土壤肥料學(xué)-第三章3-土壤電性氧化還原

1、第三章 土壤的基本性狀,第五節(jié) 土壤電性與離子交換,第五節(jié) 土壤電性與離子交換,1、土壤電性；2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附；3、土壤膠體對陽離子的非交換性吸附；4、土壤膠體對陰離子的交換性吸附；,土壤中的電荷是由土壤膠體提供的；一般土壤都顯現(xiàn)負電荷；土壤膠體帶負電荷是指它的凈電荷為負電荷；土壤膠體的吸附作用；,1、土壤電性,,離子吸附：離子從溶液轉(zhuǎn)移到膠體表面的過程；離子解吸：原來吸附到土壤膠體上的離子轉(zhuǎn)移到溶

2、液的過程；,兩者之間動態(tài)平衡,1、土壤電性,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,（1）陽離子交換作用（Cation Exchange） 土壤膠體吸附的陽離子與周圍溶液中的陽離子進行等當量代換。,（2）陽離子交換作用的特征 ① 可逆性：相對的、動態(tài)的平衡 ② 快速性：一般需要幾秒鐘即可完成 ③ 等電量交換 ④ 受質(zhì)量作用定律支配,2、土壤膠體對陽離

3、子的交換性吸附,（3）陽離子交換能力 ① 電荷價數(shù)：三價>二價>一價 ② 離子半徑及水化半徑：離子半徑越大，單位面積所帶負電荷電量越少，陽離子交換能力越強 ③ 離子濃度,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,離子交換力順序,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,陽離子交換量（ Cation Exchange Capacity ）*** 指在一定的pH條件下，1

4、000g干土所能吸附的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)。單位：cmol (+)/ kg土 可以作為土壤保持養(yǎng)分的指標>20 cmol (+)/ kg ，保肥能力強；10-20 cmol (+)/ kg ，保肥能力中等；<10 cmol (+)/ kg ，保肥能力差。,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,1) 土壤膠體的類型和數(shù)量,腐殖質(zhì)CEC最大對土壤CEC貢獻很大施有機肥提高CEC蒙脫石>水云

5、母>高嶺石>水合氧化物北?南，CEC減少,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,影響CEC大小的因素,土壤膠體的陽離子交換量,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,,不同粘粒礦物組成的土壤膠體的陽離子交換量,,2）土壤質(zhì)地CEC的80%由 粘粒提供粘土>壤土>砂土3) 土壤pH值pH上升→可變負電荷上升→CEC上升帶可變電荷多的膠體的 CEC受 pH影響大南方土壤CEC受 pH影響大,影響CEC大小的

6、因素,鹽基飽和度（Base Saturation ）*** 陽離子種類（1）致酸離子：H+和Al3+ （2）鹽基離子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+,土壤中交換性鹽基離子占陽離子交換總量的百分數(shù),2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,鹽基飽和度的意義反映土壤酸堿度、交換性離子有效度，是肥力指標之一 鹽基飽和土壤：中、堿性（北方） 鹽基不飽和土壤：酸性（南方紅黃壤）

7、 鹽基飽和度以70~90％(基本飽和)較好,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,影響交換性陽離子的有效度的因素,交換性陽離子的飽和度：即該離子的鹽基飽和度,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,陪補離子效應(yīng)：一般來說，某離子的陪伴離子被土 壤膠體吸附力越強，該離子的有效性越高,2、土壤膠體對陽離子的交換性吸附,影響交換性陽離子的有效度的因素,所有的陽離子均可發(fā)生非交換性吸附固定 K+和NH4+的固定最為明顯 土壤水分狀況和

8、土壤pH影響固定態(tài)陽離子的釋放,3、土壤膠體對陽離子的非交換性吸附,1）以陰離子形式存在的養(yǎng)分：N、P、S、B、Mo2）土壤對陰離子的吸附順序 易被吸附的離子：磷酸根、硅酸根 不被吸附的離子：Cl-，NO3-，NO2- 中等離子：硫酸根、碳酸根,4、土壤膠體對陰離子的交換性吸附,陰離子吸附的機制陰離子的非專性吸附：帶正電荷的膠粒因靜電引力吸附陰離子于雙電層外層作為平衡離子，稱為陰離子的非專性吸附陰離子的專性吸附：一些含氧酸的

9、陰離子，置換膠體表面金屬陽離子的配位基，并與金屬陽離子以化學(xué)鍵相結(jié)合，又稱為配位體交換土壤膠體對陰離子的負吸附:距離帶負電荷膠體表面越近，陰離子數(shù)量越少的現(xiàn)象;,4、土壤膠體對陰離子的交換性吸附,第六節(jié) 土壤氧化還原狀況,第六節(jié) 土壤氧化還原狀況,1、土壤氧化還原反應(yīng)；2、土壤氧化還原狀況與土壤肥力及 植物生長的關(guān)系；,Oxidation and reduction reactions occur almost in any

10、soils. Oxidation is by definition the loss of electrons, whereas reduction is the gain of electrons. Fe3+ + e- = Fe2+ Oxidation reactions are usually related to well-drained soil cond

11、itions. Reduction processes are associated with poorly drained conditions, or where excess water is present.,1、土壤氧化還原反應(yīng),土壤中的氧化還原物質(zhì),氧：O2 + 4H+ + 4e- ? 2H2O（主要氧化體系） O2主要來自空氣，極活潑的氧化劑有機物：極強的還原劑（主要還原體系） 有機酸為微生物分解的

12、中間產(chǎn)物,鐵：Fe3+ + e- ? Fe2+ （旱地為高鐵，漬水亞鐵）錳：MnO2 + 4H+ + 2e- ? Mn2++2H2O（數(shù)量較鐵少得多）硫（有機、無機）：S2-+2O2 ? SO42-,后三者受前二者體系影響,1、土壤氧化還原反應(yīng),土壤氧化還原體系的特點 Characteristics of redox systems in soils Ｏ２是主要氧化劑

13、: 在通氣良好的土壤中，氧體系控制氧化還原反應(yīng)，使多種物質(zhì)呈氧化態(tài)，如NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。 SOM(特別是新鮮有機物)是還原劑: 土壤缺Ｏ２條件下，將氧化物轉(zhuǎn)化為還原態(tài)?！?土壤氧化還原體系可分為無機體系和有機體系: 無機體系的反應(yīng)一般是可逆的，有機體系和微生物參與條件下的反應(yīng)是半可逆或不可逆的。,氧化還原反應(yīng)不完全是純化學(xué)反應(yīng)，很大程度上有微生物參與如:NH4+→NO2-→NO3-(分別

14、在亞硝酸細菌和硝酸細菌作用下完成) 土壤是不均勻的多相體系，不同土壤和同一土層不同部位，氧化還原狀況會有不同差異。 土壤氧化還原狀況隨栽培管理措施特別是灌水、排水而變化。,,,,,,,土壤氧化還原電位（Eh）：由土壤溶液中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)的濃度關(guān)系而產(chǎn)生的電位,E0-標準氧化還原電位（mV）：該體系中的氧化劑和還原劑

15、 濃度相等時的電位n： 物質(zhì)氧化還原過程中的電子得失數(shù),1、土壤氧化還原反應(yīng),1）Eh值是反映土壤氧化還原狀態(tài)的指標Eh大，氧化狀態(tài)強Eh小，還原狀態(tài)強2）土壤Eh值一般在700 mv ~ -300 mv之間3） Eh值可作為土壤通氣性的指標4）Eh值表層低，底層高水田低，旱地高不同類型的水稻土有差別,1、土壤氧化還原反應(yīng),,1）影響微生物類群Eh低→硝化細菌少→NO3-少、NH4+多

16、 反硝化旺盛→N損失Eh高→硝化細菌多,2、土壤氧化還原狀況與土壤肥力和植物生長,2）影響土壤養(yǎng)分有效性Eh低，P有效性提高：漬水→pH中性→各種養(yǎng)分有效性高 強烈氧化條件產(chǎn)生缺素癥狀（如Fe、Mn）,2、土壤氧化還原狀況與土壤肥力和植物生長,桃樹缺鐵,玉米缺錳,,3）影響土壤有毒物質(zhì)積累或消失強烈還原條件下，產(chǎn)生Fe2+、H2S、各種有害的有機酸，影響?zhàn)B分（特別是P、K）吸收4）影響植物生長植物體內(nèi)有一定的氧化

17、還原電位，要求土壤的氧化還原條件與植物所需要的相適應(yīng),2、土壤氧化還原狀況與土壤肥力和植物生長,本節(jié)思考題,1、名詞解釋：陽離子交換量、鹽基飽和度、土壤氧化還原反應(yīng)電位2、土壤陽離子交換的特征及其影響因素？3、土壤氧化還原狀況與土壤肥力及植物生長的關(guān)系？,1. 隨著有機質(zhì)含量增減，土壤容重也在發(fā)生變化( )2. 表層土壤容重一般小于底層土壤( )3. 土壤的孔隙分布主要是指土壤中各類孔隙所占的比例( )4. 土壤結(jié)

18、構(gòu)性的好壞反映在土壤孔隙的數(shù)量和質(zhì)量兩方面( )5. 不論旱田還是水田土壤有團粒結(jié)構(gòu)肥力才高( )6. 蒙金土是上層質(zhì)地粘重而下層質(zhì)地較輕( )7. 土壤微結(jié)構(gòu)體由土壤礦物質(zhì)、有機質(zhì)和孔隙所組成( )8.使用有機肥不僅可提高土壤有機質(zhì)含量，也可改變土壤質(zhì)地（ ）。,快速測驗,隨堂測驗,名詞解釋腐殖化過程土壤容重土壤可塑性土壤宜耕期陽離子交換量（CEC）鹽基飽和度（BS）,某100 cm3土壤濕重30