土壤酸碱度讲稿

1、关于土壤酸碱度第一张，PPT共九十页，创作于2022年6月第一节 土壤酸、碱性的形成由于土壤是一个复杂的体系，其中存在着各种化学和生物化学反应，因而使土壤表现出不同的酸碱性。土壤酸碱性是指土壤溶液的反应，即溶液中H+浓度和OH-浓度比例不同而表现出来的酸碱性质。土壤pH值，就代表土壤溶液的酸碱度。第二张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤酸碱性是土壤的一个重要特性，也是影响土壤肥力和植物生长的一个重要因素。一般作物在中性、弱酸性、弱碱性土壤中生长最适宜。过酸过碱都会影响作物生长。第三张，PPT共九十页，创作于2022年6月一、土壤酸性的形成1、土壤酸化过程在多雨的自然条件下，降雨量大大超

2、过蒸发量，土壤及其母质的淋溶作用非常强烈，土壤溶液中易溶性的盐基离子随渗滤水向下移动，这时溶液中的H+和Al3+就取代土壤胶体上的盐基离子而被吸附，使土壤的盐基饱和度下降，而H+和Al3+饱和度增加，从而引起了土壤酸化。第四张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤酸化过程的实质：主要是在强烈淋溶条件下，由交换性的H+和Al3+引起的。淋溶作用，是指一种透过天然下渗雨水，或人工灌溉，将上方土层中的某些矿物盐类或有机物质溶解，而将之移往较下方土层中的作用。第五张，PPT共九十页，创作于2022年6月2、土壤中H+的来源及Al3+的活化（1）土壤中H+的来源在酸化过程中，土壤溶液中H+的来源主要

3、有：水的解离：碳酸解离： 有机酸解离： 酸雨： 其它无机酸：施加生理酸性肥料第六张，PPT共九十页，创作于2022年6月水的解离：水的解离常数虽然很小，但由于H+离子被土壤吸附而使其解离平衡受到破坏，所以将有新的H+离子释放出来。HOHH+OH-第七张，PPT共九十页，创作于2022年6月碳酸解离：土壤中的碳酸主要由CO2溶解于H2O生成，而CO2是植物根系和微生物的呼吸以及有机物质分解时产生的，所以，土壤活性酸在植物根际要强一些（那里的微生物活动也较强）。H2CO3H+HCO3-第八张，PPT共九十页，创作于2022年6月 有机酸解离：土壤中各种有机质分解的中间产物有草酸、柠檬酸等多种低分子

4、有机酸，特别在通气不良以及在真菌活动下，有机酸可能累积很多。土壤中的胡敏酸和富啡酸分子在不同的pH条件下，可释放出几个H+。有机酸H+RCOO- 第九张，PPT共九十页，创作于2022年6月 酸雨：pHpHKCl。 第二十九张，PPT共九十页，创作于2022年6月在土壤胶体表面吸附的盐基离子中总是以钙离子为主，因此，提出了表示土壤酸强度的另一指标石灰位。 第三十张，PPT共九十页，创作于2022年6月（二）石灰位(lime potential)石灰位是指土壤溶液中H+浓度的负对数与Ca2+浓度的负对数的一半的差值，是钙有效度的指标。即石灰位=pH-0.5pCa石灰位越大，表明土壤的pH越高，也

5、就是土壤的碱性越强；反之，石灰位越小，表明土壤的pH越低，也就是土壤的酸性越强。但从目前来看，石灰位的应用不如pH广泛。第三十一张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤pH和石灰位只能反映土壤溶液中H+浓度的高低，也就是只能反映土壤中活性酸的强度。土壤中除了活性酸之外，还有潜性酸，也就是土壤胶体上吸附的交换性Al3+和H+，这部分潜性酸的强度是用交换性酸和水解性酸的多少来衡量的。 第三十二张，PPT共九十页，创作于2022年6月（三）交换性酸在非石灰性土壤及酸性土壤中，土壤胶体吸附了一部分Al3+及H+。当用中性盐溶液（如1mol KCl或0.06mol BaCl2溶液）浸提土壤时，非石灰

6、性土壤及酸性土壤胶体表面吸附的Al3+与H+的大部分被浸提剂的阳离子交换而进入溶液。用标准碱液滴定浸提液中的H+及由Al3+水解产生的H+，根据消耗的碱量就可换算出交换性Al3+和H+的总量，称为土壤的交换性酸量。 第三十三张，PPT共九十页，创作于2022年6月第三十四张，PPT共九十页，创作于2022年6月由于用中性盐溶液浸提土壤时所发生的阳离子交换反应是一种可逆反应，所以我们所测得的交换性酸量只是土壤潜性酸量的一部分，而不是它的全部。若要反映全部的土壤潜性酸的数量，就需要用到另一个指标，也就是水解性酸量。第三十五张，PPT共九十页，创作于2022年6月（四）水解性酸当用弱酸强碱盐（常用的

7、为pH8.2的1mol NaOAc溶液）浸提土壤时，由于弱酸强碱盐的水解作用，土壤胶体上吸附的交换性Al3+和H+基本上都能被交换到土壤溶液中，当用NaOH标准碱液滴定时，根据所消耗的NaOH的数量，就可以换算出交换性Al3+和H+的总量，称为土壤的水解性酸量。即： 第三十六张，PPT共九十页，创作于2022年6月由于上述阳离子交换反应的产物是H2O（不易解离）和Al(OH)3（在中性、碱性条件下沉淀）， 而CH3COOH的解离度极小而呈分子态，故反应向右进行，直到被吸附的H+和Al3+被Na+完全交换。一般来看，土壤水解性酸度大于交换性酸度。 第三十七张，PPT共九十页，创作于2022年6月

8、（五）总碱度总碱度是反映碱性土壤的碱性强弱的指标。它是土壤溶液或灌溉水中CO32-和HCO3-的总量。即：总碱度=CO32-+HCO3-cmol（+）/L土壤碱性形成的主要机理之一就是土壤溶液中K、Na、Ca、Mg的碳酸盐和重碳酸盐的水解，所以土壤溶液中CO32-和HCO3-的总量也就反映了土壤碱性的强弱，当总碱度较高时，说明土壤的碱性较强；总碱度较低时，说明土壤的碱性较弱。 第三十八张，PPT共九十页，创作于2022年6月（六）碱化度（钠碱化度：ESP）碱化度是指土壤胶体吸附的交换性Na+占阳离子交换量的百分率。即：碱化度（%）=（交换性钠/阳离子交换量）100它是了解盐渍土是否发生碱化及碱

9、化程度，并用以进行碱土分类的重要参数。 第三十九张，PPT共九十页，创作于2022年6月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，pH大于8.5甚至超过10.0。这种土壤土粒高度分散，湿时泥泞，干时硬结，结构板结，耕性极差。土壤理化性质上发生的这些恶劣变化，称为土壤的“碱化作用”。第四十张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤的碱化度越高，说明交换性Na+所占的百分比越大，土壤的碱性就越强。通常按以下标准对碱土进行分类：ESP碱土类型5%非碱化土5 % -10 %弱碱化土10 % -20 %碱化土20 %碱土第四十一张，PPT共九十页，创作于2022年6月二、影响

10、土壤酸碱度的因素土壤在一定的成土因素作用下都具有一定的酸碱度范围，并随成土因素的变迁而发生变化。第四十二张，PPT共九十页，创作于2022年6月温度高、雨量多的地区，风化淋溶较强，盐基易淋失，容易形成酸性的自然土壤。半干旱或干旱地区的自然土壤，盐基淋溶少，又由于土壤水分蒸发量大，下层的盐基物质容易随着毛管水的上升而聚集在土壤的上层，使土壤具有石灰性反应。1）气候第四十三张，PPT共九十页，创作于2022年6月在同一气候小区域内，处于高坡地形部位的土壤，淋溶作用较强，所以其pH常较低地为低。干旱及半干旱地区的洼地土壤，由于承纳高处流入的盐碱成分较多，或因地下水矿化度高而又接近地表，使土壤常呈碱性

11、。2）地形第四十四张，PPT共九十页，创作于2022年6月在其他成土因素相同的条件下，酸性的母岩（如砂岩、花岗岩）常较碱性的母岩（如石灰岩）所形成的土壤有较低的pH。3）母质第四十五张，PPT共九十页，创作于2022年6月4）植被针叶林的灰分组成中盐基成分常较阔叶树为少，因此发育在针叶林下的土壤酸性较强。第四十六张，PPT共九十页，创作于2022年6月耕作土壤的酸度受人类耕作活动影响很大，特别是施肥。施用石灰、草木灰等碱性肥料可以中和土壤酸度；而长期施用硫酸铵等生理酸性肥料，会因遗留酸根而导致土壤变酸。排灌也可以影响土壤酸碱度。5）人类耕作活动第四十七张，PPT共九十页，创作于2022年6月此

12、外，某些土壤性质也会影响土壤酸碱度，例如盐基饱和度、盐基离子种类和土壤胶体类型。当土壤胶体为氢离子所饱和的氢质土时呈酸性，为钙离子所饱和的钙质土时接近中性，而为钠离子所饱和的钠质土时则呈碱性反应。当土壤的盐基饱和度相同而胶体类型不同时，土壤酸碱度也各异。这是因为不同胶体类型所吸收的H+离子具有不同的解离度。第四十八张，PPT共九十页，创作于2022年6月第四十九张，PPT共九十页，创作于2022年6月第三节 土壤氧化还原反应与土壤酸碱性一样，土壤氧化性和还原性是土壤的又一个重要化学性质。氧还反应始终存在于岩石风化和母质成土的整个土壤形成发育过程中，对物质在土壤剖面中的移动和剖面分异，养分的生物

13、有效性，污染物质的缓冲性等有深刻影响。 第五十张，PPT共九十页，创作于2022年6月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反应的元素有C、H、N、O、S、Fe、Mn、As、Cr及其他一些变价元素，较为重要的是O、Fe、Mn、S和某些有机化合物，并以氧和有机还原性物质较为活泼，Fe、Mn和S等的转化则主要受氧和有机质的影响。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。第五十一张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤中的氧化还原反应在干湿交替下进行得最为频繁，其次是有机物质的氧化和生物机体的活动。土壤氧化还原反应影

14、响着土壤形成过程中物质的转化、迁移和土壤剖面的发育，控制着土壤元素的形态和有效性，制约着土壤环境中某些污染物的形态、转化和归趋。第五十二张，PPT共九十页，创作于2022年6月一、土壤氧化还原体系（一）概念氧化还原反应中的氧化剂和还原剂就构成了氧化还原体系。例如，在下面的反应中，1/4O2+H+e1/2H2OO2和O2-之间就构成了一个氧化还原体系，这个氧化还原体系我们叫做氧体系。第五十三张，PPT共九十页，创作于2022年6月又比如，在下面的反应中，1/2MnO2+2H+e1/2Mn2+H2OMn4+和Mn2+之间就构成了一个氧化还原体系，这个氧化还原体系我们叫做锰体系。除了氧体系和锰体系之

15、外，土壤中还存在很多的氧化还原体系，比如铁体系、氮体系、硫体系等等。 第五十四张，PPT共九十页，创作于2022年6月还原态元素 氧化态CHX COCCO2NH3 N2 NONNO2- NO3-H2S SSO42-PH3PPO43-Fe2+FeFe3+Mn2+MnMn4+Cu+CuCu2+第五十五张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤具有氧化还原性的原因在于土壤中多种氧化还原物质共存。一般来说，土壤中主要的氧化剂有：氧气、NO3-和高价金属离子，如铁（）、锰（）、钒（）、钛（）等。主要的还原剂有：有机质和低价金属离子。此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者。

16、 第五十六张，PPT共九十页，创作于2022年6月（二）类型土壤中氧化还原体系大致可分为两类，一类叫无机体系，另一类叫有机体系。1、无机体系无机体系是无机物组成的氧化还原体系。例如，氧体系、铁体系、锰体系等。2、有机体系有机体系是有机物组成的氧化还原体系。例如，由有机酸、酚、醛类和糖类等化合物组成的体系。 第五十七张，PPT共九十页，创作于2022年6月（三）特点1、土壤中氧化还原体系有无机体系和有机体系两类。2、土壤中氧化还原反应虽属化学反应，但很大程度上是由生物参与的。例如，NH4+氧化成NO3-必须在硝化细菌参与下才能完成。第五十八张，PPT共九十页，创作于2022年6月3、不同土壤和同

17、一土壤不同位置的氧化还原状况都是不同的。这是因为土壤本身就是一个不均匀的多相体系。4、土壤中氧化还原平衡是经常变动的。在不同的时间、空间和耕作管理措施下，土壤的氧化还原状况都是不同的。第五十九张，PPT共九十页，创作于2022年6月二、土壤氧化还原指标氧化还原电位（Eh）：土壤氧化还原能力的大小可用土壤的氧化还原电位来衡量，主要为实测的Eh值。土壤溶液中氧化态物质和还原态物质的相对比例，决定着土壤的氧化还原状况，当土壤中某一氧化态物质向还原态物质转化时，土壤溶液中这种氧化态物质减少，而对应的还原态物质的浓度增加。随着这种浓度的变化，溶液电位也就相应地改变，变幅视体系的性质和浓度比的具体数值而定

18、。第六十张，PPT共九十页，创作于2022年6月由于土壤溶液中氧化态物质和还原态物质的浓度关系变化而产生的电位称为氧化还原电位。氧化还原电位用Eh表示，单位为伏或毫伏。第六十一张，PPT共九十页，创作于2022年6月比如，对于一个氧化还原反应来说：氧化态+ne还原态这个反应的氧化还原电位：在恒温下，一定的氧化还原体系的E0、n、R、T和F都是固定值，所以Eh主要决定于氧化态物质和还原态物质的相对浓度。氧化态物质的浓度越高，Eh越高，表明土壤的氧化强度越大；反之，还原态物质的浓度越高，Eh越低，表明土壤的还原强度越大。第六十二张，PPT共九十页，创作于2022年6月三、影响土壤氧化还原的因素（一

19、）土壤通气性(Soil aeration)（二）土壤中易分解有机物的含量（三）土壤中易氧化物质或易还原物（四）植物根系的代谢作用（五）土壤水分条件（六）微生物活动（七）土壤的pH第六十三张，PPT共九十页，创作于2022年6月（一）土壤通气性(Soil aeration)土壤通气状况决定土壤空气中氧的浓度，在通气良好的土壤中，土壤与大气间气体交换迅速，使得土壤中氧浓度较高，Eh值较高。在排水不良的土壤中，通气孔隙少，大气与土壤交换缓慢，氧的浓度降低，再加上微生物活动消耗氧，Eh值下降。所以对于同一种土壤，Eh可作为通气状况的相对指标。第六十四张，PPT共九十页，创作于2022年6月（二）土壤中

20、易分解有机物的含量有机物在微生物的作用下分解主要是耗氧过程，在一定的通气条件下，土壤中易分解的有机物愈多，耗氧也愈多，因此其氧化还原电位也较低。易分解有机物主要指植物组成中的糖类、淀粉、纤维素、蛋白质等以及微生物本身的某些中间分解产物和代谢产物，如有机酸、氨基酸、醇类、醛类等，在新鲜有机物中含易分解的有机质较多。第六十五张，PPT共九十页，创作于2022年6月（三）土壤中易氧化物质或易还原物质土壤中易氧化物质如Fe2+、Mn2+等含量多，说明该土壤还原性强，并且抗氧化平衡作用也强；反之，易还原物质如Fe3+、Mn4+较多时，抗还原能力也大。含铁、锰较多的土壤，渍水后Eh不易迅速下降，其原因是具

21、有这种“缓冲作用”。第六十六张，PPT共九十页，创作于2022年6月（四）植物根系的代谢作用对于一般旱地植物，根际土壤Eh较根外低数十mv。而水稻根系能分泌氧，则使根际土壤Eh值反较根外土壤为高。第六十七张，PPT共九十页，创作于2022年6月（五）土壤水分条件土壤水分含量的多少影响到土壤的通气性，水多时土壤孔隙为水占据，通气必然受阻，因此，溶液中的还原物质浓度必增加。第六十八张，PPT共九十页，创作于2022年6月（六）微生物活动微生物活动需要氧气，微生物活动愈强烈，耗氧愈多，使土壤溶液中氧压减低，使还原态物质的浓度相对增加，导致土壤氧化还原电位降低。这种影响在土壤通气性较差时，尤为显著。第

22、六十九张，PPT共九十页，创作于2022年6月（七）土壤pH土壤pH和Eh的关系很复杂，在理论上把土壤的pH与Eh关系固定为Eh/pH59mV(即在通气不变条件下，pH每上升一个单位，Eh要下降59mV)，但实际情况并不完全如此。据测定，我国8个红壤性水稻土样本Eh/pH关系，平均约为85mV，变化范围在60150mV之间；13个红黄壤平均Eh/pH约为60 mV，接近于59mV。一般土壤Eh随pH值的升高而下降。第七十张，PPT共九十页，创作于2022年6月一般旱地土壤的氧化还原电位为+400+700mV；水田的氧化还原电位在+300-200 mV。根据土壤的氧化还原电位值可以确定土壤中有机

23、物和无机物可能发生的氧化还原反应的环境行为。土壤中氧是主要的氧化剂，通气性良好、水分含量低的土壤的电位值较高，为氧化性环境；渍水的土壤电位值则较低，为还原性环境。此外土壤微生物的活动、植物根系的代谢及外来物质的氧化还原性等亦会改变土壤的氧化还原电位值。从土壤污染的研究角度出发，特别注意污染物在土壤中由于参与氧化还原反应所造成的对迁移性与毒性的影响。氧化还原反应还可影响土壤的酸碱性，使土壤酸化或碱化，pH发生改变，从而影响土壤组分及外来污染元素的行为。第七十一张，PPT共九十页，创作于2022年6月四、土壤氧化性和还原性的环境意义从环境科学角度看，土壤氧化性和还原性与有毒物质在土壤环境中的消长密

24、切相关。第七十二张，PPT共九十页，创作于2022年6月1）农药和有机污染物对于农药和有毒有机物，它们有的在氧化条件下转化迅速，有的则在还原条件下才能加速代谢。如三氯乙醛在通气土壤中会被微生物氧化为毒性更强的三氯乙酸，而DDT和艾氏剂在Eh-100mV的还原性土壤中却能加速降解。第七十三张，PPT共九十页，创作于2022年6月2）重金属土壤中大多数重金属污染元素是亲硫元素，在农田厌氧还原条件下易生成难溶性硫化物，降低了毒性和危害。土壤中低价硫S2-来源于有机质的厌氧分解与硫酸盐的还原反应，水田土壤Eh低于-150mV时S2-生成量在100g土壤中可达20mg。当土壤转为氧化状态如落干或改旱时，

25、难溶硫化物逐渐转化为易溶硫酸盐，其生物毒性增加。如黏土中添加Cd和Zn等的情况下淹水5-8周后，可能存在CdS。在同一土壤含Cd量相同的情况下，若水稻在全生育期淹水种植，即使土壤含Cd100mg/kg，糙米中Cd浓度大约为1mg/kg；但若在幼穗形成前后此水稻田落水搁田，则糙米含Cd量可高达5mg/kg。这是因为土壤中Cd溶出量上升与Eh上升同时发生。这就说明，在土壤淹水条件下，Cd的毒性降低是因为生成了硫化镉的缘故。例如砷，在氧化条件下，呈砷酸根（AsO43-），生物毒性小，在还原条件下，呈亚砷酸根（AsO35-），对植物的毒性要比砷酸根大得多。第七十四张，PPT共九十页，创作于2022年6

26、月第四节 土壤缓冲性能土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境。 第七十五张，PPT共九十页，创作于2022年6月一、土壤缓冲性与缓冲容量在土壤学上，把土壤缓冲性定义为土壤抗衡酸、碱物质，减缓pH变化的能力。我们知道，如果把少量的酸或碱加到纯水中，则水的pH立即变化。但加入土壤不是这样，它的pH变化极为缓慢。土壤因施肥、灌溉等增加或减少土壤的H+、OH-离子浓度时，土壤酸度变化可稳定保持在一定范围内，不致因环境条件的改变而产生剧烈的变化。这样，就为植物生长和土壤生物(尤其微生物)的活动创造了一个良好、稳定的土壤环境条件。

27、第七十六张，PPT共九十页，创作于2022年6月当加入致酸或致碱物质于土壤中时，土壤具有缓和酸碱度的能力。也就是说，当向土壤中加入少量酸性或碱性物质时，土壤原来的pH值不会发生较大的改变，如果加入量多时，则pH仍会改变，这表明土壤的缓冲能力是有限的。常用缓冲容量来表示土壤缓冲酸碱能力的大小，即缓冲一个pH单位所需要的酸或碱的数量。 第七十七张，PPT共九十页，创作于2022年6月土壤溶液缓冲量的顺序是腐殖质粘土砂土。一般增加土壤有机质和粘粒，就可增大缓冲性能，提高缓冲量。 第七十八张，PPT共九十页，创作于2022年6月事实上，土壤不仅仅具有抵御酸、碱物质，减缓pH变化的能力，即具有对酸碱的缓

28、冲性。从广义而言，土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的能力。这主要是因为土壤是一个包含固、液、气三相组成的多组分开放的生物地球化学系统，包含了众多的、以多样化方式进行相互作用的不同化合物。土壤在固液界面、气液界面发生的各种化学、生物化学过程，常常具有一定的自身调节能力。所以，从某种意义上讲，土壤缓冲性不只是局限于对酸碱变化的一种抵御能力，而可以看作一个能表征土壤质量及土壤肥力的指标。第七十九张，PPT共九十页，创作于2022年6月二、土壤酸碱缓冲性（一）土壤酸碱缓冲作用的原理（二）土壤酸碱缓冲体系（三）影响土壤酸碱缓冲性的因素（四）土

29、壤具有缓冲性的意义第八十张，PPT共九十页，创作于2022年6月（一）土壤酸碱缓冲作用的原理在一个溶液中，只要弱酸及弱酸性盐或弱碱及弱碱性盐共存，那么该溶液就具有对酸或碱的缓冲作用。例如，H2CO3和Na2CO3之间就组成了一个缓冲体系。这个缓冲体系对酸和碱就具有缓冲作用。即：当加入酸时：Na2CO3+2HClH2CO3+2NaCl当加入碱时：H2CO3+2NaOHNa2CO3+2H2O除了弱酸-弱酸盐和弱碱-弱碱盐组成的缓冲体系外，土壤中还存在其它的酸碱缓冲体系。 第八十一张，PPT共九十页，创作于2022年6月（二）土壤酸碱缓冲体系1、弱酸-弱酸盐和弱碱-弱碱盐缓冲体系2、交换性阳离子体系

30、3.铝离子的缓冲作用第八十二张，PPT共九十页，创作于2022年6月1、弱酸-弱酸盐和弱碱-弱碱盐缓冲体系土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。当加入酸时：CaCO3+H2SO4CaSO4+H2CO3当加入碱时：H2CO3KOHKHCO3+H2O第八十三张，PPT共九十页，创作于2022年6月2、交换性阳离子体系由于土壤胶体表面吸附有各种阳离子，当土壤溶液中的H+增加时，胶体表面的交换性盐基离子与其交换使土壤溶液中的H+浓度基本不变。当土壤溶液中的OH-增加时，胶体表面的致酸离子与其交换，使土壤溶液中OH-浓度基本不变。致酸离子中的Al3+水解后可产生3个H+，对碱的缓冲能力特别强。第八十四张，PPT共九十页，创作于2022年6月例如，当有少量的强酸（如HCl）加入土壤，H+离子就会迅速与胶体所吸