土壤的氧化还原性PPT课件
土壤的氧化还原反应
5. 土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。
6. 土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、排水而变化。
二、土壤氧化还原指标
１ . 强度指标
（ 1 ）氧化还原电位（ Eh ）：单位pe
土壤氧化还原体系
土壤中同一物质可区分为氧化态 ( 剂 ) 和还原态 ( 剂 ) ，构成相应的氧化还原体系。
1. 土壤空气中Ｏ ２ 是主要氧化剂，在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如 NO 3 － 、 Fe 3+ 、 Mn 4+ 、 SO 4 2 － 等。
（ 3 ） Eh 与 pH 的关系
土壤的氧化还原反应总有 H + 参与， H + 的活度对氧化还原平衡有直接影响。
2. 氧化还原强度指标与数量因素的关系
土壤还原性物质包括有机和无机还原性物质，还原性物质总量可以测定，但很难直接与 Eh 联系起来。当然土壤还原性物质的浓度仍与 Eh 有密切的统计相关性。
2. 土壤有机质特别是新鲜有机物是主要还原剂，在土壤缺Ｏ ２ 条件下，将氧化物转化为还原态。
3. 土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机体系。
无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。
4. 土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，在很大程度上有微生物的参与，例如 NH 4 + → NO 2 - → NO 3 - ，分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成。
9-11土壤水、气、热的调节土壤氧化还原性质土壤孔性
9 土壤水、气、热的调节§1 土壤水的调节① 控制地表径流，增加土壤水分入渗② 减少土壤水分蒸发③ 合理灌溉④ 提高土壤水分对作物的有效性⑤ 多余水的排除§2 土壤空气调节改善土壤结构，增大土壤孔隙度；通过调节水分，控制通气状况。
§3 土壤温度调节1）合理耕作与施用有机肥2）以水调温3）覆盖与遮荫Chap. 10 土壤氧化还原性质§1 土壤氧化还原体系§2 土壤氧化还原电位土壤氧化还原电位可用下式表示：E0为标准氧化还原电位（化学手册中可查到）n为反应中电子转移数用0.059时，单位为v，用59时为mv土壤氧化还原状况分级（表2-21）旱地土壤的Eh值多在400~700mV之间，大于700mV，表明土壤通气过强； Eh 值低于200mV，则土壤通气不良。
水田土壤的Eh值变化较大，正常值低于200~300mV，长期积水的水稻土可降至100mV甚至下降到负值。
一般水稻适宜在轻度还原条件（180-300mV）下生长。
水田土壤的Eh值低于180mV或100mV，将使土壤中Fe2+、Mn2+的浓度升高，导致水稻Fe、Mn中毒。
Eh降至负值时，会产生有机酸和H2S。
Eh <-100mV时，硫化物与亚铁生成硫化铁沉淀，使水稻产生黑根。
土壤养分的转化也与Eh值有密切的关系。
N的转化（硝化、反硝化）Fe的有效性P的有效性等Chap. 11 土壤孔性§1 土壤孔性的概念土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙。
土壤孔性包括孔隙度（孔隙的数量）和孔隙类型（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。
§2 土壤孔隙度土壤孔隙度是单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。
它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。
一般是通过土壤容重和土壤密度来计算。
土壤孔隙度= [1- （容重）/相对密度] ×100%土壤孔隙度=[孔隙容积/土壤容积] ×100%=[（土壤容积-土粒容积）/土壤容积] ×100%=[1-（土粒容积/土壤容积）] ×100%= [1-（土粒重量/土粒密度）/（土壤重量/容重）] ×100%= （1-容重/土粒密度）×100%土粒密度：单位容积（无粒间孔隙）的固体土粒的干重。
土壤(第九章)土壤酸碱性和氧化还原反应..
土壤碱化度分级：
ESP 5%~10% 10%~15%
＞15%
轻度碱化土 中度碱化土 强碱化土
盐土——土壤表层可溶性盐（以NaCl、Na2SO4等 中性盐为主）超过一定含量（6~20g/kg）。
我国碱土定义：碱化层碱化度＞30%， 表层含盐量＜5g/kg，pH＞9.0
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
（2）生物因素 Na、K 、Ca、Mg等盐基的生物积累。 一些植物适应在较干旱条件下生长，而且有
富集碱性物质的作用：海蓬子含Na2CO3 3.75%， 碱蒿含2.76%。盐蒿含2.14%。
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（3）母质 碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含
碱性物质。含盐基物质多，形成的土壤为碱性。 （4）施肥和灌溉
碱性土还原pH下降，主要由于在嫌气条件 下有机酸和CO2的积累过程及其综合作用。
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第三节 土壤氧化还原反应
一、土壤氧化还原体系
土壤中同一物质可区分为氧化态(剂)和还原态 (剂),构成相应的氧化还原体系 。
土壤学
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1.土壤空气中O2是主要氧化剂 通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使 多种物质呈氧化态，如NO3－、Fe3+、Mn4+、SO42－等。 2.土壤有机质特别是新鲜有机物是主要还原剂，在 土壤缺O2条件下，将氧化物转化为还原态。 3.土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机体系。
6.土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、 排水而变化
土壤学
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二、土壤氧化还原指标
1. 强度指标 （1）氧化还原电位（Eh）
土壤酸碱性和氧化还原反应
第一节 第二节
土壤酸碱性 土壤标
（1）熟悉土壤酸碱性及其成因，掌握土壤酸碱变化 规律，明确酸碱性对林木生长和土壤养分的影响。 （2）掌握土壤氧化还原性能的衡量指标
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2
第一节 土壤酸碱性
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3
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中国土壤酸碱性分布规律
中国土壤的酸碱性反应，大多数在 pH4.5~8.5之间。在地理分布上有“东南酸 西北碱”的规律性。大致可以长江为界（北 纬33~35），长江以南的土壤为酸性或强酸 性，长江以北的土壤多为中性或碱性。我国 土壤的酸碱性南北差异很大，由南向北土壤 pH相差7个数量级。
常用缓冲容量来表示土壤缓冲酸碱 能力的大小，即缓冲一个pH单位所需要 的酸或碱的数量。
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土壤具有缓冲性的意义
土壤具有缓冲性，使土壤的pH不致因施肥、根 系呼吸、有机质分解等引起剧烈变化，为植物生长和 微生物活动创造一个稳定良好的土壤环境条件。所以 ，土壤缓冲性能是影响土壤肥力的重要性质。
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沉淀而失去对碱的缓冲能力。
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第三节 土壤的氧化还原反应
♣一、土壤中的氧化还原体系 ♣二、土壤的氧化还原电位 ♣三、影响土壤氧化还原电位的因素
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一、土壤中的氧化还原体系
•
土壤中主要的氧化剂是大气中的氧
进入土壤中，与土壤中的化合物起作用，
得到两个电子而还原为O2-，土壤中生
物化学过程的方向与强度，在很大程度
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• 2.弱酸及其盐类的缓冲作用 土壤中大量存在的碳酸、磷酸、硅
酸、腐殖酸和其他有机酸及其盐类构成 许多缓冲对，也可以缓冲酸和碱的作用。
当加入酸时：CaCO3+H2SO4
【土壤学】 第8章 土壤酸碱性和氧化还原性【精】
二、土壤碱度
碱性反应是土壤溶液OH-超过H+时反映出来，pH越高，碱性越强。
1、土壤总碱度
液相指标
石灰性土壤：具有石灰性反应的土壤。稀HCl检验。 2、土壤碱化度（钠饱和度） 固相指标
交换性钠离子占阳离子交换量的百分数，即钠饱和度。ESP 胶粒– Na + HOH =胶粒– H + NaOH 2 NaOH + H2CO3 = Na2CO3 + H2O 或 NaOH +CO2= Na2HCO3
石灰需要量 = 土壤体积 x 容重 x CEC x（1 -盐基饱和度） 石灰常数：石灰需用量理论值要乘以一经验常数，得出实际需用量。
石灰石粉： 1.3; 生石灰: 0.5
3、 改良土壤碱性
➢ 施用有机肥：CO2，有机酸 ➢ S及含S化合物 ➢ 生理酸性肥料 ➢ 石膏，硅酸钙，以钙换钠
第二节 土壤氧化还原性
3、与植物生长的关系
植物生长对土壤反应的要求 一般pH 6.5左右，各种养分有效性较高，大多数作物比较适宜。
五、土壤酸碱性的调节
1、土壤酸度的调节
1）施用石灰，调节土壤酸度，防Al, Mn危害
2）中和潜性酸 3）增加Ca，改良土壤结构 2、酸性土壤石灰需要量
方法
✓中和交换性酸或水解性酸 ✓依CEC和盐基饱和度计算
二、土壤氧化还原状况与土壤肥力的关系
1、指示土壤通气和排水情况
旱地一般 300-600； 若低于200，排水不良； 水田一般低于200-300，适宜180—200，若低于100，强还原，长期 -1 80以下，水稻死亡。
2、土壤养分形态和供应情况 高价—低价
3、 强还原状况下有毒物质产生和积累 有机酸， Fe2+ Mn2+ H2S CH4 H2
土壤酸碱性和氧化还原反应
强酸性土壤 Soils with strong acidity
交换性Al3+与溶液Al3+处于平衡：
Soil colloid Al3+
Al3+
溶液中Al3+水解显示酸性：
Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+
强酸性土中，Al3+大大多于交换性 H+,是活性酸（溶液 H+离子）的主要来源。 如：pH＜4.8的红壤，交换性Al3+占总酸度的95%以上
M H
Soil colloid
M
+ 2H+
Soil colloid
H
+
2M+
土壤中H+的来源 Origin of H+ in soils
水的解离 Dissociation of H2O
HOH H OH
碳酸解离 Dissociation of H2CO3 有机酸的解离 Dissociation of organic acid
土壤酸碱性和氧化还原反应
第一节 土壤酸、碱性的形成
Formation of soil acidity and alkalinity
Importance
The soil reaction is a term used to indicate soil acidity/alkalinity or acid-base reactions in soils. Many soil chemical and biochemical reactions can occur only at specific soil acidity/alkalinity. The rate of decomposition of soil minerals and organic matter is influenced by soil acidity/alkalinity. Formation of clay minerals depends on soil pH. Plant growth is also affected either directly or indirectly by soil pH. H+ ions are reported to have a toxic effect on plants when present in high concentration.
土壤酸碱反应和氧化还原反应ppt课件
土壤酸碱性的分级
强酸性 酸性 中性 碱性 强碱性
pH<5.0 pH5.0-6.5 pH6.5-7.5 pH7.5-8.5 pH>8.5
2、潜性酸
（1）概念与成因 土壤胶粒上吸附的氢离子和铝离子进
入土壤溶液后表现出来的酸度，称为潜 性酸。
在一般矿质土壤中, 由交换性铝离子产 生的酸度, 比由交换性氢离子产生的酸度 重要。红壤的交换性酸度，90%以上是 由交换性铝所引起。
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。
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。
（2）测定方法
---代换性酸度：用过量的中性盐（如KCl） 溶液与土壤作用，将胶体上吸附的氢离 子和铝离子代换出来。
H+ me/100g， Cmol（+）/kg
---水解性酸度
用弱酸强碱盐（通常用pH8.2的醋酸钠）浸 提的土壤溶液的酸度。
4CH3COONa + 3H2O + H-(S) Al
Na
过度施用石灰的负面影响
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。 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；
石灰需要量的估算
石灰需要量= 土壤体积*容重*CEC*（1-盐基饱和度） 单位：千克/公顷
第10章土壤氧化还原反应
第10章土壤氧化还原反应10.1基本概念 (1)10.2土壤物质的氧化还原过程 (6)10.3土壤氧化还原状况的生态影响及其调节 (13)[本章提要]土壤中的许多化学和生物化学反应都具有氧化还原特征，因此氧化还原反应是发生在土壤（尤其土壤溶液）中的普遍现象，也是土壤的重要化学性质。
氧化还原作用始终存在于岩石风化和土壤形成发育过程中，对土壤物质的剖面迁移，土壤微生物活性和有机质转化，养分转化及生物有效性，渍水土壤中有毒物质的形成和积累，以及污染土壤中污染物质的转化与迁移等都有深刻影响。
在农林业生产、湿地管理、环境保护等工作中，往往要用到土壤氧化还原反应的有关知识。
10.1基本概念10.1.1氧化还原体系土壤中有多种氧化物质和还原物质共存，氧化还原反应就发生在这些物质之间。
氧化反应实质上是失去电子的反应，还原反应则是得到电子的反应。
实际上，氧化反应和还原反应是同时进行的，属于一个反应过程的两个方面。
电子受体（氧化剂）接受电子后，从氧化态转变为还原态；电子供体（还原剂）供出电子后，则从还原态转变为氧化态。
因此，氧化还原反应的通式可表示为氧化态 + ne还原态（10—1）土壤中存在着多种有机和无机的氧化还原物质（氧化剂和还原剂），在不同条件下他们参与氧化还原过程的情况也不相同。
参加土壤氧化还原反应的物质，除了土壤空气和土壤溶液中的氧以外，还有许多具可变价态的元素，包括C、N、S、Fe、Mn、Cu等；在污染土壤中还可能有As、Se、Cr、Hg、Pb等。
种类繁多的氧化还原物质构成了不同的氧化还原体系（redox system）。
土壤中主要的氧化还原体系如表10—1。
表10—1 土壤中主要的氧化还原体系10.1.2氧化还原指标10.1.2.1强度指标 1、氧化还原电位（Eh ）氧化还原电位（redox potential ）是长期惯用的氧化还原强度指标，它可以被理解为物质（原子、离子、分子）提供或接受电子的趋向或能力。
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大量测定结果表明，土壤的还原性物质越多， 其氧化还原电位越低。
氧化还原强度因素与数量因素有着不同的实际 意义:前者决定化学反应的方向，后者则是定量研 究各种氧化还原反应时的依据。两种指标结合起 来，就可以更全面的了解土壤氧化还原状况。
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2. 土壤氧化还原过程的特点
1）体系的多样性 2）反应的复杂性 3）决定氧化还原电位的体系 4）还原顺序 5）氧化还原平衡的变动
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第二季土壤的主要性质
四.土壤的氧化还原性
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土壤中主要的还原体系
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体系
氧体系 有机碳体系
氮体系 硫体系 铁体系 锰体系 氢体系
物质状态
氧化态
还原态
O2 CO2
NO3SO42Fe(OH)3、Fe3+、 Fe2O3… MnO2、Mn2O3 …
H+
O2-
CO、CH4、还原性有机物 等
NO、N2O、N2 NH3… S S2- H2S…
+200~- 100mV为中度还原状态，此时出现较多还原性有机物，Fe3+、 SO42-被还原; Eh<- 100mV为强度还原状态，此时CO2、H+被还原,且硫化物开始大7 量出现。
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1）土壤通气状况
通气状况决定土壤空气和土壤溶液中的氧浓度。通气良好的土壤与大气间气体交换 迅速，土壤含氧浓度高，氧化作用占优势，Eh较高。
2）微生物活动
通气土壤中，好氧性微生物的有氧呼吸消耗土壤溶液与土壤空气中的氧气，活动越 激烈，好氧越迅速，趋于使Eh值下降。
3）土壤中易分解有机质的含量
土壤中易分解的有机质越多，耗氧越多，Eh降低的趋势越明显。
4）土壤中易氧化或易还原的无机物状况
土壤中易氧化的还原态无机物质愈多，则还原条件愈发达，并且抗氧化的平衡作用 也愈明显。相反，土壤中易还原的氧化态无机物质愈多，抗还原的能力就愈强。
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3.土壤氧化还原状况及其影响因素
在土壤学中，常把+300MV作为氧化性和还原性的分界 点。也有学者根据Eh值对土壤氧化还原状况进行分级：
Eh>+700mV为强氧化状态，此时通气性过强;
+ 700～+400mV为氧化状态，此时氧化过程占绝对优势，各种物质 以氧化态存在;
+400~ + 200mV为弱度还原状态，此时NO3-、Mn4+ 被还原;
一个氧化还原反应体系的氧化还原电位可用下 列通用ห้องสมุดไป่ตู้式表达：
Eh=E0 +
l_Rnn_TF_
_[氧__化__态__]_ [还原态]
能斯特（Nernst）公式
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将各常数值代入能斯特公式，在25℃时，并采用 对数，则有：
Eh=E0+ _0_•.0_nl_5o_9_g
_[氧__化__态__]_ [还原态]
[氧化态]/[还原态]的比值决定了Eh值高低。比值 愈大，Eh值愈高，氧化强度愈大；反之，则还原强 度愈大。
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2)土壤氧化还原强度指标及其与数量因素的关系 氧化还原数量因素是指氧化性物质或还原性物质
的绝对含量。由于土壤物质体系的复杂性，测得的 氧化还原数量往往难以直接与Eh联系起来。
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Fe2+ Fe(OH)2…
Mn2+ Mn(OH)2…
H2
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1.土壤氧化还原强度指标
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1)氧化还原电位（Eh） 氧化还原电位是长期惯用的氧化还原强度指标。
它可以被理解为物质(原子、离子、分子)提供或接 受电子的趋向或能力。物质接受电子的强列趋势意 味着高氧化还原电位，而提供电子的强烈趋势则意 味着低氧化还原电位。
5）土壤pH值 6）植物根的代谢作用
植物根分泌物可以直接或间接影响根际土壤的氧化还原状况。一般植物根分泌物往 往导致根际Eh值降低，很多植物根际的Eh值要比根外土壤低几十至上百毫伏;湿生植物 的根系往往分泌氧，使根际土壤的Eh值较根外土体高几百毫伏。
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