土壤酸堿性及緩沖性

土壤酸堿性及緩沖性第1頁/共60頁第九章土壤酸堿性及緩沖性第2頁/共60頁

土壤酸性土壤堿性土壤酸堿性對土壤肥力和植物生長的影響我國土壤酸堿性概況與土壤酸堿性調(diào)節(jié)土壤緩沖性內(nèi)容提要第3頁/共60頁

土壤酸堿性是指土壤溶液的反應(yīng)。它反映土壤溶液中H+濃度和OH-濃度比例，同時也決定土壤膠體上致酸離子（H+或Al3+）或堿性離子（Na+

）的數(shù)量及土壤中酸性鹽和堿性鹽類的存在數(shù)量，是由母質(zhì)、生物、氣候以及人為作用等多種因子控制的。土壤酸堿性第4頁/共60頁第一節(jié)土壤酸性第5頁/共60頁幾種酸性土剖面圖紅壤赤紅壤磚紅壤土壤酸性第6頁/共60頁一、土壤酸性形成的原因土壤酸性,一方面與溶液中H+濃度相關(guān)，另一方面更多的是與土壤膠體上吸附的致酸離子（H+或Al3+）有密切關(guān)系。土壤中酸性的主要來源：膠體上吸附的H+或Al3+、CO2溶于水所形成的碳酸、有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸、氧化作用產(chǎn)生少量無機(jī)酸、以及施肥加入的酸性物質(zhì)等。土壤酸性第7頁/共60頁（1）水的解離：H2OH++OH-（2）碳酸的解離：H2CO3

H++HCO3-（3）有機(jī)酸的解離：有機(jī)酸

H++R—C（4）無機(jī)酸：硝化作用產(chǎn)生硝酸、硫化作用可產(chǎn)生硫酸；（NH4）2SO4、KC1和NH4C1等生理酸性肥料施入到土壤中，因?yàn)殛栯x子NH4+、K+被植物吸收而留下酸根，導(dǎo)致溶液中H+增多。

（5）酸雨：pH<5.6的夾帶大氣酸性物質(zhì)的降水。

OO-

1.土壤中H+的來源土壤酸性第8頁/共60頁酸雨?。?！

在自然界自然產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，在正常的降雨過程中能稀釋，使它們不會產(chǎn)生什么危害。人為活動:如燃煤發(fā)電廠、工業(yè)燃煤的鍋爐、家庭炊用和取暖用煤以及機(jī)動車等排放的大量含硫和含氮的廢氣,這些人類活動排放到大氣中的含硫和含氮的氧化物在運(yùn)行過程中，經(jīng)過復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理作用，形成硫酸鹽和硝酸鹽，與空氣中水分反應(yīng)形成酸，隨雨、雪等降落到地面，就是硫酸和硝酸的水溶液，就形成了酸雨。土壤酸性第9頁/共60頁2.土壤中鋁的活化膠體上交換性鋁離子被交換進(jìn)入溶液后使土壤呈酸性。

氫離子進(jìn)入土壤，隨著陽離子交換作用的進(jìn)行，土壤鹽基飽和度下降，而氫離子飽和度漸漸提高。當(dāng)土壤粘粒礦物表面吸附的氫離子超過一定限度時，這些膠粒的晶體結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，有些鋁氧八面體被解體，使鋁離子脫離了八面體晶體的束縛，變成活性鋁離子?；钚凿X離子被吸附在帶負(fù)電荷的粘粒表面，轉(zhuǎn)變?yōu)榻粨Q性鋁離子，交換性鋁離子解吸后，水解形成酸性：Al3++3H2OAl(OH)3+3H+土壤酸性第10頁/共60頁1.活性酸

二、土壤酸的類型土壤溶液中游離的H+所表現(xiàn)的酸度。活性酸度的表示：決定土壤溶液中H+濃度，通常用pH值表示，即pH=-lg[H+]定義土壤酸性第11頁/共60頁pH值酸堿度分級pH值酸堿度分級<4.54.5-5.55.5-6.06.0-6.56.5-7.0極強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性酸性弱酸性中性7.0-7.57.5-8.58.5-9.5>9.5弱堿性堿性強(qiáng)堿性極強(qiáng)堿性我國土壤酸堿度分級

土壤酸性第12頁/共60頁

2.潛性酸指土壤膠體上吸附的H+和Al3+所引起的酸度。這些離子只有當(dāng)它們從膠體上解離或被其它陽離子所交換而轉(zhuǎn)移到溶液中以后才顯示酸性。定義表現(xiàn)形式測定方法代換性酸水解性酸土壤酸性第13頁/共60頁

用過量中性鹽（氯化鉀、氯化鈉等）溶液，與土壤膠體發(fā)生交換作用，土壤膠體表面的氫離子或鋁離子被浸提劑的陽離子所交換，使溶液的酸性增加。測定溶液中氫離子的濃度即得交換性酸的數(shù)量。

（1）交換性酸土壤酸性第14頁/共60頁交換性酸（常用1mol/LKCl提取）[cmol（+）·kg-1]M+M++4KClH+M+M+K+K++Al3+K+K+Al3++3H2OAl(OH)3+3H+Al3++

H+用中性鹽溶液浸提而測得的酸量只是土壤潛性酸量的大部分，而不是它的全部。交換性酸在進(jìn)行調(diào)節(jié)土壤酸度估算石灰用量時有重要參考價值。土壤酸性第15頁/共60頁（2）水解性酸

CH3COONa水解產(chǎn)生NaOH，pH值可達(dá)8.5，Na+可以把絕大部分的代換性氫離子和鋁離子代換下來，從而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的總量即得水解性酸度。用過量強(qiáng)堿弱酸鹽（CH3COONa）浸提土壤，膠體上的氫離子或鋁離子釋放到溶液中所表現(xiàn)出來的酸性。土壤酸性第16頁/共60頁水解性酸(用pH8.2NaOAc溶液提?。cmol（+）·kg-1]Al3+M+M+H++4CH3COONaM+M+Na+Na+Na+Na++4CH3COOH+Al(OH)3

用堿滴定溶液中醋酸的總量即是水解酸的量。土壤水解酸反應(yīng)生成難電離的Al(OH)3和CH3COOH，所以反應(yīng)向右進(jìn)行徹底，即土壤膠體中吸附的H+和Al3+能較完全被交換出來。水解性酸度也可作為酸性土壤改良時計(jì)算石灰需要量的參考數(shù)據(jù)。土壤酸性第17頁/共60頁

潛性酸土壤交換性酸水解性酸cmol(+)·kg-1土黃壤（廣西）3.626.81黃壤(四川)2.062.94黃棕壤(安徽)0.201.97黃棕壤(湖北)0.010.44紅壤(廣西)1.489.14水解性酸度一般要比交換性酸度大得多，但這兩者是同一來源，本質(zhì)上是一樣的，都是潛性酸，只是交換作用的程度不同而已。幾種土壤中的交換性酸和水解性酸量的比較土壤酸性第18頁/共60頁

活性酸潛性酸

3.活性酸與潛性酸的關(guān)系先有活性酸，后有潛性酸；潛性酸大大地大于活性酸；活性酸與潛性酸處于動態(tài)平衡中。

活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的強(qiáng)度；潛在酸是土壤酸度的主體，代表土壤酸度的容量。土壤酸性第19頁/共60頁第二節(jié)土壤堿性

第20頁/共60頁幾種堿性土剖面圖石灰性土濱海鹽土土壤堿性第21頁/共60頁

土壤弱酸強(qiáng)堿鹽的水解，碳酸及重碳酸的鉀、鈉、鈣、鎂等鹽類。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等;其次是土壤膠體上的Na+的代換水解作用。OH-的來源土壤堿性第22頁/共60頁1.碳酸鈣水解

[CaCO3+H2OCa2++HCO3-+OH-]

2.碳酸鈉的水解

[Na2CO3+2H2O2Na++2OH-

+H2CO3]

3.交換性鈉的水解

土壤膠體上交換性鈉解吸：

xNa+

+

yH2O（x-y）Na++yNaOH

yH+

一、土壤堿性形成的原因土壤堿性第23頁/共60頁二、土壤堿性的指標(biāo)

2.總堿度指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的總量

總堿度=CO32-+HCO3-單位：

cmol(-)·L-1

CaCO3及MgCO3的溶解度很小，在正常CO2分壓下，它們在土壤溶液中的濃度很低，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，這種因石灰性物質(zhì)所引起的弱堿性反應(yīng)（pH值7.5～8.5）稱為石灰性反應(yīng)，該土壤稱之為石灰性土壤。1.pH值土壤溶液中OH-濃度>H+濃度，pH>7，土壤表現(xiàn)為堿性。土壤堿性第24頁/共60頁2.堿化度堿化度（%）=×100

指土壤膠體吸附的交換性鈉離子占陽離子交換量的百分率

當(dāng)土壤堿化度達(dá)到一定程度，可溶鹽含量較低時，土壤就呈極強(qiáng)的堿性反應(yīng)，土壤理化性質(zhì)上發(fā)生惡劣變化，稱為土壤的堿化作用。堿化層的堿化度>30%,表層含鹽量<0.5%和pH值>9.0定為堿土。堿化度在5%-20%時稱堿化土，土壤堿化度為5－10％定為輕度堿化土壤，10－15％為中度堿化土壤，15－20％為強(qiáng)堿化土壤。土壤堿性第25頁/共60頁第三節(jié)土壤酸堿性對土壤肥力

和植物生長的影響

第26頁/共60頁1.對土壤微生物的影響土壤細(xì)菌和放線菌適宜于中性和微堿性環(huán)境；在強(qiáng)酸性土壤中真菌則占優(yōu)勢。2.對土壤膠體帶電性影響

土壤環(huán)境pH值高時，土壤膠體負(fù)電荷數(shù)量增多，相應(yīng)于陽離子交換量也增加，土壤保肥性、供肥性增強(qiáng)。一、對土壤肥力的影響土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第27頁/共60頁3.對土壤養(yǎng)分有效性影響植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關(guān)系在pH6.5附近，大多數(shù)營養(yǎng)元素的有效性都較高。N、K、S元素在微酸性、中性、堿性土壤中都較高。P元素在中性土壤中有效性最高，pH<5和pH>7時有效性降低。Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性土壤中有效性較低。Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和強(qiáng)酸性高。Mo在酸性土壤中有效性較低，pH>6時有效性增加。土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第28頁/共60頁二、對植物生長的影響

1.酸性土的指示植物鐵芒箕（Dicranopterislinearis）,生在華南酸性土上。地刷子（Lycopodiumcomplanatum），生在海拔較高的冷濕地區(qū)。鋪地蜈蚣（Lycopodiumcernuum），生在亞熱帶的潮濕地區(qū)。只能在某一特定的酸堿范圍內(nèi)生長，這類植物可以為土壤酸堿度起指示作用，習(xí)慣上被稱為指示植物。鐵芒箕鋪地蜈蚣土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第29頁/共60頁2.鈣質(zhì)土的指示植物鐵線蕨（Adiantumcapillus-veneris）,分布在華南和西南的石灰?guī)r地區(qū)。有尾鐵線蕨（Adiantumcaudatum）,生長在華南。土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第30頁/共60頁3.鹽土的指示植物海蓬子（Salicorniaherbacea），分布在河北和遼東沿海的鹽土上。鹽爪爪(Kalidiumgracile)，分布在內(nèi)陸鹽土上。海蓬子鹽爪爪土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第31頁/共60頁4.鹽堿土的指示植物鹽吸（Suaedaussuriensis）分布在華北和東北的鹽土、堿土和鹽堿土上。三棱草（Scirpusmaritimus），生長在排水不良的鹽土、堿土和鹽堿土上。三春柳（Tamarixjuniperina）,分布在渤海邊和內(nèi)蒙黃河沿岸的鹽土區(qū)。三棱草（三春柳土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第32頁/共60頁植物適宜的pH范圍適應(yīng)偏堿性pH7-8適應(yīng)中到微堿性pH6.5-7.5適應(yīng)中到微酸性的pH6-7適應(yīng)偏酸性的pH5.5-6.5適應(yīng)酸性的pH5-6紫苜蓿蘋果蠶豆水稻小麥金花菜黃花苜蓿碗豆油菜大麥甜菜大麥甜菜花生燕麥豆類小麥甘蔗紫云英甜菜花菜玉米玉米柑桔葡萄大麥甘藍(lán)水稻芝麻菠菜萵苣棉花蘋果黑麥桔子蘆筍碗豆小米梨土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第33頁/共60頁磚紅壤上的油棕林磚紅壤上的橡膠林

赤紅壤上的荔枝園紅壤上次生馬尾松林土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第34頁/共60頁紅壤上的柑橘園紅壤旱地上油茶-大豆間作紅壤丘陵上種植的煙草和柑橘黃壤上的杉木林土壤酸堿性對肥力和植物生長的影響第35頁/共60頁第四節(jié)我國土壤酸堿性概況

與土壤酸堿性調(diào)節(jié)第36頁/共60頁一、我國土壤酸堿性概況南酸北堿，一般在4.5-8.5之間。吉林、內(nèi)蒙古、華北的堿土的pH值有的高達(dá)10.5；臺灣省新八仙山和廣東省鼎湖山、五指山的黃壤的pH值有低至3.6～3.8，以上是已知的我國土壤的最高和最低PH范圍。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第37頁/共60頁中國土壤酸堿度分布圖我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第38頁/共60頁二、影響土壤酸堿性的因素南方多雨，鹽基淋失強(qiáng)烈，土壤鹽基飽和度低，土壤多呈酸性。西北雨量較少，鹽基淋失較弱，鹽基飽和度較高，土壤多呈堿性。1.氣候的影響我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第39頁/共60頁

石灰?guī)r、基性巖、超基性巖的鹽基含量較高。當(dāng)土壤的淋溶程度較弱時，土壤pH會比附近其它母質(zhì)上發(fā)育的土壤高。濱海鹽土含有豐富的易溶鹽類及碳酸鈣，加之地下水礦化度較高。因此，發(fā)育的土壤的pH一般較高，土壤常呈堿性。2.母質(zhì)的影響我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第40頁/共60頁不同植被凋落物的分解產(chǎn)物對土壤酸堿性產(chǎn)生不同影響：

針葉林凋落物分解后形成的有機(jī)酸較多，鹽基較少，故其下的土壤一般呈酸性。濱海紅樹林殘?bào)w分解后形成大量SO42-，使土壤呈強(qiáng)酸性。一些耐鹽、耐堿的植物會選擇性地富集鹽基離子，其殘?bào)w分解后會促進(jìn)土壤堿性的發(fā)展。3.自然植被我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第41頁/共60頁4.地形

不同地形部位的鹽基淋失和富集狀況不同，土壤pH也有差異：地形高處的土壤的鹽基淋失較強(qiáng)烈，pH可能較低；低洼處的土壤多接受鹽基的淀積，所以pH可能較高；內(nèi)陸一些閉流區(qū)域或集水洼地，由于大量富集徑流水帶來的Ca，Mg，K，Na的重碳酸鹽類，pH可能較高。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第42頁/共60頁5.人類耕作活動施肥和灌溉會改變土壤酸度：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；大氣污染；淹水耕作等。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第43頁/共60頁6.鹽基飽和度一定范圍內(nèi)，鹽基飽和度越大，pH值越高。7.氧化還原條件如在酸性土壤中，淹水后氧化還原電位降低，F(xiàn)e、Mn等氧化物轉(zhuǎn)換為還原態(tài)而呈堿性。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第44頁/共60頁三、土壤酸堿性調(diào)節(jié)土壤反應(yīng)過酸或者過堿，都可以采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右哉{(diào)節(jié)，以適應(yīng)植物生長的需要。土壤酸性的調(diào)節(jié)土壤堿性的調(diào)節(jié)我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第45頁/共60頁土壤酸度過強(qiáng)（pH過低），不利于作物生長，因此需要提高土壤pH。一般采用施石灰的辦法。使用的石灰材料是生石灰（CaO）和熟石灰（Ca(OH)2）。

CaO+H2OCa(OH)2

1.土壤酸性的調(diào)節(jié)我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第46頁/共60頁土壤膠體H+H++Ca(OH)2土壤膠體Ca2++2H2O土壤膠體Al3++Ca(OH)2土壤膠體Ca2+Al3+Ca2+Ca2++2Al（OH）3原理我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第47頁/共60頁1、降低酸度，提高鹽基飽和度；2、促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成；3、提高磷酸鹽、鉬酸鹽等的有效性；4、提高微生物的活性；5、抑制鐵、鋁、錳的毒性；施用石灰的益處我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第48頁/共60頁土壤板結(jié)，結(jié)構(gòu)變劣；部分微量元素有效性降低；磷的有效性也下降。因此，施用石灰要適量。過度施用石灰的負(fù)面影響影響石灰施用量的因素有：土壤潛性酸和pH；鹽基飽和度；質(zhì)地；有機(jī)質(zhì)含量；石灰的種類和施用方法；作物的要求等。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第49頁/共60頁石灰需要量=土壤體積×容重×CEC×（1-鹽基飽和度）單位：千克/公頃石灰需要量的估算應(yīng)用例子：某紅壤的pH為5.0,耕層土壤重為2250000kg·hm-2,土壤含水量為20%,CEC為10cmol·kg-1,鹽基飽和度為60%,試計(jì)算達(dá)到pH=7時,中和活性酸和潛性酸的石灰需要量(理論值).如何計(jì)算？我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第50頁/共60頁中和活性酸:

pH=5時,每升土壤溶液所含H+為10-5mol,

每公頃土壤水份所含的H+為:2250000×20%×10-5=4.5mol·hm-2

pH=7時,每升土壤溶液所含H+為10-7mol,

每公頃土壤水份所含的H+為:2250000×20%×10-7=0.045mol·hm-2

需要中和的H+的量為:4.5-0.045=4.455mol

所需CaO為:4.455×56/2=124.74g中和潛性酸:每公頃土壤所含的潛性酸量為:2250000×10/100×（1-60%）=90000molH+需要CaO量:90000×56/2=2520kg·hm-2從上述計(jì)算可知，中和活性酸所需的石灰量極少，而中和潛性酸所需的石灰很多。計(jì)算出的理論值，實(shí)際用量一般低于理論需要量。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第51頁/共60頁2.土壤堿性的調(diào)節(jié)用石膏來改良。原理如下：土壤膠體Na+Na++CaSO4土壤膠體Ca2++Na2SO4Na2CO3+CaSO4

Na2SO4+CaCO3施用石膏是通過離子代換作用把土壤中有害的鈉離子代換出來，結(jié)合灌水使之淋洗。在重度堿化的土壤上，除施用石膏外，還可施用其它的化學(xué)物質(zhì)如：硫磺（經(jīng)土壤中硫細(xì)菌的作用氧化生成硫酸）和明礬（硫酸鋁鉀）、磷石膏、亞硫酸鈣、硫酸亞鐵、工業(yè)廢料等，都能降低土壤堿性。我國土壤酸堿性概況與酸堿性調(diào)節(jié)第52頁/共60頁第五節(jié)土壤緩沖性第53頁/共60頁狹義：

土壤抵抗酸堿物質(zhì)，減緩pH變化的能力。廣義：

土壤是一個巨大的緩沖體系，包括對氧化還原、污染物質(zhì)、養(yǎng)分等。指抗衡外界環(huán)境變化的能力。土壤緩沖能力的大小一般用緩沖量來表示，即：使土壤溶液改變一個單位pH值時所需要的酸或堿的厘摩爾數(shù)(cmol)。

一、定義土壤緩沖性第54頁/共60頁二、土壤具有緩沖性的原因

1.土壤膠體的陽離子交換作用

是土壤產(chǎn)生緩沖性的主要原因土壤膠體吸附有H+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+等多種陽離子。由于這些陽離子有交換性能，故膠體上吸附的鹽基