土壤膠體與離子交換作用PPT課件

1、 第一節(jié) 土壤膠體一、土壤膠體的概念及種類 大小在1-100nm（在長、寬和高三個方向上，至少有一個方向在此范圍內(nèi)）的土壤固體顆粒。第1頁/共34頁土壤無機膠體土壤無機膠體層狀硅酸鹽粘層狀硅酸鹽粘土礦物土礦物2 2：1 1型如蒙脫石型如蒙脫石1 1：1 1型如高嶺石型如高嶺石氧化物及其氧化物及其水合物水合物Al Fe Si Ca Mn TiAl Fe Si Ca Mn Ti的氧化的氧化物及水合氧化物，常呈膠物及水合氧化物，常呈膠膜被覆于土粒表面膜被覆于土粒表面土壤有機膠土壤有機膠土壤有機礦質(zhì)復合體土壤有機礦質(zhì)復合體2 2、類型、類型第2頁/共34頁3.土壤膠體的構造第3頁/共34頁土壤膠體分散

2、系土壤膠團土壤溶液膠核雙電層定位離子層（內(nèi)層）補償離子層非活性層擴散層反離子層膠粒第4頁/共34頁當靜電引力與熱擴散相平衡時，在帶電膠體表面與溶液的界面上，形成了由一層固相表面電荷和一層溶液中相反符號離子所組成的電荷非均勻分布的空間結構，稱為雙電層第5頁/共34頁二.土壤膠體的基本特性（一）具有豐富的表面積和巨大的表面能。1. 1.比表面比表面 是一個比值，即每一單位質(zhì)量或單位容積的表面積(單位質(zhì)量比表面積叫質(zhì)量比表面，cm2/g，單位容積比表面叫做容積比表面，cm2/m3）。r113. 165. 2rr4rr43342s3342質(zhì)量總表面積比表面第6頁/共34頁2.影響顆粒表面積的因素（1）

3、粒徑大?。?）顆粒形狀：同體積顆粒表面積最大的是薄片狀、最小的是球體（3）礦物類型第7頁/共34頁粘土礦物的表面特征膠體電子顯微圖像第8頁/共34頁土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2/g)膠體成分內(nèi)表面外表面總表面蒙脫石蛭石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石腐殖質(zhì)7007504007500500400130140-15150159015044010452530130140-700850400800901505401045430260800800900 不同土壤礦物組成不同，比表面積也不同。一般土壤中有機質(zhì)含量高，2:1型粘粒礦物多，則比表面積較大，如黑土。反之，如果有機質(zhì)含量低，1:1型粘粒

4、礦物較多，則其表面積就較小，如紅壤、磚紅壤。粘土礦物的表面特征第9頁/共34頁（二）土壤膠體的帶電性 土壤膠體帶電性是其主要的特性。永久電荷永久電荷 可可變電荷變電荷土壤膠體的電荷土壤膠體的電荷1.永久電荷：不受土壤溶液pH值變化而影響的電荷類型稱為永久電荷，也叫恒電荷或結構電荷。 同晶替代是產(chǎn)生永久電荷的原因。第10頁/共34頁2.可變電荷 ： 隨著土壤溶液隨著土壤溶液pHpH變化而變變化而變化的電荷叫可變電荷?；碾姾山锌勺冸姾伞?可變電荷產(chǎn)生的原因：主要是膠體表面分子解離。（1 1）含水氧化硅分子解離（2 2）粘土礦物晶面上羥基解離（1:11:1型粘土礦物在pH5pH5時可以解離）（3

5、3）腐殖質(zhì)分子表面解離（4 4）含水氧化鐵鋁表面解離出OHOH- -，帶正電荷（在pH5pH5時帶正電荷） 第11頁/共34頁第12頁/共34頁第13頁/共34頁3.土壤總電荷 土壤總電荷等于永久電荷與可變電荷的總和。 一般土壤的pH在59之間，大部分土壤膠體都帶負電荷。只有兩性膠體和少量的同晶替代可能產(chǎn)生一定量正電荷。 但是，整體上來看，土壤膠體以帶負電荷為主。當pH5時則可能帶較多正電荷。土壤中土壤中80%80%以上的土壤電荷集中于粘粒上以上的土壤電荷集中于粘粒上第14頁/共34頁第15頁/共34頁第16頁/共34頁 第二節(jié) 土壤離子交換作用一、土壤陽離子交換與交換陽離子 1.離子吸附：土

6、壤膠體一般帶負電，能吸附土壤溶液中的陽離子。 2.解吸：這些被吸附的陽離子在一定條件下可以和土壤溶液中的陽離子互相交換，從膠體表面進入溶液。第17頁/共34頁土壤膠粒土壤膠粒Ca2+NH4+3K+ Ca2+ +NH4+ K+K+K+交換性陽離子可分兩種：致酸離子 H+ Al3+ 鹽基離子Ca2+ 、Mg2+、K+、NH+、Na+交換反應示意圖如下：3.3.陽離子交換作用：陽離子交換作用：通過吸附和解吸，引起離通過吸附和解吸，引起離子位置相互交換的作用。子位置相互交換的作用。4.4.交換性陽離子：交換性陽離子：被吸附的陽離子。被吸附的陽離子。第18頁/共34頁陽離子交換第19頁/共34頁5 5、

7、陽離子交換作用的基本特征1.1.可逆反應 2.2.等價交換3.3.受質(zhì)量作用定律的支配第20頁/共34頁6 6、影響陽離子交換的因素受以下因素影響： 1.1.離子價： 高價離子低價離子 2.2.離子半徑和離子水化半徑： 同價離子，離子半徑大的、水化半徑小的交換能力大， 3.3.離子的運動速度 ：半徑小運動速度快 4.4.離子濃度： 交換能力弱的離子在濃度足夠大的情況下，可以交換吸附濃度低高價離子。綜上所述，陽離子交換能力順序為：FeFe3+3+ 、AlAl3+3+ H H+ +CaCa2+2+MgMg2+2+NHNH4+4+K K+ +NaNa+ +第21頁/共34頁二、陽離子交換量 是指在一

8、定pH時每1000g干土所能吸附的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)。影響土壤CEC大小的因素： 1、膠體含量 質(zhì)地粘重CEC大。 2、膠體類型 有機膠體CEC遠比礦質(zhì)膠體大，施有機肥可大幅度提高土壤保肥能力。 3、土壤pH值 影響可變電荷的多少，一般pH值升高，H+解離，可變負電荷逐漸增多，CEC也隨之增加。第22頁/共34頁不同類型土壤膠體的陽離子交換量不同類型土壤膠體的陽離子交換量 土壤膠體 CECcmol(+).kg-1 腐殖質(zhì)蛭 石蒙脫石伊利石高嶺石倍半氧化物 200100-15070-9510-403-152-4第23頁/共34頁交交換換性性鹽鹽基基離離子子總總量量（cmol/kg） 鹽鹽

9、基基飽飽和和度度（%）= 陽陽離離子子交交換換量量（cmol/kg） 100% 三、鹽基飽和度三、鹽基飽和度 指土壤中交換指土壤中交換性鹽基離子（性鹽基離子（K K+ +、NaNa+ +、NHNH4 4+ +、CaCa2+2+ 、MgMg2+2+等）總量占陽離等）總量占陽離子交換量的百分數(shù)。子交換量的百分數(shù)。第24頁/共34頁 當土壤膠體吸附的陽離子全部或大部分為鹽基離子時，當土壤膠體吸附的陽離子全部或大部分為鹽基離子時，則土壤呈鹽基飽和狀態(tài)，這一土壤稱為則土壤呈鹽基飽和狀態(tài)，這一土壤稱為鹽基飽和土壤。鹽基飽和土壤。（呈中性或堿性反應）（呈中性或堿性反應） 當土壤膠體所吸附的陽離子僅部分地為鹽

10、基離子，而其余當土壤膠體所吸附的陽離子僅部分地為鹽基離子，而其余一部分為一部分為H+和和Al3+時時, 則這一土壤膠體呈鹽基不飽和狀態(tài)則這一土壤膠體呈鹽基不飽和狀態(tài), 稱為稱為鹽基不飽和土壤。鹽基不飽和土壤。（呈酸性反應）（呈酸性反應）南方土壤：H+和Al3+等致酸離子較多, 土壤的鹽基飽和度小；北方土壤：Ca2+和Mg2+占有較大的數(shù)量和比例,鹽基飽度大 。 變化趨勢：以北以北 80%80%以上以上 （除（除棕壤棕壤、暗棕壤、灰化土等）、暗棕壤、灰化土等）以南以南 鹽基不飽和鹽基不飽和（紅壤、磚紅壤一般（紅壤、磚紅壤一般20-30%20-30%）北緯33它與土壤酸堿反應關系密切它與土壤酸堿反

11、應關系密切第25頁/共34頁（1 1）膠體上吸附的陽離子可以被土壤溶液中其它離子交）膠體上吸附的陽離子可以被土壤溶液中其它離子交換下來，由植物根系的離子交換和吸收；換下來，由植物根系的離子交換和吸收；（2 2）植物的根毛表面吸附的交換性）植物的根毛表面吸附的交換性H+ ，可以直接和土，可以直接和土壤膠體表面的交換性離子進行接觸交換和吸收。壤膠體表面的交換性離子進行接觸交換和吸收。植物有效性速效性養(yǎng)分第26頁/共34頁 1 1、離子飽和度離子飽和度（飽和度效應）（飽和度效應） 離子的飽和度越大，被解吸的機會就越大，有效度就越大離子的飽和度越大，被解吸的機會就越大，有效度就越大 * * *影響交換

12、離子有效度的因素主要有：影響交換離子有效度的因素主要有：土壤陽離子飽和度和有效度的關系土壤陽離子飽和度和有效度的關系 P179 表表8-7較 小331030B較 大7568A有效度比 較交換性Ca2+飽和度%交換性Ca2+量cmol.g-1CECcmol.g-1土 壤施肥方法：集中施肥，條施、穴施施肥量：不同質(zhì)地類型土壤區(qū)別對待，砂土少量多次第27頁/共34頁2 2、陪補離子效應陪補離子效應（互補離子效應）（互補離子效應）陪補離子與交換性鈣的有效性陪補離子與交換性鈣的有效性 土壤交換性陽離子組成 小麥幼苗干重(g) 小麥幼苗吸鈣量(mg) ABC 40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40

13、%Ca+60%Na 2.802.792.34 11.157.834.36土壤膠體上與該離子共存的其它陽離子陪補離子陪補離子與膠體的親和力 K+ 與陪補離子 Ca2+ 、Na+的關系？第28頁/共34頁四、土壤離子交換性能與土壤改良四、土壤離子交換性能與土壤改良苗圃：苗圃：改善土壤質(zhì)地、增施有機肥補充保肥能力較高的土壤營養(yǎng)缽育苗腐熟的泥炭或腐殖土+肥料、蛭石造林：造林：客土、帶土、定植穴內(nèi)加入雜草、凋落物或肥土等（局部改善貯存和供給有效水分和養(yǎng)分）林地：林地：調(diào)整林分組成，樹種混交、喬灌混交等有機質(zhì)（腐殖質(zhì)）有效養(yǎng)分的來源和貯存能力疏伐等措施改善林地小氣候：分解、合成、保肥能力提高（砂質(zhì)土林地）第29頁/共34頁定植穴摻入壤土、小麥秸措施，（定植穴摻入壤土、小麥秸措施，（5a5a）土壤水分容量提高：47.9%、35.7%每穴（2*1*0.6m）增水量：45.5kg、32.7kg有機質(zhì)、速效氮磷鉀平均提高： 145.0%、114.4%、82.5%、17.5%石膏改善堿土性質(zhì)（pHpH、結構、保肥供肥能力）鹽漬土改良：鹽漬土改良：肥料施用：肥料施用：CEC 數(shù)值大小、質(zhì)地類型第30頁/共34頁精品課件！第31頁/共34頁精品課件！第32頁/共34頁復習思考復