土壤的氧化还原过程及其研究法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

丁昌璞 等 著

图书标签:

• 土壤化学
• 氧化还原
• 土壤过程
• 环境科学
• 土壤分析
• 研究方法
• 土壤生物化学
• 土壤环境
• 地球化学
• 土壤学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030318176

版次：1

商品编码：10897305

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-11-01

页数：329

正文语种：中文

内容简介

《土壤的氧化还原过程及其研究法》共13章，包括土壤的氧化还原状况、硝化作用、反硝化作用、有机还原性物质、铁、锰、硫、砷、氧化锰与酚类化合物的相互作用，以及交叉相邻学科4章，即铁、锰的生物有效性与氧化还原状况、稻根与根际土壤还原性物质的相互作用、氧化还原过程与土壤发生、土壤氧化还原与环境。同时多章对应的研究方法也予以介绍。

目录

前言

第一章 氧化还原状况
一、土壤氧化还原状况的特征
（一）强度因素与数量因素的关系
（二）不均一性
（三）变异范围宽
（四）变异可逆性大
（五）带谱分异
二、影响因素
（一）有机物质
（二）水分状况
（三）酸度
（四）分解时间
（五）土壤类型
三、动态变化
（一）数量
（二）速度
（三）强还原性物质和弱还原性物质的消长
（四）氧化还原电位
四、不同类型土壤的氧化还原状况
（一）自然土壤
（二）农用旱作土壤
（三）水稻土
五、土壤氧化还原状况的研究方法
（一）氧化还原电位的测定
（二）还原性物质的测定
（三）pH的测定
（四）硫化物的测定
（五）正、负电荷有机还原性物质的测定
参考文献

第二章 铵的氧化--硝化反应
一、硝化反应和硝化微生物
（一）生物化学反应方程式
（二）微生物类群
二、不同土壤中的硝化反应
（一）硝化微生物的数量
（二）硝化活性
（三）硝化速率
三、影响因素
（一）pH
（二）Eh
（三）水分
（四）有机肥料
（五）质地
（六）利用方式
（七）土壤肥力
四、硝化过程中氧化亚氮的形成和条件
五、动力学特征
（一）Michaelis-Menten反应动力学
（二）基质降解动力学
（三）Logistic生长曲线（自然生长方程）动力学
六、硝化反应的抑制
（一）机理
（二）抑制剂的种类及选用原则
（三）抑制剂的效果
七、土壤硝化反应的研究方法
（一）亚硝酸菌数量的测定（MPN法）
（二）土壤硝化活性的测定[NH4+-N和（NO-2+NO-3）-N的Zn-FeS04还原连续蒸馏法]
（三）根际土壤的硝化活性（根际微域模拟培养及15N示踪法）
（四）硝化过程的氧化亚氮测定（气相色谱法）
（五）味精废水中铵态氮的微生物氧化法
参考文献

第三章 硝酸盐的还原--反硝化反应
一、反硝化反应和反硝化微生物
（一）反硝化反应的生物还原作用
（二）微生物类群及其生态条件
二、影响因素
（一）氧含量和水分状况
（二）有机质含量和可利用碳源
（三）根系
（四）耕作
……
第四章 有机还原性物质
第五章 铁
第六章 锰
第七章 硫
第八章 砷的氧化还原反应
第九章 氧化锰与酚类化合物的氧化还原
第十章 铁、锰的有效性与氧化还原状况
第十一章 稻根和钾与还原性物质的相互作用
第十二章 氧化还原过程与土壤发生
第十三章 氧化还原反应与环境污染
参考文献

前言/序言

土壤氧化还原过程及其研究法 一、 绪论 土壤，作为地球表层的生命支撑系统，其内部的化学与生物过程错综复杂，深刻影响着物质循环、能量流动以及生态系统的健康。在这诸多过程中，氧化还原反应（Redox reactions）无疑扮演着至关重要的角色。它们不仅调控着土壤中关键元素的赋存形态和迁移转化，还直接关联到植物养分的可利用性、微生物群落的活性、土壤污染物的降解以及温室气体的排放。因此，深入理解土壤的氧化还原过程及其研究方法，对于土壤健康管理、农业可持续发展、环境保护乃至气候变化研究都具有不可估量的理论与实践意义。 本文将围绕“土壤的氧化还原过程及其研究法”这一主题，系统性地探讨土壤中氧化还原反应的基本原理、主要影响因素、关键参与者以及多样化的研究手段。我们将从基础理论出发，逐步深入到具体的应用层面，力求为读者提供一个全面而深入的认知框架。 二、 土壤氧化还原过程的基本原理 氧化还原反应，顾名思义，是指电子（或氢原子）在反应物之间转移的过程。在化学上，失去电子的过程称为氧化，获得电子的过程称为还原。在土壤环境中，这种电子转移通常伴随着元素的价态变化。 1. 氧化态与还原态 元素的氧化态（Oxidation state）是用来衡量其在化合物中获得或失去电子的相对数。在土壤中，许多关键元素的氧化态变化直接指示着氧化还原条件的强弱。例如，铁（Fe）在土壤中常以 Fe(II)（亚铁）和 Fe(III)（铁）的形式存在，Mn（锰）则有 Mn(II) 到 Mn(VII) 等不同价态。氮（N）的循环同样涉及硝化（N元素的氧化）和反硝化（N元素的还原）等过程。 2. 氧化还原电位 (Eh) 氧化还原电位（Redox potential, Eh）是衡量溶液中氧化还原能力的指标。在土壤系统中，Eh值的大小直观地反映了电子的相对丰度。 高 Eh 值（通常大于 +400 mV）表明土壤处于氧化状态，氧气充足，氧化剂占优势，有利于氧化反应的发生。 低 Eh 值（通常小于 +100 mV，甚至为负值）表明土壤处于还原状态，氧气匮乏，还原剂占优势，有利于还原反应的发生。 Eh值受到多种因素的影响，包括氧气分压、有机质含量、微生物活性、pH值以及各种氧化还原活性物质的浓度。在土壤中，Eh值的变化是一个动态过程，尤其是在水淹、土壤紧实等导致通气不良的条件下，Eh值会迅速下降，标志着厌氧环境的形成。 3. 土壤氧化还原反应的关键参与者 氧气 (O2)： 作为最主要的电子受体，氧气的有效供应是维持土壤氧化状态的关键。氧气的消耗速度远超其在土壤中的扩散速度，因此，土壤的通气状况直接决定了氧气的分布和利用。 有机质 (OM)： 土壤有机质是土壤微生物的能量和碳源，其分解过程是土壤氧化还原反应的主要驱动力之一。有机质的氧化分解过程消耗氧气，并释放出电子，为其他还原反应提供条件。 微生物： 土壤微生物是执行氧化还原反应的“主力军”。各类细菌、真菌等通过自身的酶系统，能够催化一系列复杂的氧化还原转化，如有机物的分解、元素的矿化与固化、以及污染物转化等。微生物的代谢活动与土壤的氧化还原状态紧密耦合。 无机氧化还原活性物质： 土壤中含有多种无机物，它们本身就是氧化剂或还原剂，或参与氧化还原循环。例如，Fe(III) 和 Mn(IV) 的氧化物/氢氧化物可以作为电子受体，在缺氧条件下被还原为可溶性的 Fe(II) 和 Mn(II)。硫化物（S²⁻）等还原性物质也普遍存在于某些土壤环境中。 三、 土壤氧化还原过程的主要影响因素 土壤氧化还原过程的强弱和方向受多种因素的综合调控，其中一些关键因素包括： 1. 土壤水分状况 水分在土壤氧化还原过程中起着双重作用。 充足水分（饱和或近饱和）： 当土壤水分含量高，导致孔隙被水填充时，氧气的扩散受到极大限制，土壤内部形成厌氧（还原）环境，Eh值显著下降。这是导致水稻田、沼泽地等呈现强还原状态的主要原因。 适宜水分： 适量的土壤水分有助于微生物的活性，促进有机质的分解。但同时，适宜的通气性使得氧气能够到达微生物，维持相对氧化状态。 干旱： 极度干旱会限制微生物活性，减缓有机质分解，从而可能导致土壤氧化还原过程减弱。 2. 土壤有机质含量与性质 有机质是土壤氧化还原反应的“燃料”和“驱动力”。 含量： 有机质含量越高，微生物的能量来源越丰富，其代谢活动越活跃，对氧气的消耗量越大，越容易导致土壤进入还原状态。 性质： 有机质的化学结构（如易分解的碳水化合物、难分解的木质素等）影响其分解速率，从而影响氧化还原过程。 3. 土壤通气性 (Aeration) 土壤通气性是衡量氧气在土壤中扩散能力的关键指标。 影响： 紧实的土壤、黏质土壤、或水淹的土壤，其孔隙度低，通气性差，氧气供应不足，容易形成缺氧（还原）环境。疏松的沙质土壤通常通气性好，有利于维持氧化状态。 4. 土壤 pH 值 pH值对土壤中不同氧化还原对的平衡以及微生物的活性有显著影响。 影响： 某些元素的氧化还原电位随pH值变化而变化。例如，铁的还原电位在酸性条件下降低，更容易被还原。同时，pH值也直接影响特定微生物的生长和代谢活动。 5. 温度 温度是影响土壤微生物活性的重要环境因子。 影响： 一般来说，温度升高有利于微生物的生长和代谢，加速有机质分解，从而增强氧化还原反应。 6. 土壤矿物组成 土壤中的矿物，尤其是氧化物和氢氧化物，如氧化铁、氧化锰，本身就是重要的氧化还原介质。 影响： 这些矿物可以在氧化还原循环中扮演电子传递者的角色，影响土壤整体的氧化还原状态。例如，还原条件下，Fe(III)氧化物被还原为Fe(II)，增加了可溶性铁的浓度，可能参与进一步的还原反应。 四、 土壤氧化还原过程的研究方法 为了深入理解土壤的氧化还原过程，科学家们发展了多种研究方法，这些方法可以大致分为现场观测、实验室模拟和理论计算等。 1. 现场测量方法 氧化还原电位 (Eh) 测量： 这是最直接、最常用的评估土壤氧化还原状态的方法。通常使用铂电极和参比电极（如甘汞电极或银/氯化银电极）插入土壤中进行测量。需要注意的是，Eh值受多种因素影响，且测量结果的稳定性与土壤类型、水分状况、电极插入深度等密切相关，解读Eh值时需结合具体环境条件。 溶解氧 (DO) 测量： 在水淹土壤或湿润土壤中，直接测量溶解氧浓度可以指示其氧化还原状态。 气体成分分析： 通过采集土壤气体，使用气相色谱仪分析 O2、CO2、CH4、N2O 等气体浓度，可以推断土壤的氧化还原过程。例如，高浓度的 CH4 和 N2O 通常表明强烈的厌氧还原过程。 可溶性氧化还原活性物质分析： 定期采集土壤溶液，检测 Fe(II)、Mn(II)、SO4²⁻、S²⁻ 等关键元素的浓度和价态，可以动态追踪氧化还原反应的进程。 2. 实验室模拟与控制实验 室内培养实验： 将土壤样品在实验室条件下，模拟不同的水分、温度、有机质添加、通气条件等，进行短期或长期的培养。通过定期取样测量 Eh、溶解氧、气体排放、可溶性物质含量等，来研究特定因素对氧化还原过程的影响。 厌氧/好氧培养： 设置严格的厌氧室或通气装置，控制土壤环境，专门研究厌氧或好氧条件下发生的特定氧化还原反应，例如反硝化作用或硝化作用。 同位素示踪技术： 使用稳定同位素（如 ¹³C、¹⁵N、³⁴S）或放射性同位素标记的底物，可以追踪元素在不同氧化还原态之间的转化路径和速率。 土壤酶活性测定： 某些酶（如脱氢酶、硝酸还原酶、硫酸盐还原酶等）的活性直接与土壤的氧化还原状态相关。测定这些酶的活性可以间接评估氧化还原过程的强度。 3. 微生物学和分子生物学方法 微生物群落结构与功能分析： 16S rRNA/ITS测序： 分析土壤微生物群落的组成和多样性，了解哪些微生物群落可能在特定的氧化还原过程中发挥主导作用。 宏基因组/宏转录组测序： 深入研究土壤微生物群落的基因组或转录组，识别与氧化还原过程相关的关键基因（如氧化还原酶基因）及其表达水平，从而揭示微生物的功能潜力。 功能性基因定量 PCR (qPCR)： 精确定量与特定氧化还原过程相关的基因拷贝数，例如，反硝化菌的硝酸还原酶基因 (nirS, nirK) 等。 微生物生理学研究： 分离和培养在特定氧化还原条件下活跃的微生物，研究其代谢途径和氧化还原酶的活性。 4. 模型模拟与理论计算 地球化学模型： 利用土壤化学和热力学原理，建立数学模型模拟土壤中的氧化还原反应。这些模型可以预测不同条件下元素的赋存形态、迁移转化以及 Eh 值的变化。 微生物群落模型： 结合微生物学和生态学知识，构建模拟土壤微生物群落与环境因子（包括氧化还原状态）相互作用的模型。 量子化学计算： 对土壤中关键氧化还原反应的机理进行理论计算，了解反应的活化能、自由能等热力学和动力学参数。 五、 土壤氧化还原过程的重要性与研究展望 土壤氧化还原过程的重要性体现在多个方面： 养分循环与植物生长： 许多植物必需元素（如N、P、S、Fe、Mn）的有效性高度依赖于其在土壤中的氧化还原状态。例如，硝态氮（NO₃⁻）比铵态氮（NH₄⁺）更容易被植物吸收，而反硝化作用会造成氮素损失。铁和锰的可溶性形式（Fe²⁺, Mn²⁺）更容易被植物吸收，但在氧化条件下则形成难溶性氧化物，限制其可用性。 环境污染物的转化与降解： 土壤中的氧化还原条件深刻影响着有机污染物（如农药、多环芳烃）和重金属（如Cr、As）的转化、迁移和生物有效性。某些污染物在特定氧化还原条件下可能被降解，也可能转化为毒性更强的形态。 温室气体排放： 土壤是甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）等重要温室气体的重要排放源。这些气体的产生与土壤的氧化还原状态密切相关，特别是在缺氧条件下，厌氧微生物的代谢活动会产生大量的 CH₄ 和 N₂O。 土壤健康与生态系统功能： 良好的土壤氧化还原平衡是维持土壤生物多样性、土壤结构稳定以及其他生态系统服务功能的基础。 展望未来，土壤氧化还原过程的研究将朝着以下方向发展： 多尺度耦合研究： 将微观的微生物代谢、介观的土壤孔隙环境与宏观的景观尺度的氧化还原过程更有效地耦合起来，建立更全面的认知框架。 新兴技术应用： 进一步探索利用高通量测序、代谢组学、纳米技术等新兴技术，更精确地揭示土壤氧化还原过程的精细机制。 气候变化响应： 深入研究气候变化（如温度升高、降雨模式改变）对土壤氧化还原过程的影响，特别是对温室气体排放的调控作用。 可持续农业与环境管理： 将对土壤氧化还原过程的深入理解应用于土壤管理策略的优化，例如，改进水肥管理，修复受污染土壤，减少温室气体排放，提升土壤健康水平。 综上所述，土壤氧化还原过程是土壤生态系统中最基础、最核心的化学-生物相互作用之一。通过不断完善和创新研究方法，我们能够更深入地理解这一复杂过程，并为解决当前和未来的环境挑战提供科学依据。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格是那种典型的学术著作的沉稳有力，没有丝毫花哨的辞藻堆砌，每一个句子都像经过精确计算的公式，直指核心论点。阅读过程中，我深刻体会到作者对专业术语的精准把握和恰当运用，使得晦涩难懂的概念也能被清晰地阐释出来。特别是在那些需要深入理解复杂化学反应过程的部分，作者倾向于采用清晰的因果陈述和步骤分解，极大地降低了读者的理解门槛。这种朴实、不绕弯子的叙述方式，对于需要快速掌握专业知识的学习者来说，无疑是一种福音，它保证了信息的纯粹性和高效性，避免了知识在转述过程中的损耗。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计颇具匠心，封面的深褐色调与细腻的纹理处理，让人联想到泥土的质感，那种朴实而厚重的气息扑面而来。内页纸张的选取也十分考究，米白色的纸张既减轻了阅读时的视觉疲劳，又透着一股沉稳的书卷气。装订工艺严丝合缝，即便是频繁翻阅，也能感受到它经久耐用的质感。从触感上来说，这无疑是一本让人愿意捧在手中细细品读的佳作。排版布局上，字体的选择和行距的拿捏都体现了出版方对读者体验的重视，让人在长时间阅读中依然能保持专注。整体而言，它不仅仅是一本书，更像是一件精心打磨的工艺品，从里到外都散发着专业与严谨的气息，让人对内容本身也充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值不仅体现在理论阐述上，更在于它所提供的系统性的方法论指导。不同于市面上一些只罗列概念的教科书，这本书似乎更倾向于“授人以渔”，它详细描绘了如何设计实验、如何采集样本、以及如何对实验数据进行可靠的解释和验证。其中对于数据处理和误差分析的探讨尤其到位，强调了在实际操作中必须警惕的陷阱和可能出现的偏差。这使得读者在合上书本，真正走进田间地头或实验室时，手中握有的不仅仅是一堆理论知识，更是一套行之有效的操作指南和思维框架，让人倍感踏实可靠。

评分☆☆☆☆☆

初翻阅这本书的目录时，我的目光立刻被那些极具概括性的章节标题所吸引，它们如同精确的坐标系，为读者勾勒出了一幅宏大的科学图景。那些关于介质交互、微观机理的描述，虽然看似深奥，却隐含着对自然界最根本问题的探讨。作者显然是下了苦功去梳理和构建这个复杂的知识体系的，逻辑链条层层递进，从宏观现象的观察过渡到微观机制的剖析，过渡得极为自然流畅。我尤其欣赏其中对研究方法的论述部分，其详尽程度和对不同实验条件的考量，都展现出一种实事求是的科学态度，让人感觉到作者在引导我们进行一场严谨的科学探究之旅，而不是简单地陈述既有结论。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这本书给我的感觉是如同一座精心规划的知识花园，每一部分都得到了细致的照料和精心的布局。它并非是那种快餐式的读物，需要读者投入时间与精力去细细品味，去消化其中的深度和广度。然而，一旦你沉浸其中，便会发现它所带来的知识回报是极为丰厚的。它成功地将一个看似枯燥的自然过程，展现出了其内在的丰富性和动态美，激发了读者对这门学科更深层次的好奇心和探索欲。这本书无疑是该领域内一本重量级的参考资料，其深度和广度都远超我的初步预期，是一次非常值得的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

正品，不错的一次购物

评分☆☆☆☆☆

装订的很好，很喜欢。

评分☆☆☆☆☆

正品，不错的一次购物

评分☆☆☆☆☆

很不错的一本书，对研究有帮助

评分☆☆☆☆☆

装订的很好，很喜欢。

评分☆☆☆☆☆

很不错的一本书，对研究有帮助

评分☆☆☆☆☆

装订的很好，很喜欢。

评分☆☆☆☆☆

很不错的一本书，对研究有帮助

评分☆☆☆☆☆

正品，不错的一次购物