土壤學(xué)-國家級精品課程8課件

1、第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)主要內(nèi)容（重點(diǎn)）：教學(xué)目標(biāo)與要求：教學(xué)方式與手段：主要內(nèi)容（重點(diǎn)）：1.土壤膠體的表面性質(zhì)（重點(diǎn)） 2.土壤膠體對陽離子交換反應(yīng)（重點(diǎn)） 3.土壤膠體的陰離子的吸附與交換 了解土壤膠體的表面類型、表面電荷來源與種類，掌握土壤雙電層的結(jié)構(gòu)特征；牢記土壤陽離子交換作用的規(guī)律以及影響陽離子有效性的因素以及陽離子交換對土壤性質(zhì)的影響。幻燈，動畫演示；案例分析；土壤吸附實(shí)驗；課時數(shù)：4課時硅氧烷型表面水合氧化物型表面有機(jī)物表面1土壤膠體表面類型第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)第八章 土壤膠體化

2、學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)土壤膠體的比表面和表面積 22(一)土壤膠體的表面積表81 土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2g-1）膠體成分內(nèi)表

3、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第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)我國幾種主要土壤的比表面積： 磚紅壤 6080m2g-1 紅 壤 100150m2g-1 黃棕壤 200300m2g-1 總之：2：1型粘土礦物和有機(jī)質(zhì)的含量越高，土壤的比表面積越大。(二)比表面積的測定方法1、儀器法2、吸附法 氮?dú)狻⒏?/p>

4、油、乙二醇醚等第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì)土壤表面電荷和電位 3（一）土壤電荷的起因和種類 1、永久電荷(permanent charge)* 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。 第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第一節(jié) 土壤膠體(soil colloid)的表面性質(zhì) 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

5、的分子中OH的解離； pHM2+M+ Al3Mn2Ca2K+ Rb+NH4+K+Na+Li+ 第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 表82 離子半徑與吸附力 一價離子Li+Na+K+NH+4Rb+離子的真實(shí)半徑(nm)0.0780.0980.1330.1430.149離子的水合半徑(nm)1.0080.7900.5370.5320.509強(qiáng)弱 交換能力第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 2鹽基離子與鹽基飽和度（1）鹽基離子與致酸離子* 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，

6、如Ca+2、Mg+2、K+、NH4+等，在古典化學(xué)上，它們都稱為鹽基離子。第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) （2）鹽基飽和度(base saturation percentage)BSP 在土壤膠體所吸附的陽離子中，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； 100%第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 陽離子交換 3（觀看演示）（一）陽離子交換作用* 在土壤中，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

7、解吸。對這種能相互交換的陽離子叫做交換性陽離子，而把發(fā)生在土壤膠體表面的陽離子交換反應(yīng)稱之為陽離子交換作用*。 第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) * 陽離子交換作用的特征：（1）陽離子交換作用是可逆反應(yīng)。（2）交換是等當(dāng)量進(jìn)行的。（3）陽離子交換受質(zhì)量作用定律的支配。第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) *土壤陽離子交換量(cation exchange capacity)-CEC 是指土壤溶液為中性（pH = 7）時，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。（CEC：cmol(+)kg-1 ） 陽離

8、子交換量是評價土壤肥力的一個指標(biāo)。CEC 20 保肥能力低中高第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) *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。質(zhì)地砂土砂壤土壤土粘土CEC157815182530（2）有機(jī)質(zhì) OM % CEC（3）膠體的性質(zhì)及構(gòu)造 蒙脫石 高嶺石（4）pH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。第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 表8-3 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)

9、蛭 石蒙脫石伊利石高嶺石倍半氧化物 200100-15070-9510-403-152-4第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 4影響陽離子交換能力的因素*（1）電荷的影響； 根據(jù)庫侖定律，陽離子的價數(shù)越高，交換能力也越 大。（2）離子的半徑及水化程度 同價的離子，其交換能力的大小是依據(jù)其離子半徑 及離子的水化程度的不同而不同的。（3）離子濃度和數(shù)量因子。第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng) 5交換性離子的有效度 *影響交換離子有效度的因素主要有： （1）鹽基飽和度 離子的飽和度越大，被解吸的機(jī)會就越大，有效度就 越大 （2）土壤中的互補(bǔ)離子效應(yīng) （3）粘土礦物類型的

10、影響 （4）由交換性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的有效度問題第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 表8-5 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)）第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 陽離子的專性吸附3（一）陽離子專性吸附的機(jī)理 產(chǎn)生陽離

11、子專性吸附的土壤膠體物質(zhì)主要是鐵、鋁、錳等的氧化物及其水合物。 層狀硅酸鹽礦物在某些情況下對重金屬離子也可以產(chǎn)生專性吸附作用 第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 反應(yīng)的結(jié)果使體系的pH值下降 ！第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 陽離子專性吸附的實(shí)際意義: 土壤和沉積物中的錳、鐵、鋁、硅等氧化物及其水合物，對多種微量重金屬離子起富集作用，其中以氧化錳和氧化鐵的作用更為明顯。 由于專性吸附對微量金屬離子具有富集作用的特性，因此，正日益成為地球化學(xué)領(lǐng)域或地球化學(xué)探礦等學(xué)科的重要內(nèi)容。 第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng) 專性吸附在調(diào)控

12、金屬元素的生物有效性和生物毒性方面起著重要作用。有試驗表明，在被鉛污染的土壤中加入氧化錳，可以抑制植物對鉛的吸收，第二節(jié) 土壤膠體對陽離子的吸附交換反應(yīng) 土壤是重金屬元素的一個匯，對水體中的重金屬污染起到一定的凈化作用，并對這些金屬離子從土壤溶液向植物體內(nèi)遷移和累積起一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用。另一方面，專性吸附作用也給土壤帶來了潛在的污染危險。第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第三節(jié) 土壤膠體對陰離子的吸附與交換 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：H2PO4- HPO42- PO43-HsiO3- SiO32- C2O42- 2吸附作用很弱或進(jìn)行負(fù)吸附的陰離子Cl- NO3- NO2- 3中間類型的離子：SO42- CO32- 各種陰離子被土壤吸收的次序如下：F- 草酸根 檸檬酸根 H2PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3-1第八章 土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)第三節(jié) 土壤膠體對陰離子的吸附與交換 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