浙江大学土壤学第8章

第七章 土壤酸碱性和氧化还原性
130
第一节 土壤酸碱性
1、土壤酸碱性或称土壤反应，表示土壤溶液中游离的H+ 和OH-浓度的相对大小，以pH表示，是土壤的一个重要 属性。 pH = -lg [H+] pH =7 时, [H+ ] = [OH-]
2、土壤酸碱性分级
3、我国酸碱性土壤分布 我国土壤pH多在4—9范围内，极个别<3，如泛酸田，或>
.
（三）交换性酸度和水解性酸度 根据测定方法不同，潜性酸可分为交换性酸度和水解性酸度。
1、交换性酸度
用中性盐溶液（如1M KCl）浸提土壤，再以标准碱滴定所测得的酸度。 单位 cmol/kg，是容量指标。 H+和Al3+
Al--胶粒--H + 4 KCl = 胶粒—K4 + Al3+ + 4Cl – + H+ Al3+ + 3 H2O = Al（OH）3 + 3H+
⑥在强酸性土壤中，钼的有效度低。pH>6时,其有效度增加。硼的有效度 与pH关系较复杂,在强酸性土壤和pH7.0～8.5的石灰性土壤中,有效度均较低, 在pH6.0～7.0和在pH>8.5的碱性土壤中,有效度较高。
3、与植物生长的关系 植物生长对土壤反应的要求 指示植物，耐碱能力，因土种植
一般pH 6.5左右，各种养分有效性较高，大多数作 物比较适宜。
水田一般低于200-300，适宜180—200，若低于100，强还原，长期 -180以下，水稻死亡。
2、淹水土壤pH变化趋向中性 3、土壤养分形态和供应情况
高价—低价 4、 强还原状况下有毒物质产生和积累
有机酸， Fe2+ Mn2+ H2S CH4 H2 5、与微生物活性关系
好气，厌气 土壤中Eh是不均一的
二、土壤碱度 碱性反应是土壤溶液OH-超过H+时反映出来，pH越高，碱性越强。
1、土壤总碱度
液相指标
土壤溶液中碳酸根和重碳酸根的总量称土壤总碱度。（K、Na、 Ca、Mg的碳酸盐和重碳酸盐。）
石灰性反应：因石灰性物质（ CaCO3、MgCO3）所引起的弱 碱性反应（ pH 7.5--8.5)，称为石灰性反应。
一、土壤氧化还原体系和氧化还原电位
1、常见的氧化还原体系
体系
氧化态
还原态
氧体系
O2
2O-
氮体系
NO3-
NH4+
锰体系
Mn4+
Mn2+
铁体系
Fe3+
Fe2+
硫体系
SO42-
S2-
有机碳体系
CO2
CH4
氢体系
2H+
H2
土壤中主要氧化剂是O2，当土壤O2是被消耗后，其它氧化态物 质NO3- Mn4+ Fe3+ SO42-依次作为电子受体被还原。土壤中的还原物 质主要是有机质，特别是新鲜有机质。土壤中氧化态和还原态物质
（二）潜性酸： 定义：指土壤胶体上吸附的致酸离子（ H+和Al3+）通过离子交换进 入溶液后，产生H+离子，显示出的酸性。是土壤酸度的潜在来源。 表现：1、土壤胶体活性功能团解离H+离子 R-COOH = R-COO- + H+ 2、土壤胶体上吸附的H+离子其它阳离子代换 3、土壤胶体上吸附的Al3+离子的作用 交换性Al3+离子进入溶液， Al3+离子水解，产生H+
土壤溶液中有碳酸、硅酸、磷酸、有机酸等弱酸及其盐 类存在（弱酸解离度小，其盐解离度大），形成良好的 缓冲体系。
•土壤胶体的阳离子交换作用 盐基离子对酸性物质（H+）起缓冲作用；致酸离子（H+和
Al3+ ）对碱性物质（OH-）起缓冲作用。
3、影响土壤缓冲能力的因素 土壤缓冲量：指土壤溶液pH值改变1个单位所需要的酸量或碱量。
五、土壤酸碱性的调节
1、土壤酸度的调节
1）施用石灰，调节土壤酸度，防Al, Mn危害 Al--胶粒--H + 2Ca（OH）2 = 胶粒—Ca2 + Al（OH）3 + H2O
2）中和潜性酸 3）增加Ca，改良土壤结构 2、酸性土壤石灰需要量
方法
✓中和交换性酸 ✓平衡法或滴定法 ✓依CEC和盐基饱和度计算
石灰需要量 = 土壤体积 x 容重 x CEC x（1 -盐基饱和度） 石灰常数：石灰需用量理论值要乘以一经验常数，得出实际需用量。
石灰石粉： 1.3; 生石灰: 0.5
3、 改良土壤碱性
施用有机肥；CO2，有机酸 S及含S化合物 生理酸性肥料 石膏，硅酸钙，以钙换钠
第二节 土壤氧化还原性
碱化土：钠饱和度达5%--15%。
3 碱性土的成因
干旱气候；降水量低于蒸发量 母质； 基性、超基性岩 过量施用石灰； 引灌碱性污水； 海水浸渍。
三、土壤缓冲作用
1、定义 • 狭义：把少量的酸或碱加入到到土壤里，其pH值的变化却不
大，这种对酸碱变化的抵抗能力，叫做土壤的缓冲性能或缓冲 作用。 • 广义：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。 2、土壤具有缓冲作用的原因 • 溶液中有弱酸及其盐类
制滴定曲线，又称缓冲曲线。
砖红壤、红壤和黄棕壤胶体的中和曲线（于天仁，1987）
四、土壤反应与肥力的关系
1、影响土壤微生物的活动 土壤细菌和放线菌，如硝化细菌，固N菌，纤维分解菌等，均
适宜于中性和微碱性环境；在酸性条件，活动急剧降低；真菌对酸 碱性要求不严格。 2、影响植物养分有效性
①土壤pH6.5左右时，各种营养元素的有效度都较高，并适宜多数作物的生 长。
10（碱土）。 地理分布：南酸北碱，或东南酸4.5－5.5
平原水田:5.5－7.0 滨海地区盐土:8－9
一、土壤酸度
（一）活性酸： 指土壤固相与土壤溶液处于平衡状态时，土壤溶液中 的H+ 离子浓度反应出来的酸度。以pH表示，是一个强度指标。 土壤中H+ 的来源：碳酸、有机酸，无机酸等。
相对浓度受O2状况，即通气性的影响。
2、氧化还原电位 Eh
（ 铂电极—甘汞电极，毫伏计）
Fe3+ + e- = Fe2+
Nernst 公式
Eh = E0 + 0.059 log [Fe3+ / Fe2+ ] 氧化还原反应的通式：氧化态 + ne- = 还原态
E0为标准氧化还原电位（化学手册中可查到） n为反应中电子转移数 用0.059时，单位为v，用59时为mv
活性酸和潜酸的总和，称为土壤总酸度。由于 它通常是用滴定法测定的，故又称之为土壤的滴定酸 度。它是土壤的酸度的容量指标。它与pH值在意义 上是不同的。
土壤总酸度＝活性酸度＋潜在酸度
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。
（四) 酸性土的成因 1、气候因素 岩石矿物的风化，盐基成分的淋溶，南酸北碱 2、生物作用 呼吸产生CO2，成H2CO3 残体分解产生有机酸， CO2 硫化细菌和硝化细菌产生 H2SO4，HNO3 3、施肥和灌溉的影响 生理酸性肥料， （NH4）2SO4，KCl等 灌溉水质，矿区
用酸碱滴定法测定。 阳离子交换量（CEC） CEC越大，缓冲能力越大；粘粒矿物，有机质含量。粘土>壤土>砂土。
盐基饱和度 盐基饱和度越高，对酸缓冲能力越大；盐基饱和度越低，对碱缓冲能力越大。
土壤酸、碱缓冲容量和滴定曲线
在土壤悬液中连续加入标准酸或碱液，测定pH的 变化,以纵座标表示pH，横座标表示加的酸或碱量，绘
石灰性土壤：具有石灰性反应的土壤。稀HCl检验。 2、土壤碱化度（钠饱和度） 固相指标
交换性钠离子占阳离子交换量的百分数，即钠饱和度。ESP
胶粒– Na + HOH =胶粒– H + NaOH
2 NaOH + H2CO3 = Na2CO3 + H2O 或 NaOH +CO2= Na2HCO3
碱土：当土壤钠饱和度达15%以上时，土壤呈强碱性， pH>8.5,土粒 高度分散，物理性质恶劣。
Eh可作为土壤通气性的指标。
二、土壤氧化还原状况与土壤肥力的关系 1、指示土壤通气和排水情况
土壤 排水良好土壤 渍水土壤 其中 轻度还原 中度还原 强还原
Eh值范围(mv) 500 -- 700 400 -- -300
400 – 200 200 -- -100 -100 -- -300
旱地一般 300-600； 若低于200，排水不良；
②pH在微酸性、中性、碱性土壤中，氮、硫、钾的有效度高。
③pH6-7的土壤中,磷的有效度最高。pH<5时，因土壤中的活性铁、铝增 加，易形成磷酸铁、铝沉淀。而在pH>7时，则易产生磷酸钙沉淀，磷的有效 性降低。
④在强酸和强碱土壤中，有效性钙和镁的含量低，在pH6.5～8.5的土壤 中，有效度较高。
⑤铁、锰、铜、锌等微量元素有效度，在酸性和强酸性土壤中高；在 pH>7的土壤中，活性铁、锰、铜、锌离子明显下降，并常常出现铁、锰离子 的供应不足。
• 活性酸和潜性酸是同一平衡体系中的两种酸度； • 活性酸和潜性酸的总和，称土壤总酸度。通常以酸碱滴定法测定，也
称土壤滴定酸度，是土壤酸度的容量指标， pH是土壤酸度的强度指 标。
活性酸和潜性酸的关系
•pHH2O表示土壤活性酸度， pHKCl表示交换性酸度，后者以1M KCl浸提 土壤所测得的pH，一般情况下，土壤带负电， pHKCl < pHH2O
是可逆的交换反应，是潜性酸的大部分，可作石灰施用量的参考。