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土壤肥料学-第三章3-土壤电性氧化还原

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    • 1、第三章 土壤的基本性状,第五节 土壤电性与离子交换,第五节 土壤电性与离子交换,1、土壤电性; 2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附; 3、土壤胶体对阳离子的非交换性吸附; 4、土壤胶体对阴离子的交换性吸附;,土壤中的电荷是由土壤胶体提供的; 一般土壤都显现负电荷; 土壤胶体带负电荷是指它的净电荷为负电荷; 土壤胶体的吸附作用;,1、土壤电性,离子吸附:离子从溶液 转移到胶体表面的过程; 离子解吸:原来吸附到 土壤胶体上的离子转移 到溶液的过程;,两者之间动态平衡,1、土壤电性,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,(1)阳离子交换作用(Cation Exchange) 土壤胶体吸附的阳离子与周围溶液中的 阳离子进行等当量代换。,(2)阳离子交换作用的特征 可逆性:相对的、动态的平衡 快速性:一般需要几秒钟即可完成 等电量交换 受质量作用定律支配,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,(3)阳离子交换能力 电荷价数:三价二价一价 离子半径及水化半径:离子半径越大,单位面积所带负电荷电量越少,阳离子交换能力越强 离子浓度,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,离子交换力顺序,2、土壤胶体对阳离子的交换性

      2、吸附,阳离子交换量( Cation Exchange Capacity )* 指在一定的pH条件下,1000g干土所能吸附的全部 交换性阳离子的厘摩尔数。单位:cmol (+)/ kg土 可以作为土壤保持养分的指标 20 cmol (+)/ kg ,保肥能力强; 10-20 cmol (+)/ kg ,保肥能力中等; 10 cmol (+)/ kg ,保肥能力差。,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,1) 土壤胶体的类型和数量,腐殖质CEC最大 对土壤CEC贡献很大 施有机肥提高CEC 蒙脱石水云母高岭石水合氧化物 北南,CEC减少,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,影响CEC大小的因素,土壤胶体的阳离子交换量,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,不同粘粒矿物组成的土壤胶体的阳离子交换量,2)土壤质地 CEC的80%由 粘粒提供 粘土壤土砂土 3) 土壤pH值 pH上升可变负电荷上升CEC上升 带可变电荷多的胶体的 CEC受 pH影响大 南方土壤CEC受 pH影响大,影响CEC大小的因素,盐基饱和度(Base Saturation )* 阳离子种类(1)致酸离子:H+和Al3+ (2)盐基

      3、离子:Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+,土壤中交换性盐基离子占阳离子交换总量的百分数,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,盐基饱和度的意义 反映土壤酸碱度、交换性离子有效度,是肥力指标之一 盐基饱和土壤:中、碱性(北方) 盐基不饱和土壤:酸性(南方红黄壤) 盐基饱和度以7090(基本饱和)较好,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,影响交换性阳离子的有效度的因素,交换性阳离子的饱和度:即该离子的盐基饱和度,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,陪补离子效应:一般来说,某离子的陪伴离子被土 壤胶体吸附力越强,该离子的有效性越高,2、土壤胶体对阳离子的交换性吸附,影响交换性阳离子的有效度的因素,所有的阳离子均可发生非交换性吸附固定 K+和NH4+的固定最为明显 土壤水分状况和土壤pH影响固定态阳离子的释放,3、土壤胶体对阳离子的非交换性吸附,1)以阴离子形式存在的养分:N、P、S、B、Mo 2)土壤对阴离子的吸附顺序 易被吸附的离子:磷酸根、硅酸根 不被吸附的离子:Cl-,NO3-,NO2- 中等离子:硫酸根、碳酸根,4、土壤胶体对阴离子的交换性吸附,阴离子吸附的机制 阴离子的非专性吸附:

      4、带正电荷的胶粒因静电引力吸附阴离子于双电层外层作为平衡离子,称为阴离子的非专性吸附 阴离子的专性吸附:一些含氧酸的阴离子,置换胶体表面金属阳离子的配位基,并与金属阳离子以化学键相结合,又称为配位体交换 土壤胶体对阴离子的负吸附:距离带负电荷胶体表面越近,阴离子数量越少的现象;,4、土壤胶体对阴离子的交换性吸附,第六节 土壤氧化还原状况,第六节 土壤氧化还原状况,1、土壤氧化还原反应; 2、土壤氧化还原状况与土壤肥力及 植物生长的关系;,Oxidation and reduction reactions occur almost in any 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 conditions. Reduction processes are associated

      5、with poorly drained conditions, or where excess water is present.,1、土壤氧化还原反应,土壤中的氧化还原物质,氧:O2 + 4H+ + 4e- 2H2O(主要氧化体系) O2主要来自空气,极活泼的氧化剂 有机物:极强的还原剂(主要还原体系) 有机酸为微生物分解的中间产物,铁:Fe3+ + e- Fe2+ (旱地为高铁,渍水亚铁) 锰:MnO2 + 4H+ + 2e- Mn2+2H2O(数量较铁少得多) 硫(有机、无机):S2-+2O2 SO42-,后三者受前二者体系影响,1、土壤氧化还原反应,土壤氧化还原体系的特点 Characteristics of redox systems in soils 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NO3-、Fe3+、Mn4+、SO42-等。 SOM(特别是新鲜有机物)是还原剂: 土壤缺条件下,将氧化物转化为还原态。 土壤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。

      6、,氧化还原反应不完全是纯化学反应,很大程度上有微生物参与如:NH4+NO2-NO3-(分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成) 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。 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。,土壤氧化还原电位(Eh):由土壤溶液中氧化态物 质和还原态物质的浓度关系而产生的电位,E0-标准氧化还原电位(mV):该体系中的氧化剂和还原剂 浓度相等时的电位 n: 物质氧化还原过程中的电子得失数,1、土壤氧化还原反应,1)Eh值是反映土壤氧化还原状态的指标 Eh大,氧化状态强 Eh小,还原状态强 2)土壤Eh值一般在700 mv -300 mv之间 3) Eh值可作为土壤通气性的指标 4)Eh值表层低,底层高 水田低,旱地高 不同类型的水稻土有差别,1、土壤氧化还原反应,1)影响微生物类群 Eh低硝化细菌少NO3-少、NH4+多 反硝化旺盛N损失 Eh高硝化细菌多,2、土壤氧化还原状况与土壤肥力和植物生长,2)影响土壤养分有效性 Eh低,P有效性提高: 渍水pH中性各种养分有效性高 强烈氧化条件产生缺素症状(如Fe、Mn),

      7、2、土壤氧化还原状况与土壤肥力和植物生长,桃树缺铁,玉米缺锰,3)影响土壤有毒物质积累或消失 强烈还原条件下,产生Fe2+、H2S、各种有害的有机酸,影响养分(特别是P、K)吸收 4)影响植物生长 植物体内有一定的氧化还原电位,要求土壤的氧化还原条件与植物所需要的相适应,2、土壤氧化还原状况与土壤肥力和植物生长,本节思考题,1、名词解释:阳离子交换量、盐基饱和度、土壤氧化还原反应电位 2、土壤阳离子交换的特征及其影响因素? 3、土壤氧化还原状况与土壤肥力及植物生长的关系?,1. 随着有机质含量增减,土壤容重也在发生变化( ) 2. 表层土壤容重一般小于底层土壤( ) 3. 土壤的孔隙分布主要是指土壤中各类孔隙所占的比例( ) 4. 土壤结构性的好坏反映在土壤孔隙的数量和质量两方面( ) 5. 不论旱田还是水田土壤有团粒结构肥力才高( ) 6. 蒙金土是上层质地粘重而下层质地较轻( ) 7. 土壤微结构体由土壤矿物质、有机质和孔隙所组成( ) 8.使用有机肥不仅可提高土壤有机质含量,也可改变土壤质地( )。,快速测验,随堂测验,名词解释 腐殖化过程 土壤容重 土壤可塑性 土壤宜耕期 阳离子交换量(CEC) 盐基饱和度(BS),某100 cm3土壤湿重300 g,在105C烘干后重250 g,请计算土壤的质量含水量、容重、和孔隙度。,计算题,

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