土壤酸碱性及缓冲性

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1、第九章土壤酸碱性及缓冲性第九章土壤酸碱性及缓冲性第一节土壤酸碱反应土壤的酸碱性虽然通常是由土壤溶液反映出来，但它是土壤固相、液相和气相之间相互作用，在动态平衡过程中所表现的性质。当土壤溶液中扌浓度大于0戌浓度时，土壤呈酸性反应；反之则呈碱性反应；而当二者浓度相等时，则呈中性反应。1. 土壤酸性形成的原因1土壤中的来源:在湿润、半湿润地区，降雨量犬犬超过了蒸发量，土壤及其母质的淋溶作用非常强烈，土壤中盐基离子随水淋失，使土壤中易溶性盐分减少。此时土壤溶液中的部分氏被土壤胶体吸附而取代盐基离子，使盐基饱和度(BSP)下降，饱和度增加，导致土壤酸化。在交换过程中土壤溶液中町以由以卜方式补给。水的解离

2、：水分子虽是弱电解质，解离常数很小，但由于W被土壤胶体吸附而使其解离平衡受到破坏，此时将有新的解离出来。碳酸(carbonicacid)的解离：生物呼吸作用以及有机质分解时会产生CO：,而CO：溶于H：0形成HcCO3H2CO3.匕H+HCO3仃机酸(organicacid)的解离：土壤中各种有机质分解的中间产物有草酸、柠檬酸等各种低分子有机酸，特别在通气不良情况下，有机酸可能积累过多。无机酸(inorganicacid)：由于氧化等作用的发生，使土壤中产生各种各样的无机酸。例如：硝化作用可产生硝酸、硫化作用可产生硫酸。另外(NHJ:SO、KC1和NHtCl等生理酸性肥料施入到土壤中，因为阳离

3、子NH、IT被植物吸收而留卞酸根，导致溶液中扌増多，使溶液呈酸性。1. 酸雨(acidprecipitation)：大气化学物质(PH5.6)通过两种重要途径降落到地面：一是通过气体扩散，将固体物降落到达地面称之为干沉降；另一种是随降水，夹带人气酸性物质到达地面称之为湿沉降，习惯上称为酸雨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。胶体I.交换件铝离产的形成：氢离子进入土壤吸收复合体后，随着阳离子交换作用的进行,土壤盐基饱和度逐渐卜降，而氢离子饱和度渐渐提高。当土壤有机矿质复合体或铝硅酸盐粘粒矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，这些胶粒的晶体结构就会遭到破坏，有些铝氧八面

4、体被解体，使铝离子脱离了八面体晶格的束缚，变成活性铝离子，被吸附在带负电荷的粘粒表面，转变为交换性铝离子。这种转变的速度是相当快的，据我国红壤的一些试验，新制备的轻质粘土，经过0.5小时后，交换性酸中有52%58%转变为铝离子，6小时后，交换铝离子增加至72%98$,即矿物晶面负电荷相结合的氢离子，迅速地被晶格中的铝离子交换。2. 止壤碱件的形成机嘔土壤碱性反应及碱性土壤形成是自然成土条件和土壤内在因素综合作用的结果，土壤溶液中OF的来源主要是钙、镁、钠的碳酸盐和重碳酸盐，以及土壤胶体表面吸附的交换性钠水解的结呆。2. 1碳酸钙(calciumcarbonate)水解在石灰性土壤和交换性钙占优

5、势土壤中，碳酸钙一土壤空气中的CO,分压和土壤水处于同一个平衡体系。碳酸钙可通过水解作用产生0旷离子，其反应式如下：CaCOs+H：OCa+HCCV+0H_因为HCO厂又与土壤空气中CO,处于下面的平衡关系：g+HOHCOs一+H+所以石灰性土壤的pH主要是受土壤空气中CO：分压控制，pH值在7.58.5之间，称为石灰性反应(calcareousreaction)。1. 2.碳酸钠(sodiumcarbonate)的水解:碳酸钠(苏打)在水中能发生碱性水解,使土壤呈强碱性反应。土壤中碳酸钠的来源有：-I；汀物质屮的钠在碳酸作用下形成重碳酸钠，重碳酸钠失去I的CO：则形成碳酸钠。2. 土壤矿物风

6、化过程中形成的硅酸钠，与含碳酸的水作用，生成碳酸钠并游离出SiOco.盐渍土水溶性钠盐(如氯化钠、硫酸钠)与碳酸钙共存时，可形成碳酸钠3.交换件钠(exchangeablesodium)的水餉：交换性钠的直接水解或被交换进入呈强碱性反应，是碱化土的重要特征。由于土壤中生物呼吸作用以及有机质分解过程不断产生C0：,所以交换产生的NaOH,实际上是以Na,C03或NaHCOs形态存在的。土壤碱土的形成：土壤碱化与盐化有着发生学上的联系。盐土在枳盐过程中，胶体表面吸附有一定数量的交换性钠，但因土壤溶液中的可溶性盐分浓度较高，阻止交换性钠水解。所以，盐土的碱度一般都在PH8.5以下，物理性质也不会恶化

7、，不显现碱土的特征。只有当盐土脱盐到一定程度后，土壤交换性钠发生解吸，土壤才出现碱化特征。但土壤脱盐并不是土壤碱化的必要条件。土壤碱化过程是在盐土积盐和脫盐频繁交替发生时，促进钠离子取代胶体上吸附的钙、镁离子，而演变为碱化土壤。3. 土壤酸度(soilacidity)的抬袖：酸性一方面是由土壤溶液中的氢离子(山)所引起的；另一方面也可以由被土壤胶体所吸附的交换性致酸离子(氏和All所引起。前者称为活件酸(activityacid),后者称为潜件酸(potentialacid)。2. 1活性酸度(activityacidity)：活性酸度是由于土壤溶液中游离的才所表现的酸度。通常用pH值表示，它

8、是土壤酸性的强度指标。土壤酸碱度一般可分为9级(衣l|o表土壤酸碱度分级PH值酸碱度分级PH值酸碱度分级9.5极强碱性6.5-7.0中性3. 标成谷，土壤学(北方本)，19962、潜性酸度(potentialacidity)：土壤的潜性酸度是指土壤胶体上吸附的if和Al所引起的酸度。这些离子呈吸附态时不显示酸性，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。土壤潜件酸比活性酸度人得多，一般相差34个数量级。潜在酸度通常用每公斤烘干土中的厘摩尔数表示cm。1(+)/kg。这是土壤酸性的数量(容量)指标。土壤潜性酸度的人小常用交换忤酸度或水解性酸度表示。代换ft酸度(ex

9、changeacidity)(或交换性酸度):用过量的中性盐酸溶液(如lmol/LKC1或0.06mol/LBach)与土壤胶体发生交换作用，将胶体上的人部分扌和A1交换进入土壤溶液，产生酸性。用标准碱液滴定溶液中的氏(交换性H及由Al水解产生的)根据消耗的碱量换算为交换性If与交换性A1”的总量，即为代换性酸量(包括活性酸)。由于此反应产物是强酸和A1(OH)3沉淀，是一个可逆的阳离子交换平衡反应，因此，所测得的交换性酸屋，只是潜性酸量的人部分，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屋时有重要参考价值。水解性酸度(hydrolyticacidity):用弱酸强酸盐溶液(如pH8

10、.2的lmolL1NaOAc溶液)处理土壤，W与土壤胶体上吸附的Al和H发生交换反应。这样测得的潜性酸的量称之为土壤的水解酸度。首先是NaOAC水解生成弱酸(解离度很小)醋酸和完全解离的氢氧化钠，由钠离子来交换胶体上吸附的A1和H*：上述反应的产物一个是弱酸和Al(OH)s沉淀，不易解离，所以反应向右进行较彻底，即土壤胶体中吸附的IT和A广能较完全被交换出来(相对于代换性酸度而言)。一般情况下，土壤水解酸度人于交换性酸度，土壤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。3. 3活性酸和潜在酸的关系：土壤中的活性酸和潜在酸，是属于一个平衡系统中的两种酸,它们是相互联系，可以相互转化

11、的。土壤的酸度大小主要决定活性酸。胶体A13+4-4KC1+3HoO胶体4K*+Al(OH)3+4HC14. (潜在酸)(活性酸)土壤碱性的指标1总碱度(totalalkalinity)：是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。即：总碱度二COs+HCO单位以cmol(-)/L表示。3. 2碱化度(degreeofalkalisation)(钠碱化度：ESP)。碱化度是指交换性钠离子占阳离子交换量的百分数。当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐含量较低时，土壤就呈极强性的碱性反应，pH值人于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，耕性极差。土壤理化性质上发生的这些恶劣

12、变化，称为土壤的“碱化作用(alkalization)”。土壤碱化度常被用来作为碱土分类及碱化土壤改良利用的指标和依据。我国则以碱化层的碱化度30%,表层含盐量9.0定为碱土。而将土壤碱化度为5%10%定为轻度碱化土壤，10%15%为中度碱化土壤，15%20%为强碱化土壤。5. 七壤酸碱性对土壤肥力的影响1土壤酸碱对土壤微生物的影响：土壤酸碱性直接影响土壤微生物区系的分布和它们的活性。上壤细菌适宜F中性坏境:如固氮细菌适宜在pH值为6.8的环境条件生活，硝化细菌喜欢在pH值为68的坏境中生活。放线菌适宜于微碱性坏境：戊菌町在酸性及碱性条件卜活动:在pH5.5的强酸性土壤中，细菌和放线菌活性明显

13、下降,因此，在强酸性土壤中真菌则占优势。4. 2土壤酸碱性对土壤胶体带电性影响：见第八章胶体。土壤酸碱性对土壤养分有效性影响：不同营养元素其最人有效性时的土壤pH范|韦|不同，但人部分营养元素在接近中性时有效性最人。土壤酸碱性与土壤中各种营养元素有效性的关系如所示。pH:；U：ni:roger.：土壤氮素在PH5.5以上时有效性高，这与土壤微生物活动的适宜酸碱范闱一致。(phosphorus：:在pH6.5pH7.5时有效性最高,随着pH值的升高，磷的有效性在降低,但当pH8.5以上时，由于钠的存在形成可溶性碱金属的磷酸盐，其溶解度增犬，有效性也人,但植物根系却町能受强碱腐蚀毒害，而不能正常吸

14、收。W(potassium):在土壤pH值W5时,因钾的淋失而可能使土壤缺钾。当土壤pH值增高时,土壤含盐基亦高，钾的有效性增大。实际上pH值增加至6以后，以及在中性和碱性范闱中，钾的有效性一直是良好的。钙(calcium)、镁(magnesium)在pH68时有效性最好，在pH8.5以上时，易形成碳酸盐沉淀；在酸性条件下它们的盐为可溶性，呈有效态，但易被淋失。铁(iron)、锈(manganese)、铜(copper)、锌(zinc)、钻(cobalt)等微量元素，在中性、碱性条件下溶解度降低，造成这些微量元素缺乏：而在强酸性土壤中，其溶解度增犬，有利植物吸收，但若过多时，又会对植物造成毒害

15、作用。i：(molybdenum：:在强酸性土壤中钳变为无效，当pH值升高到6或6以上时，它的有效性随之而增加。也(boron：的有效性以pH57范|制内为最高，在强酸性土壤中硼易被淋失，而在pH8.5时溶解度降低，所以施用石灰过量时也可导致硼素的缺乏。6.土壤酸碱性对植物生长的影响植物在长期自然选择过程中，形成了各自对土壤酸碱性特定的要求，其中有的植物能在较宽的pH值范围内生长，对土壤反应非常迟钝。有的植物对土壤反应却非常敏感，它们只能在某一特定的酸碱范鬧内生长，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(indicatorplant)o大多数植物都不能在pH值低于3.5和高于

16、9的情况卞生长，但各种树种都有它适合的pH值范闱(见教材)。由于不同植物对土壤的酸碱性要求不同，在植树造林时，一定要考虑各造林树种最适合的土壤pH值范围，做到因地制宜，适地适树，合理利用土壤资源。此外，土壤的酸碱性对植物病虫害也常常有很人影响，因为地下害虫和某些病原菌要求一定范I制内的pH值环境条件。常见的指示植物：可以帮助人们在野外确定土壤的酸碱性1、酸性土的指示植物铁芒箕(Dicranopterislinearis),生在华南酸性土上。地刷子(Lycopodiumcomplanatum)生在海拔较高的冷湿地区。铺地毀蚣(Lycopodiumcernuum)生在亚热带的潮湿地区。2、钙质土的

17、指示植物铁线蕨(Adiantumcapillus-veneris)，分布在华南和西南的石灰岩地区。有尾铁线蕨(Adiantumcaudatum)，生长在华南。3、盐土的指示植物海蓬子(Salicorniaherbacea)分布在河北和辽东沿海的盐土上。盐爪爪(Kalidiumgracile)分布在内陆盐土上。4、盐碱土的指示植物盐吸(Suaedaussuriensis)分布在华北和东北的盐土、碱土和盐碱土上。三棱草(Scirpusmaritimus)生长在排水不良的盐土、碱土和盐碱土上。三春柳(Tamarixjuniperina),分布在渤海边和内蒙黄河沿岸的盐土区。5. 我国I-壊酸诚忤他弭

18、:南酸北碱,一般在4.5至8.5之间。吉林、内蒙占、华北的碱土的PH值有的高达10.5o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|韦|。盐基饱和度与土壤酸度关系密切。在一定范闱内土壤pH值随盐基饱和度的增加而增高。这种关系犬致如下：土壤pH值5.05.05.55.56.06.07.0土壤盐基饱和度（）5时，上述A1就会相互结合而产生A1（OH）3沉淀，并失去其缓冲能力。3. 澎响I:理缓冲能丿丿的内坍：一般地说，土壤阳离子交换量愈人，土壤的缓冲能力愈人：所以影响土壤缓冲性强弱的因素首先是土壤胶体的数量和种类。一般土壤缓冲性人小的顺序是：腐殖质胶体次生粘土矿物胶体含水氧化物胶体。增加土壤有机质和粘粒，就可增人土壤的缓冲性能。#