土壤氧化還原 電位 的研究

1、土壤氧化還原 電位 的研究土壤的氧化還原性質(zhì)與酸堿反應(yīng)一樣，土壤的氧化還原反應(yīng)也是發(fā)生在土壤溶液中的一項重要性質(zhì)，土壤的氧化還原性對在土壤剖面中的移動和刻面分異，養(yǎng)分的生物有效性，污染物質(zhì)的緩沖性能等方面都有深刻的影響，水稻土固干濕交替頻繁，土壤的氧化還原，反應(yīng)顯得特別活躍。一、土壤的氧化還原體系土壤的氧化還原體系可分為無機體系和有機體系，比較重要的氧化還原體系，主要有以下一些方面。土壤中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)并存，但是由于土壤所處的條件不同，土壤溶液中氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)的相對濃度不同，直接測定這些物質(zhì)的絕對數(shù)量很困難，一般是通過測定這些物質(zhì)的氧化還原電位(Eh)來判斷土壤的氧化還原狀況。

2、物理農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)之一:土壤連作障礙電處理技術(shù)系統(tǒng)二、土壤的氧化還原電位土壤溶液中氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)的相對比例決定著土壤的氧化還原狀況，當(dāng)土壤中某一氧化態(tài)物質(zhì)向還原態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化時，土壤溶液中這種氧化態(tài)物質(zhì)的濃度減少而相對應(yīng)的還原態(tài)物質(zhì)的濃度會增加，隨著氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)濃度的相對改變，溶液的電位也隨之改變，這種由土壤溶液中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)的濃度變化而產(chǎn)生的電位稱為氧化還原電位，用Eh表示，單位，伏或毫伏。E0:標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位;體系中氧化劑濃度和還原劑濃度相等時的電位。n:反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)所以，土壤Eh的大小取決于土壤中氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)的性質(zhì)與濃度，而氧化態(tài)物質(zhì)和還原態(tài)物質(zhì)

3、的濃度直接受土壤通氣性強弱的控制，所以氧化還原電位的高低是土壤通氣性好壞的標(biāo)志。旱地土壤的Eh多在400-700mv之間，少數(shù)情況下也可低至200mv，如果大于750mv，標(biāo)志土壤完全處于好氣狀態(tài)，可能會導(dǎo)致有機物好氣分解過旺，有機物消耗過快，有些養(yǎng)分會因為高度氧化而形成高價化含物從而喪失有效性，應(yīng)該適當(dāng)灌水以降低氧的分壓。如果土壤Eh低于200mv則表明土壤水分過多，通氣不良，OM分解減慢，減少養(yǎng)分供應(yīng)，同OM嫌氣分解產(chǎn)生的大量有機酸會抑制根系的呼吸作用。水田土壤Eh變動幅度比較大，在排水種植旱作期間，可高達500mv以上，淹水期間可低至-150mv以下，一般來講水稻適宜在200-400mv

4、的輕度還原狀況下生長，如果土壤經(jīng)常處于180mv以下或低于100mv，土壤溶液中Fe2+，Mn2+濃度會迅速提高，使水稻Fe、Mn中毒，分蘗停止，發(fā)育受阻，如果Eh降到負(fù)值，水田中會有H2S、丁酸的累積，會抑制根系的呼吸作用，減少養(yǎng)分的吸收。土壤氧化還原性土壤中各種能傳遞電子的物質(zhì)在動態(tài)變化或平衡時所表現(xiàn)的性質(zhì)，對土壤肥力與植物生長有很大影響。指標(biāo)以土壤的氧化還原電位作為表示土壤氧化還原性程度的一個綜合性指標(biāo)。其含義是:當(dāng)一支能傳遞電子的"惰性"的鉑電極插入土壤中時，在土壤和電極之間建立一個電位差,稱為氧化還原電位(以Eh表示,單位為毫伏)。它是由于土壤中存在著氧化性和還原

5、性物質(zhì)而產(chǎn)生的。氧化性物質(zhì)(如O2、N囶等)越多，土壤的氧化還原電位越高，表示其氧化性越強。從數(shù)量關(guān)系來說，根據(jù)奈恩斯脫公式，土壤的氧化還原電位是由土壤中的氧化還原體系的標(biāo)準(zhǔn)電位(E°)和氧化劑與還原劑的活度比所決定的。對于特定體系(E°是固定的)氧化劑所占的比例越高，則Eh值越呈正值。體系土壤中的氧化還原體系包括無機體系和有機體系兩類。無機體系中又包括氧、鐵、錳、硫等。有機體系組成分甚為復(fù)雜，包括多種有機酸、酚醛類和醣類等。在這些體系中以氧體系的E°為最大，有機體系和硫體系的E°較小，其余的介于它們之間。土壤通氣條件良好時，氧在土壤孔隙中占有一定的比例

6、，并與大氣中的氧交換平衡，維持較高濃度，還原性物質(zhì)量少，電位高。土壤漬水或排水不良時，大氣中氧的擴入受阻，加上微生物活動的耗氧，引起氧的缺乏或近于耗盡，則還原性物質(zhì)數(shù)量增多，電位變低。土壤中氧化還原電位的變異范圍很廣，在干土中可以高到正600700毫伏。在一般淹水土壤中可以低到0200毫伏，特殊情況下可低至負(fù)200300毫伏。根據(jù)土壤的Eh值，土壤的氧化還原狀況可分為4級(表8)。特點土壤中的氧化還原反應(yīng)具有下列特點:不僅包括純化學(xué)反應(yīng)，而且還有生物參與。如土壤中硫離子的氧化以細(xì)菌的作用為重要動力;N喠氧化成NO3必須有硝化細(xì)菌的直接參與;植物根系的分泌物以及藻類和土壤動物生命活動的產(chǎn)物也參與

7、氧化還原反應(yīng)，等等。有可逆、半可逆和不可逆之分。有機體系的反應(yīng)多為半可逆或不可逆的，其反應(yīng)的速度也各不相同。這就決定了土壤中存在著極其錯綜復(fù)雜的氧化還原動態(tài)平衡，并常隨外界因素而變動。如森林土隨季節(jié)而變，水稻土隨灌排水而變等等。有微域變異現(xiàn)象。由于土壤是一個不均勻的多相體系，氧化性或還原性物質(zhì)的數(shù)量和條件也有局部性變異,這不僅反映在土壤剖面的各層中,而且也反映在同一層內(nèi)的各個不同位置上。這種微域差異還會引起物質(zhì)之間的擴散。影響因素土壤中的氧化還原性受土壤中易分解的有機質(zhì)和易氧化或易還原的無機物質(zhì)以及pH等因素的影響。土壤中易分解的有機質(zhì)是土壤微生物的營養(yǎng)物質(zhì)和能源物質(zhì)，在嫌氣的分解過程中，微生

8、物奪取有機質(zhì)中所含的氧，形成各種還原性物質(zhì)。微生物細(xì)胞死后的自溶作用也能產(chǎn)生還原性較強的有機物質(zhì)。結(jié)果就使土壤的氧化還原電位下降。土壤中易還原的無機物質(zhì)較多時，可阻滯還原條件的發(fā)展。如土壤中的硝酸鹽和氧化鐵量高時，可使Eh值下降緩慢，并穩(wěn)定在一定值。相反，易氧化的無機物質(zhì)，如有機還原性物質(zhì)和水溶性硫化物含量高時，則還原條件發(fā)達。由于土壤中的各種氧化還原反應(yīng)大多有質(zhì)子的參與，pH對氧化還原強度也有直接的影響。對于同一種土壤，pH越低，則氧化還原電位越高。理論上，在25時氧體系Eh/pH的值為-59毫伏/pH;其他體系的相關(guān)因數(shù)由反應(yīng)時的H+/e比值來決定。土壤中此相關(guān)因數(shù)的變異范圍一般為-50至

9、-200毫伏/pH，這顯然決定于各體系的本性。與肥力的關(guān)系土壤氧化還原性既受土壤的某些物理、化學(xué)性質(zhì)的影響，反過來又影響土壤的一系列性質(zhì)，是決定土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化方向的一個重要因素。土壤的氧化還原性不同,營養(yǎng)元素的狀態(tài)及其有效性也有異(表9)。土壤處于氧化狀態(tài)時，可促進有機質(zhì)的分解，但不利于有機態(tài)氮的累積。在中國南方紅壤區(qū)，大量氧化鐵的存在是磷的有效性低的一個重要原因;而還原條件可使土壤中的磷酸鐵活化。在還原條件下，大量鐵、錳離子的出現(xiàn)使一部分原被吸附的鈣、鉀離子成為速效性，但也促進了鹽基(包括其本身)的向下移動。各種土壤的pH在還原條件下漸趨近于7，一般可使養(yǎng)分的有效性達到最高。但在強烈還原條件下,缺氧和還原性物質(zhì)(包括H2S、Fe2+、有機酸等)積累過多對植物生長也有害。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，旱地土壤以氧化條件為主，一般不存在因還原性物質(zhì)過多而引起對植物毒害的問題。水稻土則不同，它雖有周期性的氧化條件和還原條件的交替出現(xiàn)，但在水稻生長期間仍以還原條件為主。所