土壤酸碱性及缓冲性 课件.ppt

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1、第九章 土壤酸碱性及缓冲性,土壤酸性 土壤碱性 土壤酸碱性对土壤肥力和植物生长的影响 我国土壤酸碱性概况与土壤酸碱性调节 土壤缓冲性,内容提要,土壤酸碱性是指土壤溶液的反应。 它反映土壤溶液中H+浓度和OH-浓度比例，同时也决定土壤胶体上致酸离子（H+或Al3+）或碱性离子（Na+ ）的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量，是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的。,土壤酸碱性,第一节 土壤酸性,几种酸性土剖面图,红壤,赤红壤,砖红壤,土壤酸性,一、土壤酸性形成的原因,土壤酸性,一方面与溶液中H+浓度相关，另一方面更多的是与土壤胶体上吸附的致酸离子（H+或Al3+）有密切关系。,土壤

2、中酸性的主要来源：胶体上吸附的H+或Al3+、CO2溶于水所形成的碳酸、有机质分解产生的有机酸、氧化作用产生少量无机酸、以及施肥加入的酸性物质等。,土壤酸性,（1）水的解离： H2O H+ + OH-（2）碳酸的解离： H2CO3 H+ + HCO3- （3）有机酸的解离：有机酸 H+ +RC （4）无机酸 ： 硝化作用产生硝酸、硫化作用可产生硫酸；（NH4）2SO4、KC1和NH4C1等生理酸性肥料施入到土壤中， 因为阳离子NH4+、K+被植物吸收而留下酸根，导致溶液中H+增多。 （5）酸雨 ：pH5.6的夹带大气酸性物质的降水。,O,O-,1. 土壤中H+的来源,土壤酸性,酸雨！,在自然界

3、自然产生的酸性物质，在正常的降雨过程中能稀释，使它们不会产生什么危害。 人为活动: 如燃煤发电厂、工业燃煤的锅炉、家庭炊用和取暖用煤以及机动车等排放的大量含硫和含氮的废气, 这些人类活动排放到大气中的含硫和含氮的氧化物在运行过程中，经过复杂的大气化学和大气物理作用，形成硫酸盐和硝酸盐，与空气中水分反应形成酸，随雨、雪等降落到地面，就是硫酸和硝酸的水溶液，就形成了酸雨。,土壤酸性,2 .土壤中铝的活化,胶体上交换性铝离子被交换进入溶液后使土壤呈酸性。,氢离子进入土壤 ， 随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基饱和度下降，而氢离子饱和度渐渐提高。,当土壤粘粒矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，这些胶粒

4、的晶体结构就会遭到破坏，有些铝氧八面体被解体，使铝离子脱离了八面体晶体的束缚，变成活性铝离子。,活性铝离子被吸附在带负电荷的粘粒表面，转变为交换性铝离子，交换性铝离子解吸后，水解形成酸性：,Al3+ 3H2O Al(OH)3 + 3H+,土壤酸性,1.活性酸,二、土壤酸的类型,土壤溶液中游离的H+所表现的酸度。,活性酸度的表示：决定土壤溶液中H+浓度，通常用pH值表示， 即pH=-lgH+,定义,土壤酸性,我国土壤酸碱度分级,土壤酸性,2. 潜性酸,指土壤胶体上吸附的H+和Al3+所引起的酸度。,这些离子只有当它们从胶体上解离或被其它阳离子所交换而转移到溶液中以后才显示酸性。,定义,表现形式,

5、测定方法,代换性酸,水解性酸,土壤酸性,用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）溶液，与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的氢离子或铝离子被浸提剂的阳离子所交换，使溶液的酸性增加。测定溶液中氢离子的浓度即得交换性酸的数量。,（1）交换性酸,土壤酸性,交换性酸（常用1mol/L KCl提取）cmol（+）kg-1,M+,M+,+ 4KCl,H+,M+,M+,K+,K+,+,Al3+,K+,K+,Al3+ 3H2O Al(OH)3 + 3H+,Al3 + + H+,用中性盐溶液浸提而测得的酸量只是土壤潜性酸量的大部分，而不是它的全部。交换性酸在进行调节土壤酸度估算石灰用量时有重要参考价值。,土壤酸性,（2

6、）水解性酸,CH3COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5，Na+可以把绝大部分的代换性氢离子和铝离子代换下来，从而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。,用过量强碱弱酸盐（CH3COONa）浸提土壤，胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。,土壤酸性,水解性酸(用pH8.2 NaOAc溶液提取） cmol（+） kg-1,Al3+,M+,M+,H+,+ 4CH3COONa,M+,M+,Na+,Na+,Na+,Na+,+ 4CH3COOH,+ Al(OH)3,用碱滴定溶液中醋酸的总量即是水解酸的量。土壤水解酸反应生成难电离的Al(OH)3和CH3COOH，所以反应向右进

7、行彻底，即土壤胶体中吸附的H+和Al3+能较完全被交换出来。水解性酸度也可作为酸性土壤改良时计算石灰需要量的参考数据。,土壤酸性,水解性酸度一般要比交换性酸度大得多，但这两者是同一来源，本质上是一样的，都是潜性酸，只是交换作用的程度不同而已。,几种土壤中的交换性酸和水解性酸量的比较,土壤酸性,活性酸,潜性酸,3. 活性酸与潜性酸的关系,先有活性酸，后有潜性酸； 潜性酸大大地大于活性酸；活性酸与潜性酸处于动态平衡中。,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。,土壤酸性,第二节 土壤碱性,几种碱性土剖面图,石灰性土,滨海盐土,土壤碱性,土壤弱酸强碱

8、盐的水解，碳酸及重碳酸的钾、钠、钙、镁等盐类。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等;其次是土壤胶体上的Na+的代换水解作用。,OH-的来源,土壤碱性,1 . 碳酸钙水解 CaCO3+H2O Ca2+ +HCO3- + OH-,2. 碳酸钠的水解 Na2CO3 + 2H2O 2Na+ + 2OH- + H2CO3,3 . 交换性钠的水解 土壤胶体上交换性钠解吸： xNa+ + yH2O （x-y）Na+ + yNaOH yH+,一、土壤碱性形成的原因,土壤碱性,二、土壤碱性的指标,2. 总碱度指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量 总碱度=CO32-+HCO3- 单位： cmol (-

9、) L-1,CaCO3及MgCO3的溶解度很小，在正常CO2分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，所以含CaCO3和MgCO3的土壤，其pH值不可能很高，最高的pH值在8.5左右，这种因石灰性物质所引起的弱碱性反应（pH值7.58.5）称为石灰性反应，该土壤称之为石灰性土壤。,1. pH值土壤溶液中OH-浓度H+浓度，pH7，土壤表现为碱性。,土壤碱性,2. 碱化度,碱化度（%）=,100,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,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变化，称为土壤的碱化作用。,碱化层的碱化度30%,表层含盐量9.0

10、定为碱土。碱化度在5%-20%时称碱化土，土壤碱化度为510定为轻度碱化土壤，1015为中度碱化土壤，1520为强碱化土壤。,土壤碱性,第三节 土壤酸碱性对土壤肥力 和植物生长的影响,1. 对土壤微生物的影响 土壤细菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境； 在强酸性土壤中真菌则占优势 。 2. 对土壤胶体带电性影响 土壤环境pH 值高时，土壤胶体负电荷数量增多，相应 于阳离子交换量也增加，土壤保肥性、供肥性增强。,一、对土壤肥力的影响,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,3.对土壤养分有效性影响,植物营养元素的有效性与pH的关系,在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。N、K 、 S元素在微酸

11、性、中 性、碱性土壤中都较高。P元素在中性土壤中有效性最高， pH7时有效性降低。Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。Mo在酸性土壤中有效性较低，pH6时有效性增加。,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,二、对植物生长的影响,1. 酸性土的指示植物 铁芒箕（Dicranopteris linearis）,生在华南酸性土上。 地刷子（Lycopodium complanatum），生在海拔较高的冷湿地区。 铺地蜈蚣（Lycopodium cernuum），生在亚热带的潮湿地区。,只能在某一特定的酸碱范围内

12、生长，这类植物可以为土壤酸碱度起指示作用，习惯上被称为指示植物。,铁芒箕,铺地蜈蚣,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,2. 钙质土的指示植物 铁线蕨（Adiantum capillus-veneris）,分布在华南和西南的石灰岩地区。 有尾铁线蕨（Adiantum caudatum）,生长在华南。,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,3. 盐土的指示植物海蓬子（Salicornia herbacea），分布在河北和辽东沿海的盐土上。盐爪爪(Kalidium gracile)，分布在内陆盐土上。,海蓬子,盐爪爪,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,4. 盐碱土的指示植物盐吸（Suaeda ussur

13、iensis）分布在华北和东北的盐土、碱土和盐碱土上。三棱草（Scirpus maritimus），生长在排水不良的盐土、碱土和盐碱土上。三春柳（Tamarix juniperina）,分布在渤海边和内蒙黄河沿岸的盐土区。,三棱草（,三春柳,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,植物适宜的pH范围,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,砖红壤上的油棕林,砖红壤上的橡胶林,赤红壤上的荔枝园,红壤上次生马尾松林,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,红壤上的柑橘园,红壤旱地上油茶-大豆间作,红壤丘陵上种植的烟草和柑橘,黄壤上的杉木林,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,第四节 我国土壤酸碱性概况 与土壤酸碱性调

14、节,一、我国土壤酸碱性概况,南酸北碱，一般在4.5-8.5之间。,吉林、内蒙古、华北的碱土的pH值有的高达10.5；台湾省新八仙山和广东省鼎湖山、五指山的黄壤的pH值有低至3.63.8，以上是已知的我国土壤的最高和最低PH范围。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,中国土壤酸碱度分布图,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,二、影响土壤酸碱性的因素,南方多雨，盐基淋失强烈，土壤盐基饱和度低，土壤多呈酸性。西北雨量较少，盐基淋失较弱，盐基饱和度较高，土壤多呈碱性。,1. 气候的影响,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,石灰岩、基性岩、超基性岩的盐基含量较高。当土壤的淋溶程度较弱时，土壤pH会比附近其它母质上发

15、育的土壤高。 滨海盐土含有丰富的易溶盐类及碳酸钙，加之地下水矿化度较高。因此，发育的土壤的pH一般较高，土壤常呈碱性。,2. 母质的影响,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,不同植被凋落物的分解产物对土壤酸碱性产生不同影响： 针叶林凋落物分解后形成的有机酸较多，盐基较少，故其下的土壤一般呈酸性。 滨海红树林残体分解后形成大量SO42-，使土壤呈强酸性。一些耐盐、耐碱的植物会选择性地富集盐基离子，其残体分解后会促进土壤碱性的发展。,3. 自然植被,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,4. 地形,不同地形部位的盐基淋失和富集状况不同，土壤pH也有差异：地形高处的土壤的盐基淋失较强烈，pH可能较低；低洼处的

16、土壤多接受盐基的淀积，所以pH可能较高；内陆一些闭流区域或集水洼地，由于大量富集径流水带来的Ca，Mg，K，Na的重碳酸盐类，pH可能较高。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,5. 人类耕作活动,施肥和灌溉会改变土壤酸度： 酸性肥料降低土壤pH（如KCl）； 施用石灰提高土壤pH；污染水的灌溉；大气污染；淹水耕作等。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,6. 盐基饱和度,一定范围内，盐基饱和度越大，pH值越高。,7. 氧化还原条件,如在酸性土壤中，淹水后氧化还原电位降低，Fe、Mn等氧化物转换为还原态而呈碱性。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,三、土壤酸碱性调节,土壤反应过酸或者过碱，都可以采取适当

17、的措施加以调节，以适应植物生长的需要。,土壤酸性的调节,土壤碱性的调节,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,土壤酸度过强（pH过低），不利于作物生长，因此需要提高土壤pH。一般采用施石灰的办法。使用的石灰材料是生石灰（CaO）和熟石灰（Ca(OH)2）。 CaO + H2O Ca(OH)2,1. 土壤酸性的调节,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,土壤胶体,H+H+,+,Ca(OH)2,土壤胶体,Ca2+,+2H2O,土壤胶体,Al3+,+,Ca(OH)2,土壤胶体,Ca2+,Al3+,Ca2+,Ca2+,+ 2Al（OH）3,原理,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,1、降低酸度，提高盐基饱和度；2、促

18、进团粒结构的形成；3、提高磷酸盐、钼酸盐等的有效性；4、提高微生物的活性；5、抑制铁、铝、锰的毒性；,施用石灰的益处,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,土壤板结，结构变劣；部分微量元素有效性降低；磷的有效性也下降。 因此，施用石灰要适量。,过度施用石灰的负面影响,影响石灰施用量的因素有：土壤潜性酸和pH；盐基饱和度；质地；有机质含量；石灰的种类和施用方法；作物的要求等。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,石灰需要量=土壤体积容重 CEC （1-盐基饱和度） 单位：千克/公顷,石灰需要量的估算,应用,例子：某红壤的pH为5.0, 耕层土壤重为2250000kghm-2, 土壤含水量为20%, CEC

19、为10cmolkg-1, 盐基饱和度为60%, 试计算达到pH=7时, 中和活性酸和潜性酸的石灰需要量(理论值).,如何计算？,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,中和活性酸: pH=5时, 每升土壤溶液所含H+为10-5mol, 每公顷土壤水份所含的H+为: 2250000 20% 10-5=4.5molhm-2 pH=7时,每升土壤溶液所含H+为10-7mol, 每公顷土壤水份所含的H+为: 2250000 20% 10-7=0.045molhm-2 需要中和的H+的量为: 4.5-0.045=4.455mol 所需CaO为: 4.455 56/2=124.74g中和潜性酸:每公顷土壤所含的潜

20、性酸量为: 2250000 10/100 （1-60%）=90000molH+需要CaO量: 90000 56/2=2520kghm-2,从上述计算可知，中和活性酸所需的石灰量极少，而中和潜性酸所需的石灰很多。计算出的理论值，实际用量一般低于理论需要量。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,2.土壤碱性的调节,用石膏来改良。原理如下：,土壤胶体,Na+Na+,+,CaSO4,土壤胶体,Ca2+,+,Na2SO4,Na2CO3 + CaSO4 Na2SO4 + CaCO3,施用石膏是通过离子代换作用把土壤中有害的钠离子代换出来，结合灌水使之淋洗。在重度碱化的土壤上，除施用石膏外，还可施用其它的化学物

21、质如：硫磺（经土壤中硫细菌的作用氧化生成硫酸）和明矾（硫酸铝钾）、磷石膏、亚硫酸钙、硫酸亚铁、工业废料等，都能降低土壤碱性。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,第五节 土壤缓冲性,狭义： 土壤抵抗酸碱物质，减缓pH变化的能力。 广义： 土壤是一个巨大的缓冲体系，包 括对氧化还原、污染物质、养分等。指 抗衡外界环境变化的能力。,土壤缓冲能力的大小一般用缓冲量来表示，即：使土壤溶液改变一个单位pH值时所需要的酸或碱的厘摩尔数(cmol)。,一、定义,土壤缓冲性,二、土壤具有缓冲性的原因,1. 土壤胶体的阳离子交换作用 是土壤产生缓冲性的主要原因 土壤胶体吸附有H+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+

22、等多种阳离子。由于这些阳离子有交换性能，故胶体上吸附的盐基离子能对加进土壤的H+（酸性物质）起缓冲作用，而胶体上吸附的致酸离子能对加进土壤的OH-（碱性物质）起缓冲作用。,土壤缓冲性,2.土壤溶液中的弱酸及其盐类组成的缓冲系统,土壤中的碳酸、硅酸、胡敏酸等离解度很小的弱酸及其盐类，构成缓冲系统，也可缓冲酸和碱的变化。 如醋酸和醋酸钠盐的缓冲： CH3COOH+NaOH CH3COONa+H2O CH3COONa+HCl CH3COOH+NaCl,土壤缓冲性,3.土壤中两性物质的存在,土壤中存有两性有机物和无机物，如蛋白质、氨基酸、胡敏酸、无机磷酸等。如氨基酸，它的氨基可以中和酸，羧基可以中和碱

23、，因此对酸碱都具有缓冲能力。,R-CH-COOH,NH2,+HCl R-CH-COOH,NH3Cl,(氨基酸氯化铵盐）,R-CH-COOH,+NaOH R-CH-COONa,NH2,NH2,(氨基酸钠）,土壤缓冲性,4. 在酸性土壤中，铝离子也能对碱起缓冲作用,2Al(H2O)63+2OH- Al2(OH)2(H2O)84+4H2O,在极强酸性土壤中（pH4），铝以正三价离子状态存在，每个Al3+周围有6个水分子围绕，当加入碱类时，6个水分子中即有一二个解离出H+来中和OH-。这时带有OH-的铝离子很不稳定，与另一个相同的铝离子结合，在结合中，两个OH-被两个铝离子所共用，并且代替了两个水分子

24、的地位，结果这两个铝离子失去两个正电荷。,土壤缓冲性,（2）不同的盐基饱和度表现出对酸碱的缓冲能力是不同的。如果两种土壤阳离子交换量相同，则盐基饱和度大的，对酸的缓冲能力愈高还是愈低？而对碱的缓冲能力愈高还是愈低？,思考为什么？,（1）土壤缓冲能力的大小和它的阳离子交换量有关。粘质土及有机质含量高的土壤、砂土及有机质含量少的土壤的缓冲性哪个大？,土壤缓冲性,三、土壤缓冲作用的重要性,缓冲性和适宜的植物生活环境 使土壤pH值在自然条件下不致于因外界条件改变而剧烈变化，有利于营养无素平衡供应，维持一个适宜的植物生活环境。缓冲性和酸碱度改良 土壤的缓冲性能愈大，改变酸性土（或碱性土）pH所需要的石灰（或硫磺等）数量越多。,土壤缓冲性,