第三部分 土壤的基本性质(终)

1、第三部分土壤的基本性质 第一章、土壤的吸附性能 土壤吸附现象：土粒（特别是粘粒和腐殖质）的表面，能将与其接触的土壤溶液或土壤空气中某些物质分子和离子吸附在表面上，使其本身的表面自由能降低而趋于稳定。 分为五种类型； 具有多孔体系的土壤，能够机械的阻拦进入土壤的比其孔隙大的固体颗粒，保留而不致流失的作用，叫做机械吸收； 土壤能保留分子态物质的作用叫物理吸收； 土壤能保留离子态物质的作用叫做物理化学吸收， 土壤溶液中阴、阳离子相互作用形成难溶性沉淀化合物的作用叫做化学吸收 生物吸收营养物质的作用叫做生物吸收。一、土壤胶体的类型一、土壤胶体的类型胶体：在土壤中，粒径小于1000nm，特别是20nm到

2、1000nm的颗粒，高度分散在土壤水溶液，称为土壤胶体分散体系(soil colloidal dispersion system)或土壤胶体(soil colloid)。根据土壤胶体的结构特点，土壤中胶体物质按化学成分和来源，大致可将土壤胶体分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体三种类型。第一节第一节 土壤胶体土壤胶体无机胶体又称矿质胶体。有机胶体包含腐殖质和微生物胶体。 有机无机复合胶体又称有机矿质复合体或粘粒腐殖质复合体，由无机胶体与有机胶体通过离子间的库仑引力和表面分子间的范德华引力紧密缔合而成。土壤中以此类胶体居多。二、土壤胶体的比表面和表面积二、土壤胶体的比表面和表面积 (一一)土

3、壤胶体的表面积土壤胶体的表面积土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2g-1）胶体成分内表面积外表面积总表面积蒙脱石蛭 石水云母高岭石埃洛石水化埃洛石水铝英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800我国几种主要土壤的比表面积： 砖红壤 6080m2g-1 红 壤 100150m2g-1 黄棕壤 200300m2g-1 (二)比表面积的测定方法1、仪器法2、吸附法 氮气、甘油、乙二醇醚等总之：总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越型粘

4、土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。高，土壤的比表面积越大。胶核界面电荷扩散层本体溶液1 1、液相介质中胶体结构的描述、液相介质中胶体结构的描述（1）胶体颗粒；（2）界面电荷层；（3）扩散层；（4）本体溶液带电离子在溶液中受到两个力的作用：带电离子在溶液中受到两个力的作用：一是受胶体表面上电荷的吸引；一是受胶体表面上电荷的吸引；二是热运动；二是热运动；当静电引力与热扩散相平衡时，在带电当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成了由一胶体表面与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层溶液中相反符号层固相表面电荷和一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间

5、结离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构，称为双电层。构，称为双电层。三、土壤表面电荷和电位三、土壤表面电荷和电位 2 2、表面（界面）电荷及其来源、表面（界面）电荷及其来源 表面或界面上存在大量电荷是胶体构造中的一个重要特点。表面或界面电荷主要来自三个方面： 1）、胶核形成过程中电荷平衡的破坏。如：粘土矿物形成过程中的同晶替代作用是土壤电荷的重要来源。 同晶替代同晶替代(isomorphous replacement)：矿物晶体形成过程中，晶体中的中心离子被电性相同、大小相近的离子所取代，取代的结果晶型不变，但电荷可能失去平衡。常见的同晶替代，比如：Al代Si，Mg代Al, Fe(2+)代Al

6、等。因同晶替代作用产生的电荷是永久电荷，一般带负电。 永久电荷永久电荷(permanent charge)：电荷性质和电荷数量都不随环境pH值的改变而改变的电荷称永久电荷。如同晶替代产生的电荷。 土壤中的永久电荷胶体主要是2:1型粘土矿物胶体，如蒙脱石、伊利石等。高岭石有少量永久电荷。 2）、表面羟基与质子间的反应：OHOH-O- + H2OH2+H+ 可变电荷（variable charge） ：表面电荷性质和电荷数量随溶液pH值的变化而变化，这种表面所带的电荷称可可变电荷。 电荷零点（zero point charge）: 可变电荷表面上正负电荷的数量相等时的pH值是电荷零点。 土壤中的可

7、变电荷胶体（凡是表面含羟基的胶体）包括：各种氧化物的水合物，有机大分子，高岭石。 3）、表面上的配位吸附（专性吸附）：OO-OPbOH+POO 常见的配位吸附离子：阴离子主要是磷酸根离子，它往往增加表面的负电荷数量；阳离子主要是一些重金属离子，它增加表面正电荷数量。 发生配位吸附的表面往往也是羟基化表面，如氧化物及其水合物表面、有机大分子表面等。3 3、表面电荷密度与表面电位、表面电荷密度与表面电位 表面电荷密度：表面电荷密度：单位面积颗粒表面的电荷数量，一般用C/m2来表示。 CEC: 阳离子交换量，即每公斤干土吸附的全部阳离子折合成一价离子的厘摩尔数，用cmolc/kg. S: 比表面积，

8、m2/kg. 土壤表面电荷密度一般为0-0.4C/m2. 表面电位：表面电位：土壤固体颗粒分散在土壤溶液中形成的固液界面上的电位，一般用mV, V等表示。人们通常把扩散层起始面上的电位也称表面电位。土壤表面电位一般为0-400mV，主要与pH和电解质浓度有关。 表面电位与表面电荷密度之间的关系：SCEC01-20-0RTFZiiecRT 1、土壤电荷主要集中在胶体部分。80%以上主要集中在土粒小于2微米的胶体部分。 2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。 3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。 4 4、土壤的电荷数量、土壤的电荷数量*影响土壤电荷数量的因素主要有：影响土壤电荷数量的因

9、素主要有： C. pH值 主要影响可变电荷的数量。 B. 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤，它们所带的电荷数量可以完全不同。A. 质地 土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量也越多。第二节第二节 土壤中的阳离子交换吸附土壤中的阳离子交换吸附1、阳离子交换吸附的概念：依赖于静电引力吸附的任何阳离子都可能被溶液中的其它阳离子交换而重新回到溶液中。自然土壤一般带净负电荷，这些电荷形成的电场将因静电力作用而使阳离子吸附在土壤颗粒周围。由于此静电作用力的强度一般较低，所以吸附的这些离子很容易被其它离子代换而重新回到溶液中。注意几点：1）吸附态离子以什么状态分布在颗粒周围；（2）这种分布与土壤含水

10、量和温度有什么关系；（3）近表面的强静电力作用与离表面较远距离的弱静电力吸附；（3）水化离子的静电力吸附；（5）非水化离子的静电力吸附与离子键。2 阳离子交换吸附的机制Na+ + K+K+ + Na+注意：交换吸附态离子的实际状态 扩散层扩散层（吸附态）（吸附态）本本 体体溶溶液液3 阳离子交换吸附的特点1) 阳离子交换吸附是一种可逆反应：交换吸附态阳离子可以被溶液中其它阳离子彻底交换下来进入溶液。2) 阳离子交换反应满足电中性法则；Ca2+ + 2K+2K+ + Ca2+注意电中性法则和交换吸附选择性之间的区别注意电中性法则和交换吸附选择性之间的区别： 电中性法则是指交换过程；而交换吸附选择

11、性是针对交换平衡而言，常用选择系数来表征。 选择性决定某交换过程能否能否发生，也决定发生的程度程度的大小。比如，按特殊离子效应，向一个K/Na平衡体系中加入一个Na（NaCl），则这个Na就可能交换不出一个吸附的K,交换不会发生（涉及能否发生的问题）。但是如果向该平衡体系加入3个Na(NaCl)，则有可能发生一次交换使一个新加的Na去交换一个吸附的K（涉及发生限度的问题）。这就是交换吸附选择性。 上述例子中，加入三个NaCl, 只有一个Na发生交换。但这个交换过程一定是按这样的方式发生的：这一个Na只能交换一个K,而不能交换多个，即这个交换过程一定满足电中性法则。3）阳离子交换能力与离子价数和

12、离子的水化半径相关?离子交换能力强弱顺序（Hofmeister序列的一种） Fe3+ Al3+ H+ Ca2+ Mg2+ K+, NH4+ Na+但最近研究表明，同价离子间的交换能力差异并非水和半径差异，而是离子外层电子量子涨落强弱的差异决定的。4）阳离子交换符合质量作用定律：提高本体溶液中某离子浓度，可以提高该离子的代换能力。比如，当Na+浓度相对较高时，Na+同样可把吸附的 Ca2+交换进入溶液。4 阳离子交换量（CEC）土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千克干土的1价离子的厘摩尔数表示，单位为cmol（+）/kg。影响交换离子有效度的因素影响交换离子有效度的因素（1 1）盐基饱和度）

13、盐基饱和度 离子的饱和度越大，被解吸的机会就越大，有效度就越大离子的饱和度越大，被解吸的机会就越大，有效度就越大（1）盐基离子与致酸离子* 第一类是氢离子和铝离子，它们是致酸离子，与土壤的酸度有密切关系。 第二类是其他的一些金属离子，如CaCa+2+2、MgMg+2+2、K K+ +、NHNH4 4+ +等，在古典化学上，它们都称为盐基离子。（2 2）盐基饱和度盐基饱和度(base saturation (base saturation percentage)BSPpercentage)BSP 在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量占所有吸附的阳离子的百分比，叫盐基饱和度*。盐基饱和的土壤

14、具有中性或碱性反应；而盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤； 克土）量阳离子交换量（毫克当克土）当量交换性盐基总量（毫克盐基饱和度100/100/ 100% （2）土壤中的互补离子效应 （3）粘土矿物类型的影响 （4）由交换性离子变为非交换性离子的有效度问题影响交换离子有效度的因素第四节第四节 土壤中的专性吸附土壤中的专性吸附1 专性吸附的概念：在高浓度碱金属过碱土金属离子存在时，土壤对某些微量或痕迹量离子的吸附作用。因此，专性吸附主要指化学键吸附（配位键等），除此之外还应包含与ofmeister效应相关的作用力。2 专性吸附与离子交换吸附的区别 （1）吸附条件不同，静电吸附只对与表面电

15、荷符号相反的离子产生吸附，而专性吸附；离子可以再带任何电荷和不带电的表面上发生吸附。 （2）吸附力不同。 （3）吸附结果不同，静电吸附不影响表面电荷性质与电量，但专性吸附可能引起表面电荷性质与电量的变化。3 那些离子在土壤中的那些胶体上可发生专性吸附 （1）阳离子：重金属离子，过渡金属元素，有d轨道的元素； （2）阴离子：磷酸根是最常见的发生专性吸附的阴离子，此外还有硫酸根，F-,Cl-,最不易发生专性吸附的离子是硝酸根。OO-OCu+POOO CuOH 第五节 土壤酸碱性与缓冲性 一一土壤酸、碱性的形成 一、土壤酸性一、土壤酸性 （一）土壤酸化过程（一）土壤酸化过程 土壤胶体上吸附的盐基离子

16、被活性H交换进入土壤溶液后被淋失，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、土壤中H+的来源的来源 (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：我国每年排放酸雨：我国每年排放SO2约约1.71067吨吨 (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 土壤交换性土壤交换性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，其水铝片中晶体结构，其水铝片中Al转化为活性转化为活性Al3+，取代交换性，取代交换性H而成为交而成为交换性换性Al3+。因此，矿质酸性土以交

17、换性。因此，矿质酸性土以交换性Al3+占绝对优势。占绝对优势。（二）土壤酸的类型（二）土壤酸的类型1、土壤活性酸、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。扩散于土壤溶液中的氢离子所反映出来的酸度。土壤土壤pH值和酸碱性分级值和酸碱性分级 土壤土壤pH 8.5 极强酸性极强酸性 强酸性强酸性 微酸性微酸性 中性中性 碱性碱性 强碱性强碱性 2、土壤潜性酸、土壤潜性酸 潜性酸潜性酸土壤胶体吸附的土壤胶体吸附的H+、Al3+离子，在被其它阳离子交换离子，在被其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。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：土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡：

18、潜性酸潜性酸 活性酸活性酸 (1)强酸性土强酸性土 交换性交换性Al3+与溶液与溶液Al3+平衡平衡, ,溶液中溶液中Al3+水解显示酸性：水解显示酸性：Al3+3H2O Al(OH)3+3H+ + 强酸性土中，强酸性土中，Al3+大大多于交换性大大多于交换性H H+ +, ,是活性酸（溶液是活性酸（溶液H H+ +离子）的主要来源。离子）的主要来源。 如：如：pH4.8的红壤，交换性的红壤，交换性Al3+占总酸度的占总酸度的95%以上以上解解 吸吸吸附吸附 (2 2)酸性和弱酸性土酸性和弱酸性土 盐基饱和度高，交换性铝以盐基饱和度高，交换性铝以Al(OH)2+、Al(OH)2+等等形态存在。

19、其代入溶液后同样水解产生形态存在。其代入溶液后同样水解产生H+离子：离子：Al(OH)2+2H2O Al(OH)3+2H+ 土壤交换性土壤交换性H+的离解也是溶液的的离解也是溶液的H+来源来源。 可见土壤活性酸与潜性酸的关系：可见土壤活性酸与潜性酸的关系： 先有活性酸，再转化为潜性酸；先有活性酸，再转化为潜性酸； 酸性强弱决定于潜性酸，主要是交换性酸性强弱决定于潜性酸，主要是交换性Al3+； 活性酸是潜性酸的表现。活性酸是潜性酸的表现。 强酸性土强酸性土以交换性以交换性Al3+和以共价键紧缚的和以共价键紧缚的H+及及Al3+占优势占优势 酸性土酸性土致酸离子以羟致酸离子以羟基铝离子为主。基铝离

20、子为主。 中性、碱性土中性、碱性土交换性交换性阳离子则以盐基离子为主。阳离子则以盐基离子为主。 用用水水浸提，得到的浸提，得到的pH值反应土壤值反应土壤活性酸活性酸的强弱。用的强弱。用KCl浸提，得到的浸提，得到的pH值除反映土壤溶液中的氢离子外，值除反映土壤溶液中的氢离子外，还反映由还反映由K+交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。 pH水水 大于大于pH盐盐 pH水水与与pH盐盐差值可反映土壤盐基饱和度，盐基饱和差值可反映土壤盐基饱和度，盐基饱和度高的土壤，度高的土壤，pH水水与与pH盐盐的差值小；盐基饱和度低的土壤，的差值小；盐基饱和度低的土壤，pH水水和和

21、pH盐盐的差值就大。的差值就大。 测定土壤测定土壤pH值时的水土比，按国际土壤学会推荐用值时的水土比，按国际土壤学会推荐用2.5:1，水土比大时，测出的，水土比大时，测出的pH值稍偏大。值稍偏大。二、土壤碱性的形成二、土壤碱性的形成 1、土壤碱性的形成机理、土壤碱性的形成机理 土壤中碱性物质主要是土壤中碱性物质主要是Ca、Mg、Na、K的碳酸盐及的碳酸盐及重碳酸盐，以及土壤的交换性重碳酸盐，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)碳酸钙水解碳酸钙水解 CaCO3+H2O+CO2 Ca2+HCO3 - +OH-(2)(2)碳酸钠水解碳酸钠水解 Na2CO3+2H2O

22、 2Na+H2CO3 - +2OH- (3)交换性钠的水解交换性钠的水解 当土壤胶体的交换性当土壤胶体的交换性Na+积累到一定数量，土壤溶液积累到一定数量，土壤溶液盐浓度较低时，盐浓度较低时，Na+离解进入溶液，水解产生离解进入溶液，水解产生NaOH，并，并进一步形成碳酸盐进一步形成碳酸盐Na2CO3、NaHCO3。碱化土形成必需具备：碱化土形成必需具备：A、有足够数量的钠离子与土壤胶体表面吸附的钙、镁离子交换。B、土壤胶体上交换性钠解吸并产生苏打盐类。2、影响土壤碱化的因素、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

23、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。 如如:海蓬子含海蓬子含Na2CO3 3.75%，碱蒿含，碱蒿含2.76%，盐蒿含，盐蒿含2.14%，芦苇含，芦苇含0.49%。 (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施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。如都江。如都江堰水质偏碱，长期用都江堰水灌溉的水稻田土壤堰水质偏碱，长期用都江堰水灌溉的水稻田土壤pH有所有所提高。提高。二二

24、 土壤酸度的指标土壤酸度的指标 一、土壤酸度的强度指标一、土壤酸度的强度指标 1、土壤、土壤pH pH=-lg(H+)（土壤平衡溶液）（土壤平衡溶液） 中性溶液：中性溶液： (H+)=(OH-)=10-7mol/L， pH=pOH=7 土壤土壤pH表示法：表示法：pH(H2O)水浸提；水浸提； pH(KCl)中性盐中性盐1mol/L KCl溶液浸提。溶液浸提。 一般土壤一般土壤pH(H2O)pH(KCl)。 地理分布。我国土壤大部分地理分布。我国土壤大部分pH在在4.58.5之间。之间。 “南酸北碱，南酸北碱， 沿海偏酸，内陆偏碱沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。的地带性特点。2、石灰位、石灰

25、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-0.5pCa，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。 pH-0.5pCa是Ca(OH)2(石灰)的化学位的简单函数，称钙的养分位，比pH更全面和更明显地反映土壤酸度。 二、土壤潜性酸度的容量指标二、土壤潜性酸度的容量指标1、交换酸、交换酸 土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入溶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。液后所反映

26、出的酸度。 Al3+3H2O Al(OH)3+3H+ 用用1mol/L的的KCl(pH5.56.0)处理土壤，处理土壤，K+交换出交换出氢离子或铝离子，通过滴定得到的酸度。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，单位交换性酸是酸度的容量因素，单位Cmol/kg。2、水解酸、水解酸 具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离子后所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。产生的酸度。 CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH 水解酸的测定是用水解酸的测定是用1mol/L的的CH3COONa(pH 8.3)处处理土壤。理土壤。 交换换酸和水解酸的实质实质

27、是不同的，水解酸的实际水解酸的实际测定，因用测定，因用pH 8.3的的CH3COONa，既测定出羟基化表面，既测定出羟基化表面解离的解离的H+，也测出了因，也测出了因Na+交换出的氢离子和铝离子产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。定结果是土壤总酸度。三、土壤碱性指标三、土壤碱性指标 1、总碱度、总碱度 土壤溶液中土壤溶液中CO32-和和HCO3-的总量，的总量，cmol(+)/L。 土壤碱性是由土壤碱性是由CO32-和和HCO3-的水溶性强碱的水溶性强碱(Na、K、Ca、Mg)盐的水解产生

28、的：盐的水解产生的：CO32-+H2O HCO3-+OH-HCO3- +H2O H2CO3 +OH- CaCO3、 MgCO3溶解度很小，产生的碱度有限。在正常溶解度很小，产生的碱度有限。在正常pCO2下，石灰性土壤下，石灰性土壤pH一般不超过一般不超过8.5。 Na2CO3 、NaHCO3及及Ca(HCO3)2为水溶性盐类为水溶性盐类,在土壤溶液中在土壤溶液中产生的碱度高，导致很高的产生的碱度高，导致很高的pH。 2、碱化度、碱化度钠碱化度或钠化率钠碱化度或钠化率 土壤交换性钠占土壤交换性钠占CEC的百分率的百分率 (Exchangeable Sodium PercentageESP) ES

29、P 5%10% 10%15% 15% 轻度碱化土轻度碱化土 中度碱化土中度碱化土 强碱化土强碱化土 盐土盐土土壤表层可溶性盐土壤表层可溶性盐(以以NaCl、Na2SO4等中性盐等中性盐为主为主)超过一定含量超过一定含量(620g/kg)。 盐化作用盐化作用盐分表聚。盐分表聚。 碱土碱土土壤碱化度达到一定程度，而可溶性盐含量较土壤碱化度达到一定程度，而可溶性盐含量较低，总碱度高，呈强碱性反应，并形成土粒高度分散、物低，总碱度高，呈强碱性反应，并形成土粒高度分散、物理性质极差的碱化层。理性质极差的碱化层。土壤碱化度分级土壤碱化度分级 我国我国碱土碱土定义：碱化层碱化度定义：碱化层碱化度30%， 表

30、层含盐量表层含盐量5g/kg，pH9.0 四、影响土壤酸度的因素四、影响土壤酸度的因素 1、气候、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。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。 我国大陆以北纬我国大陆以北纬30为界，形成为界，形成“南酸北碱南酸北碱” 局面，与气候局面，与气候条件有密切相关。条件有密切相关。2、生物、生物 植物根系和微生物通过呼吸作用产生植物根系和微生物通过呼吸作用产生CO2，有机质矿质化也，有机质矿质化也产生产生CO2，CO2溶解

31、于水成碳酸。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。硫酸和硝酸，增强了土壤酸度。3、施肥和灌溉、施肥和灌溉 施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。4、母质、母质 母质中含酸性物质使土壤酸化。母质中含酸性物质使土壤酸化。5、酸雨、酸雨6、土壤空气的、土壤空气的CO2分压分压 石灰性土壤石灰性土壤pH随随Pco2增大而降低，变化于增大而降低，变化于7.58.5之间之间(田间田间)。 CaCO3-CO2-H2O体系：体系：pH=6.03-2/3lgP

32、co2 7、土壤水分含量、土壤水分含量 土壤土壤pH测定时的稀释效应，应控制土水比测定时的稀释效应，应控制土水比(一般一般1:2.5)。8、土壤氧化还原条件、土壤氧化还原条件 土壤淹水还原土壤淹水还原pH向中性点趋近，即酸性土向中性点趋近，即酸性土pH升高，碱性土升高，碱性土pH降低。降低。 酸性土还原酸性土还原pH升高，由于升高，由于Fe2O3、MnO2还原溶解度增大，还原溶解度增大，显示碱性，有机质加快还原过程。显示碱性，有机质加快还原过程。 碱性土还原碱性土还原pH下降，主要由于在嫌气条件下有机酸和下降，主要由于在嫌气条件下有机酸和CO2的的积累过程及其综合作用。积累过程及其综合作用。

33、四土壤缓冲性四土壤缓冲性一、土壤缓冲性概念一、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持pH稳定的能力，称土壤缓冲作用，或缓冲性能。稳定的能力，称土壤缓冲作用，或缓冲性能。二、土壤酸碱缓冲性二、土壤酸碱缓冲性 1、土壤酸、碱缓冲原理、土壤酸、碱缓冲原理 (1)土壤中有许多弱酸土壤中有许多弱酸碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等，当这碳酸、硅酸、磷酸、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。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。如如 Hac+NaAc体系体系当加入当加入

34、HCl： NaAc+HCl HAC+NaCl 当加入当加入NaOH: HAC+NaOH NaAc+H2O(2)土壤胶体交换性阳离子对酸碱的缓冲作用更大土壤胶体交换性阳离子对酸碱的缓冲作用更大 胶体胶体交换性交换性H+、Al3+ 弱酸，缓冲碱性物质弱酸，缓冲碱性物质 胶体胶体交换性盐基交换性盐基 弱酸盐，缓冲酸性物质弱酸盐，缓冲酸性物质 根据弱酸平衡原理，弱酸用碱中和形成盐，根据弱酸平衡原理，弱酸用碱中和形成盐，pH与中和程度之与中和程度之间的关系如下：间的关系如下： pHpKa+lg盐盐酸酸 pHpKa+lg盐基盐基H+、Al3+ 土壤土壤BS50%时，对酸碱的缓冲能力最大。时，对酸碱的缓冲能

35、力最大。缓冲缓冲能力随弱酸及盐的总浓度或土壤能力随弱酸及盐的总浓度或土壤CEC增加而增大增加而增大。 2、土壤酸碱缓冲体系、土壤酸碱缓冲体系 (1)碳酸盐体系碳酸盐体系: 石灰性土壤的缓冲作用主要决定于石灰性土壤的缓冲作用主要决定于 CaCO3-H2O-CO2体系体系 pH6.03-2/3LogPco2 (2)硅酸盐体系：对酸性物质的缓冲作用。硅酸盐体系：对酸性物质的缓冲作用。 (3)交换性阳离子体系：对酸、碱物质的缓冲作用交换性阳离子体系：对酸、碱物质的缓冲作用 (4)铝体系：对碱性物质缓冲作用铝体系：对碱性物质缓冲作用(pH5.0) (5)有机酸体系：有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用有机酸体

36、系：有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用 3、土壤缓冲性的影响因素、土壤缓冲性的影响因素 (1)土壤无机体的类型土壤无机体的类型 蒙脱石伊利石高龄石水合氧化铁、铝蒙脱石伊利石高龄石水合氧化铁、铝 (2)土壤质地土壤质地 粘土壤土砂土粘土壤土砂土 (3)土壤有机质含量土壤有机质含量 第六节第六节 土壤氧化还原反应土壤氧化还原反应一、土壤氧化还原体系一、土壤氧化还原体系 土壤中同一物质可分为氧化态土壤中同一物质可分为氧化态(剂剂)和还原态和还原态(剂剂)，构，构成相应的氧化还原体系成相应的氧化还原体系 。 1、土壤空气中土壤空气中是主要氧化剂是主要氧化剂 在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多

37、种物质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，如呈氧化态，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。等。 2、土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂，在土壤缺、土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂，在土壤缺条件下，条件下，将氧化物转化为还原态。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。、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。下的反应是半可逆或不可逆的。 4、土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大程度上、

38、土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大程度上有微生物参与。有微生物参与。如如:NH4+NO2-NO3-分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成。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、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。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、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。而变化。 二、土壤氧化还原指标二、土壤氧化还原指标 、强度指标、强度指标 (1)氧化还原电位氧化还原电位(Eh)：单位为伏：单位为伏(V)或毫伏或毫

39、伏(mV)(2)电子活度负对数电子活度负对数pe(3)Eh与与pH 的关系的关系 土壤氧化还原反应总有土壤氧化还原反应总有H+参与，参与，H+活度对氧化还原活度对氧化还原平衡有直接影响。平衡有直接影响。 2、氧化还原强度指标与数量因素的关系、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质，还原土壤还原性物质包括有机和无机还原性物质，还原性物质总量可测定，但很难直接与性物质总量可测定，但很难直接与Eh联系起来。当然土联系起来。当然土壤还原性物质浓度仍与壤还原性物质浓度仍与Eh有密切的统计相关性。有密切的统计相关性。三、影响土壤氧化还原的因素三、影响土壤氧化还原的因素 1

40、、土壤通气性、土壤通气性 2、微生物活动、微生物活动 3、易分解有机质的含量、易分解有机质的含量 4、植物根系的代谢作用、植物根系的代谢作用 5、土壤的、土壤的pH第七节第七节 土壤酸碱性和氧化还原状态土壤酸碱性和氧化还原状态与生物环境与生物环境一、生物对土壤酸碱性和氧化还原状态适应性一、生物对土壤酸碱性和氧化还原状态适应性 1、植物适宜的酸碱度、植物适宜的酸碱度 大多数植物适宜大多数植物适宜pH范围范围68，即微酸至微碱性有的，即微酸至微碱性有的植物能适应较宽植物能适应较宽pH范围，有的只能在一定的范围，有的只能在一定的pH范围生长范围生长，可作为土壤酸碱性的指示植物。，可作为土壤酸碱性的指

41、示植物。 酸性指示植物酸性指示植物马尾松、油茶、茶、映山红铁芒箕马尾松、油茶、茶、映山红铁芒箕、石松等。、石松等。 钙质指示植物钙质指示植物柏树、蜈蚣草等。柏树、蜈蚣草等。 盐碱指示植物盐碱指示植物盐蒿、碱蓬等盐蒿、碱蓬等。 不同植物对土壤酸碱性的适应性是长期自然选择的不同植物对土壤酸碱性的适应性是长期自然选择的结果，差别在于：结果，差别在于： (1)生理适应性，与遗传性有关。生理适应性，与遗传性有关。 (2)营养生理病，如酸性土缺钙引起梨的黑心病。营养生理病，如酸性土缺钙引起梨的黑心病。 (3)营养菌害病，如马铃薯的疮痂病为生链霉菌引起营养菌害病，如马铃薯的疮痂病为生链霉菌引起的，对锰敏感，

42、酸性土壤中有效锰较多，能抑制这种病的，对锰敏感，酸性土壤中有效锰较多，能抑制这种病菌，故马铃薯适宜于酸性土。菌，故马铃薯适宜于酸性土。 2、土壤、土壤Eh值范围和植物生长值范围和植物生长 土壤中发生的一系列氧化还原反应都在水的氧化还土壤中发生的一系列氧化还原反应都在水的氧化还原稳定范围内进行的。原稳定范围内进行的。 体体系pH=0pH=4pH=9EOpeOEOpeOEOpeOO2H2O1.2320.80.9916.80.7011.8H+H2000.2440.539 氧体系（氧体系（O2-H2O）EO为为1atmO2时的时的Eh，代表氧化极，代表氧化极限。限。 氢体系（氢体系（H+-H2）的）的

43、EO为为1atmH2时的时的Eh，代表还原，代表还原极限。极限。 土壤土壤pH一般在一般在49之间，之间，Eh有相应的变化。有相应的变化。 土壤土壤水环境中水环境中Eh（V）和）和pe的变化范围的变化范围土壤氧化性和还原性一般作如下区分：土壤氧化性和还原性一般作如下区分： (1)Eh400mV 氧化性，氧化性，O2占优势，各种物质呈氧化态，如占优势，各种物质呈氧化态，如NO3-、MnO2、Fe2O3、SO42-等对旱作有利，对水稻不太适宜。等对旱作有利，对水稻不太适宜。如果如果Eh750mV，有机质好气分解过旺，有机质好气分解过旺，Fe、Mn等处等处于高度氧化态，有效性低。于高度氧化态，有效性

44、低。 (2)Eh400200mV 弱还原性弱还原性O2、NO3-、Mn4+发生还原，水稻生长正常，发生还原，水稻生长正常，旱作开始受影响。旱作开始受影响。 (3)Eh 200100mV 中度还原性，中度还原性，Fe3+和和SO42-发生还原，出现有机还原发生还原，出现有机还原物质。旱作发生湿害。物质。旱作发生湿害。 (4)Eh在在100mV以下以下 强度还原性，强度还原性，CO2、H+被还原，土壤积累多量还原性被还原，土壤积累多量还原性物质，可使水稻受害物质，可使水稻受害3、土壤、土壤pH、Eh与土壤微生物活性与土壤微生物活性 土壤细菌、放线菌适于中性和微碱性环境，土壤细菌、放线菌适于中性和微

45、碱性环境，pH5.5强酸性土中活性下降。真菌适应酸性土。强酸性土中活性下降。真菌适应酸性土。 土壤微生物呼吸需要土壤微生物呼吸需要O2，Eh值高，微生物活性强，值高，微生物活性强，活动消耗活动消耗O2，使，使Eh值降低。在土壤通气性一致条件下，值降低。在土壤通气性一致条件下，Eh值可反映微生物活性。值可反映微生物活性。二、土壤酸碱性和氧化还原状况对养分有效性影响二、土壤酸碱性和氧化还原状况对养分有效性影响 1、土壤酸碱性对养分有效性的影响、土壤酸碱性对养分有效性的影响 土壤养分有效性与土壤养分有效性与pH有密有密切关系切关系 。 (1)土壤土壤pH6.5时，各种养分时，各种养分的有效性都较高。

46、的有效性都较高。 (2)在微酸至碱性土壤中，在微酸至碱性土壤中，氮、硫、钾的有效性高。氮、硫、钾的有效性高。 (3)pH67土壤中，磷的有效土壤中，磷的有效性最高。性最高。 pH5时，土壤活性铁、时，土壤活性铁、铝增加，易形成磷酸铁、铝沉铝增加，易形成磷酸铁、铝沉淀。淀。 pH7时，易形成磷酸钙时，易形成磷酸钙沉淀。沉淀。 (4)pH6.58.5土壤中，有效钙、镁含量高，强酸和强土壤中，有效钙、镁含量高，强酸和强碱性土中，其含量低。碱性土中，其含量低。 (5)Fe、Mn、Cu、Zn有效性在酸性土中高在有效性在酸性土中高在pH7土壤中明显降低，常出现土壤中明显降低，常出现Fe、Mn供给不足。供给

47、不足。 (6)Mo在酸性土中有效性低，当在酸性土中有效性低，当pH6时，其有效性时，其有效性增加。增加。B在强酸性土和石灰性土中有效性较低，在在强酸性土和石灰性土中有效性较低，在pH67和和pH8.5的碱性土中有效性较高，表现较复杂的情况。的碱性土中有效性较高，表现较复杂的情况。2、土壤氧化还原状况对养分有效性的影响、土壤氧化还原状况对养分有效性的影响 主要影响变价元素的有效性。主要影响变价元素的有效性。 Fe3+、Mn4+还原成还原成Fe2+、Mn2+后溶解度和有效性增后溶解度和有效性增加。加。 此外氮的形态：此外氮的形态：Eh480mV时，以时，以NO3-N为主，适于旱为主，适于旱作吸收作

48、吸收 。 Eh220mV时，以时，以NH4-N为主，适于水稻吸收。为主，适于水稻吸收。 SO42-S2-，形成硫化物。，形成硫化物。 几种硫化物的溶解度：几种硫化物的溶解度：MnSFeSZnSCuS 造成土壤造成土壤Zn、Cu的有效性降低。的有效性降低。三、土壤酸碱性和氧化还原状况与有毒物质积累三、土壤酸碱性和氧化还原状况与有毒物质积累 1、强酸性土的铝锰胁迫与毒害、强酸性土的铝锰胁迫与毒害 在在pH5.5酸性土中，锰、铝易被活化。大田作物幼苗酸性土中，锰、铝易被活化。大田作物幼苗期对期对Al3+很敏感，当游离很敏感，当游离Al3+达到达到0.2cmol/kg土时可使作物土时可使作物受害。受害

49、。 施用石灰使施用石灰使pH升至升至5.56.3，大部分或全部，大部分或全部Al3+被沉淀被沉淀，铝害消除。，铝害消除。 交换性交换性Mn2+达到达到29Cmol/kg土或植株干物质含锰量土或植株干物质含锰量超过超过1000mg/kg时产生锰害。时产生锰害。 豆类易产生锰害，禾本科抗性较强。施石灰中和土壤豆类易产生锰害，禾本科抗性较强。施石灰中和土壤至至pH6时，锰害可全部消除。时，锰害可全部消除。2、氧化还原状况与有毒物质积累、氧化还原状况与有毒物质积累 在长期淹水强还原性土壤中，往往有在长期淹水强还原性土壤中，往往有Fe2+和和S2等还原等还原物质大量积累。物质大量积累。 (1)亚铁亚铁

50、主要呈沉淀状态，在偏酸性土壤中水溶性主要呈沉淀状态，在偏酸性土壤中水溶性Fe2+可高达可高达400mg/kg，如锈水田，可毒害水稻根系。，如锈水田，可毒害水稻根系。(2)H2S 在土壤富铁条件下形成在土壤富铁条件下形成FeS，但如土壤缺铁或在，但如土壤缺铁或在pH6的条件下，出现较多的条件下，出现较多H2S对水稻发生毒害。对水稻发生毒害。(3)有机酸有机酸 水田在大量施用新鲜有机肥时可积累较多的丁酸等有水田在大量施用新鲜有机肥时可积累较多的丁酸等有机酸，抑制水稻根系呼吸和养分吸收。机酸，抑制水稻根系呼吸和养分吸收。 H2S(0.07mg/L)和丁酸和丁酸(10-3mol/L)对水稻吸收养对水稻

51、吸收养分抑制程度的顺序为：分抑制程度的顺序为： H2PO4-、K+Si4+NH4+Mg2+、Ca2+四、土壤酸碱性的调节四、土壤酸碱性的调节 1、酸性土的改良、酸性土的改良 施用石灰施用石灰CaO、Ca(OH)2、CaCO3 石灰需要量计算：石灰需要量计算： 可用土壤交换性酸为基础进行计算可用土壤交换性酸为基础进行计算 根据酸性土的缓冲滴定曲线计算根据酸性土的缓冲滴定曲线计算 石灰物质换算系数石灰物质换算系数:Ca(OH)2/CaO=74/56=1.32 CaCO3/ CaO=100/56=1.79 在施用在施用CaO或或Ca(OH)2时，不易与土壤混合均匀，时，不易与土壤混合均匀，使局部土壤

52、使局部土壤pH上升过高，影响植物生长，应乘以经验数上升过高，影响植物生长，应乘以经验数值值0.5得出实际施用量。若用得出实际施用量。若用CaCO3(石灰石粉石灰石粉)，作用缓，作用缓和，经验数值一般为和，经验数值一般为1.3。2、碱性土的改良、碱性土的改良改良改良pH8.5的碱性土的碱性土 施用石膏施用石膏(CaSO4 2H2O)、硅酸钙等。、硅酸钙等。 施用硫磺粉和施用硫磺粉和FeS2粉粉(同时补铁同时补铁) 施用有机肥，产生施用有机肥，产生CO2提高土壤空气提高土壤空气CO2浓度浓度五、土五、土壤氧化还原状况的调节壤氧化还原状况的调节 重点在水田土壤，核心是水、气关系。重点在水田土壤，核心

53、是水、气关系。 (1)水分过多的下湿田、深脚烂泥田，排水不畅，渗水分过多的下湿田、深脚烂泥田，排水不畅，渗漏量过小，还原性强，漏量过小，还原性强，Eh为负值，还原性物质大量积累，为负值，还原性物质大量积累，导致作物低产。加强以排水、降低地下水为主的水浆管理，导致作物低产。加强以排水、降低地下水为主的水浆管理，改善土壤通气条件。改善土壤通气条件。 (2)缺水、漏水的水稻田，氧化性过强，对水稻生长缺水、漏水的水稻田，氧化性过强，对水稻生长不利，应蓄水保水和增施有机肥，促进土壤适度还原。不利，应蓄水保水和增施有机肥，促进土壤适度还原。 第八节第八节土壤孔性和结构性土壤孔性和结构性一、土壤总孔度一、土

54、壤总孔度 -在固体土粒之间，构成大小和形状不同的孔隙。所有孔隙体积的总和占整个土壤体积的比例。47.46%24.51%“理想土壤” 的总孔度土壤总孔度的变化范围砂土：30%45%壤土：40%50%粘土：45%60%土壤密度土壤容重总-1P当量孔径当量孔径* * * *：相当于一定的土壤水吸力的孔径，单位为毫米。 土壤的真实孔径往往无法实际测定。非活性孔隙非活性孔隙 0.06mm孔隙类型孔隙类型二、土壤孔性二、土壤孔性根据茹林公式计算可得d=3/h非活性孔隙非活性孔隙* *：当量孔径 0.06 mm的孔隙, 其中 0.2 mm的粗孔植物的细根可伸入其中；0.20.06 mm的中孔是原生动物、真菌

55、和根毛的栖身地。适宜的孔隙状况：耕层土壤（015cm）的总孔隙度为5060%，其中通气孔隙度为1520%，底层土壤（1530cm）分别为50%(总）和10%（气）。二、土壤结构体*（一）土壤结构的概念（一）土壤结构的概念 土壤结构是土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。这个定义，包含着两重含义：结构体和结构性。通常所说的土壤结构多指结构性（structurality）。 土壤结构体或称结构单位，它是土粒（单粒和复粒）互相排列和团聚成为一定形状和大小的土块或土团。他们具有不同程度的稳定性，以抵抗机械破坏（力稳性）或泡水时不致分散（水稳性）。结构体结构体 10cm 大块状 5-10cm 小块状0.5

56、-5cm 碎块状团粒 ： 10-0.25mm微团粒 5cm大 3-5cm中 3cm小土壤结构体形成过程土壤结构体形成过程* * * * ：胶体的凝聚作用；水膜、无机物质的粘结作用；有机物质的胶结作用；干湿交替；冻融交替；耕作措施；生物作用不良结构体：块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。良好结构体良好结构体：团粒结构体 不仅总孔隙度大，而且内部有多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。目前普遍接受的理论是“多级团聚学说多级团聚学说”。团粒的多级

57、聚合大的团聚体大的团聚体 更大的次生颗粒更大的次生颗粒 次生颗粒（复粒或微团聚体）次生颗粒（复粒或微团聚体） 原生土壤颗粒原生土壤颗粒胶结胶结 阳离子桥键以及阳离子桥键以及范德华引力范德华引力 团聚体形成的微观机制目前有关土壤团聚体形成机制的学说主要有三种： Emerson粘团学说 Edwards和Bremner的微团聚体学说 Oades和Waters的团聚体分级构建学说 经典理论认为：土壤中的有机（指大分子腐殖质或微生物）与无机物质(矿物质)主要通过分子引力的作用或高价离子的“桥键”作用结合在一起，而且这种作用在土壤团粒结构的形成和稳定中起着十分重要的作用。在这里，我们对这种作用机制提出如下

58、几点疑问：1、较肥沃土壤中为什么普遍存在具有多级结构和多级孔隙的团粒结构体？2、这些理论都强调有机质（腐殖质）的作用，但都认为有机质就象“胶水”通过高价离子的“桥梁”作用一样把土粒粘结在一起？土壤矿物质表面的电荷密度：土壤矿物质表面的电荷密度： 10000000000000个个/平方厘米平方厘米腐殖质（微生物）表面电荷密度：腐殖质（微生物）表面电荷密度： 100000000000000个个/平方厘米平方厘米 当矿物质与腐殖质相距当矿物质与腐殖质相距50 时的时的静电排斥压强约静电排斥压强约 3atm， 当矿物质与腐殖质相距当矿物质与腐殖质相距50 时的时的分子引力约分子引力约 0atm。 当矿

59、物质与腐殖质相距当矿物质与腐殖质相距25 时的时的静电排斥压强约静电排斥压强约10atm， 当矿物质与腐殖质相距当矿物质与腐殖质相距25 时的时的分子引力约分子引力约2.5atm。 只有当这个距离进一步缩短至只有当这个距离进一步缩短至2020以内时，分子引力才可能超以内时，分子引力才可能超过静电斥力。过静电斥力。 Ca2+OOC 前面两个疑点都涉及到物质的尺度效应问题： 我们不能够从普通分子的相互作用效应去处理具有胶体或纳米尺度的物质的相互作用效应。在所有作用力中，胶体颗粒的分子引力、颗粒间静电斥力和系统的随机力三者是最重要的，而且几乎是同等重要的。而比胶体颗粒尺度大很多或小很多的物质，这三种

60、力就成为次要的力或不是同等重要的力。 宏观上，一个胶体颗粒是非常小的，而在微观上一个胶体颗粒却非常大，大到可以把单个胶体颗粒看成一个系统。 100nm 300nm 500nm 大颗粒大颗粒 团粒结构在土壤肥力上的意义* * * *：团粒结构土壤的大小孔隙兼备团粒结构土壤中水、气矛盾的解决团粒结构土壤的保肥与供肥协调团粒结构土壤宜于耕作团粒结构土壤具有良好的耕层构造土壤结构的管理u增施有机肥u实行合理轮作u合理的耕作、水分管理及施用石灰或石膏u土壤结构改良剂：能够将土壤颗粒粘结在一起形成团聚体的物质，包括天然物质和人工合成的高分子物质第九节土壤热量(Soil heat)1 1、影响种子萌发、影响