土壤的氧化還原過程及其研究法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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丁昌璞 等 著

圖書標籤:

• 土壤化學
• 氧化還原
• 土壤過程
• 環境科學
• 土壤分析
• 研究方法
• 土壤生物化學
• 土壤環境
• 地球化學
• 土壤學

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030318176

版次：1

商品編碼：10897305

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-11-01

頁數：329

正文語種：中文

內容簡介

《土壤的氧化還原過程及其研究法》共13章，包括土壤的氧化還原狀況、硝化作用、反硝化作用、有機還原性物質、鐵、錳、硫、砷、氧化錳與酚類化閤物的相互作用，以及交叉相鄰學科4章，即鐵、錳的生物有效性與氧化還原狀況、稻根與根際土壤還原性物質的相互作用、氧化還原過程與土壤發生、土壤氧化還原與環境。同時多章對應的研究方法也予以介紹。

目錄

前言

第一章 氧化還原狀況
一、土壤氧化還原狀況的特徵
（一）強度因素與數量因素的關係
（二）不均一性
（三）變異範圍寬
（四）變異可逆性大
（五）帶譜分異
二、影響因素
（一）有機物質
（二）水分狀況
（三）酸度
（四）分解時間
（五）土壤類型
三、動態變化
（一）數量
（二）速度
（三）強還原性物質和弱還原性物質的消長
（四）氧化還原電位
四、不同類型土壤的氧化還原狀況
（一）自然土壤
（二）農用旱作土壤
（三）水稻土
五、土壤氧化還原狀況的研究方法
（一）氧化還原電位的測定
（二）還原性物質的測定
（三）pH的測定
（四）硫化物的測定
（五）正、負電荷有機還原性物質的測定
參考文獻

第二章 銨的氧化--硝化反應
一、硝化反應和硝化微生物
（一）生物化學反應方程式
（二）微生物類群
二、不同土壤中的硝化反應
（一）硝化微生物的數量
（二）硝化活性
（三）硝化速率
三、影響因素
（一）pH
（二）Eh
（三）水分
（四）有機肥料
（五）質地
（六）利用方式
（七）土壤肥力
四、硝化過程中氧化亞氮的形成和條件
五、動力學特徵
（一）Michaelis-Menten反應動力學
（二）基質降解動力學
（三）Logistic生長麯綫（自然生長方程）動力學
六、硝化反應的抑製
（一）機理
（二）抑製劑的種類及選用原則
（三）抑製劑的效果
七、土壤硝化反應的研究方法
（一）亞硝酸菌數量的測定（MPN法）
（二）土壤硝化活性的測定[NH4+-N和（NO-2+NO-3）-N的Zn-FeS04還原連續蒸餾法]
（三）根際土壤的硝化活性（根際微域模擬培養及15N示蹤法）
（四）硝化過程的氧化亞氮測定（氣相色譜法）
（五）味精廢水中銨態氮的微生物氧化法
參考文獻

第三章 硝酸鹽的還原--反硝化反應
一、反硝化反應和反硝化微生物
（一）反硝化反應的生物還原作用
（二）微生物類群及其生態條件
二、影響因素
（一）氧含量和水分狀況
（二）有機質含量和可利用碳源
（三）根係
（四）耕作
……
第四章 有機還原性物質
第五章 鐵
第六章 錳
第七章 硫
第八章 砷的氧化還原反應
第九章 氧化錳與酚類化閤物的氧化還原
第十章 鐵、錳的有效性與氧化還原狀況
第十一章 稻根和鉀與還原性物質的相互作用
第十二章 氧化還原過程與土壤發生
第十三章 氧化還原反應與環境汙染
參考文獻

前言/序言

土壤氧化還原過程及其研究法 一、 緒論 土壤，作為地球錶層的生命支撐係統，其內部的化學與生物過程錯綜復雜，深刻影響著物質循環、能量流動以及生態係統的健康。在這諸多過程中，氧化還原反應（Redox reactions）無疑扮演著至關重要的角色。它們不僅調控著土壤中關鍵元素的賦存形態和遷移轉化，還直接關聯到植物養分的可利用性、微生物群落的活性、土壤汙染物的降解以及溫室氣體的排放。因此，深入理解土壤的氧化還原過程及其研究方法，對於土壤健康管理、農業可持續發展、環境保護乃至氣候變化研究都具有不可估量的理論與實踐意義。 本文將圍繞“土壤的氧化還原過程及其研究法”這一主題，係統性地探討土壤中氧化還原反應的基本原理、主要影響因素、關鍵參與者以及多樣化的研究手段。我們將從基礎理論齣發，逐步深入到具體的應用層麵，力求為讀者提供一個全麵而深入的認知框架。 二、 土壤氧化還原過程的基本原理 氧化還原反應，顧名思義，是指電子（或氫原子）在反應物之間轉移的過程。在化學上，失去電子的過程稱為氧化，獲得電子的過程稱為還原。在土壤環境中，這種電子轉移通常伴隨著元素的價態變化。 1. 氧化態與還原態 元素的氧化態（Oxidation state）是用來衡量其在化閤物中獲得或失去電子的相對數。在土壤中，許多關鍵元素的氧化態變化直接指示著氧化還原條件的強弱。例如，鐵（Fe）在土壤中常以 Fe(II)（亞鐵）和 Fe(III)（鐵）的形式存在，Mn（錳）則有 Mn(II) 到 Mn(VII) 等不同價態。氮（N）的循環同樣涉及硝化（N元素的氧化）和反硝化（N元素的還原）等過程。 2. 氧化還原電位 (Eh) 氧化還原電位（Redox potential, Eh）是衡量溶液中氧化還原能力的指標。在土壤係統中，Eh值的大小直觀地反映瞭電子的相對豐度。 高 Eh 值（通常大於 +400 mV）錶明土壤處於氧化狀態，氧氣充足，氧化劑占優勢，有利於氧化反應的發生。 低 Eh 值（通常小於 +100 mV，甚至為負值）錶明土壤處於還原狀態，氧氣匱乏，還原劑占優勢，有利於還原反應的發生。 Eh值受到多種因素的影響，包括氧氣分壓、有機質含量、微生物活性、pH值以及各種氧化還原活性物質的濃度。在土壤中，Eh值的變化是一個動態過程，尤其是在水淹、土壤緊實等導緻通氣不良的條件下，Eh值會迅速下降，標誌著厭氧環境的形成。 3. 土壤氧化還原反應的關鍵參與者 氧氣 (O2)： 作為最主要的電子受體，氧氣的有效供應是維持土壤氧化狀態的關鍵。氧氣的消耗速度遠超其在土壤中的擴散速度，因此，土壤的通氣狀況直接決定瞭氧氣的分布和利用。 有機質 (OM)： 土壤有機質是土壤微生物的能量和碳源，其分解過程是土壤氧化還原反應的主要驅動力之一。有機質的氧化分解過程消耗氧氣，並釋放齣電子，為其他還原反應提供條件。 微生物： 土壤微生物是執行氧化還原反應的“主力軍”。各類細菌、真菌等通過自身的酶係統，能夠催化一係列復雜的氧化還原轉化，如有機物的分解、元素的礦化與固化、以及汙染物轉化等。微生物的代謝活動與土壤的氧化還原狀態緊密耦閤。 無機氧化還原活性物質： 土壤中含有多種無機物，它們本身就是氧化劑或還原劑，或參與氧化還原循環。例如，Fe(III) 和 Mn(IV) 的氧化物/氫氧化物可以作為電子受體，在缺氧條件下被還原為可溶性的 Fe(II) 和 Mn(II)。硫化物（S²⁻）等還原性物質也普遍存在於某些土壤環境中。 三、 土壤氧化還原過程的主要影響因素 土壤氧化還原過程的強弱和方嚮受多種因素的綜閤調控，其中一些關鍵因素包括： 1. 土壤水分狀況 水分在土壤氧化還原過程中起著雙重作用。 充足水分（飽和或近飽和）： 當土壤水分含量高，導緻孔隙被水填充時，氧氣的擴散受到極大限製，土壤內部形成厭氧（還原）環境，Eh值顯著下降。這是導緻水稻田、沼澤地等呈現強還原狀態的主要原因。 適宜水分： 適量的土壤水分有助於微生物的活性，促進有機質的分解。但同時，適宜的通氣性使得氧氣能夠到達微生物，維持相對氧化狀態。 乾旱： 極度乾旱會限製微生物活性，減緩有機質分解，從而可能導緻土壤氧化還原過程減弱。 2. 土壤有機質含量與性質 有機質是土壤氧化還原反應的“燃料”和“驅動力”。 含量： 有機質含量越高，微生物的能量來源越豐富，其代謝活動越活躍，對氧氣的消耗量越大，越容易導緻土壤進入還原狀態。 性質： 有機質的化學結構（如易分解的碳水化閤物、難分解的木質素等）影響其分解速率，從而影響氧化還原過程。 3. 土壤通氣性 (Aeration) 土壤通氣性是衡量氧氣在土壤中擴散能力的關鍵指標。 影響： 緊實的土壤、黏質土壤、或水淹的土壤，其孔隙度低，通氣性差，氧氣供應不足，容易形成缺氧（還原）環境。疏鬆的沙質土壤通常通氣性好，有利於維持氧化狀態。 4. 土壤 pH 值 pH值對土壤中不同氧化還原對的平衡以及微生物的活性有顯著影響。 影響： 某些元素的氧化還原電位隨pH值變化而變化。例如，鐵的還原電位在酸性條件下降低，更容易被還原。同時，pH值也直接影響特定微生物的生長和代謝活動。 5. 溫度 溫度是影響土壤微生物活性的重要環境因子。 影響： 一般來說，溫度升高有利於微生物的生長和代謝，加速有機質分解，從而增強氧化還原反應。 6. 土壤礦物組成 土壤中的礦物，尤其是氧化物和氫氧化物，如氧化鐵、氧化錳，本身就是重要的氧化還原介質。 影響： 這些礦物可以在氧化還原循環中扮演電子傳遞者的角色，影響土壤整體的氧化還原狀態。例如，還原條件下，Fe(III)氧化物被還原為Fe(II)，增加瞭可溶性鐵的濃度，可能參與進一步的還原反應。 四、 土壤氧化還原過程的研究方法 為瞭深入理解土壤的氧化還原過程，科學傢們發展瞭多種研究方法，這些方法可以大緻分為現場觀測、實驗室模擬和理論計算等。 1. 現場測量方法 氧化還原電位 (Eh) 測量： 這是最直接、最常用的評估土壤氧化還原狀態的方法。通常使用鉑電極和參比電極（如甘汞電極或銀/氯化銀電極）插入土壤中進行測量。需要注意的是，Eh值受多種因素影響，且測量結果的穩定性與土壤類型、水分狀況、電極插入深度等密切相關，解讀Eh值時需結閤具體環境條件。 溶解氧 (DO) 測量： 在水淹土壤或濕潤土壤中，直接測量溶解氧濃度可以指示其氧化還原狀態。 氣體成分分析： 通過采集土壤氣體，使用氣相色譜儀分析 O2、CO2、CH4、N2O 等氣體濃度，可以推斷土壤的氧化還原過程。例如，高濃度的 CH4 和 N2O 通常錶明強烈的厭氧還原過程。 可溶性氧化還原活性物質分析： 定期采集土壤溶液，檢測 Fe(II)、Mn(II)、SO4²⁻、S²⁻ 等關鍵元素的濃度和價態，可以動態追蹤氧化還原反應的進程。 2. 實驗室模擬與控製實驗 室內培養實驗： 將土壤樣品在實驗室條件下，模擬不同的水分、溫度、有機質添加、通氣條件等，進行短期或長期的培養。通過定期取樣測量 Eh、溶解氧、氣體排放、可溶性物質含量等，來研究特定因素對氧化還原過程的影響。 厭氧/好氧培養： 設置嚴格的厭氧室或通氣裝置，控製土壤環境，專門研究厭氧或好氧條件下發生的特定氧化還原反應，例如反硝化作用或硝化作用。 同位素示蹤技術： 使用穩定同位素（如 ¹³C、¹⁵N、³⁴S）或放射性同位素標記的底物，可以追蹤元素在不同氧化還原態之間的轉化路徑和速率。 土壤酶活性測定： 某些酶（如脫氫酶、硝酸還原酶、硫酸鹽還原酶等）的活性直接與土壤的氧化還原狀態相關。測定這些酶的活性可以間接評估氧化還原過程的強度。 3. 微生物學和分子生物學方法 微生物群落結構與功能分析： 16S rRNA/ITS測序： 分析土壤微生物群落的組成和多樣性，瞭解哪些微生物群落可能在特定的氧化還原過程中發揮主導作用。 宏基因組/宏轉錄組測序： 深入研究土壤微生物群落的基因組或轉錄組，識彆與氧化還原過程相關的關鍵基因（如氧化還原酶基因）及其錶達水平，從而揭示微生物的功能潛力。 功能性基因定量 PCR (qPCR)： 精確定量與特定氧化還原過程相關的基因拷貝數，例如，反硝化菌的硝酸還原酶基因 (nirS, nirK) 等。 微生物生理學研究： 分離和培養在特定氧化還原條件下活躍的微生物，研究其代謝途徑和氧化還原酶的活性。 4. 模型模擬與理論計算 地球化學模型： 利用土壤化學和熱力學原理，建立數學模型模擬土壤中的氧化還原反應。這些模型可以預測不同條件下元素的賦存形態、遷移轉化以及 Eh 值的變化。 微生物群落模型： 結閤微生物學和生態學知識，構建模擬土壤微生物群落與環境因子（包括氧化還原狀態）相互作用的模型。 量子化學計算： 對土壤中關鍵氧化還原反應的機理進行理論計算，瞭解反應的活化能、自由能等熱力學和動力學參數。 五、 土壤氧化還原過程的重要性與研究展望 土壤氧化還原過程的重要性體現在多個方麵： 養分循環與植物生長： 許多植物必需元素（如N、P、S、Fe、Mn）的有效性高度依賴於其在土壤中的氧化還原狀態。例如，硝態氮（NO₃⁻）比銨態氮（NH₄⁺）更容易被植物吸收，而反硝化作用會造成氮素損失。鐵和錳的可溶性形式（Fe²⁺, Mn²⁺）更容易被植物吸收，但在氧化條件下則形成難溶性氧化物，限製其可用性。 環境汙染物的轉化與降解： 土壤中的氧化還原條件深刻影響著有機汙染物（如農藥、多環芳烴）和重金屬（如Cr、As）的轉化、遷移和生物有效性。某些汙染物在特定氧化還原條件下可能被降解，也可能轉化為毒性更強的形態。 溫室氣體排放： 土壤是甲烷（CH₄）、氧化亞氮（N₂O）等重要溫室氣體的重要排放源。這些氣體的産生與土壤的氧化還原狀態密切相關，特彆是在缺氧條件下，厭氧微生物的代謝活動會産生大量的 CH₄ 和 N₂O。 土壤健康與生態係統功能： 良好的土壤氧化還原平衡是維持土壤生物多樣性、土壤結構穩定以及其他生態係統服務功能的基礎。 展望未來，土壤氧化還原過程的研究將朝著以下方嚮發展： 多尺度耦閤研究： 將微觀的微生物代謝、介觀的土壤孔隙環境與宏觀的景觀尺度的氧化還原過程更有效地耦閤起來，建立更全麵的認知框架。 新興技術應用： 進一步探索利用高通量測序、代謝組學、納米技術等新興技術，更精確地揭示土壤氧化還原過程的精細機製。 氣候變化響應： 深入研究氣候變化（如溫度升高、降雨模式改變）對土壤氧化還原過程的影響，特彆是對溫室氣體排放的調控作用。 可持續農業與環境管理： 將對土壤氧化還原過程的深入理解應用於土壤管理策略的優化，例如，改進水肥管理，修復受汙染土壤，減少溫室氣體排放，提升土壤健康水平。 綜上所述，土壤氧化還原過程是土壤生態係統中最基礎、最核心的化學-生物相互作用之一。通過不斷完善和創新研究方法，我們能夠更深入地理解這一復雜過程，並為解決當前和未來的環境挑戰提供科學依據。

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這本書的語言風格是那種典型的學術著作的沉穩有力，沒有絲毫花哨的辭藻堆砌，每一個句子都像經過精確計算的公式，直指核心論點。閱讀過程中，我深刻體會到作者對專業術語的精準把握和恰當運用，使得晦澀難懂的概念也能被清晰地闡釋齣來。特彆是在那些需要深入理解復雜化學反應過程的部分，作者傾嚮於采用清晰的因果陳述和步驟分解，極大地降低瞭讀者的理解門檻。這種樸實、不繞彎子的敘述方式，對於需要快速掌握專業知識的學習者來說，無疑是一種福音，它保證瞭信息的純粹性和高效性，避免瞭知識在轉述過程中的損耗。

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總的來說，這本書給我的感覺是如同一座精心規劃的知識花園，每一部分都得到瞭細緻的照料和精心的布局。它並非是那種快餐式的讀物，需要讀者投入時間與精力去細細品味，去消化其中的深度和廣度。然而，一旦你沉浸其中，便會發現它所帶來的知識迴報是極為豐厚的。它成功地將一個看似枯燥的自然過程，展現齣瞭其內在的豐富性和動態美，激發瞭讀者對這門學科更深層次的好奇心和探索欲。這本書無疑是該領域內一本重量級的參考資料，其深度和廣度都遠超我的初步預期，是一次非常值得的閱讀體驗。

評分☆☆☆☆☆

初翻閱這本書的目錄時，我的目光立刻被那些極具概括性的章節標題所吸引，它們如同精確的坐標係，為讀者勾勒齣瞭一幅宏大的科學圖景。那些關於介質交互、微觀機理的描述，雖然看似深奧，卻隱含著對自然界最根本問題的探討。作者顯然是下瞭苦功去梳理和構建這個復雜的知識體係的，邏輯鏈條層層遞進，從宏觀現象的觀察過渡到微觀機製的剖析，過渡得極為自然流暢。我尤其欣賞其中對研究方法的論述部分，其詳盡程度和對不同實驗條件的考量，都展現齣一種實事求是的科學態度，讓人感覺到作者在引導我們進行一場嚴謹的科學探究之旅，而不是簡單地陳述既有結論。

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這本書的裝幀設計頗具匠心，封麵的深褐色調與細膩的紋理處理，讓人聯想到泥土的質感，那種樸實而厚重的氣息撲麵而來。內頁紙張的選取也十分考究，米白色的紙張既減輕瞭閱讀時的視覺疲勞，又透著一股沉穩的書捲氣。裝訂工藝嚴絲閤縫，即便是頻繁翻閱，也能感受到它經久耐用的質感。從觸感上來說，這無疑是一本讓人願意捧在手中細細品讀的佳作。排版布局上，字體的選擇和行距的拿捏都體現瞭齣版方對讀者體驗的重視，讓人在長時間閱讀中依然能保持專注。整體而言，它不僅僅是一本書，更像是一件精心打磨的工藝品，從裏到外都散發著專業與嚴謹的氣息，讓人對內容本身也充滿瞭期待。

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這本書的價值不僅體現在理論闡述上，更在於它所提供的係統性的方法論指導。不同於市麵上一些隻羅列概念的教科書，這本書似乎更傾嚮於“授人以漁”，它詳細描繪瞭如何設計實驗、如何采集樣本、以及如何對實驗數據進行可靠的解釋和驗證。其中對於數據處理和誤差分析的探討尤其到位，強調瞭在實際操作中必須警惕的陷阱和可能齣現的偏差。這使得讀者在閤上書本，真正走進田間地頭或實驗室時，手中握有的不僅僅是一堆理論知識，更是一套行之有效的操作指南和思維框架，讓人倍感踏實可靠。

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很不錯的一本書，對研究有幫助

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