第八章 土壤膠體及其對(duì)離子吸附交換作用

1、第八章第八章 土壤膠體及其對(duì)離子的吸附土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用交換作用 8.1 土壤膠體 8.2 土壤膠體對(duì)離子的吸附作用 第八章土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用第八章土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用 8.1 8.1 土壤膠體土壤膠體土壤膠體是土壤中最細(xì)小、最活躍的部分土壤膠體是土壤中最細(xì)小、最活躍的部分土壤膠體是土壤肥力性狀賴以表現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)中最精華的部分土壤膠體是土壤肥力性狀賴以表現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)中最精華的部分土壤膠體的組成和性質(zhì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)，如土壤的吸附性、酸堿性、土壤膠體的組成和性質(zhì)對(duì)土壤的理化性質(zhì)，如土壤的吸附性、酸堿性、緩沖性以及土壤結(jié)構(gòu)都有很大的影響緩沖性以及土壤結(jié)構(gòu)都有

2、很大的影響土壤肥力的高低與土壤膠體的組成、數(shù)量和性質(zhì)密切相關(guān)土壤肥力的高低與土壤膠體的組成、數(shù)量和性質(zhì)密切相關(guān)土壤膠體的形成過程也是土壤形成過程的反映土壤膠體的形成過程也是土壤形成過程的反映由于土壤形成條件由于土壤形成條件的不同，土壤的膠體類型、含量和性質(zhì)均有較大的差異的不同，土壤的膠體類型、含量和性質(zhì)均有較大的差異本章將著重討論對(duì)土壤肥力影響較大的土壤膠體的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及本章將著重討論對(duì)土壤肥力影響較大的土壤膠體的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相關(guān)的離子交換性的一般規(guī)律其相關(guān)的離子交換性的一般規(guī)律第八章土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用第八章土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用 8.1 8.1 土壤膠體

3、土壤膠體任何膠體系統(tǒng)都是一種分散系統(tǒng)，而分散系統(tǒng)通常由兩種物質(zhì)所組成，任何膠體系統(tǒng)都是一種分散系統(tǒng)，而分散系統(tǒng)通常由兩種物質(zhì)所組成，一種物質(zhì)的分子呈連續(xù)分布狀態(tài)，稱為分散介質(zhì)；一種物質(zhì)的分子呈連續(xù)分布狀態(tài)，稱為分散介質(zhì)；另一種物質(zhì)的分子是不連續(xù)的，稱為分散相另一種物質(zhì)的分子是不連續(xù)的，稱為分散相，8.1.1. 1 8.1.1. 1 土壤膠體是一種分散系統(tǒng)土壤膠體是一種分散系統(tǒng)分散相均勻地分散在分散介質(zhì)中，構(gòu)成膠體分散系統(tǒng)。分散相均勻地分散在分散介質(zhì)中，構(gòu)成膠體分散系統(tǒng)。土壤本身就是一個(gè)復(fù)雜的多元分散系統(tǒng)。土壤本身就是一個(gè)復(fù)雜的多元分散系統(tǒng)。在一般情況下，是把土壤固相顆粒作為分散相，而把土壤溶液

4、和土壤在一般情況下，是把土壤固相顆粒作為分散相，而把土壤溶液和土壤空氣看做分散介質(zhì)。空氣看做分散介質(zhì)。8.1.1 8.1.1 土壤膠體的概念土壤膠體的概念8.1 8.1 土壤膠體土壤膠體第八章土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用第八章土壤膠體及其對(duì)離子的吸附交換作用8.1.1. 1 8.1.1. 1 土壤膠體是一種分散系統(tǒng)土壤膠體是一種分散系統(tǒng)8.1. 1. 2 8.1. 1. 2 土壤膠體的大小范圍土壤膠體的大小范圍一般膠體是指作為分散相的那些細(xì)小顆粒一般膠體是指作為分散相的那些細(xì)小顆粒其大小的上限是其大小的上限是0.1 m, 0.1 m, 下限為下限為1 nm(1 nm1 nm(1 nm屬于溶

5、液范圍屬于溶液范圍) )土壤膠體的大小范圍與通常所指的膠體有所不同土壤膠體的大小范圍與通常所指的膠體有所不同一般將其上限規(guī)定為一般將其上限規(guī)定為0.001 mm, 0.001 mm, 即即1 m1 m，這比一般膠體大，這比一般膠體大1010倍倍這樣大小的顆粒已明顯表現(xiàn)出膠體性質(zhì)，如這樣大小的顆粒已明顯表現(xiàn)出膠體性質(zhì)，如 黏粒又稱為膠粒。黏粒又稱為膠粒。 8.1.1 8.1.1 土壤膠體的概念土壤膠體的概念8.1 土壤膠體土壤膠體 8.1.1 8.1.1 土壤膠體的概念土壤膠體的概念8.1.2 8.1.2 土壤膠體的種類土壤膠體的種類8 81. 2. 1 1. 2. 1 有機(jī)膠體有機(jī)膠體8 81

6、. 2. 2 1. 2. 2 無機(jī)膠體無機(jī)膠體8 81. 2. 3 1. 2. 3 有機(jī)有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體無機(jī)復(fù)合膠體8.1 土壤膠體土壤膠體 8.1.2 8.1.2 土壤膠體的種類土壤膠體的種類8 81. 2. 1 1. 2. 1 有機(jī)膠體有機(jī)膠體腐殖質(zhì)：是土壤中含有的一類分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子腐殖質(zhì)：是土壤中含有的一類分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子化合物，具有明顯的膠體性質(zhì)，故稱之為土壤有機(jī)膠體?；衔铮哂忻黠@的膠體性質(zhì)，故稱之為土壤有機(jī)膠體。高分子化合物：土壤中還有少量的蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸以高分子化合物：土壤中還有少量的蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸以及多糖類高分子化合物也具有膠體的性質(zhì)及多糖類

7、高分子化合物也具有膠體的性質(zhì)大量的微生物：它們本身也具有膠體性質(zhì)，是一種生物膠體大量的微生物：它們本身也具有膠體性質(zhì)，是一種生物膠體8.1 土壤膠體土壤膠體 8.1.2 土壤膠體的種類8 81. 2. 1 1. 2. 1 有機(jī)膠體有機(jī)膠體8 81. 2. 2 1. 2. 2 無機(jī)膠體（無機(jī)膠體又稱礦質(zhì)膠體）無機(jī)膠體（無機(jī)膠體又稱礦質(zhì)膠體）（1 1）層狀鋁硅酸鹽礦物）層狀鋁硅酸鹽礦物（2 2）無定形氧化物）無定形氧化物無機(jī)膠體比有機(jī)膠體高幾倍到幾十倍無機(jī)膠體比有機(jī)膠體高幾倍到幾十倍土壤中黏粒土壤中黏粒(d0.001mm)(d0.001mm)的含量來反映土壤無機(jī)膠體的數(shù)量的含量來反映土壤無機(jī)膠體的

8、數(shù)量（與土壤質(zhì)地有關(guān)）（與土壤質(zhì)地有關(guān)）土壤中無機(jī)膠體的數(shù)量和組成對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響較大土壤中無機(jī)膠體的數(shù)量和組成對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響較大8 81. 2. 2 1. 2. 2 無機(jī)膠體無機(jī)膠體(1)層狀鋁硅酸鹽礦物層狀鋁硅酸鹽礦物1111型的高嶺石類、型的高嶺石類、2121型的蒙脫石類及水化云母類。型的蒙脫石類及水化云母類。單位晶胞小，形成的顆粒較大單位晶胞小，形成的顆粒較大, , 其膠體的分散度低其膠體的分散度低, , 脹縮性、脹縮性、黏性和吸收容量小電荷數(shù)量也少黏性和吸收容量小電荷數(shù)量也少結(jié)晶的晶胞較大結(jié)晶的晶胞較大, , 而形成的顆粒較小而形成的顆粒較小, , 其膠體分散度高其膠體分散

9、度高, ,脹縮脹縮性、黏性和吸收容量都較大、電荷數(shù)量也多。（同晶代換）性、黏性和吸收容量都較大、電荷數(shù)量也多。（同晶代換）1111型的高嶺石礦物型的高嶺石礦物: :2121型蒙脫石類礦物型蒙脫石類礦物: :(2)(2)含水氧化物類膠體含水氧化物類膠體8 81. 2. 2 1. 2. 2 無機(jī)膠體無機(jī)膠體H H2 2SiOSiO3 3(SiO(SiO2 2nHnH2 2O)O) H H+ + + HSiO + HSiO3 3- -2 H2 H+ + + SiO + SiO3 32-2-膠體帶負(fù)電膠體帶負(fù)電隨隨pHpH值升高值升高, , 負(fù)電荷數(shù)增負(fù)電荷數(shù)增 加加（無定形氧化硅的水合物）（無定形氧

10、化硅的水合物）聚合過程：即從單體聚合過程：即從單體水溶膠水溶膠水凝膠水凝膠干凝膠干凝膠最終形成類似最終形成類似蛋白石的脆性物質(zhì)。向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。溶膠或凝膠，都是一蛋白石的脆性物質(zhì)。向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。溶膠或凝膠，都是一種活性很高的吸附劑。種活性很高的吸附劑。無定形氧化硅被看做酸膠基，它與氧化鐵、鋁等堿膠基相互作無定形氧化硅被看做酸膠基，它與氧化鐵、鋁等堿膠基相互作用是形成土壤黏粒礦物的途徑之一。用是形成土壤黏粒礦物的途徑之一。其交換量增其交換量增 加加 含水氧化硅膠體。含水氧化硅膠體。 含水氧化鐵、鋁膠體含水氧化鐵、鋁膠體兩性膠體：兩性膠體：土壤結(jié)構(gòu)、土壤酸堿性、土壤緩沖性土壤結(jié)構(gòu)、土壤酸堿性、土

11、壤緩沖性含水氧化鋁膠體是礦物風(fēng)化而來的，有晶態(tài)的，也有非晶態(tài)的，含水氧化鋁膠體是礦物風(fēng)化而來的，有晶態(tài)的，也有非晶態(tài)的，含水氧化鐵、鋁在土壤中多以結(jié)晶態(tài)的礦物存在含水氧化鐵、鋁在土壤中多以結(jié)晶態(tài)的礦物存在最常見的鐵氧化物是針鐵礦和赤鐵礦，還有磁赤鐵礦、磁鐵礦、纖鐵礦最常見的鐵氧化物是針鐵礦和赤鐵礦，還有磁赤鐵礦、磁鐵礦、纖鐵礦和氫氧化鐵或水鐵礦等。和氫氧化鐵或水鐵礦等。AlAl2 2O O3 3Al(OH)Al(OH)3 3、AlOOHAlOOH是晶態(tài)是晶態(tài), ,無定形鋁主要是羥基鋁及其聚合物，無定形鋁主要是羥基鋁及其聚合物，AlAl3+3+在溶液中可形成較大的在溶液中可形成較大的OH-AlO

12、H-Al聚聚合物呈溶膠狀合物呈溶膠狀酸性條件下酸性條件下( (一般一般pH5)pH Al3+ H+Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ 溶液中的離子濃度對(duì)膠體的分散和凝聚的影響也是很大的溶液中的離子濃度對(duì)膠體的分散和凝聚的影響也是很大的 影響膠粒靜電斥力大小的另一主要因素是膠粒靜電荷的數(shù)量，影響膠粒靜電斥力大小的另一主要因素是膠粒靜電荷的數(shù)量，而靜電荷的數(shù)量則受補(bǔ)償作用的控制而靜電荷的數(shù)量則受補(bǔ)償作用的控制二價(jià)以上的陽離子，其水化半徑又較小，對(duì)土壤膠體所帶的負(fù)電荷的補(bǔ)償二價(jià)以上的陽離子，其水化半徑又較小，對(duì)土壤膠體所帶的負(fù)電荷的補(bǔ)償作用就大作用就大, 這樣膠粒的剩余電荷就較少，膠粒間的靜

13、電斥力大大減小，甚至這樣膠粒的剩余電荷就較少，膠粒間的靜電斥力大大減小，甚至接近于零接近于零8.2 土壤膠體對(duì)離子的吸附作用土壤膠體對(duì)離子的吸附作用 8.2.1 土壤膠體吸附性的含義土壤膠體吸附性的含義8.2.2 土壤吸附性的類型及其意義土壤吸附性的類型及其意義8.2 土壤膠體對(duì)離子的吸附作用土壤膠體對(duì)離子的吸附作用 8.2.1 土壤膠體吸附性的含義土壤膠體吸附性的含義它主要是吸收它主要是吸收(附附)并保持土壤溶液中的離子、分子以至一并保持土壤溶液中的離子、分子以至一些懸浮物質(zhì)的性質(zhì)。些懸浮物質(zhì)的性質(zhì)。人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐過程中，早就發(fā)現(xiàn)并利用土壤的吸附性。人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐過程中，早就發(fā)現(xiàn)并利用土

14、壤的吸附性。 土壤的吸附性：就是土壤能吸附并保持一些物質(zhì)的性質(zhì)。土壤的吸附性：就是土壤能吸附并保持一些物質(zhì)的性質(zhì)。農(nóng)民施用化肥如銨態(tài)氮肥隨水施入土壤農(nóng)民施用化肥如銨態(tài)氮肥隨水施入土壤, , 并不擔(dān)心化肥隨并不擔(dān)心化肥隨水流失水流失, , 化肥可保存在土壤中逐漸被植物吸收利用化肥可保存在土壤中逐漸被植物吸收利用 土壤的吸收性對(duì)土壤性狀的影響是全面而深刻的，直接反土壤的吸收性對(duì)土壤性狀的影響是全面而深刻的，直接反應(yīng)了土壤肥沃性的高低。應(yīng)了土壤肥沃性的高低。8.2 土壤膠體對(duì)離子的吸附作用土壤膠體對(duì)離子的吸附作用 8.2.1 土壤膠體吸附性的含義土壤膠體吸附性的含義8.2.2 土壤吸附性的類型及其意

15、義土壤吸附性的類型及其意義 82. 2. 1 機(jī)械吸附機(jī)械吸附82. 2. 2 物理吸附物理吸附82. 2. 3 化學(xué)吸附化學(xué)吸附82. 2. 5 物理化學(xué)吸收物理化學(xué)吸收(附附)82. 2. 6 陽離子吸附陽離子吸附82. 2. 7 陰離子吸附陰離子吸附 82. 2. 4 生物吸附生物吸附8.2.2 土壤吸附性的類型及其意義土壤吸附性的類型及其意義 82. 2. 1 機(jī)械吸附機(jī)械吸附機(jī)械吸附是指土壤對(duì)進(jìn)入其中的固體物質(zhì)的機(jī)械阻留作用。機(jī)械吸附是指土壤對(duì)進(jìn)入其中的固體物質(zhì)的機(jī)械阻留作用。 82. 2. 2 物理吸附物理吸附物理吸附是指借助于土壤表面張力而吸附在土壤顆粒表面的物質(zhì)分子。物理吸附是

16、指借助于土壤表面張力而吸附在土壤顆粒表面的物質(zhì)分子。 吸附對(duì)象主要是：有機(jī)化合物分子，如肥料中的尿素、氨基酸、醇類、有機(jī)堿吸附對(duì)象主要是：有機(jī)化合物分子，如肥料中的尿素、氨基酸、醇類、有機(jī)堿以及農(nóng)藥制劑中的一些分子，氣體的以及農(nóng)藥制劑中的一些分子，氣體的NH3、CO2。 物理吸附的力主要是分子間的引力，其吸附力較弱，它不能對(duì)表面張力大的無機(jī)酸、物理吸附的力主要是分子間的引力，其吸附力較弱，它不能對(duì)表面張力大的無機(jī)酸、無機(jī)鹽類進(jìn)行吸附。無機(jī)鹽類進(jìn)行吸附。82. 2. 3 化學(xué)吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附是指進(jìn)入土壤溶液的某些成分經(jīng)過化學(xué)作用化學(xué)吸附是指進(jìn)入土壤溶液的某些成分經(jīng)過化學(xué)作用, 生成難溶性化合

17、物或沉淀生成難溶性化合物或沉淀 在土壤中易發(fā)生化學(xué)吸收的部分主要是土壤溶液中的陰離子，如：在土壤中易發(fā)生化學(xué)吸收的部分主要是土壤溶液中的陰離子，如： PO43-、HPO42-、H2PO4- 、SiO32-、HSiO3-、CO32-、SO42- 、C2O42等。等。 大大降低了營養(yǎng)物質(zhì)的有效性大大降低了營養(yǎng)物質(zhì)的有效性8.2.2 土壤吸附性的類型及其意義土壤吸附性的類型及其意義 82. 2. 4 生物吸附生物吸附生物吸收是指借助于生活在土壤中的生物生物吸收是指借助于生活在土壤中的生物(包括植物、微生物和一些小動(dòng)物包括植物、微生物和一些小動(dòng)物)的生命的生命活動(dòng)活動(dòng), 把有效性養(yǎng)分吸收、積累、保存在

18、生物體中的作用，又稱為養(yǎng)分生物固定。把有效性養(yǎng)分吸收、積累、保存在生物體中的作用，又稱為養(yǎng)分生物固定。3個(gè)特點(diǎn)：個(gè)特點(diǎn)： (1)選擇性選擇性(2)表聚性表聚性(3)創(chuàng)新性創(chuàng)新性82. 2. 5 物理化學(xué)吸收物理化學(xué)吸收(附附)物理化學(xué)吸附是發(fā)生在土壤溶液和土壤膠體界面上的一種物理化學(xué)反應(yīng)物理化學(xué)吸附是發(fā)生在土壤溶液和土壤膠體界面上的一種物理化學(xué)反應(yīng), 土壤膠體土壤膠體借助于極大的表面積和電性借助于極大的表面積和電性, 把土壤溶液中的離子吸附在膠體的表面上而保存下來。把土壤溶液中的離子吸附在膠體的表面上而保存下來。土壤的物理化學(xué)吸附主要是對(duì)陽離子的吸附。土壤的物理化學(xué)吸附主要是對(duì)陽離子的吸附。按

19、照吸附的離子種類可分為按照吸附的離子種類可分為 ：陽離子吸附和陰離子吸附。：陽離子吸附和陰離子吸附。 （1） 陽離子吸附陽離子吸附8.2.2 土壤吸附性的類型及其意義土壤吸附性的類型及其意義土壤中常見的吸附性陽離子有：土壤中常見的吸附性陽離子有：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Al3+和和H+等。等。 鹽基離子鹽基離子鹽基飽和度鹽基飽和度 鹽基飽和度交換性鹽基量鹽基飽和度交換性鹽基量(mmol/kg)/陽離子交換量陽離子交換量(mmol/kg 鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反應(yīng)鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反應(yīng) 水稻土壤中水稻土壤中, NH4+有時(shí)占有較大的比例。有時(shí)占有較大的比例。 能被土壤膠體吸附而又能交換下來的養(yǎng)分稱為能被土壤膠體吸附而又能交換下來的養(yǎng)分稱為交換態(tài)養(yǎng)分交換態(tài)養(yǎng)分 鹽基不飽和的土壤則呈酸性反應(yīng)鹽基不飽和的土壤則呈酸性反應(yīng)中性：中性：Ca2+和和Mg2+占有較大的數(shù)量和比例占有較大的數(shù)量和比例堿性：土壤中堿性：土壤中, Na+和和K+所占的比例較大所占的比例較大酸性：酸性：H+和和Al3+等致酸離子較多等致酸離子較多8.2.2 土壤吸附性的類型及其意義