土壤學(xué)課件(第四章)

1、第四章土壤化學(xué)性質(zhì)第四章土壤化學(xué)性質(zhì) 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 第一節(jié)第一節(jié) 土壤膠體土壤膠體(soil colloid) 土壤膠體：無(wú)機(jī)膠體土壤膠體：無(wú)機(jī)膠體(粘粒粘粒)、有機(jī)膠體、有機(jī)膠體(腐殖質(zhì)腐殖質(zhì))、 有機(jī)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠體無(wú)機(jī)復(fù)合膠體。 一、土壤膠體的表面一、土壤膠體的表面 （一）土壤膠體表面類型（一）土壤膠體表面類型 按表面位置：按表面位置： 內(nèi)表面內(nèi)表面膨脹性粘土礦物的層間表面和腐殖質(zhì)分膨脹性粘土礦物的層間表面和腐殖質(zhì)分 子內(nèi)的表面，其表面反應(yīng)為緩慢的滲入過(guò)程。子內(nèi)的表面，其表面反應(yīng)為緩慢的滲入過(guò)程。 外表面外表面粘粒的外表面和

2、腐殖質(zhì)、游離鐵鋁氧粘粒的外表面和腐殖質(zhì)、游離鐵鋁氧 化物等包被的表面，表面反應(yīng)迅速?；锏劝坏谋砻?，表面反應(yīng)迅速。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 按表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：按表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1.硅氧烷型表面硅氧烷型表面硅氧片的表面硅氧片的表面 硅氧烷硅氧烷SiOSi 21型粘粒的上、下兩面，型粘粒的上、下兩面，11型粘粒型粘粒1/2面。面。 非極性疏水表面非極性疏水表面: : 主要電荷來(lái)源為主要電荷來(lái)源為同晶置換同晶置換 (Al3+Si4+)，少部分是少部分是 邊角斷鍵。邊角斷鍵。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地

3、資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.羥基化表面羥基化表面(ROH)（水合氧化物型表面水合氧化物型表面） M(金屬離子金屬離子)OH，鋁醇，鋁醇AlOH，鐵醇，鐵醇Fe OH，硅醇，硅醇SiOH等。水鋁（鎂）片，鐵、鋁氧化等。水鋁（鎂）片，鐵、鋁氧化 物及硅片邊角斷鍵。物及硅片邊角斷鍵。 極性的親水表面。電荷來(lái)源為表面極性的親水表面。電荷來(lái)源為表面OH基質(zhì)子的締基質(zhì)子的締 合合OH2+或離解或離解OHO- + H+。 3.有機(jī)物表面：有機(jī)物表面：腐質(zhì)物質(zhì)為主的表面腐質(zhì)物質(zhì)為主的表面 羧基羧基(-COOH)、羥基、羥基(-OH)、醌基、醌基(=O)、醛基、醛基(- CHO)、甲氧基、甲氧基(-OCH3)和氨基和

4、氨基(-NH2)可離解可離解H+離子離子 或締合或締合H+離子而使表面帶電荷。離子而使表面帶電荷。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （二）土壤膠體的表面積和比表面（二）土壤膠體的表面積和比表面 比面：?jiǎn)挝恢亓浚w積）物體的總表面積。比面：?jiǎn)挝恢亓浚w積）物體的總表面積。 物體顆粒愈細(xì)小，表面積愈大。物體顆粒愈細(xì)小，表面積愈大。 土粒直徑土粒直徑(mm) 總表面積總表面積(cm2) 比面比面(cm2/cm3) 10 3.14 6 1 31.42 60 0.05 628.32 1200 0.001 31416 60000 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資

5、源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 膨脹性膨脹性2 1型粘土礦物總表面積大，以內(nèi)表型粘土礦物總表面積大，以內(nèi)表 面積為主面積為主 非膨脹性非膨脹性2 1型和型和1 1型粘土礦物總表面積小，型粘土礦物總表面積小， 一般以外表面為主（水化埃洛石例外）。一般以外表面為主（水化埃洛石例外）。 水鋁英石比表面較大，內(nèi)、外表面各一半。水鋁英石比表面較大，內(nèi)、外表面各一半。 鐵、鋁氧化物的比表面與其晶化程度有關(guān)，鐵、鋁氧化物的比表面與其晶化程度有關(guān)， 以外表面為主。以外表面為主。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 土壤有機(jī)質(zhì)的比表面大，表觀比表面可達(dá)土

6、壤有機(jī)質(zhì)的比表面大，表觀比表面可達(dá)700 m2/g。 膠體成分膠體成分內(nèi)表面積內(nèi)表面積外表面積外表面積總表面積總表面積 蒙脫石蒙脫石70075015150700850 蛭蛭 石石400750150400800 水云母水云母059015090150 高嶺石高嶺石0540540 埃洛石埃洛石010451045 水化埃洛石水化埃洛石4002530430 水鋁英石水鋁英石130400130400260800 表表4-1 土壤中常見(jiàn)礦物的比表面積（土壤中常見(jiàn)礦物的比表面積（ m2/g） 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 二、土壤表面電荷和電位二、土壤表面電荷和

7、電位 （一）電荷種類和來(lái)源（一）電荷種類和來(lái)源 1.永久電荷永久電荷 來(lái)源：粘土礦物晶層中核心離子的同晶替代。來(lái)源：粘土礦物晶層中核心離子的同晶替代。 同晶替代：指硅酸鹽礦物的同晶替代：指硅酸鹽礦物的中心離子中心離子被電性相同、大被電性相同、大 小相近的其它離子所代替而礦物晶格構(gòu)造保持不變的小相近的其它離子所代替而礦物晶格構(gòu)造保持不變的 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 不受介質(zhì)不受介質(zhì)pH值的影響，也不受電解質(zhì)濃度的影響。值的影響，也不受電解質(zhì)濃度的影響。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.可變電荷可變電荷 在介質(zhì)的酸堿度影響下產(chǎn)生的，其電荷類型和在介質(zhì)的酸堿度影

8、響下產(chǎn)生的，其電荷類型和 電荷數(shù)量均決定于介質(zhì)的酸堿度，又稱電荷數(shù)量均決定于介質(zhì)的酸堿度，又稱pH依變電荷。依變電荷。 A、腐殖質(zhì)產(chǎn)生可變電荷、腐殖質(zhì)產(chǎn)生可變電荷 腐殖質(zhì)具有很多含氧功能團(tuán)，這些功能團(tuán)在介腐殖質(zhì)具有很多含氧功能團(tuán)，這些功能團(tuán)在介 質(zhì)質(zhì)pH值發(fā)生變化時(shí)，可解離而帶電。值發(fā)生變化時(shí)，可解離而帶電。 羧羧基、酚羥基解離使腐殖質(zhì)帶負(fù)電，氨基質(zhì)子基、酚羥基解離使腐殖質(zhì)帶負(fù)電，氨基質(zhì)子 化使腐殖質(zhì)帶正電荷?；垢迟|(zhì)帶正電荷。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 B、層狀鋁硅酸鹽產(chǎn)生可變電荷、層狀鋁硅酸鹽產(chǎn)生可變電荷 1:1型粘土礦物的晶面特點(diǎn)是一

9、面為硅氧烷型型粘土礦物的晶面特點(diǎn)是一面為硅氧烷型 表面，另一面則為羥基化表面，后者在介質(zhì)表面，另一面則為羥基化表面，后者在介質(zhì)pH值值 發(fā)生變化時(shí)，吸附或釋放一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，吸附或釋放一個(gè)H+，使表面帶電。，使表面帶電。 C、氧化物帶可變電荷、氧化物帶可變電荷 氧化物不帶電時(shí)的氧化物不帶電時(shí)的pH值稱為電荷零點(diǎn)（值稱為電荷零點(diǎn)（ZPC）。）。 pHZPC 氧化物帶負(fù)電氧化物帶負(fù)電 pHZPC 氧化物帶正電氧化物帶正電 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 氧化物的電荷零點(diǎn)，與金屬的價(jià)數(shù)有關(guān)。氧化物的電荷零點(diǎn)，與金屬的價(jià)數(shù)有關(guān)。 土壤中的鐵、鋁氧化物，一般

10、為土壤中的鐵、鋁氧化物，一般為M23的的 形態(tài)，其形態(tài)，其ZPC大于大于6.5而小于而小于10.4，故在酸性，故在酸性 條件下，一般帶負(fù)電很少，甚至帶正電。條件下，一般帶負(fù)電很少，甚至帶正電。 （二）影響土壤電荷數(shù)量的因素（二）影響土壤電荷數(shù)量的因素 1.土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 土壤所帶電荷的數(shù)量，土壤所帶電荷的數(shù)量，80%集中在粒徑小集中在粒徑小 于于2微米的部分，故粘粒數(shù)量愈多的粘質(zhì)土，微米的部分，故粘粒數(shù)量愈多的粘質(zhì)土， 帶電愈多。帶電愈多。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.膠體類型膠體類型 （1）有機(jī)膠體帶負(fù)電荷）有機(jī)膠體帶負(fù)電荷150450

11、cmol/kg, 平均平均350cmol/kg； 無(wú)機(jī)膠體為無(wú)機(jī)膠體為5100 cmol/kg，平均，平均1080cmol/kg。 （2）2:1型粘土礦物帶負(fù)電量大于型粘土礦物帶負(fù)電量大于1:1型粘土礦物；型粘土礦物； 蒙脫石類帶負(fù)電量大于水云母類帶負(fù)電荷量。蒙脫石類帶負(fù)電量大于水云母類帶負(fù)電荷量。 （3）土壤中氧化物類膠體，由于電荷零點(diǎn)較高，因此）土壤中氧化物類膠體，由于電荷零點(diǎn)較高，因此 一般帶負(fù)電荷很少，甚至帶正電荷。一般帶負(fù)電荷很少，甚至帶正電荷。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 3.土壤酸堿度土壤酸堿度 （1）土壤）土壤pH大于膠體電荷零

12、點(diǎn)，土壤帶負(fù)電荷；大于膠體電荷零點(diǎn)，土壤帶負(fù)電荷； （2）土壤）土壤pH小于膠體電荷零點(diǎn)，膠體帶正電荷。小于膠體電荷零點(diǎn)，膠體帶正電荷。 4.有機(jī)無(wú)機(jī)膠體的結(jié)合有機(jī)無(wú)機(jī)膠體的結(jié)合 土壤中的有機(jī)膠體和無(wú)機(jī)膠體往往結(jié)合在一起土壤中的有機(jī)膠體和無(wú)機(jī)膠體往往結(jié)合在一起 成為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體。成為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體。 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠體的帶電量不是二者分散存在有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠體的帶電量不是二者分散存在 時(shí)帶電量的加和而是負(fù)電荷減少，存在非加和性。時(shí)帶電量的加和而是負(fù)電荷減少，存在非加和性。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （1）帶負(fù)電荷的有機(jī)膠體與鐵（鋁）膠體結(jié)合后，

13、）帶負(fù)電荷的有機(jī)膠體與鐵（鋁）膠體結(jié)合后， 消耗了有機(jī)膠體帶負(fù)電荷的交換點(diǎn)消耗了有機(jī)膠體帶負(fù)電荷的交換點(diǎn) ； （2）有機(jī)膠體沉淀在無(wú)機(jī)膠體上，掩蓋了無(wú)機(jī)膠）有機(jī)膠體沉淀在無(wú)機(jī)膠體上，掩蓋了無(wú)機(jī)膠 體的交換點(diǎn)。體的交換點(diǎn)。 5.非交換性陽(yáng)離子的影響非交換性陽(yáng)離子的影響 同晶替代所產(chǎn)生的永久電荷可能被粘土礦物同晶替代所產(chǎn)生的永久電荷可能被粘土礦物 晶層間所吸附的非交換性陽(yáng)離子所補(bǔ)償，使其帶晶層間所吸附的非交換性陽(yáng)離子所補(bǔ)償，使其帶 電量降低。電量降低。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 伊利石單位晶胞負(fù)電荷比蒙脫石高，但由伊利石單位晶胞負(fù)電荷比蒙脫石高，

14、但由 于伊利石硅層晶穴中所固定的鉀離子（非交換于伊利石硅層晶穴中所固定的鉀離子（非交換 性）補(bǔ)償了同晶替代所產(chǎn)生的負(fù)電荷，故實(shí)際性）補(bǔ)償了同晶替代所產(chǎn)生的負(fù)電荷，故實(shí)際 上伊利石所帶負(fù)電荷低于蒙脫石所帶負(fù)電荷。上伊利石所帶負(fù)電荷低于蒙脫石所帶負(fù)電荷。 6.配位體交換的影響配位體交換的影響 土壤中氧化物類膠體表面的土壤中氧化物類膠體表面的(-OH)或或(-OH2) 基，與陰離子進(jìn)行配位體交換后可使土壤所帶基，與陰離子進(jìn)行配位體交換后可使土壤所帶 負(fù)電荷量增加。負(fù)電荷量增加。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 膠體微粒的擴(kuò)散雙電層構(gòu)造圖式膠體微粒的擴(kuò)散雙

15、電層構(gòu)造圖式 （三）（三）土壤膠體的雙電層與表面電位土壤膠體的雙電層與表面電位 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 擴(kuò)散雙電層：土壤帶電膠體與溶液界面的雙電擴(kuò)散雙電層：土壤帶電膠體與溶液界面的雙電 層層膠體表面的（負(fù)）電荷層緊靠表面溶液的反膠體表面的（負(fù)）電荷層緊靠表面溶液的反 離子或補(bǔ)償（陽(yáng)）離子層。離子或補(bǔ)償（陽(yáng)）離子層。 兩者電荷數(shù)相等，符號(hào)相反，維持體系的電中兩者電荷數(shù)相等，符號(hào)相反，維持體系的電中 性。靜電引力使反離子靠近表面，熱運(yùn)動(dòng)又使其脫性。靜電引力使反離子靠近表面，熱運(yùn)動(dòng)又使其脫 離表面而形成具有擴(kuò)散特征的反離子層，又稱擴(kuò)散離表面而形成

16、具有擴(kuò)散特征的反離子層，又稱擴(kuò)散 層。反離子呈不均勻分布，如同地球的大氣層。層。反離子呈不均勻分布，如同地球的大氣層。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 第二節(jié)第二節(jié) 土壤溶液土壤溶液 一、土壤溶液的成分一、土壤溶液的成分 1.土壤溶液的成分土壤溶液的成分 溶質(zhì)：無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)化合物、膠體顆粒、氣體溶質(zhì)：無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)化合物、膠體顆粒、氣體 土壤土壤pHCa2+Mg2+K+Na+NH4+NO3-Cl-HCO3-SO42- 酸性土酸性土4.20.50.70.40.40.13.80.20.4 砂壤土砂壤土5.84.10.91.10.80.48.00.31.2

17、0.5 砂壤土砂壤土6.15.31.32.70.60.49.61.61.71.8 砂壤土砂壤土7.210.50.60.71.80.415.62.21.13.5 粘土粘土8.214.217.06.314.611.35.631.2 表表4-2 某些土壤的土壤溶液成分某些土壤的土壤溶液成分 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.土壤溶液的濃度土壤溶液的濃度P149 3.影響土壤溶液成分和濃度的因素影響土壤溶液成分和濃度的因素 生物氣候、成土母質(zhì)、耕作、施肥、灌排措施生物氣候、成土母質(zhì)、耕作、施肥、灌排措施 二、土壤溶液中離子的形態(tài)與養(yǎng)分有效性二、土壤溶液中

18、離子的形態(tài)與養(yǎng)分有效性 離離 子子 形形 態(tài)態(tài) 自由離子自由離子(free ion) Ca2+ 水合離子水合離子(hydrated ion) Fe(H2O)63+ 離子對(duì)離子對(duì)(ion pairs) MA 絡(luò)離子絡(luò)離子(complex ion) MA- 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 第三節(jié)第三節(jié)土壤膠體對(duì)陽(yáng)離子的吸附與交換土壤膠體對(duì)陽(yáng)離子的吸附與交換 一、陽(yáng)離子的吸附與交換一、陽(yáng)離子的吸附與交換 （一）陽(yáng)離子交換作用（一）陽(yáng)離子交換作用 陽(yáng)離子交換作用：土壤溶液中的陽(yáng)離子與土壤陽(yáng)離子交換作用：土壤溶液中的陽(yáng)離子與土壤 膠體表面吸附的陽(yáng)離子互換位置

19、。膠體表面吸附的陽(yáng)離子互換位置。 交換性陽(yáng)離子：被土壤膠體表面所吸附，能被交換性陽(yáng)離子：被土壤膠體表面所吸附，能被 土壤溶液中陽(yáng)離子所交換的陽(yáng)離子。土壤溶液中陽(yáng)離子所交換的陽(yáng)離子。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 陽(yáng)離子吸附：土壤溶液中的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移到土壤膠陽(yáng)離子吸附：土壤溶液中的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移到土壤膠 體表面，為土壤膠體所吸附。體表面，為土壤膠體所吸附。 陽(yáng)離子解吸陽(yáng)離子解吸： 土壤膠體表面吸附的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移土壤膠體表面吸附的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移 到土壤溶液中。到土壤溶液中。 1.陽(yáng)離子交換作用的主要特征陽(yáng)離子交換作用的主要特征 （1）可逆反應(yīng)）可逆反應(yīng) 陽(yáng)離子交

20、換作用是一種可逆反應(yīng)（動(dòng)態(tài)平衡）陽(yáng)離子交換作用是一種可逆反應(yīng)（動(dòng)態(tài)平衡） 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （2）以離子價(jià)為基礎(chǔ)的等價(jià)交換）以離子價(jià)為基礎(chǔ)的等價(jià)交換 二個(gè)一價(jià)的銨離子，交換一個(gè)二價(jià)的鈣離子。二個(gè)一價(jià)的銨離子，交換一個(gè)二價(jià)的鈣離子。 （3）受質(zhì)量作用定律支配）受質(zhì)量作用定律支配 溶液中某種離子濃度高時(shí)，其交換能力增大，溶液中某種離子濃度高時(shí)，其交換能力增大， 既可以將交換能力弱的離子交換出來(lái)，也可將交既可以將交換能力弱的離子交換出來(lái)，也可將交 換能力強(qiáng)的離子交換出來(lái)。換能力強(qiáng)的離子交換出來(lái)。 土壤中常見(jiàn)陽(yáng)離子的交換能力：土壤中常見(jiàn)陽(yáng)離子

21、的交換能力： Fe3+、Al3+H+Ca2+Mg2+K+Na+ H+例外，例外，半徑小，水合度低，運(yùn)動(dòng)快，交換半徑小，水合度低，運(yùn)動(dòng)快，交換 能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.影響陽(yáng)離子交換作用的因素影響陽(yáng)離子交換作用的因素 土壤膠體一般帶負(fù)電荷，通過(guò)靜電力土壤膠體一般帶負(fù)電荷，通過(guò)靜電力(庫(kù)庫(kù) 侖力侖力)吸附溶液中的陽(yáng)離子，在膠體表面形成吸附溶液中的陽(yáng)離子，在膠體表面形成 擴(kuò)散雙電層。擴(kuò)散雙電層。 陽(yáng)離子靜電吸附的速度、數(shù)量和強(qiáng)度，陽(yáng)離子靜電吸附的速度、數(shù)量和強(qiáng)度， 決定于膠體表面電位決定于膠體表面電位(電荷數(shù)和電荷密度電荷數(shù)

22、和電荷密度)、 離子價(jià)數(shù)和半徑等因素。離子價(jià)數(shù)和半徑等因素。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 表面負(fù)電荷愈多，吸附的陽(yáng)離子數(shù)量就愈多；表面負(fù)電荷愈多，吸附的陽(yáng)離子數(shù)量就愈多； 表面電荷密度愈大，陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)愈高表面電荷密度愈大，陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)愈高,就吸就吸 附愈牢固。附愈牢固。 不同價(jià)的陽(yáng)離子與膠體表面親合力的順序：不同價(jià)的陽(yáng)離子與膠體表面親合力的順序： M3+M2+M+。 紅壤、磚紅壤和膨潤(rùn)土對(duì)陽(yáng)離子吸附紅壤、磚紅壤和膨潤(rùn)土對(duì)陽(yáng)離子吸附 力的順序：力的順序： Al3+Mn2+Ca2+K+。 膠體對(duì)同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力主要決定膠體對(duì)同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力主

23、要決定 于離子的水合半徑。于離子的水合半徑。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 水合半徑較小的離子，與膠體表面的距離較水合半徑較小的離子，與膠體表面的距離較 近，彼此的作用較強(qiáng)。近，彼此的作用較強(qiáng)。 一價(jià)離子一價(jià)離子 Li+ Na+ K+ NH4+ Rb+ 離子真實(shí)半徑離子真實(shí)半徑(nm) 離子水合半徑離子水合半徑(nm) 離子在膠體上的吸附力離子在膠體上的吸附力 0.078 0.098 0.133 0.143 0.149 1.008 0.790 0.537 0.532 0.509 弱弱 強(qiáng)強(qiáng) 同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力：同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力： NH4+K+N

24、a+（隨離子水合半徑增大而減小）（隨離子水合半徑增大而減?。?土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （二）（二）陽(yáng)離子交換量陽(yáng)離子交換量（CEC） 1.概念概念 單位重量的土壤所含交換性陽(yáng)離子單位重量的土壤所含交換性陽(yáng)離子(一價(jià)一價(jià))的總量，的總量， 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CEC（cmol/kg）。）。 陽(yáng)離子交換量可作為土壤保肥能力的指標(biāo)。陽(yáng)離子交換量可作為土壤保肥能力的指標(biāo)。 CEC （cmol/kg） 10 1020 20 保肥力弱保肥力弱 中等強(qiáng)中等強(qiáng) 四川紫色丘陵區(qū)由紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化而形成的石四川紫色丘陵區(qū)由紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化而形成的石 灰性紫色土和中性紫色土灰性

25、紫色土和中性紫色土CEC一般均大于一般均大于20cmol/kg； 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 酸性紫色土酸性紫色土CEC為為15cmol/kg，紅壤、黃壤，紅壤、黃壤 CEC一般在一般在13cmol/kg，甚至更低。，甚至更低。 2.影響土壤影響土壤CEC的因素的因素 （1）土壤質(zhì)地）土壤質(zhì)地 質(zhì)地由砂質(zhì)向粘質(zhì)變化，陽(yáng)離子交換量逐漸增大。質(zhì)地由砂質(zhì)向粘質(zhì)變化，陽(yáng)離子交換量逐漸增大。 質(zhì)質(zhì) 地地 砂土砂土 砂壤土砂壤土 壤土壤土 粘土粘土 CEC(cmol/kg) 1-5 7-8 7-18 25-30 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系

26、資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （2）有機(jī)質(zhì)）有機(jī)質(zhì)含量含量 有機(jī)膠體所帶負(fù)電荷量平均為有機(jī)膠體所帶負(fù)電荷量平均為350cmol/kg，較，較 無(wú)機(jī)膠體大得多，因而有機(jī)質(zhì)含量高的土壤其陽(yáng)子交無(wú)機(jī)膠體大得多，因而有機(jī)質(zhì)含量高的土壤其陽(yáng)子交 換量高，保肥力強(qiáng)。換量高，保肥力強(qiáng)。 （3）無(wú)機(jī)膠體）無(wú)機(jī)膠體類型類型 2:1型型1:1型，型，1:1型型氧化物，氧化物， 2:1型中蒙脫石類型中蒙脫石類水云母類。水云母類。 土壤膠體土壤膠體CECcmol（+）土壤膠體土壤膠體CECcmol（+） 腐腐 殖殖 質(zhì)質(zhì)200伊利石伊利石1040 蛭蛭 石石100150高嶺石高嶺石315 蒙蒙 脫脫 石石7095

27、鐵、鋁氧化物鐵、鋁氧化物24 表表4-3 不同類型土壤膠體的陽(yáng)離子交換量不同類型土壤膠體的陽(yáng)離子交換量 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （4）土壤酸堿度）土壤酸堿度 帶可變電荷的土壤膠體，酸堿性是影響其電荷帶可變電荷的土壤膠體，酸堿性是影響其電荷 數(shù)量的重要因素，進(jìn)而影響土壤保肥能力。數(shù)量的重要因素，進(jìn)而影響土壤保肥能力。 例如：磚紅壤的例如：磚紅壤的pH值由自然條件下的值由自然條件下的5左右提左右提 高到高到7左右時(shí)，其負(fù)電荷量約增加左右時(shí)，其負(fù)電荷量約增加70%。 二、二、土壤鹽基飽和度土壤鹽基飽和度 交換性陽(yáng)離子分為兩類：一類是致酸離子交換性

28、陽(yáng)離子分為兩類：一類是致酸離子,包括包括 氫離子和鋁離子兩種；另一類是鹽基離子，是除鋁氫離子和鋁離子兩種；另一類是鹽基離子，是除鋁 以外的其它交換性陽(yáng)離子。以外的其它交換性陽(yáng)離子。 鹽基離子占吸附陽(yáng)離子總量（鹽基離子占吸附陽(yáng)離子總量（CEC）的百分?jǐn)?shù)。）的百分?jǐn)?shù)。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 我國(guó)土壤我國(guó)土壤BS大致以北緯大致以北緯33 為界，以北一般達(dá)為界，以北一般達(dá)80% 甚至甚至100%，以南一般只有，以南一般只有20%30%。 鹽基飽和度高的土壤，交換性陽(yáng)離子以鹽基飽和度高的土壤，交換性陽(yáng)離子以Ca2+為主，為主， 其次是其次是Mg2+

29、，分別占，分別占80%和和15%。鹽基飽和度低的土。鹽基飽和度低的土 壤，交換性陽(yáng)離子以壤，交換性陽(yáng)離子以H+和和Al3+為主為主 。 BS80% 肥沃土壤；肥沃土壤； BS 5080% 中等肥力土壤；中等肥力土壤； BS50% 低肥力土壤低肥力土壤 交換性鹽基總量交換性鹽基總量 土壤鹽基飽和度土壤鹽基飽和度(BS)(%)= 100 CEC 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 影響交換性陽(yáng)離子有效度的因素影響交換性陽(yáng)離子有效度的因素 交換性陽(yáng)離子對(duì)植物都是有效性的，但有交換性陽(yáng)離子對(duì)植物都是有效性的，但有 效程度卻不一樣。效程度卻不一樣。 1.離子飽和

30、度離子飽和度 土壤吸附某種交換性陽(yáng)離子的數(shù)量，占土土壤吸附某種交換性陽(yáng)離子的數(shù)量，占土 壤交換性陽(yáng)離子總量的百分?jǐn)?shù)，稱該種離子的壤交換性陽(yáng)離子總量的百分?jǐn)?shù)，稱該種離子的 飽和度。離子飽和度愈高，其有效性愈高。飽和度。離子飽和度愈高，其有效性愈高。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 表表44土壤陽(yáng)離子交換與離子飽和度土壤陽(yáng)離子交換與離子飽和度 土壤土壤 CECcmol(+)/kg 交換性鈣交換性鈣cmol(+)/kg 飽和度飽和度(%) A8675 B301033 2.互補(bǔ)離子效應(yīng)互補(bǔ)離子效應(yīng) 對(duì)某一指定吸附離子，其他并存的離子都是它的對(duì)某一指定吸附離

31、子，其他并存的離子都是它的 互補(bǔ)離子?；パa(bǔ)離子。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 互補(bǔ)離子效應(yīng)是由于各種陽(yáng)離子被膠體吸著的能互補(bǔ)離子效應(yīng)是由于各種陽(yáng)離子被膠體吸著的能 力不同所致。力不同所致。 一般說(shuō)來(lái)，某離子的互補(bǔ)離子被土壤膠體的吸附力一般說(shuō)來(lái)，某離子的互補(bǔ)離子被土壤膠體的吸附力 越強(qiáng)，該離子的有效度越高。越強(qiáng)，該離子的有效度越高。 表表4 45 5互補(bǔ)離子與交換性鈣的有效性互補(bǔ)離子與交換性鈣的有效性 土壤土壤 交換性陽(yáng)離子組成交換性陽(yáng)離子組成小麥幼苗干重小麥幼苗干重(g) 小麥幼苗吸鈣量小麥幼苗吸鈣量(mg) A B C 40%Ca+60%H

32、40%Ca+60%Mg 40%Ca+60%Na 2.80 2.79 2.34 11.15 7.83 4.36 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 3.粘土礦物類型粘土礦物類型 高嶺石類粘土礦物，主要是外表面而無(wú)內(nèi)表面，高嶺石類粘土礦物，主要是外表面而無(wú)內(nèi)表面， 陽(yáng)離子吸著于外表面上，容易解吸，有效性高；陽(yáng)離子吸著于外表面上，容易解吸，有效性高； 蒙脫石類粘土礦物既有強(qiáng)大的外表面，又有內(nèi)表蒙脫石類粘土礦物既有強(qiáng)大的外表面，又有內(nèi)表 面，吸著的陽(yáng)離子有效性低于高嶺石。面，吸著的陽(yáng)離子有效性低于高嶺石。 水云母類粘土礦物由于硅層的晶穴對(duì)陽(yáng)離子水云母類粘土礦物

33、由于硅層的晶穴對(duì)陽(yáng)離子K+ 或或NH4+產(chǎn)生固定作用，降低其有效性。產(chǎn)生固定作用，降低其有效性。 氧化物類膠體對(duì)陽(yáng)離子產(chǎn)生專性吸收，使陽(yáng)離氧化物類膠體對(duì)陽(yáng)離子產(chǎn)生專性吸收，使陽(yáng)離 子子 失去有效性。失去有效性。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 4.陽(yáng)離子專性吸收陽(yáng)離子專性吸收 鐵、鋁、錳等氧化物及其水合物引起陽(yáng)離子專鐵、鋁、錳等氧化物及其水合物引起陽(yáng)離子專 性吸附后導(dǎo)致陽(yáng)離子有效性降低。性吸附后導(dǎo)致陽(yáng)離子有效性降低。 5.土壤土壤pH和離子強(qiáng)度和離子強(qiáng)度 通過(guò)影響可變電荷性質(zhì)和陽(yáng)離子價(jià)態(tài)等來(lái)改變通過(guò)影響可變電荷性質(zhì)和陽(yáng)離子價(jià)態(tài)等來(lái)改變 陽(yáng)離子的吸附

34、和有效性。陽(yáng)離子的吸附和有效性。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.影響陽(yáng)離子專性吸附的主要因素影響陽(yáng)離子專性吸附的主要因素 （1）pH 金屬離子水解和專性吸附反應(yīng)均釋放金屬離子水解和專性吸附反應(yīng)均釋放H+，pH 升高有利于反應(yīng)進(jìn)行。升高有利于反應(yīng)進(jìn)行。 （2）土壤膠體類型）土壤膠體類型 對(duì)陽(yáng)離子專性吸附的土壤膠體主要是氧化物對(duì)陽(yáng)離子專性吸附的土壤膠體主要是氧化物 。其中非晶質(zhì)的氧化錳氧化鋁氧化鐵。其中非晶質(zhì)的氧化錳氧化鋁氧化鐵。 非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì)非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì) （3）有機(jī)配位體的存在）有機(jī)配位體的存在 三、陽(yáng)離子三、陽(yáng)離子專性吸附專性吸附 1. .陽(yáng)

35、離子專性吸附的機(jī)理（了解：自學(xué)）陽(yáng)離子專性吸附的機(jī)理（了解：自學(xué)） 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 3.陽(yáng)離子專性吸附的實(shí)際意義陽(yáng)離子專性吸附的實(shí)際意義 （1）對(duì)多種微量重金屬離子的富集作用）對(duì)多種微量重金屬離子的富集作用 在紅壤、黃壤的鐵錳結(jié)核中，在紅壤、黃壤的鐵錳結(jié)核中，Zn、Co、Ni、Ti、 Cu、V等都有富集。等都有富集。 其中其中Zn、Co、Ni與錳含量呈正相關(guān)，而與錳含量呈正相關(guān)，而Ti、Cu、 V、Mo與鐵含量呈正相關(guān)。與鐵含量呈正相關(guān)。 在地球化學(xué)探礦上有實(shí)用價(jià)值。在地球化學(xué)探礦上有實(shí)用價(jià)值。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)

36、業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （2）控制土壤溶液中重金屬離子的濃度）控制土壤溶液中重金屬離子的濃度 通過(guò)專性吸附和解吸，控制土壤溶液中通過(guò)專性吸附和解吸，控制土壤溶液中Zn、 Cu、Co、Mo等微量重金屬離子的濃度。等微量重金屬離子的濃度。 從而控制其生物有效性和生物毒性。從而控制其生物有效性和生物毒性。 被被Pb污染的土壤中加入氧化錳，可抑制植物污染的土壤中加入氧化錳，可抑制植物 對(duì)對(duì)Pb的吸收，降低毒害。的吸收，降低毒害。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （3 3）凈化與污染作用）凈化與污染作用 土壤氧化物膠體對(duì)重金屬污染離子的專土

37、壤氧化物膠體對(duì)重金屬污染離子的專 性吸附固定，對(duì)水體起一定的凈化作用。性吸附固定，對(duì)水體起一定的凈化作用。 對(duì)植物從土壤溶液吸收和積累這些金屬對(duì)植物從土壤溶液吸收和積累這些金屬 離子起一定的緩沖、調(diào)節(jié)作用。離子起一定的緩沖、調(diào)節(jié)作用。 給土壤帶來(lái)潛在的污染危險(xiǎn)。給土壤帶來(lái)潛在的污染危險(xiǎn)。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 第四節(jié)土壤膠體對(duì)陰離子的吸附與交換第四節(jié)土壤膠體對(duì)陰離子的吸附與交換 一、土壤中的陰離子吸收力一、土壤中的陰離子吸收力 1.易被土壤吸收的陰離子易被土壤吸收的陰離子 磷酸根磷酸根(H2PO4-、HPO42-、PO43-)，硅酸根，硅

38、酸根(HSiO3-、 SiO32-)，有機(jī)酸根，有機(jī)酸根(如如C2O42-)以及以及F-。 F-易被土壤中氧化物產(chǎn)生專性吸收，故土壤是易被土壤中氧化物產(chǎn)生專性吸收，故土壤是F-的的 凈化劑。凈化劑。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.吸收力弱或進(jìn)行負(fù)吸收的陰離子吸收力弱或進(jìn)行負(fù)吸收的陰離子 包括包括Cl-、NO2-、NO3-等，它們主要是被土壤等，它們主要是被土壤 負(fù)吸收，很容易從土壤淋洗出去。負(fù)吸收，很容易從土壤淋洗出去。 NO2-、NO3-的流失，不僅造成氮肥的利用率的流失，不僅造成氮肥的利用率 降低，而且造成水體污染。降低，而且造成水體污染

39、。 3.中間類型的陰離子中間類型的陰離子 包括包括SO42-、CO32-，被土壤吸收力居于上兩，被土壤吸收力居于上兩 類之間。類之間。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 二、陰離子的靜電吸附二、陰離子的靜電吸附 1.正吸附正吸附 土壤膠體帶正電荷的表面對(duì)溶液陰離子（主土壤膠體帶正電荷的表面對(duì)溶液陰離子（主 要是要是Cl、NO3、ClO4）的吸附。）的吸附。 交換性吸附，特點(diǎn)和影響因素類似于負(fù)電荷交換性吸附，特點(diǎn)和影響因素類似于負(fù)電荷 表面對(duì)陽(yáng)離子的靜電吸附。表面對(duì)陽(yáng)離子的靜電吸附。 土壤中鐵、鋁、錳的氧化物是產(chǎn)生正電荷的土壤中鐵、鋁、錳的氧化物是產(chǎn)生

40、正電荷的 主要物質(zhì)。高嶺石邊緣或表面的羥基也可產(chǎn)生正主要物質(zhì)。高嶺石邊緣或表面的羥基也可產(chǎn)生正 電荷。電荷。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 有機(jī)膠體表面的胺基有機(jī)膠體表面的胺基RNH2H+RNH3+ 也可吸附陰離子。也可吸附陰離子。 正電荷主要是可變電荷，受正電荷主要是可變電荷，受pH的影響。的影響。 當(dāng)當(dāng)pH7時(shí)，土壤膠體的正電荷基本消失，不時(shí)，土壤膠體的正電荷基本消失，不 發(fā)生陰離子的靜電吸附。發(fā)生陰離子的靜電吸附。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 土壤膠體帶負(fù)電荷的表面對(duì)陰離子的排土壤膠體帶負(fù)電

41、荷的表面對(duì)陰離子的排 斥作用，其斥力大小，視陰離子距土壤膠體斥作用，其斥力大小，視陰離子距土壤膠體 表面距離，距離愈近對(duì)陰離子排斥力愈大，表面距離，距離愈近對(duì)陰離子排斥力愈大， 表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)吸附，反之負(fù)吸附則弱。表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)吸附，反之負(fù)吸附則弱。 離子所受排斥力：離子所受排斥力： 2價(jià)陰離子價(jià)陰離子(SO42) 1價(jià)陰離子價(jià)陰離子(Cl、NO3) 2.負(fù)吸附負(fù)吸附 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 三、陰離子專性吸附三、陰離子專性吸附 配位體交換吸附配位體交換吸附 陰離子作為配位體，進(jìn)入粘土礦物或氧化物表陰離子作為配位體，進(jìn)入粘土礦物或氧化物表

42、面金屬原子的配位殼，與其中的羥基或水合基交換面金屬原子的配位殼，與其中的羥基或水合基交換 而被吸附。而被吸附。 發(fā)生在膠體雙電層的內(nèi)層。發(fā)生在膠體雙電層的內(nèi)層。 發(fā)生專性吸附的陰離子有發(fā)生專性吸附的陰離子有F和磷、鉬、砷酸根和磷、鉬、砷酸根 等含氧酸根離子。等含氧酸根離子。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 磷酸根專性吸附磷酸根專性吸附 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 表表4-6 4-6 陰離子靜電吸附與專性吸附比較陰離子靜電吸附與專性吸附比較 性性 質(zhì)質(zhì)靜靜 電電 吸吸 附附專專 性性 吸吸 附附 吸附

43、時(shí)表面電荷符號(hào)吸附時(shí)表面電荷符號(hào)+，0，- 陰離子所起作用陰離子所起作用反離子反離子配位離子配位離子 吸附機(jī)理吸附機(jī)理離子交換反應(yīng)離子交換反應(yīng)配位體交換反應(yīng)配位體交換反應(yīng) 吸附需要的體系吸附需要的體系pHZPCZPC，ZPC 吸附發(fā)生的位置吸附發(fā)生的位置擴(kuò)散層擴(kuò)散層雙電層的內(nèi)層雙電層的內(nèi)層 對(duì)表面性質(zhì)的影響對(duì)表面性質(zhì)的影響無(wú)無(wú)正電荷減少，負(fù)電正電荷減少，負(fù)電 荷增加荷增加 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 專性吸附的陰離子是非交換態(tài)的，不能被專性吸附的陰離子是非交換態(tài)的，不能被Cl、 NO3離子置換，只能被專性吸附能力更強(qiáng)的陰離子置離子置換，只能被專

44、性吸附能力更強(qiáng)的陰離子置 換或部分置換。換或部分置換。 陰離子專性吸附主要發(fā)生在鐵、鋁氧化物表面，陰離子專性吸附主要發(fā)生在鐵、鋁氧化物表面， 因此富含鐵、鋁氧化物的可變電荷土壤如磚紅壤、紅因此富含鐵、鋁氧化物的可變電荷土壤如磚紅壤、紅 壤中，陰陽(yáng)離子的專性吸附現(xiàn)象都普遍發(fā)生。壤中，陰陽(yáng)離子的專性吸附現(xiàn)象都普遍發(fā)生。 專性吸附既影響土壤的表面電荷、酸度等化學(xué)性專性吸附既影響土壤的表面電荷、酸度等化學(xué)性 質(zhì)，又決定多種養(yǎng)分和污染離子在土壤中的存在形態(tài)質(zhì)，又決定多種養(yǎng)分和污染離子在土壤中的存在形態(tài) 、遷移和轉(zhuǎn)化，制約它們對(duì)植物的有效性及其環(huán)境反、遷移和轉(zhuǎn)化，制約它們對(duì)植物的有效性及其環(huán)境反 應(yīng)。應(yīng)。

45、 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 一、土壤酸性的形成一、土壤酸性的形成 （一）土壤酸化過(guò)程（一）土壤酸化過(guò)程 土壤膠體上吸附的鹽基離子被活性土壤膠體上吸附的鹽基離子被活性H 交換進(jìn) 交換進(jìn) 入土壤溶液后被淋失，土壤膠體上的交換性入土壤溶液后被淋失，土壤膠體上的交換性H 不 不 斷增加，并出現(xiàn)交換性鋁，形成酸性土壤。斷增加，并出現(xiàn)交換性鋁，形成酸性土壤。 1.土壤中土壤中H 的來(lái)源 的來(lái)源 （1）水的解離）水的解離 （2）碳酸解離）碳酸解離 （3）有機(jī)酸的解離）有機(jī)酸的解離 第五節(jié)土壤酸堿性第五節(jié)土壤酸堿性 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)

46、系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （4）酸雨：我國(guó)每年排放）酸雨：我國(guó)每年排放SO2約約1.7106 7噸 噸 （5）植物根系作用植物根系作用 （6）FeS2的氧化（形成的氧化（形成H2SO4） （7）其它無(wú)機(jī)酸：生理酸性肥料）其它無(wú)機(jī)酸：生理酸性肥料 2.土壤中鋁的活化土壤中鋁的活化 當(dāng)土壤交換性當(dāng)土壤交換性H+的飽和度達(dá)到一定限度，就的飽和度達(dá)到一定限度，就 會(huì)破壞硅酸鹽粘粒晶體結(jié)構(gòu)，其水鋁片中會(huì)破壞硅酸鹽粘粒晶體結(jié)構(gòu)，其水鋁片中Al轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 為活性為活性Al3+，取代交換性，取代交換性H而成為交換性而成為交換性Al3+。 這種反應(yīng)十分迅速。因此，礦質(zhì)酸性土以交這種反應(yīng)十分迅速。因此，礦

47、質(zhì)酸性土以交 換性換性Al3+占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （二）土壤酸的類型（二）土壤酸的類型 1.土壤活性酸土壤活性酸 擴(kuò)散于土壤溶液中的氫離子所反映出來(lái)的酸度。擴(kuò)散于土壤溶液中的氫離子所反映出來(lái)的酸度。 （1）土壤酸度分級(jí)）土壤酸度分級(jí) 土壤土壤pH和酸堿性分級(jí)和酸堿性分級(jí) 土壤土壤pH 8.5 級(jí)別級(jí)別 極強(qiáng)酸性極強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性微酸性微酸性中性中性 堿性堿性 強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （2）水浸酸與鹽浸酸）水浸酸與鹽浸酸 用水浸提，得到的用水浸

48、提，得到的pH反應(yīng)土壤活性酸的強(qiáng)弱。反應(yīng)土壤活性酸的強(qiáng)弱。 用用KCl浸提，得到的浸提，得到的pH除反映土壤溶液中的氫除反映土壤溶液中的氫 離子外，還反映由離子外，還反映由K+交換出的交換出的氫離子氫離子和和鋁離子鋁離子顯顯 出的酸性。出的酸性。 pH水 水pH鹽鹽 鹽基飽和度高的土壤，鹽基飽和度高的土壤，pH水 水與 與pH鹽 鹽的差值小； 的差值?。?鹽基飽和度低的土壤，鹽基飽和度低的土壤，pH水 水和 和pH鹽 鹽的差值就大。 的差值就大。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （3）水土比對(duì)土壤）水土比對(duì)土壤pH的影響的影響 測(cè)定土壤測(cè)定土壤pH

49、時(shí)的水土比，按國(guó)際土壤學(xué)會(huì)推薦用時(shí)的水土比，按國(guó)際土壤學(xué)會(huì)推薦用 2.5:1，水土比大時(shí)，測(cè)出的，水土比大時(shí)，測(cè)出的pH稍偏大。稍偏大。 2.土壤潛性酸土壤潛性酸 土壤膠體吸附的土壤膠體吸附的H+、Al3+離子，在被其它陽(yáng)離子離子，在被其它陽(yáng)離子 交換進(jìn)入溶液。同時(shí)，交換進(jìn)入溶液。同時(shí)，具有羥基化表面的土壤膠體，具有羥基化表面的土壤膠體， 通過(guò)解離氫離子后所產(chǎn)生的酸度。通過(guò)解離氫離子后所產(chǎn)生的酸度。 土壤活性酸與潛性酸處于動(dòng)態(tài)平衡：土壤活性酸與潛性酸處于動(dòng)態(tài)平衡： 解解 吸吸 潛性酸潛性酸 活性酸活性酸 吸附吸附 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （

50、1）強(qiáng)酸性土）強(qiáng)酸性土 交換性交換性Al3+與溶液與溶液Al3+平衡，溶液中平衡，溶液中Al3+水解水解 顯示酸性：顯示酸性： Al3+3H2O Al(OH)3+3H+ 強(qiáng)酸性土中，交換性強(qiáng)酸性土中，交換性Al3+大大多于交換性大大多于交換性H+， 它是活性酸（溶液它是活性酸（溶液H+）的主要來(lái)源。）的主要來(lái)源。 如：如：pH4.8的紅壤，交換性的紅壤，交換性Al3+占總酸度的占總酸度的 95%以上。以上。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （2 2）酸性和弱酸性土）酸性和弱酸性土 鹽基飽和度較高，交換性鋁以鹽基飽和度較高，交換性鋁以Al(OH)Al

51、(OH) 2+2+、 、 Al(OH)Al(OH)2 2+ +等形態(tài)存在，進(jìn)入溶液后水解產(chǎn)生等形態(tài)存在，進(jìn)入溶液后水解產(chǎn)生H H+ +： Al(OH)Al(OH)2+ 2+2H +2H2 2O O Al(OH)Al(OH)3 3+2H+2H+ + 土壤交換性土壤交換性H H+ +的離解也是溶液的的離解也是溶液的H H+ +來(lái)源。來(lái)源。 可見(jiàn)土壤酸性起源：可見(jiàn)土壤酸性起源： 先有活性酸，再轉(zhuǎn)化為潛性酸；先有活性酸，再轉(zhuǎn)化為潛性酸； 酸性強(qiáng)弱決定于潛性酸，主要是交換性酸性強(qiáng)弱決定于潛性酸，主要是交換性Al3+； 活性酸是潛性酸的表現(xiàn)?；钚运崾菨撔运岬谋憩F(xiàn)。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化

52、學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 強(qiáng)酸性土強(qiáng)酸性土以交換以交換 性性Al3+和以共價(jià)鍵緊束縛和以共價(jià)鍵緊束縛 的的H+及及Al3+占優(yōu)勢(shì)。占優(yōu)勢(shì)。 酸性土酸性土致酸離子致酸離子 以羥基鋁離子為主。以羥基鋁離子為主。 中性、堿性土中性、堿性土交交 換性陽(yáng)離子以鹽基離子換性陽(yáng)離子以鹽基離子 為主。為主。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 二、土壤酸堿度的指標(biāo)二、土壤酸堿度的指標(biāo) （一）土壤酸度的強(qiáng)度指標(biāo)（一）土壤酸度的強(qiáng)度指標(biāo) 1.土壤土壤pH pH=lg(H+)（土壤平衡溶液）（土壤平衡溶液） 中性溶液：中性溶液：(H+)=(OH )=107mol

53、/L， ， pH=pOH=7 土壤土壤pH表示法：表示法：pH(H2O)水浸提；水浸提； pH(KCl)中性鹽中性鹽1mol/L KCl溶液浸提。溶液浸提。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 一般土壤一般土壤pH(H2O)pH(KCl)。 地理分布。我國(guó)土壤大部分地理分布。我國(guó)土壤大部分pH在在4.58.5之間。之間。 “南酸北堿，沿海偏酸，內(nèi)陸偏堿南酸北堿，沿海偏酸，內(nèi)陸偏堿”的地帶性特點(diǎn)。的地帶性特點(diǎn)。 2.2.石灰位石灰位 土壤酸度主要決定于膠體吸附的致酸離子土壤酸度主要決定于膠體吸附的致酸離子 H H+ +、AlAl3+ 3+，其次決定于致酸

54、離子與交換性鹽基離 ，其次決定于致酸離子與交換性鹽基離 子（以子（以CaCa2+ 2+為主）的相互比例，即鹽基飽和度。 為主）的相互比例，即鹽基飽和度。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 在交換性陽(yáng)離子以在交換性陽(yáng)離子以Ca2+為主的土壤溶液中，為主的土壤溶液中， 為一定值，取負(fù)對(duì)數(shù)為為一定值，取負(fù)對(duì)數(shù)為pH1/2pCa， 定義為石灰位，將定義為石灰位，將H+與與Ca2+數(shù)量聯(lián)系起來(lái)，數(shù)量聯(lián)系起來(lái)，比比pH 更全面和更明顯地反映土壤酸度。更全面和更明顯地反映土壤酸度。 水稻土及其母質(zhì)的水稻土及其母質(zhì)的pHpH與與pH-0.5pCapH-0.5pCa的

55、比較的比較 土壤類土壤類 型型 pHpH 0.5pCa0.5pCa 水稻土水稻土母質(zhì)母質(zhì)相差相差水稻土水稻土母質(zhì)母質(zhì)相差相差 磚紅壤磚紅壤 紅紅 壤壤 黃棕壤黃棕壤 5.23 6.56 6.86 5.12 5.15 5.71 0.11 1.41 1.12 3.40 4.93 5.32 2.29 3.02 3.91 1.11 1.91 1.41 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 （二）土壤酸度的數(shù)量指標(biāo)（二）土壤酸度的數(shù)量指標(biāo) 1.交換酸交換酸 土壤膠體吸附的氫離子或鋁離子通過(guò)交換進(jìn)入土壤膠體吸附的氫離子或鋁離子通過(guò)交換進(jìn)入 溶液后所反映出的酸度。溶液

56、后所反映出的酸度。 Al3+ +3H2O Al(OH)3 + 3H+ 用用1 mol/L的的KCl(pH5.56.0)處理土壤，處理土壤，K+交交 換出氫離子或鋁離子，通過(guò)滴定得到的酸度。換出氫離子或鋁離子，通過(guò)滴定得到的酸度。 交換性酸是酸度的容量因素，單位是交換性酸是酸度的容量因素，單位是cmol/kg。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 2.水解酸水解酸 具有羥基化表面的土壤膠體，通過(guò)解離氫離子具有羥基化表面的土壤膠體，通過(guò)解離氫離子 后所產(chǎn)生的酸度。后所產(chǎn)生的酸度。 CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH 水解酸的測(cè)定是用水解酸的

57、測(cè)定是用1mol/L的的CH3COONa(pH 8.3) 處理土壤。處理土壤。 水解酸的實(shí)際測(cè)定時(shí)水解酸的實(shí)際測(cè)定時(shí),因用因用pH 8.3的的CH3COONa, 既測(cè)定出羥基化表面解離的既測(cè)定出羥基化表面解離的H+，也測(cè)出了因，也測(cè)出了因Na+交換交換 出的出的H+和和Al3+產(chǎn)生的交換酸度，還包括了土壤溶液中產(chǎn)生的交換酸度，還包括了土壤溶液中 的的活性酸活性酸，因此測(cè)定的結(jié)果是土壤總酸度。，因此測(cè)定的結(jié)果是土壤總酸度。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 三、土壤堿性的形成

58、機(jī)理三、土壤堿性的形成機(jī)理 土壤中堿性物質(zhì)土壤中堿性物質(zhì)主要是主要是Ca、Mg、Na、K的的 碳酸鹽及重碳酸鹽，以及土壤的交換性碳酸鹽及重碳酸鹽，以及土壤的交換性Na+。 堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)是堿性形成的主要機(jī)理。堿性物質(zhì)的水解反應(yīng)是堿性形成的主要機(jī)理。 1.碳酸鈣水解碳酸鈣水解 CaCO3+H2O+CO2 Ca2+HCO3 +OH 2.2.碳酸鈉水解碳酸鈉水解 Na2CO3+2H2O 2Na+H2CO3+2OH 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 碳酸鈉的來(lái)源：土壤礦物質(zhì)中鈉的碳酸化。碳酸鈉的來(lái)源：土壤礦物質(zhì)中鈉的碳酸化。 風(fēng)化產(chǎn)物硅酸鈉與碳酸的作用（

59、析出風(fēng)化產(chǎn)物硅酸鈉與碳酸的作用（析出SiO2）。中）。中 性鈉鹽與性鈉鹽與CaCO3的相互作用：的相互作用： CaCO3+NaCl CaCl2+ Na2CO3 3.交換性鈉的水解交換性鈉的水解 當(dāng)土壤膠體吸附的交換性當(dāng)土壤膠體吸附的交換性Na+積累到一定數(shù)量，而積累到一定數(shù)量，而 土壤溶液的鹽濃度較低時(shí)，土壤溶液的鹽濃度較低時(shí)，Na+離解進(jìn)入溶液，水解產(chǎn)離解進(jìn)入溶液，水解產(chǎn) 生生NaOH，并進(jìn)一步形成碳酸鹽，并進(jìn)一步形成碳酸鹽Na2CO3、NaHCO3。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系 四、土壤堿性指標(biāo)四、土壤堿性指標(biāo) 1.土壤土壤pH 2.總堿度

60、總堿度 土壤溶液中土壤溶液中CO32 和 和HCO3 的總量， 的總量，cmol()/L。 土壤堿性是由土壤堿性是由CO32 和 和HCO3 的水溶性強(qiáng)堿 的水溶性強(qiáng)堿 （Na、K、Ca、Mg）鹽的水解產(chǎn)生的：）鹽的水解產(chǎn)生的： CO32 H2O HCO3 OH HCO3 H2 2O H2 2CO3 3OH NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3及及Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2為水溶性鹽類，在土為水溶性鹽類，在土 壤溶液中產(chǎn)生的堿度高，導(dǎo)致很高的壤溶液中產(chǎn)生的堿度高，導(dǎo)致很高的pHpH。 土壤學(xué)土壤學(xué)資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)系資源環(huán)境學(xué)院土地資源與農(nóng)業(yè)化學(xué)