土壤的氧化还原性
土壤酸碱反应和氧化还原反应
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
不同作物对土壤酸碱性都有一定的要求， 这是植物长期的自然选择的结果。常见 植物对土壤pH的要求见下表：
植物适宜的pH范围
适应偏碱 性pH7-8
紫苜蓿
适应中到微 碱性pH6.57.5
苹果
适应中到微 适应偏酸性 适应酸性 酸性的pH6-7 的pH5.5-6.5 的pH5-6
蚕豆
水稻
小麦
金花菜 黄花苜蓿 碗豆
包权
人书友圈7.三端同步
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。
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土壤氧化还原 电位 的研究
土壤氧化还原电位的研究土壤的氧化还原性质与酸碱反应一样，土壤的氧化还原反应也是发生在土壤溶液中的一项重要性质，土壤的氧化还原性对在土壤剖面中的移动和刻面分异，养分的生物有效性，污染物质的缓冲性能等方面都有深刻的影响，水稻土固干湿交替频繁，土壤的氧化还原，反应显得特别活跃。
一、土壤的氧化还原体系土壤的氧化还原体系可分为无机体系和有机体系，比较重要的氧化还原体系，主要有以下一些方面。
土壤中氧化态物质和还原态物质并存，但是由于土壤所处的条件不同，土壤溶液中氧化态物质与还原态物质的相对浓度不同，直接测定这些物质的绝对数量很困难，一般是通过测定这些物质的氧化还原电位(Eh)来判断土壤的氧化还原状况。
物理农业的核心技术之一:土壤连作障碍电处理技术系统二、土壤的氧化还原电位土壤溶液中氧化态物质与还原态物质的相对比例决定着土壤的氧化还原状况，当土壤中某一氧化态物质向还原态物质转化时，土壤溶液中这种氧化态物质的浓度减少而相对应的还原态物质的浓度会增加，随着氧化态物质和还原态物质浓度的相对改变，溶液的电位也随之改变，这种由土壤溶液中氧化态物质和还原态物质的浓度变化而产生的电位称为氧化还原电位，用Eh表示，单位，伏或毫伏。
E0:标准氧化还原电位;体系中氧化剂浓度和还原剂浓度相等时的电位。
n:反应中的电子转移数所以，土壤Eh的大小取决于土壤中氧化态物质和还原态物质的性质与浓度，而氧化态物质和还原态物质的浓度直接受土壤通气性强弱的控制，所以氧化还原电位的高低是土壤通气性好坏的标志。
旱地土壤的Eh多在400-700mv之间，少数情况下也可低至200mv，如果大于750mv，标志土壤完全处于好气状态，可能会导致有机物好气分解过旺，有机物消耗过快，有些养分会因为高度氧化而形成高价化含物从而丧失有效性，应该适当灌水以降低氧的分压。
如果土壤Eh低于200mv则表明土壤水分过多，通气不良，OM分解减慢，减少养分供应，同OM嫌气分解产生的大量有机酸会抑制根系的呼吸作用。
第二章-土壤酸碱性氧化还原性
是指一种阳离子将胶体另一种阳离子交换出来 的能力。
影响阳离子交换能力的因素： a. 离子电荷数量的影响 b. 离子的半径及水化程度 c. 离子浓度
离子半径及水化程度与交换力的美系
离子
2.06
2.94
0.20
1.97
0.01
0.44
1.48
9.14
土壤酸性
3. 活性酸与潜性酸的关系
活性酸
先有活性酸，后有潜性酸；
潜性酸大大地大于活性酸；
活性酸与潜性酸处于动态平 衡中。
潜性酸
活性酸是土壤酸度的起源，代 表土壤酸度的强度；
潜在酸是土壤酸度的主体，代 表土壤酸度的容量。
第二节 土壤碱性
第六节 土壤酸碱性及缓冲性
内容提要
土壤酸性 土壤碱性 土壤酸碱性对土壤肥力和植物生长的影响 我国土壤酸碱性概况与土壤酸碱性调节 土壤缓冲性
土壤酸碱性
土壤酸碱性是指土壤溶液的反应。 它反映土壤溶液中H+浓度和OH-浓度比例，同时也决定土壤
胶体上致酸离子（H+或Al3+）或碱性离子（Na+ ）的数量及 土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量，是由母质、生物、 气候以及人为作用等多种因子控制的。
碱化度在5%-20%时称碱化土，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。
第三节 土壤酸碱性对土壤肥力 和植物生长的影响
土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响
一、对土壤肥力的影响
1. 对土壤微生物的影响 土壤细菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境； 在强酸性土壤中真菌则占优势 。
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。
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 。
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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
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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）
第八章土壤酸碱性和氧化还原反应
胶体
-Ca -(x-2)H
+2H+
(3)土壤胶体上铝离子作用
Al3++H2O⇋Al(OH)2++H+ Al(OH)2++ H2O⇋Al(OH)2++H+ Al(OH)2++H2O ⇋Al(OH)3↓+H+ 土壤中羟基铝离子实际上还很复杂。[Al6
（OH）12]6+、 [Al10（OH）22]8+等等 土壤中交换性铝离子才是土壤潜性酸的主要
（三）生物因素 生物产生的CO2溶于水，产生的H+对于土壤酸化 有重要作用。另外植被不同，残体成分不同，影响土壤酸碱性。
（四）施肥和灌溉的影响 造成土壤酸化等。
如酸性肥（NH4）2SO4、 KCl长期使用
四、土壤酸碱性对土壤肥力的影响
（一）土壤酸碱性对土壤养分有效性的影响
大
附
多
近
数 土 壤
pH6.5 （中性）
• 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 →CaSO4+H2CO3 当加入碱时：H2CO3＋KOH →KHCO3+H2O
3.两性物质的缓冲作用
土壤中的一些两性胶体物质，对酸、碱都 有中和缓冲作用。
教学目标
（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
第一节 土壤酸碱性
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。
6酸碱性及氧化还原反应
•
• • • • • • •
1．土壤温度：是引起土壤溶液浓度变化的主要因素，因为各 种无机盐类都随温度升高而加大其溶解度。温度不同时，气体 在土壤溶液中的溶解度差异也很显著。 2．土壤湿度：土壤水分含量所引起的土壤溶液组成发生变 化有以下三种情况： ⑴ 随湿度增加而硝酸盐和氯化物的浓度不断降低，说明这 些易溶性盐类几乎全部存在于土壤溶液中。 ⑵ 磷酸的浓度并不因湿度不同而有显著变化，说明磷酸的 浓度在土壤溶液中基本是饱和的，通常在1-3mg/kg范围内。 ⑶ 阳离子含量的变化视离子种类而不同，通常土壤溶液中 Ca2+很多，湿度增加时，一价金属离子浓度的降低多于钙。 3．土壤溶液组成成分间的相互作用：某些物质可以增加或降 低其它物质的溶解度，以及碱土金属离子与多价酸根发生沉淀 等。 4．生物活动：植物在生长期间从土壤溶液中吸取数量不等 的各种养分，引起土壤溶液组成的不断变化。 此外，施肥、耕作、灌水等农业措施对其亦有影响。
•
•பைடு நூலகம்
(二) 土壤碱度
1．概念： 土壤碱性强弱的程度称为土壤碱度。它是溶液 中的OH- 浓度超过H+浓度后反应出来的，可用pH表示，也 可以用总碱度和碱化度表示。 • ⑴ 总碱度：是指碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和。用 中和滴定法测定，以每百克土壤的碳酸盐和重碳酸盐的物质 的量来表示，也可分别用CO32-及HCO3-的重量百分数表示。 它是土壤碱性的容量指标，不是强度指标（pH）。 • ⑵ 碱化度：通常把土壤胶体上吸附的交换性Na+的饱和度， •称为土壤的碱化度。它是衡量土壤碱化程度和土壤碱化反 应强弱的指标。
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四.土壤的氧化还原性
土壤中主要的还原体系
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…
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。
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。
Fe2+ Fe(OH)2…
Mn2+ Mn(OH)2…
H2
1.土壤氧化还原强度指标
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。
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。
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。
+ 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;
+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 量出现。
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
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;
一个氧化还原反应体系的氧化还原电位可用下 列通用公式表达：
Eh=E0 +
l_Rnn_TF_
_[氧__化__态__]_ [还原态]
能斯特（Nernst）公式
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。
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。