土壤胶体和土壤交换性能

第六章 土壤胶体和土壤交换性能主要学习目的：要求学生理解土壤胶体的晶格构造，掌握土壤胶体的性质本章是今后学习肥料学的根底因为土壤胶体的行为影响着土壤的发生开展、土壤的理化性质及土壤保肥供肥才能第一节土壤胶体一、概念土壤胶体是指颗粒直径小于01m m或0.002m m的土壤微粒 目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的这是因为胶体性质的出现，是随着粒径 的减小逐渐加强的没有截然划分的界限二、 土壤中的胶体主要分为三类1、 土壤无机胶体：主要是矿物在化学风化过程中产生的次生矿物，包括氧化硅类、三氧化 物类和层状铝硅酸盐等有时将无机胶体称为粘土矿物粘土矿物的来源有以下几个途径：〔1〕由白云母、黑云母演变而来；〔2〕在一定条件 下有矿物的分解产物合成形成；〔3〕由一种粘土矿物演变成另一种粘土矿物2、 土壤中有机胶体主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的3、 有机无机复合体是土壤腐殖质和粘土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复 杂三、 硅酸盐粘粒的晶格构造1、粘土矿物的根本单位：有2个即硅氧片和铝氧片 〔1〕硅氧片：由硅氧四面体连接而成硅、氧两元素能组成一个单位的原因：一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可 互相吸引。

二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子 的大小根本相似但四面体的键价并不平衡〔Si0 4-〕，因此许多四面体可共用氧原子形成一4 层此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合形成各类粘土矿物〔 2〕铝氧片，又称铝氧八面体 由六个氧原子围绕一个铝原子构成六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相 近似许多铝八面体互相连接，形成铝氧片铝氧片有两个层面的电价不平衡，可与氢原子 连接形成水铝矿，或与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐粘土矿物分为二层矿 物和三层矿物；四、 粘土矿物负电荷的来源〔本章的重点是土壤的电化学特性〕1、 同晶取代：晶格构造中的中央离子被其他阳离子取代后会产生负电荷〔被电荷比它低的 取代〕2、 晶格断裂产生电荷3、胶体外表分子解离产生电荷随pH变化改变而产生的电荷称可变电荷五、 几种主要土壤胶体1、 高岭石〔kaolinite〕 是二层型〔1： 1〕粘土矿物，是强烈化学风化条件下的产物〔南 方〕〔教材p178 8-3构造图〕晶格较稳定，硅酸盐层之间由氢键连接，作用力很强，间隙小， 水分子或其他离子很难进入层间因此只有外外表，没有内外表，无胀缩性〔陶器不会太大〕， 比外表积较小，为30m2/g。

高岭石带有的电荷一局部是晶格破裂产生的，另外晶格外表的 —OH 在土壤酸度变化时带有可变电荷，但高岭石的带电量较少；2、 伊利石 属三层型〔2： 1〕粘土矿物，主要分布在干旱半干旱地区硅酸盐层间由钾 离子连接，晶格间隔 比较稳定晶格的边缘具有胀缩性，比外表积外外表小，内外表比大， 外表积为100m2/g,；伊利石带有的电荷是由同晶代换产生的，其中有一局部负电荷被钾离 子中和，伊利石的带电量比高岭石多3、 蒙脱石 属三层型〔2：1〕粘土矿物,主要分布在干旱和半干旱地区的土壤中硅酸盐 层之间由钙离子和镁离子连接,硅酸盐层之间全部胀缩性,内外表积非常大,比外表积为 800 m2/g,带有的电荷是由同晶代换产生的，带电量比伊利石多4、 含水氧化物 包括非晶质的硅酸和含水氧化铁或氧化铝非晶质的硅酸是各种铝硅酸盐 经过化学风化过程的最后产物，其所带电荷是由H+解离产生的含水氧化铁或氧化铝的种 类有褐铁矿、赤铁矿、针铁矿、水铝石和三水铝石它们均属两性胶体，所带电荷随pH值 变化有很大不同，在溶液偏酸时，解离出—OH-,成为(0H)2+带正电，在溶液偏碱时，解离 出H+,成为(0H)20-带负电5、 腐殖质胶体 高分子有机化合物，呈球形，具三维空间的网状构造。

负电荷主要是由羧 基和酚羟基解离的氢离子引起，与pH相关，腐殖质胶体中的NH2可承受氢离子而带正电荷六、土壤胶体的性质土壤胶体是物理化学性质最活泼的局部土壤的保肥性、供肥性、酸碱反响、缓冲性能， 以及土壤的构造、土壤的物理机械性质等，都与土壤胶体有亲密关系1、 宏大的比外表积和外表能 颗粒小，有宏大的比外表积外表宏大的外表能能吸附大量的水分子、养分和其他分子态物质有些微生物也被吸附在外表2、 带电性和离子吸收代换性能 一般胶体带负电，可吸附大量的阳离子而且大局部的离子，具有代换才能这对养分的供应与保存以及土壤的酸碱、缓冲性有很大的意义3、 分散性和凝聚性 土壤胶体，在一定条件下，可以分散在介质中，呈溶胶状态有时又可以互相凝聚，呈凝胶状态这种凝聚一般是在阳离子的作用下产生的不同阳离子的凝聚才能：Fe3+>Al3+>>Ca2+>Mg2+>>K+>NH4+>Na+ , 凝聚作用对土壤构造的形成极为重要4、 物理机械性质 土壤胶体具有粘结性、粘着性和可塑性等一系列的性质第二节土壤阳离子交换一、 土壤阳离子交换过程：1、 概念：土壤胶体吸附阳离子，在一定条件下，与土壤溶液中的阳离子发生交换，这就是 土壤阳离子的交换过程。

可以参与交换过程的阳离子，就成为交换性阳离子2、 特点：第一，是可逆反响任何一方的反响都不能进展到底，只有不断排除生成物，并反复浸提〔交换性阳离子测定〕，才能把胶体外表上的钙离子和钾离子全部交换出来； 第二，阳离子交换作用按等摩尔进展，即20克钙离子可以和39.1克钾离子交换； 第三，交换受温度影响较小，而与交换点位置直接相关：外外表上的交换可瞬时发生 一小时内到达平衡；内外表上的交换需要很长时间才能到达平衡，因为离子在到达交换点前 需要在晶层间隙中运动，受离子扩散规律制约，所以往往需要很长时间才能到达平衡二、 土壤阳离子交换量〔Cation Exchange Capacity〕CEC定义：在 pH 值为 7时，每千克土壤中所含有的全部交换性阳离子的厘摩尔数 单位：cmol/kg与旧单位me/100g 土等量换算 土壤交换量的大小，根本上代表了土壤的保持养分数量，也就是平常所说的保肥力上 下；交换量大，也就是保存养分的才能大，反之那么弱所以，土壤交换量可以作为评价土 壤保肥力的指标一般地：小于10 cmol/kg，保肥力弱；10〜20 cmol/kg，中等；大于20 cmol/kg，强。

三、 影响土壤阳离子交换量的因素1、 土壤质地 土壤质地愈粘，土壤的交换量也就愈大，一般：土壤质地 砂土 轻壤土 中、重壤土 粘土交换量 cmol/kg 1~2 7〜8 15~18 25〜302、 腐殖质含量腐殖质易带负电荷，腐殖质胶体具有极大的比外表积，交换量为200—500cmol/kg，比 无机胶体的交换量大得多因此，腐殖质含量越高，阳离子交换量越大3、 无机胶体种类高岭石〔6 cmol/kg〕、伊利石〔30 cmol/kg 土〕、蒙脱石〔100 cmol/kg〕4、 土壤的酸碱性土壤腐殖质所带电荷为可变电荷，其COOH,-OH的解离强度，是由pH的变化决定的， 含腐殖质多的土壤，交换量受pH影响显著，当pH cmol/kg上升到345 cmol/kg另外高岭 石、铁铝的含水氧化物所带电荷也受酸碱环境的影响四、 土壤盐基饱和度1、 盐基饱和度：土壤胶体上的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分比土壤交换性阳离子可分为二类：致酸离子H+、Al3+、和盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等)，盐基离子为植物所需的速效养分2、 盐基饱和度的意义：真正反映土壤有效速效养分含量的大小。

假设阳离子总量大，而盐 基饱和度偏小，需要采取措施对土壤加以改良，如施肥或用石灰中和4、 单一离子的饱和度%=交换性该离子总量/阳离子总量*100五、 影响交换性阳离子有效性的因素：1、 交换性阳离子的饱和度：饱和度大，该离子的有效性大；2、 陪伴离子的种类：对于某一特定的离子来说，其它与其共存的离子都是陪伴离子与胶 体结合强度大的离子，本身有效性低，但对其它离子的有效性有利各离子抑制才能由强到 弱的顺序为：钠离子＞钾离子＞镁离子＞钙离子＞氢离子＞铝离子；3、 无机胶体的种类：在饱和度一样的前提下，各种离子在无机胶体上的有效性：高岭石大 于蒙脱石大于伊利石；4、 离子半径大小与晶格孔穴大小的关系离子大小与孔径相近，离子易进入孔穴中，且稳 定性较大，从而降低了有效性如：孔穴半径为1.4埃，钾离子的半径为1.33埃，铵离子的 半径为1.42埃，那么有效性较低第三节 土壤阴离子吸附一、土壤吸收阴离子的原因1、 两性胶体带正电荷酸性 Al(OH)3+HCl= Al(OH)2++Cl--+H2O碱性 Al(OH)3 +NaOH= Al(OH)2O—+Na++H2O2、 土壤腐殖质中的—NH2在酸性条件下吸收H+成为—NH3+而带正电。

3、 粘粒矿物外表上的一OH原子团可与土壤溶液中的阴离子代换二、土壤中各种阴离子代换吸收才能 不同阴离子代换吸收顺序如下：草酸根离子＞柠檬酸离子＞磷酸根离子＞硫酸根离子＞氯离子＞硝酸根离子 磷酸根离子和某些有机酸根离子易被土壤吸收实际上，磷酸根常被某些阳离子如钙、镁、 铁、铝所固定，而失去有效性而土壤氯离子和硝酸根离子代换吸收才能最弱，甚至不能吸 收 根据阴离子吸收的特点，在施肥时，应采取相应措施，磷肥施用时应防止固定，硝酸态氮肥 应防止流失第四节 离子吸收代换作用在园林土壤肥力上的意义 一、具有较好的保持和供应养分的才能离子态的养分，在土壤胶体的离子代换作用下，保持在土壤中，这就是土壤的保肥性 被土壤胶体吸收的离子与土壤溶液间的离子能进展可逆性交换，植物可随时从土壤中得到养 分，这就是土壤的供肥性土壤具有一定数量的胶体，较高的离子代换吸收量，土壤也就具 备了较好的养分保持与供应才能，使土壤保肥性和供肥性矛盾得到统一 二、使土壤具备较佳的缓冲性对园林土壤来说，局部的酸碱污染是经常发生的，土壤胶体的缓冲作用很重要另一方 面，在施用无机肥料时，局部的养分浓度过高，会导致烧根现象，较高的离子代换量可使此 种危害减轻或消除。

在一定范围内，此作用能协调植物对土壤营养的吸收，使土壤能较稳、 均、足、适地供应植物生长所需的养分，使园林植物既不疯长，又不脱肥三、使土壤的物理状况得到调节土壤胶粒之间的凝聚作用，是土壤具有构造的根本原因，当土壤胶体外表吸收大量钠离 子时，因钠离子的水膜厚，带电量少，胶体扩散层厚度大，促使胶粒分散而当土壤胶体特 别是有机胶体吸附钙后，因钙离子带电量高，水膜薄，胶粒易于凝聚，形成土壤构造体在 碱性土壤上施石膏，可改良土壤的不良性状第五节 土壤阳离子吸收与代换性的改良包括两个方面：一、进步阳离子代换量1、增加矿质胶体 在北方地区质地粗的土壤中，增加阳离子代换量高的粘土 南方地区土壤以高岭石为主，代换量低，应增加富含蒙脱石、蛭石的土壤蛭石是云母类矿物脱钾后形成的，在北方土壤中含量高，化学成分变化大，与蒙脱石的 区别是层间连接比较紧，颗粒粗，负电荷是由铝代替硅产生的2、增加有机胶体有机胶体的代换量〔200—500mmol/kg）是矿质胶体的假设干倍对任何土壤来说，增加 腐殖质，对进步阳离子代换量都是有效的每增加1%的腐殖质，可进步1——2mmol/kg的交 换量3、适当进步土壤pH 碱性条件有利于氢离子解离，阳离子代换量也进步。

对酸性土壤来说，完全可行 本章重点：主要是几种主要土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程 本章难点：主要是土壤胶体的带电性及土壤胶体为什么会带电土壤胶体带电的事 实早已被电渗与电泳等现象所证实，不同土壤胶体产生电荷的机制不同另外土壤胶体具有 双电层构造复习考虑题一、名词解释1、土壤胶体；2、同晶代换；3、土壤阳离子交换过程4、土壤阳离子交换量；5、土壤盐基饱和度 二、简答题1、土壤胶体包括哪些类型？2、1：1 型矿物和2：1 型矿物的硅酸盐层有什么区别？3、简述高岭石、蒙脱石和伊利石的性质4、简述腐殖质胶体的性质5、影响阳离子交换量大小的因素有哪些？6、哪些土壤胶体可带正电荷？。