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1、酸性土壤 (Acid Soils),酸性土壤之成因 a) 降雨量蒸散量 b) 硫化物之氧化 FeS2 H2SO4 + Fe(OH)3 可造成 pH2 c)長時期之施用酸性肥料 NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O,d) 酸雨 (acid rain) 含有H2SO4 和 HNO3 pH5.6 (rainwater equilibrium with pCO2 = 0.00033 atm) ex. Minnesota pH 0.2 unit 137 yrs. e) 植物殘渣或有機廢棄物在還原狀態下分解生成有機酸。,酸性土壤或 clay 之化學行為密切地和 Al 之溶液化學有關 i)
2、 Al3+ 在水溶液中水解可產生 Monomeric Polymeric pK 5,hydroxyaluminum complexes,ii) Al3+之水解產物,Polymeric hydroxyaluminum complex,polymerization,這些polymer會被土壤膠體所吸附而成不可交換(nonexchangeable) 。,pK 3,iii),Hydrolysis of iron could not effectively control soil pH,Al3+ 水解對於土壤性質之影響 (i) 對於 CEC 之影響,pH,Decrease positive charg
3、e on the polymers,(Source of pH-dependent charge),CEC,(ii) 對於 clay 之 Swelling 和 Shrinking 之影響,研究酸性土壤之些背景資料(Background),1. 酸性土壤 H+ soil ? 2. H+ 飽和 clay 之電位滴定曲線及 Conductimetric titration curve 剛製備之 clay suspension 典型之強鹼滴定強酸曲線。 Aged之 clay suspension 如多質子弱酸 (H3PO4)以鹼滴定之曲線。 3. H+ 飽和土壤和黏粒之不穩定性 氫飽和之礦物是非常不穩
4、定的，他們會很快地崩解而從結晶格子裡釋放出 Al，Mg 和 Fe 。 氫飽和之土壤物質事實上主要為三價陽離子 Al3+ 和 Fe3+ 所飽和。,Conductimetric Titration,Weak acid,CH3COOH titrated with NaOH,Na+ + OH-,AlCl3 titrated with NaOH,Al(OH)3,Al3+ + H2O,Na+ + OH-,Al(OH)2+ + H+,HCl & AlCl3 mixture titrated with NaOH,Agedacid clay,Al clay,土壤酸度之分類和測定 (Classification
5、& Determination),1.可滴定酸度 (titratable acidity) 或總酸度 (Total acidity) 提高土壤 pH 至一指定之水準所需強鹼 (如NaOH 或 Ca(OH)2) 之量。 a) 惟有仔細地註明添加鹼之攪拌時間、方法和間隔，以及起始 pH 和最終的 pH，可滴定酸度之值才有意義。 b) 一般滴定終點通常在 pH 7 or pH 8.2。 c) 滴定並無法區分交換性或非交換性酸，然而總酸度對於石灰需要量之決定仍是有用的。,2.交換性和非交換性酸度 (Exchangeable and nonexchangeable acidity) 交換性酸 以 unb
6、uffered 之中性鹽溶液，如 1M KCl or NaCl交換而得。包括 Exch. H+, monomeric Al or Fe。 非交換性酸 (可滴定但不可交換),Hydroxy aluminum polymers,Weakly acidic organic functional groups,pH7 R-COOH, R-OH of soil org. matter Conductimetric titration acid soil or clay 之 titration curve 類似 HCl + AlCl3 之 mixture，如此，也可將exch. H+和Al3+分開。,(1
7、),(2),(3),Excess OH-,mobile,immobile,OH-,mobile,immobile,Soil pH measurements,KCl,KCl crystal,negative charged soil particle,1.意義 2.影響 Soil pH 測定之因子 a. Soil-soln. ratio b. Equilibrium Salt Conc. c. Suspension Effect junction potential at low salt conc.,Calomel reference electrode,Recommend Approach,
8、Percent Base Saturation (鹽基飽和度),(i) pH for Cation Exchange and CEC must be specified. (ii) 事實上，Percent Base Saturation用來表示土壤之pH-dependent charge比真正之鹽基離子佔有CEC之百分率更貼切。 因為pH5.5, Soil should be 100% base saturated, 但是所測得之percent base saturation100%因為提高pH至7 or 8.2增加pH-dependent charge 所以 Kaolinite (high
9、pH-dependent charge)low percent base,saturation.,=,(iii) 雖然此名詞並不是定義的很嚴謹，但其在實用 上仍可被用來做Soil classification之標準或石灰 需要量之推薦。,Lime requirement (石灰需要量),1.,用來中和Soil acidity,2.如何測定石灰需要量 a)直接滴定法 (i)用standard base直接滴定土壤至specified pH. 假如要使得估計正確，必須有足夠之時間讓 加入之base能和土壤充分之作用。 (ii)如果要將實驗室由上法得到之結果用到田 間， 通常需要乘以一Convers
10、ion factor。 (iii)此法不實用。,pH buffer soln.,Soil,測定“amount of buffer consumed“ or “resultant pH“,校正,Lime requirement 和 buffer method 結果之relationship,以田間實驗之lime requirement,b) Buffer method,pH低對植物之影響：Al和Mn之毒性 Al 3+濃度1 mgL-1限制或阻止根之生長。,pH和營養要素之有效性 1) pH和macronutrients N: NH4+-fixation with pH P: pH 6-7 gre
11、atest availability P-fixation acid condition Precipitation of highly insoluble iron and aluminum phosphates. alkaline conditions Precipitation of insoluble calcium phosphate compounds.,K: liming acid soil K availability 原因：增加K-fixation K availability Sandy soils or highly weathered tropical soils.,2) pH和micronutrients In general pH Availability of micronutrient and toxic metal cations (Fe, Mn, Cu, Zn, Co, Ni, Cd, Hg, Pb). pH Availability of anions (MoO42-),