第五章土壤膠體與土壤吸收性能

1、土壤吸收性能類型 機(jī)械吸收性機(jī)械吸收性 指土壤對物體的機(jī)械阻留 物理吸收性物理吸收性 指土壤對分子態(tài)物質(zhì)的保持能力 化學(xué)吸收性化學(xué)吸收性 指易溶性鹽在土壤中轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性鹽而沉淀保存在土壤中的過程 物理化學(xué)吸收性物理化學(xué)吸收性 指土壤對可溶性物質(zhì)中離子態(tài)養(yǎng)分的保持能力 生物吸收性生物吸收性 指土壤中植物根系和微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 土壤膠體 土壤中最細(xì)微的顆粒 膠體顆粒的直徑一般在1-100nm（長、寬、高三個方向上，至少有一個方向在此范圍內(nèi)）土壤膠體的種類 無機(jī)膠體無機(jī)膠體 含水氧化硅膠體 含水氧化鐵、氧化鋁膠體 層狀硅酸鹽(phyllosilicate,layer silicate)礦物 有

2、機(jī)膠體有機(jī)膠體 有機(jī)無機(jī)復(fù)合體有機(jī)無機(jī)復(fù)合體（organo-mineral complex） 層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu) 硅氧片和硅四面體 硅氧片是由硅四面體連接而成，一個硅四面體是由四個氧原子和一個硅原子所組成。 鋁氧片與鋁八面體 鋁氧片由鋁八面體連接而成，鋁八面體為六個氧原子圍繞一個鋁原子而構(gòu)成鋁八面體。 硅四面體 鋁氧八面體 1:1型礦物 2:1型礦物 脹縮型 非脹縮型 （晶層構(gòu)造、膨脹性、電荷及膠體特性）土壤膠體的構(gòu)造 膠體微粒膠體微粒 膠粒膠粒 膠核膠核 雙電層雙電層 決定電位離子層決定電位離子層（內(nèi)）（內(nèi)） 補(bǔ)償離子層（外）補(bǔ)償離子層（外） 非活性離子層非活性離子層擴(kuò)散層擴(kuò)散層 土壤膠體的特性

3、 土壤膠體比表面和表面能 土壤膠體電荷 土壤膠體有凝聚和分散的作用 土壤膠體的表面積土壤膠體的表面積土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2g-1）膠體成分內(nèi)表面積外表面積總表面積蒙脫石蛭 石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800土壤膠體的比表面和表面積土壤膠體的比表面和表面積 土壤表面電荷和電位土壤表面電荷和電位 土壤電荷的起因和種類土壤電荷的起因和種類 1、永久電荷(permanent ch

4、arge)* 永久電荷起源于礦物晶格內(nèi)部離子的同晶置換。 2、可變電荷(variable charge)* 隨pH的變化而變化的土壤電荷，這種電荷 稱為可變電荷。 零點(diǎn)電荷：如果在某個pH值時，粘土礦物表面上即不帶正電荷，也不帶負(fù)電荷，其表面電荷等于零，此時的pH值稱為零點(diǎn)電荷（ZPC）。可變電荷的成因主要是膠核表面分子或原子團(tuán) 的解離：A. 含水氧化硅的解離B. 粘粒礦物的晶面上的OH和H的解離C. 腐殖質(zhì)上某些官能團(tuán)的解離D. 含水氧化和水鋁石表面的分子中OH的解離； pH 3.2 從上述四種情況來看，土壤膠體所帶的從上述四種情況來看，土壤膠體所帶的電荷數(shù)量和性質(zhì)與介質(zhì)的電荷數(shù)量和性質(zhì)與介

5、質(zhì)的pH值有密切關(guān)系。值有密切關(guān)系。*影響土壤電荷數(shù)量的因素主要有：影響土壤電荷數(shù)量的因素主要有： C. pH值值 主要影響可變電荷的數(shù)量。主要影響可變電荷的數(shù)量。 B. 土壤膠體的種類土壤膠體的種類 土壤質(zhì)地完全相同的兩種土壤，土壤質(zhì)地完全相同的兩種土壤，它們所帶的電荷數(shù)量可以完全不同。這是有膠體它們所帶的電荷數(shù)量可以完全不同。這是有膠體類型不同所致。類型不同所致。A. 質(zhì)地一般來說，土壤的質(zhì)地越粘，土粒越細(xì)，質(zhì)地一般來說，土壤的質(zhì)地越粘，土粒越細(xì)，其電荷總量也越多。所以粘土的電荷數(shù)量要比壤其電荷總量也越多。所以粘土的電荷數(shù)量要比壤土類和砂土類高得多。土類和砂土類高得多。陽離子交換作用* 在

6、土壤中，被膠體靜電吸附的陽離子，一般都可以被溶液中另一種陽離子交換而從膠體表面解吸。對這種能相互交換的陽離子叫做交換性陽離子交換性陽離子，而把發(fā)生在土壤膠體表面的陽離子交換反應(yīng)稱之為陽陽離子交換作用離子交換作用* * * *。 陽離子交換陽離子交換作用特點(diǎn)a、可逆反應(yīng)b、反應(yīng)迅速 c、等量交換 陽離子交換能力 陽離子交換能力是指一種陽離子將膠體上另一種陽離子交換出來的能力。各種陽離子交換能力大小的順序為： Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+影響陽離子交換能力的因素有：a、電荷的數(shù)量 b、離子半徑和離子水化半徑， H+的交換力比兩價的Ca2+、Mg2+離子大。- c、離子濃度

7、 離子半徑與吸附力離子半徑與吸附力 一價離子一價離子Li+Na+K+NH+4Rb+離子的真實半徑離子的真實半徑(nm)0.0780.0980.1330.1430.149離子的水合半徑離子的水合半徑(nm)1.0080.7900.5370.5320.509強(qiáng)強(qiáng) 弱弱 陽離子交換量是評價土壤肥力的一個指標(biāo)。它直接反應(yīng)土壤可以提供速效養(yǎng)分的數(shù)量，也能表示土壤保肥能力、緩沖能力的大小。 CEC 20 *土壤陽離子交換量土壤陽離子交換量(cation exchange (cation exchange capacity)-CECcapacity)-CEC 是指土壤溶液為中性（pH = 7pH = 7）時

8、，每千克土所含 的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)稱為土壤的陽離子交換量。（CECCEC：cmol(+)kgcmol(+)kg-1-1 ）保肥能力低中高* * * *影響土壤陽離子交換量的因素有：影響土壤陽離子交換量的因素有：（1）質(zhì)地 質(zhì)地越粘重，含粘粒越多的土壤，其陽離子交換量也越大。（2）有機(jī)質(zhì) OM % OM % CEC CEC（3）膠體的性質(zhì)及構(gòu)造蒙脫石 高嶺石（4）pHpH值 在一般情況下，隨著pH的升高，土壤的可變電荷增加，土壤的陽離子交換量也增加。質(zhì)地砂土砂壤土壤土粘土CEC157815182530 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 CECcmo

9、l(+).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鹽基離子與鹽基飽和度鹽基離子與鹽基飽和度鹽基離子與致酸離子* 在土壤里，被膠體吸附著的陽離子，可以分為兩類： 第一類是氫離子和鋁離子，它們是致酸離子，與土壤的酸度有密切關(guān)系。 第二類是其他的一些金屬離子，如CaCa+2+2、MgMg+2+2、K K+ +、NHNH4 4+ +等，在古典化學(xué)上，它們都稱為鹽基離子。鹽基飽和度鹽基飽和度(base saturation percentage)BSP(base saturation percentage)BSP 在土壤膠體所吸附的陽離子

10、中，鹽基離子的數(shù)量占所有吸附的陽離子的百分比，叫鹽基飽和度*。鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反應(yīng)；而鹽基不飽和的土壤則具有酸性反應(yīng)，為酸性土壤； 克土）量陽離子交換量（毫克當(dāng)克土）當(dāng)量交換性鹽基總量（毫克鹽基飽和度100/100/ 100% 交換性離子的有效度交換性離子的有效度 * * *影響交換離子有效度的因素主要影響交換離子有效度的因素主要有：有： （1 1）陽離子飽和度）陽離子飽和度 離子的飽和度越大，被解吸的機(jī)會離子的飽和度越大，被解吸的機(jī)會就越大，有效度就越大就越大，有效度就越大 （2 2）土壤中的互補(bǔ)離子效應(yīng)）土壤中的互補(bǔ)離子效應(yīng) （4 4）由交換性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的有效）由交換

11、性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的有效度問題度問題 互補(bǔ)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%Ca+60%Na 2.802.792.34 11.157.834.36 在土壤膠體上各種交換性鹽 基離子之間的相互影響的作用互補(bǔ)離子效應(yīng)（陪伴離子效應(yīng)）土壤膠體對陰離子的吸附與交換土壤膠體對陰離子的吸附與交換（一）土壤吸附的陰離子土壤中的陰離子依其吸附能力的大小可分為三類：1易被吸附的陰離子 最重要是：H H2 2POPO4 4- - HPO HPO4 42-2- PO PO4 43-3-HSiOHSi

12、O3 3- - SiO SiO3 32-2- C C2 2O O4 42-2- 2吸附作用很弱或進(jìn)行負(fù)吸附的陰離子ClCl- - NO NO3 3- - NO NO2 2- - 3中間類型的離子：SOSO4 42-2- CO CO3 32-2- 各種陰離子被土壤吸收的次序如下：F F- - 草酸根 檸檬酸根 H H2 2POPO4 4- - HCO HCO3 3- - HBO HBO3 3- - SO SO4 42-2- Cl Cl - - NO NO3 3- -陰離子的負(fù)吸附陰離子的負(fù)吸附所謂陰離子的負(fù)吸附，是指距帶負(fù)電荷的膠體表面越近，陰離子數(shù)量越少的現(xiàn)象。負(fù)吸附現(xiàn)象也受土壤特性影響，其它條件相同，則負(fù)吸附現(xiàn)象隨著土壤膠體的數(shù)量和陽離子代換量的增加而增加。但隨陪伴陽離子價數(shù)的增加而減少，不同的粘粒礦物對負(fù)吸附的影響也不同，他們遞減的次序為： 蒙脫石 伊利石 高嶺石這種情況也可歸因于膠體負(fù)電荷數(shù)量不同的緣故。帶負(fù)電荷愈多的土壤膠體，對陰離子的排斥作用愈強(qiáng)，負(fù)吸附作用愈明顯。陰離子專性吸附陰離子