

8、化有着发生学上的联系。土壤碱化与盐化有着发生学上的联系。盐土和碱土并非一物，盐土和碱土并非一物，“盐碱土盐碱土”，盐土的，盐土的pHpH值一般小于值一般小于8.5,8.5,盐土脱盐才盐土脱盐才可能可能 形成碱土。形成碱土。影响土壤碱化的因素：气候因素，生影响土壤碱化的因素：气候因素，生物因素，母质因素。物因素，母质因素。第二节第二节 土壤酸度的指标土壤酸度的指标 土壤酸度是土壤酸、碱性的简称土壤酸度是土壤酸、碱性的简称 一、土壤酸度的强度指标一、土壤酸度的强度指标（一）土壤（一）土壤pH土壤土壤pHpH代表与土壤固相处于平衡的溶液中的代表与土壤固相处于平衡的溶液中的H H+离离子浓度的负对数子

9、浓度的负对数,（二）石灰位（二）石灰位(limepotential)表示土壤酸强度的另一指标表示土壤酸强度的另一指标石灰位石灰位。它将氢离。它将氢离子数量与钙离子数量联系起来，以数学式子数量与钙离子数量联系起来，以数学式CaCa表示之，表示之，即即 石灰位石灰位 二、土壤酸度的数量指标二、土壤酸度的数量指标土土壤壤胶胶体体上上吸吸附附的的氢氢、铝铝离离子子所所反反映映的的潜潜性性酸酸量量，可用可用交换性酸度交换性酸度和和水解酸度水解酸度表示。表示。（1）交换性酸度）交换性酸度(soilexchangeableacidity)当当用用中中性性盐盐溶溶液液如如1molKcl或或0.06molBaC

10、l溶溶液液(pH=7)浸浸提提土土壤壤时时,土土壤壤胶胶体体表表面面吸吸附附的的铝铝离离子子与与氢氢离离子子的的大大部部分分均均被被浸浸提提剂剂的的阳阳离离子子交交换换而而进进入入溶溶液液，用用标标准准碱碱液液滴滴定定,根根据据消消耗耗的的碱碱量量换换算算,为为交交换换性性氢氢与与交交换换性性铝铝的的总总量量,即即为为交交换换性性酸酸量量(包包括括活活性性酸酸)。以以厘摩尔（）厘摩尔（）/千克）为单位，它是土壤酸度的数量指标。千克）为单位，它是土壤酸度的数量指标。交交换换性性酸酸量量在在进进行行调调节节土土壤壤酸酸度度，估估算算石石灰灰用用量量时时，有有重重要要参考价值。参考价值。（2 2）水

11、解性酸度）水解性酸度(soil hydrolytic acidity)(soil hydrolytic acidity)用用弱弱酸酸强强碱碱的的盐盐类类溶溶液液（常常用用的的为为的的1molNaOAc溶溶液液）浸浸提提,再再以以NaOH标标准准液液滴滴定定浸浸出出液液,根根据据所所消消耗耗的的NaOH的的用用量量换换算为土壤酸量。这样测得的潜性酸的量称之为土壤的水解性酸。算为土壤酸量。这样测得的潜性酸的量称之为土壤的水解性酸。结结果果:交交换换程程度度比比之之用用中中性性盐盐类类溶溶液液更更为为完完全全，土土壤壤吸吸附附性性氢氢、铝铝离离子子的的绝绝大大部部分分可可被被Na+离离子子交交换换。

12、水水化化氧氧化化物物表表面面的的羟羟基基和和腐腐殖殖质质的的某某些些功功能能团团（如如羟羟基基、羧羧基基）上上部部分分H+解解离离而而进入浸提液被中和。进入浸提液被中和。二、土壤碱性指标二、土壤碱性指标（一）总碱度（一）总碱度总碱度总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。总量。石灰性物质所引起的弱碱性反应（石灰性物质所引起的弱碱性反应（pH7.5-8.5)称为称为石灰性石灰性反应反应,土壤称之为土壤称之为石灰性土壤石灰性土壤。石灰性土壤的耕层因受大。石灰性土壤的耕层因受大气或土壤中气或土壤中CO2分压的控制，分压的控制，pH值常在范围内值常在

13、范围内.（二）碱化度（钠碱化度：二）碱化度（钠碱化度：ESP）ESPexchangeable sodium percentage*碱化度碱化度是指土壤胶体吸附的交换性钠离子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。占阳离子交换量的百分率。当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐含量较低时，当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐含量较低时，土壤就呈极强的碱性反应，土壤理化性质上发生恶劣土壤就呈极强的碱性反应，土壤理化性质上发生恶劣变化，称为土壤的变化，称为土壤的“碱化作用碱化作用”（alkalinization)alkalinization)。我国则以碱化层的我国则以碱化层的碱化度碱化度30%,表

14、层表层含盐量含盐量0.5%和和pH值定为值定为碱土碱土(alkalinesoil)。而将土壤碱化度为而将土壤碱化度为510定为轻度碱化土壤，定为轻度碱化土壤，1015为为中度碱化土壤中度碱化土壤，1520为为强碱化土壤强碱化土壤。三、影响土壤三、影响土壤pHpH值的因素值的因素1盐基饱和度盐基饱和度2.土壤空气中二氧化碳的分压土壤空气中二氧化碳的分压3.土壤水分含量土壤水分含量(含水量增加后含水量增加后pH增高的趋势）增高的趋势）4.土土壤壤氧氧化化还还原原条条件件（水水稻稻土土淹淹水水后后pH升升高高，还还原原性性碳碳酸酸铁、锰呈碱性，溶解度增加）铁、锰呈碱性，溶解度增加）土壤pH 5.05

15、.05.55.56.06.07.0土壤盐基饱和度(%)6.0;pH6.0;水稻土排水解除锰的水稻土排水解除锰的毒害毒害。（二）氧化还原状况与有毒物质积累（二）氧化还原状况与有毒物质积累Eh200mv时时,土壤中的铁锰化合物就从氧化态转化为还原态土壤中的铁锰化合物就从氧化态转化为还原态,当当Eh-100mv时时,则低价铁则低价铁(Fe2+)浓度已超过高价铁浓度已超过高价铁(Fe3+),会使会使植物产生铁的毒害。植物产生铁的毒害。Eh-200mv,就可能产生就可能产生H2S和丁酸等的过量积累和丁酸等的过量积累,对水稻的含对水稻的含铁氧化还原酶的活动有抑制作用铁氧化还原酶的活动有抑制作用,影响其呼吸

16、、减弱根系吸收影响其呼吸、减弱根系吸收养分的能力。在养分的能力。在H2S浓度高时浓度高时,抑制植物根对磷、钾的吸收，抑制植物根对磷、钾的吸收，甚至出现磷、钾从根内渗出。甚至出现磷、钾从根内渗出。水田土壤大量施用绿肥等有机肥时常常发生水田土壤大量施用绿肥等有机肥时常常发生FeSFeS的过的过量积累量积累,使稻根发黑使稻根发黑,土壤发臭变黑土壤发臭变黑,影响其地上部分影响其地上部分的生长发育。的生长发育。四、土壤酸碱性和氧化还原状况的调节四、土壤酸碱性和氧化还原状况的调节（一）土壤酸度的调节（一）土壤酸度的调节土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉来调节。土壤酸度通常以施用石灰或石灰粉来调节。可分为可分为

17、 生灰石（生灰石（CaOCaO）熟石灰熟石灰Ca(OH)Ca(OH)2 2 石灰石粉【石灰石粉【CaCOCaCO3 3】石灰需要量土壤体积石灰需要量土壤体积容重容重阳离子交换量（阳离子交换量（1-1-盐基饱和度）盐基饱和度）*(*(提供一单位质子的改良剂的分子量）提供一单位质子的改良剂的分子量）石灰需要量石灰需要量影响石灰用量因素有：影响石灰用量因素有：（1 1）土壤潜性酸和）土壤潜性酸和pHpH值、有机质含量、盐基值、有机质含量、盐基饱和度、土壤质地等土壤性质；饱和度、土壤质地等土壤性质；（2 2）作物对酸碱度的适应性；）作物对酸碱度的适应性；（3 3）石灰的种类和施用方法等。）石灰的种类和

18、施用方法等。假设某红壤的假设某红壤的pH为为5.0,耕层土壤为耕层土壤为2250000公斤公斤/公顷，土壤含水量为公顷，土壤含水量为20，阳离，阳离子交换量为子交换量为10Cmol/kg土土,盐基饱和度为盐基饱和度为60%,试计算达到试计算达到pH=7时时,中和活性酸和潜性酸中和活性酸和潜性酸的石灰需要量的石灰需要量(理论值理论值)。中和活性酸中和活性酸pH=5时时,土壤溶液中土壤溶液中H+=10-5mol/kg土土,则每公顷耕则每公顷耕层土壤含层土壤含H+离子为离子为:225000020%10-5+/公顷公顷同理同理:pH=7时时,每公顷土壤中含每公顷土壤中含H+离子为离子为22500002

19、0%10-7=0.045molH+/公顷公顷所以需要中和活性酸量为所以需要中和活性酸量为4.5-0.045=4.455molH+/公顷公顷若以若以CaO中和中和:其需要量其需要量124.74克克中和潜性酸中和潜性酸:2250000(10/100)(1-60/100)=90000molH+/公顷公顷9000056/2=2520000克克=2520公斤公斤/公顷公顷案例案例1 1测定其滴定曲线。测定其滴定曲线。单位重量的土壤调节到目标单位重量的土壤调节到目标pH值所需石灰值所需石灰的数量。每的数量。每Kg土壤从土壤从pH5到到7需要需要CaO0.01g.单位重量石灰需要量单位重量石灰需要量土壤重量

20、土壤重量2250000*0.01=22500g盐碱土的改良方法盐碱土的改良方法盐碱土又称盐渍土，是盐化土、盐土和碱土的盐碱土又称盐渍土，是盐化土、盐土和碱土的总称。如果土壤里含有很多可以溶解的盐分，总称。如果土壤里含有很多可以溶解的盐分，包括氯化钠（食盐）、硫酸钠（芒硝）等而没包括氯化钠（食盐）、硫酸钠（芒硝）等而没有碳酸钠，土壤干燥时，地面上会起一层白色有碳酸钠，土壤干燥时，地面上会起一层白色盐霜，叫盐土；如果土壤中所含可溶盐分并不盐霜，叫盐土；如果土壤中所含可溶盐分并不多，但含有碳酸钠，因而碱性很强，并使腐殖多，但含有碳酸钠，因而碱性很强，并使腐殖质染黑了土层，这种土叫碱土。严格说，介于质

21、染黑了土层，这种土叫碱土。严格说，介于盐土和碱土之间的土壤才叫盐碱土，不过人们盐土和碱土之间的土壤才叫盐碱土，不过人们常常用盐碱土来泛指一般盐渍化的土壤。常常用盐碱土来泛指一般盐渍化的土壤。排盐在盐碱土地区挖沟排水的同时，结合排盐在盐碱土地区挖沟排水的同时，结合种植水稻，充分发挥治涝改碱的作用。因为种种植水稻，充分发挥治涝改碱的作用。因为种植水稻，田面经常要保持一层水，起着冲洗盐植水稻，田面经常要保持一层水，起着冲洗盐分的作用。分的作用。压盐利用自然降水或人工大水灌溉，促使压盐利用自然降水或人工大水灌溉，促使部分盐碱沿土壤孔隙、裂缝向下渗漏，将表层部分盐碱沿土壤孔隙、裂缝向下渗漏，将表层土壤的

22、盐分随水带到底层，这种方法称为压盖。土壤的盐分随水带到底层，这种方法称为压盖。大水压盐应结合开沟排水、深耕平整土地进行，大水压盐应结合开沟排水、深耕平整土地进行，提高压盐效果。如以硫酸钠（芒硝）为主的盐提高压盐效果。如以硫酸钠（芒硝）为主的盐土，最好选择夏季冲洗，因为硫酸钠的溶解在土，最好选择夏季冲洗，因为硫酸钠的溶解在夏天比冬天大倍以上；氯化钠则相差不大。夏天比冬天大倍以上；氯化钠则相差不大。抑盐在盐碱地上采用盖草、秸秆还抑盐在盐碱地上采用盖草、秸秆还田、种植绿肥、植树造林、养护自然植田、种植绿肥、植树造林、养护自然植被、合理种植等措施。被、合理种植等措施。堵盐通过客土换土、铺沙盖土、深堵盐

23、通过客土换土、铺沙盖土、深挖埋绿肥、深耕翻土等措施，能削弱或挖埋绿肥、深耕翻土等措施，能削弱或切断上下层土壤的毛细管联系，阻止地切断上下层土壤的毛细管联系，阻止地下水与土壤水直接上升到地表，这样盐下水与土壤水直接上升到地表，这样盐分就上不来。分就上不来。躲盐在盐碱地上种植农作物时，躲躲盐在盐碱地上种植农作物时，躲开含盐碱最多的表层，开沟将种子播种开含盐碱最多的表层，开沟将种子播种在含盐碱少、墒情好的沟内，返盐时盐在含盐碱少、墒情好的沟内，返盐时盐碱向垅背集中，可减轻盐碱对农作物的碱向垅背集中，可减轻盐碱对农作物的危害。危害。刮盐在冬、春返盐强烈的干旱季节，采刮盐在冬、春返盐强烈的干旱季节，采用

24、刮、挖、扫的方法，除去地表的盐霜、用刮、挖、扫的方法，除去地表的盐霜、盐结皮、盐结壳等，以降低表土的含盐盐结皮、盐结壳等，以降低表土的含盐量。量。抗（耐）盐在盐碱地上种植抗（耐）盐碱抗（耐）盐在盐碱地上种植抗（耐）盐碱作物，如杂交高粱、向日葵、甘蔗、小米、作物，如杂交高粱、向日葵、甘蔗、小米、茭白等。播种前可用含盐分较多的地下水茭白等。播种前可用含盐分较多的地下水浸种，使其经受锻炼，提早出苗，多出苗，浸种，使其经受锻炼，提早出苗，多出苗，减轻盐碱危害。并记住减轻盐碱危害。并记住“勤中耕不返盐，深勤中耕不返盐，深中耕地不板，雨后中耕能防碱中耕地不板，雨后中耕能防碱”的经验，并的经验，并注意雨后、

25、灌溉后必中耕，有草必锄，根注意雨后、灌溉后必中耕，有草必锄，根据土壤、作物天气灵活掌握。随着土据土壤、作物天气灵活掌握。随着土壤不断壤不断“洗盐洗盐”，再种植耐盐较次的作物，再种植耐盐较次的作物，如马铃薯、绿豆、小麦、玉米等，这样就如马铃薯、绿豆、小麦、玉米等，这样就能做到合理利用，保种保收。能做到合理利用，保种保收。改碱为了提高洗盐的效果，在用水冲洗改碱为了提高洗盐的效果，在用水冲洗前应先增施有机肥或化学改良剂。因为前应先增施有机肥或化学改良剂。因为有机肥能改善盐碱土的物理、化学性质，有机肥能改善盐碱土的物理、化学性质，能将碳酸钠转变为胡敏酸钠，消除碱害。能将碳酸钠转变为胡敏酸钠，消除碱害。培肥增施有机肥，种植绿肥，对一般盐培肥增施有机肥，种植绿肥，对一般盐碱地都能收到改良功效碱地都能收到改良功效化学改良剂有：石膏、硫酸铝、磷酸石化学改良剂有：石膏、硫酸铝、磷酸石膏、化学酸性肥料过磷酸钙、硫酸亚铁、膏、化学酸性肥料过磷酸钙、硫酸亚铁、黑矾（黑矾（7水硫酸盐铁）。水硫酸盐铁）。