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第一章 氧化还原状况 1

一、土壤氧化还原状况的特征 1

（一）强度因素与数量因素的关系 1

（二）不均一性 3

（三）变异范围宽 4

（四）变异可逆性大 5

（五）带谱分异 6

二、影响因素 8

（一）有机物质 8

（二）水分状况 9

（三）酸度 10

（四）分解时间 10

（五）土壤类型 11

三、动态变化 11

（一）数量 11

（二）速度 12

（三）强还原性物质和弱还原性物质的消长 13

（四）氧化还原电位 14

四、不同类型土壤的氧化还原状况 15

（一）自然土壤 15

（二）农用旱作土壤 16

（三）水稻土 18

五、土壤氧化还原状况的研究方法 20

（一）氧化还原电位的测定 20

（二）还原性物质的测定 24

（三） pH的测定 29

（四）硫化物的测定 29

（五）正、负电荷有机还原性物质的测定 29

参考文献 30

第二章 铵的氧化——硝化反应 31

一、硝化反应和硝化微生物 31

（一）生物化学反应方程式 31

（二）微生物类群 32

二、不同土壤中的硝化反应 33

（一）硝化微生物的数量 33

（二）硝化活性 34

（三）硝化速率 35

三、影响因素 35

（一）pH 35

（二）Eh 37

（三）水分 37

（四）有机肥料 39

（五）质地 40

（六）利用方式 41

（七）土壤肥力 43

四、硝化过程中氧化亚氮的形成和条件 45

五、动力学特征 47

（一）Michaelis-Menten反应动力学 48

（二）基质降解动力学 50

（三）Logistic生长曲线（自然生长方程）动力学 53

六、硝化反应的抑制 56

（一）机理 56

（二）抑制剂的种类及选用原则 56

（三）抑制剂的效果 57

七、土壤硝化反应的研究方法 60

（一）亚硝酸菌数量的测定（MPN法） 60

（二）土壤硝化活性的测定[NH+4-N和（NO-2NO-3）-N的Zn-FeSO4还原连续蒸馏法] 62

（三）根际土壤的硝化活性（根际微域模拟培养及15N示踪法） 65

（四）硝化过程的氧化亚氮测定（气相色谱法） 67

（五）味精废水中铵态氮的微生物氧化法 71

参考文献 73

第三章 硝酸盐的还原——反硝化反应 76

一、反硝化反应和反硝化微生物 76

（一）反硝化反应的生物还原作用 76

（二）微生物类群及其生态条件 77

二、影响因素 83

（一）氧含量和水分状况 83

（二）有机质含量和可利用碳源 84

（三）根系 84

（四）耕作 89

（五）利用方式 90

三、水稻土中氮素损失的机理 91

（一）耕层水土界面的氧化还原 92

（二）水稻根际、非根际的氧化还原 93

（三）无定形铁、锰氧化物作为铵氧化的电子受体导致氮素损失 95

四、不同土壤的反硝化反应 98

（一）不同水分类型土壤的反硝化酶活性 98

（二）不同母质来源土壤的反硝化酶活性 99

五、水稻-土壤系统中氧化亚氮的通量 99

六、土壤反硝化反应的研究方法 100

（一）反硝化细菌数量的测定 100

（二）细菌鉴定 101

（三）土壤和菌株硝酸还原酶系活性的测定 101

（四）水稻土氮素损失机理实验 104

（五）水稻-土壤系统氧化亚氮通量的测定（密闭体系） 107

参考文献 108

第四章 有机还原性物质 111

一、组分的区分 111

（一）化学区分 111

（二）电化学区分 112

二、主要特性 114

（一）表观相对分子质量 114

（二）电荷 115

（三）等电点 117

（四）功能团 118

（五）酚的还原性 119

三、动态变化 120

（一）pH 120

（二）Eh 120

（三）伏安行为 121

（四）强有机还原性物质和弱有机还原性物质数量 122

（五）与土壤中无机还原性物质的消长 122

四、影响因素 123

（一）pH 123

（二）Eh 123

（三）分解时间 124

（四）植物物料种类 125

（五）土壤类型 125

五、与氧化铁、锰和土壤的相互作用 126

（一）与针铁矿的反应 126

（二）与二氧化锰的反应 127

（三）与土壤的相互作用 128

六、土壤中有机还原性物质的研究方法 131

（一）示差脉冲伏安行为 131

（二）级分和表观相对分子质量 137

（三）等电点 137

（四）功能团酰胺基和羧基 137

（五）电荷区分 138

（六）酚类和非酚类物质 138

（七）强有机还原性物质和弱有机还原性物质 138

（八）有机还原性物质的化学法测定 138

（九）铁、锰氧化物的制备 139

参考文献 140

第五章铁 142

一、基本性质 142

（一）溶度积 142

（二）氧化还原 143

（三）与O2和CO2分压的关系 143

二、铁的活动性 144

（一）游离氧化铁和活性氧化铁 144

（二）易还原性氧化铁和酸溶性氧化铁 145

三、氧化铁的还原和亚铁离子的化学表现 147

（一）氧化铁的还原 147

（二）与液相有机物质的螯合 148

（三）与固相有机物质的络合 153

（四）与钙离子的交换吸附 155

四、亚铁的存在形态和影响因素 156

（一）存在形态 156

（二）影响因素 157

五、土壤中铁的状况 161

（一）表层的水溶态、交换态亚铁 161

（二）剖面的亚铁、氧化铁总量 162

（三）离子态、螯合态亚铁的动态 163

六、土壤中铁的研究方法 164

（一）亚铁形态的区分和测定 164

（二）亚铁（水溶态、交换态和沉淀态亚铁总量）的测定 166

（三）游离氧化铁的分离 166

（四）活性氧化铁的分离 167

（五）易还原性氧化铁的测定 168

（六）酸溶性氧化铁的测定 168

（七）室内土柱模拟实验 168

参考文献 169

第六章锰 170

一、基本性质 170

（一）溶度积 170

（二）标准电位（Ee） 170

（三）与pe和pH的关系 172

（四）与O2和CO2分压的关系 172

二、锰的活动性 173

（一）游离氧化锰和活性氧化锰 173

（二）易还原性氧化锰和酸溶性氧化锰 174

三、亚锰离子的化学行为 177

（一）与液相有机物质的螯合 177

（二）与固相有机物质的络合 179

（三）与钾、钙离子的交换吸附 180

四、亚锰形态的区分和影响因素 183

（一）存在形态 183

（二）影响因素 184

五、土壤中锰的状况 187

（一）数量 187

（二）剖面分布 188

（三）动态变化 189

六、土壤中锰的研究方法 190

（一）不同形态锰的区分和测定 190

（二）游离氧化锰的分离和测定 191

（三）活性氧化锰的分离和测定 191

（四）易还原性氧化锰的提取和测定 192

（五）酸溶性氧化锰的提取和测定 192

（六）亚锰离子与钾、钙、铝离子交换吸附的测定 192

（七）稳定常数的测定 194

（八）氧化锰-紫云英体系的峰电流、峰电位测定 195

（九）水溶态亚锰的动态测定 195

参考文献 195

第七章硫 197

一、硫的形态、含量和分布 197

二、有机硫的种类和矿化 199

（一）有机硫的种类 199

（二）有机硫的矿化 202

三、无机硫的氧化还原 203

（一）无机硫的氧化 203

（二）无机硫的还原 206

四、水稻土中的硫 209

（一）土壤淹水后的变化 209

（二）淹水土壤的不均一性 209

（三）水稻的根系效应 209

（四）水稻土中硫的循环 210

（五）土壤淹水后硫酸根的去向 212

五、硫氧化还原的生态学意义 213

（一）土壤氧化还原对硫循环的影响 214

（二）气态硫化合物的形成及其对生态环境的影响 214

（三）对氮循环的影响 214

（四）对土壤环境和植物生长的影响 214

六、土壤硫的研究方法 215

（一）全硫的测定 215

（二）无机硫的提取 216

（三）提取液中硫酸根的测定 216

（四）无机还原性硫化物的测定 217

（五）有机硫的测定 218

参考文献 218

第八章 砷的氧化还原反应 221

一、土壤中的砷 221

（一）基本性质和危害 221

（二）来源 222

（三）存在形态 223

二、三价砷的氧化反应 224

（一）氧化锰对三价砷的氧化 224

（二）三价砷的光催化氧化反应 229

三、砷的还原反应 238

四、土壤中三价砷氧化反应的研究方法 239

（一）氧化锰对三价砷的氧化反应测定 239

（二）三价砷的光催化氧化反应测定 240

参考文献 241

第九章 氧化锰与酚类化合物的氧化还原 244

一、土壤中的氧化锰和酚类化合物 244

（一）氧化锰 244

（二）酚类化合物 244

二、氧化锰与酚类化合物的反应 245

（一）酚类化合物对氧化锰的还原溶解 245

（二）影响氧化锰还原溶解的因素 246

（三）酚类化合物的氧化产物 248

三、酚类化合物与氧化锰的氧化还原反应动力学 251

（一）氧化锰的还原溶解动力学 251

（二）氢醌的氧化反应动力学 255

四、氧化锰与酚类化合物氧化还原反应的机理 257

五、氧化锰在酚类化合物降解中的作用 258

六、土壤中氧化锰与酚类化合物氧化还原的研究方法 259

（一）酚类化合物对氧化锰的还原溶解反应 259

（二）氢醌和邻苯二酚氧化反应的定性分析 259

（三）氧化锰的还原溶解动力学 260

（四）氢醌的氧化反应动力学 260

参考文献 261

第十章铁、锰的有效性与氧化还原状况 263

一、铁、锰的生物有效性 263

（一）有效性的化学评估 263

（二）生物有效性 266

二、有效性与氧化还原状况 268

（一）与硫化物的相互作用 269

（二）微生物的作用 270

（三）植物种类与根系分泌物 270

三、诱发植物匮缺铁、锰或其过量的土壤因素 271

（一）石灰性土壤的缺铁失绿症 272

（二）植物缺锰的原因 272

（三）酸性土壤的锰毒 272

四、土壤中铁、锰生物有效性的研究方法 273

（一）根际原位显色法 273

（二）根际土壤中麦根酸类物质的浸提和测定 273

（三）数学模拟法 273

参考文献 274

第十一章 稻根和钾与还原性物质的相互作用 276

一、稻根氧化力的来源 276

（一）分子氧的释放与根表酶促氧化作用 276

（二）生长条件的影响 277

二、稻根的排铁作用 278

（一）亚铁离子在根际的氧化及其意义 278

（二）稻根表面氧化铁／氢氧化铁的积聚 278

（三）稻根的排铁力 279

（四）稻根表面的黑色硫化物 279

三、植物钾素营养对根际土壤氧化还原状况的影响 280

（一）钾与土壤中的还原性物质 280

（二）钾和稻根的氧化力与根的氧化还原电位 282

（三）水稻品种的影响 284

（四）水稻钾素营养对土壤氧化还原状况影响的原因分析 285

四、根际土壤氧化还原状况的研究方法 285

（一）微铂与微氧电极法 285

（二）模拟培养和冰冻切片法 285

（三）数学模拟法 286

参考文献 288

第十二章 氧化还原过程与土壤发生 289

一、土壤物质的溶解 289

（一）溶解度 289

（二）还原溶解 291

（三）络合溶解 292

二、影响溶解的因素 294

（一）Eh 294

（二）pH 295

（三）有机质 295

（四）铁、锰的“老化” 296

三、溶解作用引起的土壤变化 297

（一）矿物的分解 297

（二）元素的迁移 300

（三）机械组成的改变 302

四、土壤中几种方式的物质溶解和迁移 304

（一）灰化过程 304

（二）白浆化过程 305

（三）沼泽化过程 306

（四）潜育化过程 307

五、土壤物质溶解的研究方法 308

（一）铁、锰还原的伏安测定 308

（二）铁、锰络合的伏安测定 308

（三）阳离子交换量、交换性盐基的测定 308

（四）胶体机械组成的测定 309

（五）胶体缓冲性能的测定 309

（六）铁、锰全量的测定 309

（七）铁、锰与EDTA络合的测定 310

参考文献 310

第十三章 氧化还原反应与环境污染 312

一、氧化还原反应与重金属的化学行为和生物有效性 312

（一）铁、锰的还原溶解与重金属的释放 312

（二）硫的形态变化与重金属的沉淀-溶解平衡 313

（三）水稻根表的铁膜与重金属的生物有效性 314

二、氧化还原反应与无机变价污染元素的化学行为 315

（一）砷的形态转化 315

（二）铬的形态转化 316

（三）汞的形态转化 317

三、氧化还原反应与有机污染物的降解 317

四、氧化还原反应与土壤酸化 319

（一）铁、锰的氧化还原对土壤酸度的影响 319

（二）硝化-反硝化与土壤酸化 320

（三）酸性硫酸盐土中铁和硫的氧化还原反应与土壤酸化 322

五、氧化还原反应与地表水体的富营养化 323

（一）土壤磷的释放 323

（二）氮的形态转化和迁移 324

（三）湖泊底泥中磷的释放 325

六、氧化还原反应与温室效应气体的排放 325

参考文献 327