09 第09章土壤溶液化学反应.pptx

第1页：第九章土壤溶液化学反应封面

第九章土壤溶液化学反应封面

第九章土壤溶液化学反应

第2页：土壤溶液的组成与特性

土壤溶液的组成与特性

第一节土壤溶液的组成与特性

第3页：土壤溶液组成

土壤溶液组成：一、土壤溶液组成土壤溶液：土壤水分及其所含的空气和溶质，是指土壤水分尚未达到饱和状态、土壤电解质达近似平衡的溶液。

第4页：土壤溶液的动态平衡

土壤溶液的动态平衡：二、土壤溶液的动态平衡土壤空气土壤空气土壤溶液植物植物有机质、微生物有机质、微生物表面吸附交换性离子表面吸附交换性离子降雨、蒸发排水施肥降雨、蒸发排水施肥固相及矿物固相及矿物

第5页：土壤酸碱反应

土壤酸碱反应：第二节土壤酸碱反应SoilAcidity/Alkalinity

第6页：土壤酸性的形成

土壤酸性的形成：一、土壤酸性的形成土壤酸化过程：土壤中的盐基离子被淋失，氢铝离子积累；酸化过程的强度与气候特点-母质类型和生物有关

第7页：红壤地区的土壤景观(云南元谋)

红壤地区的土壤景观(云南元谋)

第8页：

第9页：土壤酸性的形成（续）

土壤酸性的形成（续）

soilcolloidCa+++2H+H+H++Ca++soilsolutioncolloidsoilsolutionAcidsourceLeachingsoil

第10页：H+的来源1

H+的来源1：水的解离HOHH++OH-2、碳酸解离生命活动产生的CO2溶于水，形成H2CO3，H2CO3解离形成H+H2CO3H++HCO3-HCO3-H++CO32-3、有机酸的解离R-COOHH++R-COO-4、酸雨pH<5.6的酸性大气化学物质5、其它无机酸如化肥，(NH4)2SO4=2NH4++SO4=KCl=K++Cl-元素S，2S+3O2+2H2O→4H++2SO42-

第11页：土壤酸性的形成（续2）

土壤酸性的形成（续2）

酸雨SO2+OH·→H2SO4→SO4+2H2-+NO2+OH·→HNO3→NO3-+H+

第12页：

第13页：

第14页：硫铁矿(FeS2

硫铁矿(FeS2

硫铁矿(FeS2)氧化形成硫酸强酸作用土壤可以产生游离态铝红色是三氧化铁酸性硫酸盐土壤：含硫有机质的氧化生成硫酸

第15页：

第16页：土壤中铝的活化当交换氢达到一定限度时

土壤中铝的活化当交换氢达到一定限度时：6、土壤中铝的活化当交换氢达到一定限度时，胶体的结构破坏，晶格中的铝离子成为活性离子，水解产生氢离子。Al3++H2OAl(OH)2++H+Al(OH)2++H2OAl(OH)2++H+Al(OH)2++H2OAl(OH)3+H+水解离子的形态则取决于土壤pHAl3+←→Al(OH)2+←→Al(OH)2+←→Al(OH)3强酸性弱酸性碱性土壤

第17页：图9-2土壤pH与土壤交换性阳离子的关系

图9-2土壤pH与土壤交换性阳离子的关系

第18页：土壤酸类型胶体上溶液中

土壤酸类型胶体上溶液中

第19页：活性酸潜性酸土壤溶液中的H+反映出来

活性酸潜性酸土壤溶液中的H+反映出来

活性酸潜性酸土壤溶液中的H+反映出来的酸度，能参与土壤中的各种化学反应吸附在土壤胶体表面的交换性H+和Al3+离子,只有转变为溶液中的H+,才会显示酸性占土壤总酸的大部分占土壤总酸的小部分

第20页：活性酸和潜性酸的关系

活性酸和潜性酸的关系：xH+yAl3++(x-y)K+=(x+3y)K++xH++Al3+潜性酸活性酸Al3++H2OAl(OH)3↓+3H+

第21页：土壤pH范围10矿质土壤3

土壤pH范围10矿质土壤3：.5AcidityAlkalinityCommon34567891011ExtremepHAlkaliforacidpeatAridregionMineralsphagnumsoilsforhumidregionmineralsoilsExtremerangeinpHformostmineralsoils

第22页：土壤中的碱性物质主要是Ca

土壤中的碱性物质主要是Ca：Mg、Na的碳酸盐和重碳酸盐以及交换性Na，它们通过水解反应产生OH-。(1)碳酸钙水解土壤中存在CaCO3-CO2-H2O体系，CaCO3水解产生OH-CaCO3+H2OCa2++HCO3-+OH-CO2+H2OHCO3-+H+所以石灰性土壤的pH主要受土壤空气中CO2分压控制二、土壤碱性的形成

第23页：CaCO3和MgCO3的溶解度低

CaCO3和MgCO3的溶解度低：CaCO3和MgCO3的溶解度低，在正常的CO2下，最高pH只能达pH8.5CaCO3+H2O=Ca2++HCO3-+OH-CO2+H2O=HCO3-+H+pH=6.03-2/3logpCO2pCO2是CO2的分压，在大气CO2浓度(0.03%)下，土壤的pH为8.57。CO2浓度愈高，pH愈低。一般pH在6.5-8.5之间。这种由石灰性物质引起的弱碱性反应叫石灰反应，这种土壤叫石灰性土壤。

第24页：(2)碳酸钠的水解碳酸钠

(2)碳酸钠的水解碳酸钠：重碳酸钠(俗称苏打、小苏打)水解产生强碱性Na2CO3+2H2O2Na++2OH-+H2CO3(3)交换性钠的水解(图)xNa++yH2O(x-y)Na+yH++yNaOH2NaOH+H2CO3Na2CO3+2H2ONaOH+CO2NaHCO3

第25页：土壤酸碱性的指标

土壤酸碱性的指标：三、土壤酸碱性的指标（一）土壤酸度的指标1土壤pH土壤溶液中H+离子浓度的负对数，是强度指标pH=-log[H+]pHH2O（水提取所得的pH）pHKCl（1mol/LKCl提取土壤所得的pH）

第26页：土壤pH的分级56

土壤pH的分级56：.57.58.5强酸性酸性中性碱性强碱性

第27页：中国土壤

中国土壤

中国土壤pH分布

第28页：水稻土

水稻土：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。

水稻土pH值变化特征20年前平湖6.20-8.30平均值：6.65德清4.60-7.20平均值：6.1420年后平湖4.14-6.50平均值：5.61德清4.84-6.79平均值：5.67

第29页：影响的阳离子

影响的阳离子：pH范围土壤类型Na+8.510.5钠质土Ca2+、Mg2+、K+、Na+7.08.5钙质土Ca2+、Mg2+、K+、Al(OH)x、H+57耕地(湿润地区)Al3+、Al(OH)x、H+3.55.8森林土壤H2SO424硫酸盐土壤不同类型土壤的pH范围和占优势的阳离子

第30页：石灰位将氢离子数量

石灰位将氢离子数量

2、石灰位将氢离子数量与钙离子数量联系起来数学式：pH-0.5pCa

第31页：3土壤交换性酸度

3土壤交换性酸度

3土壤交换性酸度和水解性酸度测定土壤潜性酸时，由于提取剂的不同，可分为交换性酸和水解性酸度，它们是土壤酸度的数量指标交换性酸度用中性盐提取的酸度，常用1mol/LKCl或0.06mol/LBaCl2(pH=7)提取H+Al3+K+K++4KClK+K+K+K+K+K++Al3++H+Al3++3H2OAl(OH)3+3H+

第32页：用0

用0：.01mol/L标准NaOH中和，可计算出H+、Al3+的cmol(+)/kg.另一份用KCl提取后，再加NaF，阻止Al3+水解，在KCl溶液中剩下的为交换性H所引起的

第33页：水解性酸用弱酸强碱盐提取的(pH8

水解性酸用弱酸强碱盐提取的(pH8：.21mol/LNaOAc溶液）CH3COONa+H2OCH3COOH+NaOHH+Al3+Na+4CH3COONaNaNaNa+Al(OH)3+4CH3COOH水解性酸>交换性酸

第34页：几种土壤中的交换性酸和水解性酸量

几种土壤中的交换性酸和水解性酸量

几种土壤中的交换性酸和水解性酸量的比较cmol(+)/kg土水解性酸交换性酸土壤6.813.62黄壤(广西)2.942.06黄壤(四川)1.970.20黄棕壤(安徽)0.440.01黄棕壤（安徽）9.141.48红壤（广西）

第35页：土壤碱度的指标1

土壤碱度的指标1：(二)土壤碱度的指标1、总碱度土壤溶液中碳酸根和重碳酸根的总量：总碱度=CO32-+HCO3-[cmol/L]2、碱化度(ESP)土壤胶体吸附的交换性钠占阳离子交换量的百分率碱化度(%)=交换性钠/阳离子交换量100

第36页：土壤酸碱性的指标（续）

土壤酸碱性的指标（续）

碱化度(ESP)轻度碱化土壤5-10%中度碱化土壤10-15%强碱化土壤15-20碱土(含盐<0.5%，pH>9.0)>30%

第37页：生物适宜的酸碱度

生物适宜的酸碱度：（一）生物适宜的酸碱度由于长期自然选择的结果，植物对土壤酸碱性有一定的要求，大多数植物适宜在中性至微碱性土壤上。有一些植物要求在某一定的酸碱性范围内生长，对土壤酸碱性有一定的指示作用，称为土壤酸碱性的“指示植物”四、土壤酸碱性的生物环境

第38页：指示植物

指示植物

第39页：土壤细菌和放线菌

土壤细菌和放线菌：如硝化细菌、固氮菌、纤维分解菌等均适于中性和微碱性环境，在pH<5.5的强酸性土壤中其活性明显下降真菌可在所有pH范围内活动，在强酸性土壤中以真菌占优势

第40页：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：（二）土壤酸碱性对养分有效性的影响1、在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。2.N、S、K元素在微酸性、中性、碱性土壤中都较高3.P元素在中性土壤中有效性最高，pH<5和pH>7时有效性降低4.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5.Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。6.Mo在酸性土壤中有效性较低，pH>6时有效性增加

第41页：土壤pH与养分有效性的关系

土壤pH与养分有效性的关系

第42页：Avail Nutrientsp

Avail Nutrientsp：一般关系MoMgCa3579PZnFeMnAvail.ofNutrientspH

第43页：影响土壤酸度的因素

影响土壤酸度的因素：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。

五、影响土壤酸度的因素1、盐基饱和度6.0-7.05.5-6.05.0-5.5<5.0土壤pH80-10060-8030-60<30盐基饱和度(%)

第44页：影响土壤酸度的因素2

影响土壤酸度的因素2：三、影响土壤酸度的因素2、土壤空气中的CO2分压（石灰性土壤）3、土壤含水量（水土比）土壤pH随含水量增加而增加4、土壤氧化还原条件酸性或碱性土壤淹水后均趋于中性CaCO3-CO2-H2O体系K(Kpa)Ks2pHKpCapCO2

第45页：土壤酸碱性的调节

土壤酸碱性的调节：四、土壤酸碱性的调节土壤酸度的调节：石灰：CaO，Ca(OH)2石灰石粉石灰需要量计算:石灰需要量（千克/公顷）=土壤体积×容量×CEC×（1-盐基饱和度）

第46页：Soil Texture Soilp

Soil Texture Soilp：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。

LimeneedsandSoilTextureSoilpH7654123456789%OMCECSands2.55loams4sandyloams31218SiCl525

第47页：土壤氧化还原反应

土壤氧化还原反应

第三节土壤氧化还原反应

第48页：氧化还原反应中氧化剂

氧化还原反应中氧化剂

氧化还原反应中氧化剂和还原剂构成了氧化还原体系某一物质释出电子被氧化，另一物质得到电子被还原土壤中的氧化还原体系有无机体系和有机体系，主要的无机体系是氧体系、铁体系、锰体系、氮体系、硫体系、氢体系等1/4O2+H++e=1/2H2OFe(OH)3+3H++e=Fe2++3H2O1/2MnO2+2H++e=1/2Mn2++H2O1/8CO2+H++e=1/8CH4+1/4H2O一、土壤氧化还原体系

第49页：特点

特点：无机体系和有机体系是化学反应，但很大程度上是有生物参与的时空变异

第50页：土壤氧化还原指标

土壤氧化还原指标：二、土壤氧化还原指标1.氧化还原电位(Eh)：由于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（V或mV）[氧化态]+ne= [还原态]Eh=Eo+RT/nFlog[氧化态]/[还原态]Eh-氧化还原电位Eo-标准氧化还原电位

第51页：电子活度负对数(pe)氧化还原反应

电子活度负对数(pe)氧化还原反应

2.电子活度负对数(pe)氧化还原反应是一电子传递过程，用平衡常数K处理氧化还原反应，则K= [还原态]/[氧化态][e-]npe=1/nlogK+1/nlog[氧化态]/[还原态]pe是电子活度的负对数氧化体系中pe值是正值，氧化性越强，则pe值越大还原体系中pe值是负值，还原性越强，则pe的负值也越大

第52页：Eh和pH的关系[氧化态

Eh和pH的关系[氧化态

3.Eh和pH的关系[氧化态] +ne+mH+= [还原态] +xH2OEh=Eo+0.059/nlog[氧化态]/[还原态]-0.059m/npH当m/n=1时，每单位pH变化引起的Eh变化(Eh/pH)，在25度时为59mV。Eh随pH增加而降低

第53页：土壤氧化还原的生物环境

土壤氧化还原的生物环境：三、土壤氧化还原的生物环境植物生长与微生物活性：旱地植物、水稻；好氧微生物、厌氧微生物元素的有效性：氧化还原状况主要影响土壤中变价元素的生物有效性，如Fe3+/Fe2+、Mn4+/Mn2+。氧化还原状况影响养分的存在形态，从而影响它的有效性。

如氮，在Eh>480mV以硝态氮为主，当Eh<220mV时，以铵态氮为主有毒物质积累：在强还原性土壤中，产生Fe2+、Mn2+离子及还原性物质H2S和丁酸等物质。Eh<200mVFe还原，Eh<-200mV产生强还原性物质

第54页：土壤通气性微生物活动易分解有机质

土壤通气性微生物活动易分解有机质

土壤通气性微生物活动易分解有机质的含量植物根系的代谢作用土壤的酸碱度：△Eh/△pH= −59mV一般土壤Eh随pH的升高而下降四、影响土壤氧化还原的因素

第55页：土壤氧化还原状况的调节

土壤氧化还原状况的调节：五、土壤氧化还原状况的调节氧化还原状况的调节排灌有机肥

第56页：土壤中的沉淀溶解和络合解离反应

土壤中的沉淀溶解和络合解离反应

第四节土壤中的沉淀溶解和络合解离反应

第57页：土壤中的沉淀溶解和络合解离反应（续）

土壤中的沉淀溶解和络合解离反应（续）

AaBb……(固)aA(液)+bB(液)+……K=溶度积（Ksp）=[A]a·[B]b…… (标准状况下)沉淀溶解反应溶度积的应用abABAa·Bb磷酸八钙：pKsp=46.91pKsp=34.5粉红磷铁矿羟基磷灰石pKsp=113.7pKsp=30.5磷铝矿氟磷石：pKsp=120.86pKsp=6.56-6.57磷酸二钙[lyzhr1]

第58页：土壤中的沉淀溶解和络合解离反应（续2）

土壤中的沉淀溶解和络合解离反应（续2）：本页为数据表，原始文本数字粘连，暂未安全还原为真表格，建议对照原课件图片核对。

[lyzhr1]0123456782346785pHA1PO4·2H2O-A1(OH)3CaH4(PO4)3·3H2OCaHPO4·2H2O1046Ca(PO)(OH)2CaCO3ρCO2(巴)0.00030.1Ca10(PO4)6(F)2-CaF2FePO4·2H2O-Fe(OH)324-log(HPO)图9-6土壤中磷的溶解度图（Lindsay和Moreno，1960）

第59页：溶度积应用的局限性及影响因素

溶度积应用的局限性及影响因素

溶度积应用的局限性及影响因素[lyzhr1]离子效应、盐效应、络合效应的影响土壤pH和Eh的影响土壤矿物结晶的缺陷和杂质的影响粒径大小的影响

第60页：络合解离反应络合物与络合稳定性

络合解离反应络合物与络合稳定性

络合解离反应络合物与络合稳定性[lyzhr1]重金属离子与电子给予体以配位键方式结合的过程称为络合反应，其产物叫做络合物，又称配位化合物。在络合反应中，具有一个以上配位基团的配位体与金属离子络合形成的环状结构的络合物叫螯合物。

土壤中常见的配位活性基团包括：烯醇基（-O-）、胺基（-NH2）、偶氮基（-N-N-）、环状氮（≡N）、羧基（-COO-）、磺基（-SO3H）、硫基（-SH）、磷酸基（-PO(OH)2）等ab影响因素：离子种类；溶液中支持电解质的种类和溶液pH；螯合物环的大小、数目。

土壤有机物质的螯合作用[M]a[L]b等。络合物稳定性：aM+bLML稳定常数K[MaLb]

第61页：土壤的缓冲性

土壤的缓冲性：第四节土壤的缓冲性Soilbuffering一、土壤缓冲性的概念土壤抵抗酸碱物质，减缓pH变化的能力。广义上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。

第62页：土壤缓冲性的机制1土壤溶液

土壤缓冲性的机制1土壤溶液

土壤缓冲性的机制1土壤溶液的缓冲作用弱酸及弱酸盐、弱碱及弱碱盐共存时都具有缓冲作用。石灰性土壤主要是CaCO3-H2O-CO2体系CaCO3+H2O+CO2=Ca2++2HCO3-pH=6.03—2/3logpCO2大气中CO2浓度约0.03%，所以石灰性土壤pH稳定在8.5左右

第63页：2土壤胶体的缓冲作用阳离子交换作用对酸

2土壤胶体的缓冲作用阳离子交换作用对酸

2土壤胶体的缓冲作用阳离子交换作用对酸的缓冲O-M+HClO-H+MCl对碱的缓冲O-H+MOHO-M+H2O所以，土壤缓冲性的大小取决与CEC的大小，CEC愈大，缓冲性愈大3酸性土壤中的活性铝和交换性铝对碱的缓冲作用pH<4.0土壤，铝离子以Al(H2O)63+存在pH>5.0时，铝离子形成Al(OH)3↓失去缓冲性4有机酸体系

第64页：影响土壤缓冲能力的因素

影响土壤缓冲能力的因素：二、影响土壤缓冲能力的因素1土壤胶体类型、质地及其交换能力CEC量大，缓冲能力大Mont>Illite>Kaol>Fe/AlOxidesClay>Silt>sandOM2盐基饱和度在CEC相等的条件下，盐基饱和度愈高，对酸的缓冲能力愈大；盐基饱和度愈低，对碱的缓冲能力愈大。