土壤膠體與離子交換

關(guān)于土壤膠體與離子交換第一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日主要內(nèi)容第一節(jié)土壤膠體第二節(jié)土壤的吸收性能（離子交換作用）第三節(jié)土壤酸堿性（土壤反應(yīng)）第二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

土壤是由固體土粒，土壤溶液和土壤空氣組成的“多元分散體系”。一般情況下，土粒是分散相，土壤溶液和空氣是分散介質(zhì)，組成土壤膠體分散體系。土壤膠體是土壤中最活躍的部分，對(duì)土壤理化性質(zhì)和肥力水平具有明顯的影響，對(duì)土壤保肥、供肥能力的強(qiáng)弱起著決定性作用。第三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)土壤膠體

一、土壤膠體的概念（一）膠體(colloid)

化學(xué)中指的膠體是：凡是粒徑在1~100nm范圍年的微粒分散在介質(zhì)中所構(gòu)成的分散體系均稱(chēng)為膠體。而粒徑小于1nm的構(gòu)成真溶液(solution)，大于100nm則構(gòu)成懸濁液(suspension).

膠體有一些獨(dú)特的性質(zhì)如：丁達(dá)耳現(xiàn)象（Tyndall）、布朗運(yùn)動(dòng)（Brown）、電泳(electrophoresis)、吸附解吸(sorptionanddesorption)、分散(dispersion)與凝聚(coacervation)等。

第四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

在土壤學(xué)中，通常小于1000nm的土壤顆粒都具有膠體的性質(zhì)，遠(yuǎn)大于100nm。主要是土壤黏土礦物常為棒狀、纖維狀、板狀或片狀等，只要其三個(gè)軸有一個(gè)尺度在1~100nm范圍，其就有膠體的性質(zhì)。

第五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、土壤膠體的類(lèi)型土壤膠體按其成分和來(lái)源分為:

無(wú)機(jī)膠體（mineralcolloids）：

包括層狀鋁硅酸鹽粘土礦物（phyllosilicates）含水氧化物類(lèi)礦物（hydrousoxides）(含水氧化硅膠體和含水氧化鐵、氧化鋁膠體）有機(jī)膠體（organiccolloids）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠體（organo-mineralcomplexcolloids）第六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（一）無(wú)機(jī)膠體（mineralcolloids）

1、層狀鋁硅酸鹽類(lèi)粘土礦物

phyllosilicates,layeralumino-silicateclayminerals由硅氧四面體形成的硅氧片和由鋁氧八面體組成的水鋁片，以一定的比例相互疊加而形成的礦物類(lèi)型。（1）基本結(jié)晶單位（basiccrystallineunit）

硅氧四面體與硅氧片（tatrahedronandsilicasheet）鋁氧八面體與水鋁片(octahedronandaluminiunsheet)第七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日硅氧片硅氧片是由硅四面體連接而成。一個(gè)硅氧四面體是由四個(gè)氧原子和一硅原子所組成。其排列方式是以3個(gè)氧原子構(gòu)成三角形為底，硅原子位于底部3個(gè)氧原子之上的中心低凹處，第四個(gè)氧則位于硅原子的頂部，恰恰把硅原子蓋在氧的下面，如果連接相鄰的3個(gè)氧原子的中心，則可構(gòu)成4個(gè)三角形的面，硅位于4個(gè)面的中心。第八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日硅氧四面體和硅氧片

inertoxygen(cosharedOamongSi-O)activeoxygen-1-1-1復(fù)三方孔穴ditrigonalcavitydiameter0.140nmtatrahedronandsilicasheet第九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二者能相互構(gòu)成的原因：（1）硅原子帶正電（Si4+），而氧帶負(fù)電(O2-)，相互吸引；（2）與原子大小有關(guān)，氧半徑0.14nm，四個(gè)氧堆積成四面體時(shí)，其形成的空隙半徑為0.032nm，硅原子的半徑為0.039nm，所以能嵌入四面體中而不破壞結(jié)構(gòu)。每個(gè)四面體鍵價(jià)不平衡（SiO44-），許多硅四面體可以共用氧原子而形成一層，氧原子排列成為中間有空的六角形，稱(chēng)為硅氧片或硅氧層。第十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日復(fù)三方孔穴ditrigonalcavitydiameter0.140nm第十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日鋁氧片鋁氧片由鋁八面體連接而成。鋁八面體為6個(gè)氧原子圍繞一個(gè)鋁原子構(gòu)成鋁八面體，6個(gè)氧排列成兩層，但上層氧的位置與下層氧交錯(cuò)排列，6個(gè)氧所構(gòu)成的八面體空隙為0.058nm，與鋁原子的半徑0.057nm相近，故鋁原子嵌入6個(gè)氧原子形成的空隙中，從而構(gòu)成鋁氧八面體（AlO6）9-。第十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日鋁氧八面體和水鋁片

octahedronandaluminiunsheet第十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

第十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日(3)單位晶體四面體（SiO4)4-、八面體（AlO6）9-都不是化合物，在它們形成硅酸鹽粘土礦物之前，四面體與八面體分別聚合，結(jié)果為水平方面上四面體通過(guò)共用底部氧的方式在平面兩維方面上無(wú)限延伸，排列成近似六邊形蜂窩狀的四面體，即硅氧片，硅氧片頂端的氧仍然帶電荷。硅氧片：n(Si4O10)4-八面體在水平方向上相鄰八面體通過(guò)共用兩個(gè)氧的方式，在平面兩維方面上無(wú)限延伸，排列成八面體片（鋁氧片）。鋁氧片：n(Al4O12)12-第十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日(4)單位晶層（晶架結(jié)構(gòu)）由于硅氧片和鋁氧片都帶負(fù)電荷，不穩(wěn)定，必須通過(guò)重疊化合才能形成穩(wěn)定的化合物，經(jīng)過(guò)重疊形成層狀硅酸鹽的單位晶體，兩種晶片的配合比例不一樣，構(gòu)成1:1型，2:1型，2:1:1型和2:1型晶層。第十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日1：1型晶格與2：1型晶格由一層硅氧片和一層水鋁片相互疊加所構(gòu)成的晶格（lattice）。由兩層硅氧片和一層水鋁片相互疊加所構(gòu)成的晶格。硅片鋁片

1：1typelattice2：1typelattice第十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（5）同晶置換作用(isomorphicsubstitution)定義：在粘土礦物形成的過(guò)程中，晶格中的中心離子被大小相近、電性相同的其它離子所代替，而晶架結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化的這種現(xiàn)象。在四面體中發(fā)生Al3+代替

Si4+在八面體中常發(fā)生Fe2+Fe3+Mg2+

代替

Al3+結(jié)果：晶架結(jié)構(gòu)不變化，產(chǎn)生電荷。主要是低價(jià)正離子置換高價(jià)離子形成永久負(fù)電荷，從而使土壤具有保肥能力。第十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日同晶代換的條件：

替代與被替代的離子的大小要相近，保證晶形不改變，如Fe3+半徑為0.064nm，而Al3+為0.057nm相近，替換后不會(huì)改變晶形。

替代與被替代的離子的電性須相同，電價(jià)可以同價(jià)或不等價(jià)，

如果同價(jià)，則晶形不變，而且晶體內(nèi)部仍保持電性中和。

如果不同價(jià)，互換的結(jié)果，使晶體帶電或正或負(fù)。

如果被低價(jià)陽(yáng)離子替換，則帶負(fù)電荷，反之帶正電。

一般現(xiàn)象：晶體中的中心離子被低價(jià)離子代替，如Si4+被Al3+或Al3+被Mg2+替換，所以土壤粘土礦物一般以帶負(fù)電荷為主。第十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

同晶替代的結(jié)果是晶格中凈的負(fù)電荷的產(chǎn)生。這種電荷一旦產(chǎn)生就不受環(huán)境條件如pH的影響，所以稱(chēng)為永久電荷（permanentcharge）,占北方土壤電荷的絕大部分。

可變電荷（variablecharge）：電荷的數(shù)量和性質(zhì)隨土壤體系pH的變化而變化，這種電荷稱(chēng)為可變電荷。第二十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)表面、外表面和比表面積

Innersurface,outersurfaceandspecificsurfacearea(SSA)innersurfaceoutersurface第二十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日粘土礦物的種類(lèi)和一般特征：1、高嶺石（1）晶架結(jié)構(gòu)：1:1型（2）非脹縮性，＜5％，原因：Si片頂端全是氧原子，而Al片中有OH-，則氫氧間形成較強(qiáng)的氫鍵，使相鄰晶層產(chǎn)生較強(qiáng)的氫鍵。（3）電荷量：較少，因?yàn)橥Т鷵Q弱，陽(yáng)離子代換量3－15cmol/1000g土；（4）膠體性質(zhì)弱：可塑性、粘結(jié)性、粘著性和吸濕性相對(duì)較差。（5）SiO2/R2O3（硅鋁鐵率）（分子比率）一般為2第二十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

高嶺石的晶架結(jié)構(gòu)

CrystalstructureofKaolinate

hydrogenbonding第二十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2、蒙脫石（1）晶架結(jié)構(gòu)：2:1型；（2）脹縮性：＞100％，如砂漿黑土；原因：Si片全是O2-，通過(guò)氧橋則作用力弱，容易脹縮；（3）電荷量大，陽(yáng)離子交換量80-120cmol/kg土；（4）膠體性質(zhì)強(qiáng)；（5）SiO2/R2O3：4；第二十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3、水云母（1）晶架結(jié)構(gòu)：2:1型；（2）非脹縮性，原因：硅片為六角網(wǎng)狀，而網(wǎng)孔的大小與K＋相同，則K＋陷于網(wǎng)孔中，使兩層間聯(lián)系起來(lái)，從而增強(qiáng)了連接力，使晶層不易脹縮；（3）電荷量較多，20－40cmol/kg土；（4）膠體性質(zhì)比較強(qiáng)；（5）SiO2/R2O3：3-4。第二十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

第二十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2、氧化物類(lèi)礦物

Variouskindsofoxides

主要有鐵、鋁、錳、硅等的含水氧化物組成。（1）結(jié)晶質(zhì)氧化物（crystallinehydroxides）長(zhǎng)程有序的氧化物longrangeorderedoxides（LRO）三水鋁石（gibbsite)

針鐵礦(goethite)

赤鐵礦(hematite)（2）非晶質(zhì)氧化物或無(wú)定型氧化物(noncrystallinehydroxidesoramorphousoxides)

短程有序的氧化物shortrangeorderedoxide（SRO）第二十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日含水氧化物膠體特點(diǎn)：（1）在南方土壤中含量豐富，北方土壤中很少；（2）有晶質(zhì)和非晶質(zhì)之分：晶質(zhì)礦物活性小，比表面小，而非晶質(zhì)則相反；（3）帶可變電荷：是土壤和水環(huán)境吸附固定含氧酸根陰離子（如H2PO4-，H2MnO4-等）及重金屬微量元素的主要載體。第二十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

不同水化程度的無(wú)定型氧化物，常呈凝膠（gel）狀，無(wú)一定形狀和結(jié)晶構(gòu)造，包被于土壤顆粒表面形成膠膜。具很大的比表面積（SSA）和很強(qiáng)的反應(yīng)活性，帶有可變電荷，對(duì)土壤和水體中重金屬幾含氧酸根陰離子及有機(jī)污染物的吸附固定及生物有效性有重要的影響。Al2O3.nH2OSiO2.nH2OFe2O3.nH2OFe(OH)3.nH2OSiO2.nH2O.Al2O3.nH2O(水鋁英石,allophane)水鋁英石為火山灰上發(fā)育的土壤中富含的呈無(wú)定型凝膠狀膠結(jié)物，CEC,20~50cmol/kg.AEC,5~30cmol/kg.第二十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）有機(jī)膠體1、主要成分：各種腐殖質(zhì)，少量木質(zhì)素，蛋白質(zhì)，纖維素等；2、特點(diǎn)：（1）與無(wú)機(jī)膠體有共性，如顆粒極小，具巨大的比面和帶電；（2）由C、H、O、N、S、P等組成的高分子有機(jī)化合物；（3）無(wú)定形物質(zhì)；（4）高度的親水性，可以從大氣中吸收水分子；（5）不穩(wěn)定性，易受微生物的作用而分解。第三十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（三）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體1、有機(jī)膠體一般很少，絕大部分與無(wú)機(jī)膠體緊密結(jié)合而形成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，即結(jié)合性復(fù)合體。2、結(jié)合力：通過(guò)二、三價(jià)陽(yáng)離子（臺(tái)Ca、Mg、Fe、Al）或功能團(tuán)（臺(tái)羧基、醇羥基等）將帶負(fù)電荷的粘粒礦物和腐殖質(zhì)連接起來(lái)。3、有機(jī)膠體主要以薄膜狀覆蓋于粘粒礦物表面，還可進(jìn)入粘粒礦物晶層間，這樣可形成良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善土壤保肥性能和多種理化性質(zhì)。第三十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日有機(jī)膠體是土壤中有機(jī)分子與礦質(zhì)膠體復(fù)合后產(chǎn)生的膠體。dirtysurfacemineralorganicmolecule第三十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三、土壤膠體的構(gòu)造

膠體微粒（分散相）土壤膠體分散系微粒間溶液（分散介質(zhì)）微粒核決定電位離子層（雙電層內(nèi)層）膠體微粒非活性補(bǔ)償離子層雙電層補(bǔ)償離子（雙電層外層）擴(kuò)散層第三十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）膠體的構(gòu)造

Structureofsoilcolloiddoublelayer第三十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（一）微粒核微粒核是核心和基本物質(zhì)1、組成：主要由腐殖質(zhì)，無(wú)定形性的SiO2、Al2O3、氧化鐵，鋁硅酸鹽晶體物質(zhì)，蛋白質(zhì)分子以及有機(jī)無(wú)機(jī)膠體的分子群構(gòu)成。2、表層土壤：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的形式為主下層土壤：無(wú)機(jī)礦物質(zhì)為主。第三十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）雙電層1、定義：膠體微粒核上的功能團(tuán)常發(fā)生解離而帶電，這樣溶液中帶相反電荷的離子，一方面受膠體表面上電荷的吸引，趨向于排列在緊靠膠粒表面，但另一方面，由于熱運(yùn)動(dòng)，這些離子又會(huì)向遠(yuǎn)離膠體表面的方向擴(kuò)散，當(dāng)靜電引力與熱擴(kuò)散平衡時(shí)，在帶電膠體表面與溶液界面上，形成由一層固相表面電荷和一層溶液中相反符號(hào)離子所組成的電荷非均勻分布的空間結(jié)構(gòu)稱(chēng)為雙電層?？煞謨蓪樱簺Q定電位離子層和補(bǔ)償離子層。第三十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2、決定電位離子層固定在核表面決定其電荷和電位的一層離子。一般來(lái)講，鋁硅酸鹽和有機(jī)膠體帶負(fù)電，鐵膠體帶正電，而鋁膠體是兩性的，視環(huán)境的pH值而定。

膠體帶電就是指該層離子所帶的電荷，有正有負(fù)，帶負(fù)電的土壤膠體在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，所以土壤的凈電荷多為凈負(fù)電荷。第三十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3、補(bǔ)償離子層（1）定義：指一些電荷的符號(hào)與決定電位離子層相反而電量相等的離子，分布在決定電位離子層的外圍。（2）其吸附力與電荷量成正比，與距離平方成反比，又可分兩個(gè)亞層：

非活性補(bǔ)償離子：靠近核表面的決定電位離子層，吸附緊，難以解離，無(wú)活性，不起交換作用，和微粒核與決定電位離子層成為一個(gè)整體，常稱(chēng)膠粒

擴(kuò)散層：分布在非活性補(bǔ)償離子層以外，被吸附得較松，有較大活性，可以和周?chē)h(huán)境的離子進(jìn)行交換，即土壤離子交換作用。第三十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日四、土壤膠體的特性與肥力間的關(guān)系（一）巨大的表面積和表面能(VastSSAandsurfacepotential)比表面（比面）指單位重量或單位體積物體的總表面積（cm2/g，cm2/cm3)。物體內(nèi)部的分子受各方向的力是均衡的，而表面上的分子受各方向的力是不同的，產(chǎn)生剩余力場(chǎng)，使表面具有很大的表面能（surfacepiotential）。土壤顆粒越小，比表面越大，表面能越高，吸附能力越強(qiáng)。土壤膠體物質(zhì)是土壤中最細(xì)小的物質(zhì)，因此，有很強(qiáng)的吸附能力，成為養(yǎng)分物質(zhì)的庫(kù)（sink）.正是由于土壤膠體這種巨大的表面積和表面能，能吸附多種土壤的養(yǎng)分或其它離子，使其具有保肥、供肥性能。第三十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日(二)土壤膠體的帶電性（electrification）1、永久電荷：由于同晶替換而在粘粒礦物晶層內(nèi)部產(chǎn)生的電荷，一旦產(chǎn)生即為該礦物永久所有，因此稱(chēng)永久電荷。永久電荷的數(shù)量決定于同晶替代的多少，與pH值無(wú)關(guān)，其中2:1型粘粒礦物多，而1:1型少。被土壤永久性負(fù)電荷所吸附的陽(yáng)離子是可交換的。帶永久電荷和可變電荷，是土壤能夠保蓄養(yǎng)分的根本原因。土壤膠體的帶電性（特別是帶負(fù)電性），使土壤膠體吸附陽(yáng)離子等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。第四十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2、可變電荷：電荷的數(shù)量和性質(zhì)隨介質(zhì)pH的改變而改變的電荷。3、電荷零點(diǎn)（pH0）(pointofzerocharge)：土壤的可變正負(fù)電荷數(shù)量相等時(shí)的pH值，或稱(chēng)可變電荷零點(diǎn)、等電點(diǎn)。pHpHpH<PZCpH<PZCpH=PZCpH>PZC++第四十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

4、可變電荷產(chǎn)生的原因：膠核表面分子或原子團(tuán)的解離，如：A、粘粒礦物晶面上-OH基的解離pH>pH0時(shí)，帶負(fù)電；pH<pH0時(shí)，帶正電。B、含水鐵、鋁氧化物的解離，如Al2O3?3H2O的pH0為4.8pH<4.8,Al2O3?3H2OAl(OH)2++2OH-

正電pH>4.8,Al2O3?3H2OAl(OH)2O-+2H+

負(fù)電C、腐殖質(zhì)上原子團(tuán)的解離：pH較高時(shí)，－COOH，--OH解離出H+，負(fù)電；pH低時(shí)，-NH2可吸附H+

正電。D、含水氧化硅的解離，SiO2?H2O的pH0=2pH>2時(shí)，解離帶負(fù)電，反之帶正電。E、粘粒礦物晶電層上的斷鍵。第四十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

（三）膠體的分散與凝聚（Dispersionandcoacervationofsoilcolloids）1、分散與凝聚分散：膠體中膠粒間由于帶相同電荷而產(chǎn)生排斥，使膠粒均勻分布再土壤溶液中，呈溶膠狀態(tài)。凝聚：當(dāng)溶膠中加入電解質(zhì)，解離出電荷并與土壤膠體電荷中和，降低膠體電性，膠粒間吸引力大于排斥力，導(dǎo)致膠粒相互凝聚而沉降。是分散的逆過(guò)程。dispersioncoacervation第四十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日膠體凝聚和分散的原因：分散：膠體中膠粒間由于帶相同電荷而產(chǎn)生排斥，使膠粒均勻分布在土壤溶液中，呈溶膠狀態(tài)凝聚：當(dāng)溶膠中加入電解質(zhì)，解離出電荷并與土壤膠體電荷中和，降低膠體電性，膠粒間吸引力大于排斥力，導(dǎo)致膠粒間相互凝聚而沉降，是分散的逆過(guò)程。促使膠體凝聚或分散的原因，主要決定于電動(dòng)電位的高低。第四十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

2、影響因素

電解質(zhì)溶液中離子的價(jià)態(tài)（valence）

凝聚能力上看，高價(jià)大于低價(jià)，如Al3+>Ca2+>K+

等價(jià)離子中，水化弱的離子比水化強(qiáng)是離子更易使膠體凝聚。

Li+>Na+>K+>NH4+>Rb+第四十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

表離子半徑及水化程度與交換力的關(guān)系一價(jià)離子的種類(lèi)Li+Na＋K＋NH4+Rb+離子的水化半徑（nm）1.0080.790.5370.5320.509離子的真實(shí)半徑（nm）0.0780.0980.1330.430.149離子在膠體上的吸著力小大離子對(duì)其它離子的代換力小大第四十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

電解質(zhì)溶液的濃度（concentrationofelectrolytesolution）

鹽析現(xiàn)象（salting-out)

提高電解質(zhì)溶液的濃度可以促進(jìn)膠體的凝聚。應(yīng)用實(shí)例：

A混水的沉凈

B土壤機(jī)械分析

C鹽堿土的物理性

D有機(jī)改土

E曬旱地，烤田，凍垡等農(nóng)藝技術(shù)

F北方石灰性土壤鈣豐富，結(jié)構(gòu)好第四十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)土壤的吸收性能（離子交換作用）

Ionexchangereactionsinsoils離子交換：土壤膠體上吸附的離子與土壤溶液中的離子發(fā)生相互交換的過(guò)程。陽(yáng)離子交換反應(yīng)（cationexchange）陰離子交換反應(yīng)(anionexchange)離子的吸附(ionadsorptionorsorption)離子的解吸(iondesorption)交換性離子：能夠發(fā)上離子交換作用的離子。第四十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日土壤的吸收性能1、定義：指土壤吸收和保留土壤溶液中的分子和離子、懸液中的懸浮顆粒，氣體以及微生物的能力。2、對(duì)土壤肥力和性質(zhì)的意義（1）與土壤的保肥供肥能力關(guān)系密切（2）影響土壤的酸堿度和緩沖能力等化學(xué)性質(zhì)；（3）土壤結(jié)構(gòu)性、物理機(jī)械性、水熱狀況等都直接或間接與吸收性能有關(guān)。第四十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、土壤吸收性能類(lèi)型（一）機(jī)械吸收性：1、定義：指土壤對(duì)物體的機(jī)械阻留。2、影響因素：與土壤質(zhì)地，結(jié)構(gòu)，松緊度有關(guān)。如孔隙過(guò)粗，阻留物少，過(guò)細(xì)造成下滲困難（二）物理吸收性：1、定義：指土壤對(duì)分子態(tài)物質(zhì)的保持能力；2、表現(xiàn)現(xiàn)象：正吸附：養(yǎng)分聚集在膠體表面，其濃度比溶液中大；負(fù)吸附：膠體表面吸附少，而溶液中濃度大；3、作用：肥料中的有機(jī)分子吸附而保留在土壤中。第五十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（三）化學(xué)吸附1、定義：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的過(guò)程－－純化學(xué)作用為基礎(chǔ)。如可溶性磷酸鹽固定生成難溶性磷酸鐵等。2、作用：可溶性養(yǎng)分保存下來(lái)，減少流失，但降低了對(duì)植物的有效性，但有時(shí)有益：Fe2++H2S－FeS，減少毒害。（四）物理化學(xué)吸收性1、定義：指土壤中可溶性離子態(tài)養(yǎng)分被土壤帶電膠體吸收，并與土壤溶液中的同號(hào)電荷離子交換達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。－－以物理吸附為基礎(chǔ)，又呈現(xiàn)出化學(xué)反應(yīng)相似的特性，稱(chēng)物理化學(xué)吸收或離子交換作用。2、意義：有利于土壤的保肥性能。（五）生物吸收性：1、定義：指土壤中植物根系和微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2、特點(diǎn)：有選擇性和創(chuàng)造性，并具有累積和集中養(yǎng)分的作用，如只有生物吸收性能吸收硝酸鹽。第五十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、物理化學(xué)吸收性能－離子作用

土壤膠體上吸附的離子與土壤溶液中離相互交換的過(guò)程，可分為兩類(lèi)：陽(yáng)離子交換作用陰離子交換作用第五十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（一）、土壤中的陽(yáng)離子交換作用1、定義：土壤膠體上吸附的陽(yáng)離子與土壤溶液中的陽(yáng)離子相互交換的過(guò)程。

Ca2++2KCl2K++CaCl2離子的吸附過(guò)程：離子從溶液中轉(zhuǎn)移到膠體上離子的解吸過(guò)程：吸附在膠體上的離子轉(zhuǎn)移到溶液中的過(guò)程colloidcolloid第五十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2、陽(yáng)離子交換的特點(diǎn)（1）可逆過(guò)程（reversible）吸附到膠體表面上的離子與溶液達(dá)成平衡后，如果溶液的組成或濃度改變，則膠體上的交換離子就要與溶液中的離子可逆向交換，建立新的平衡。（2）反應(yīng)迅速：只需幾秒鐘的時(shí)間，原因：反應(yīng)在膠體表面進(jìn)行，參加反應(yīng)離子的數(shù)量有限；巨大表面能。（3）等當(dāng)量交換(equivalentexchange)等量電荷對(duì)等量電荷的反應(yīng)第五十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3、陽(yáng)離子交換能力（1）定義：指一種陽(yáng)離子將膠體上另一種陽(yáng)離子交換出來(lái)的能力，各種陽(yáng)離子交換能力大小順序：Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+(2)影響因素：

離子的價(jià)態(tài)(valenceofcation)：高價(jià)離子大于低價(jià)離子離子半徑和水化程度(ionradiumandhydration)：對(duì)等價(jià)離子，離子半徑愈大，水化弱的代換能力強(qiáng)離子的濃度(Concentration)：離子濃度提高時(shí)，代換能力提高。第五十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日4、陽(yáng)離子代換量(CEC，cationexchangecapacity)(1)定義：在一定pH下，每1000g干土所能吸附的全部交換性陽(yáng)離子的厘摩爾數(shù)（cmol/kg=me/1000g），可作為土壤保肥力的指標(biāo)。(2)實(shí)際意義：反映土壤保肥供肥能力的高低。

CEC>2010~20<10

保肥性強(qiáng)中差計(jì)算土壤中交換性陽(yáng)離子的數(shù)量。在土壤分類(lèi)中也可作為一項(xiàng)重要的分類(lèi)指標(biāo)。第五十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（3）影響因素膠體數(shù)量和類(lèi)型：土壤膠體物質(zhì)越多，則CEC越大；有機(jī)膠體＞＞礦質(zhì)膠體蒙脫石（2:1）＞伊利石（2:1）＞高嶺石（1:1）＞氧化物土壤質(zhì)地粘質(zhì)土(15-30)>壤質(zhì)土（5-15）>砂質(zhì)土（3-5）土壤pH（影響可變電荷數(shù)量和符號(hào)）pH升高，CEC升高。第五十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日5、鹽基飽和度（basesaturation，BS%）(1)概念：土壤中交換性陽(yáng)離子分兩類(lèi)鹽基離子：鈣、鎂、鉀、鈉、銨等離子致酸離子：氫、鋁離子則土壤鹽基飽和度為交換性鹽基離子總量cmol/kg占陽(yáng)離子交換量cmol/kg的百分?jǐn)?shù)鹽基離子總量

BS%=×100CEC鹽基不飽和度%=1-BS%

第五十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）鹽基飽和土壤：被鹽基離子飽和的土壤，中性或堿性。鹽基不飽和土壤：含有較多氫、鋁離子的土壤。（3）意義鹽基飽和度與土壤的酸堿性關(guān)系密切，基本上決定著土壤的酸堿性，一般而言，鹽基飽和度大的土壤中呈中性或堿性；飽和度小的土壤呈酸性。反映土壤養(yǎng)分狀況：一般說(shuō)BS越高，土壤養(yǎng)分越豐富。

一般北方土壤為飽和的，而南方土壤多為不飽和土壤。具體鹽基飽和度自西北、華北往東南和華南逐漸減小的趨勢(shì)，這與土壤酸堿性的分布基本上一致。第五十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日6、交換性陽(yáng)離子養(yǎng)分的有效性(Availabilityofexchangeablecations)（1）離子飽和度(ionsaturation)離子飽和度：指某種離子的數(shù)量與陽(yáng)離子代換量（CEC）的百分比值。了解某種離子的有效性，不僅要看其絕對(duì)數(shù)量，而且更重要的是其飽和度，即相對(duì)數(shù)量多少。

離子飽和度越高，該離子與膠體的結(jié)合能越低，被代換到土壤溶液中的機(jī)會(huì)越高，該離子的有效性越高。例：第六十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日離子飽和度效應(yīng)的實(shí)際意義集中施肥(centralizedfertilization)，“穴施、條施、點(diǎn)施”?；适┯谩笆┓室淮笃?，不如施肥一條線；施肥一條線，不如施肥一個(gè)蛋”。指導(dǎo)砂、粘不同質(zhì)地土壤的肥料運(yùn)籌。砂質(zhì)土：肥效快而猛。一般少量多次，少食多餐，基、追并用；前后并重，注意防止脫肥?！吧偈┮话巡荩嗍┮黄?。”粘質(zhì)土：肥效慢而穩(wěn)。一般少次多施，多食少餐，前重后輕。注意防止貪青晚熟。第六十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）陪補(bǔ)離子效應(yīng)（complementaryioneffect）土壤膠體上同時(shí)吸附有多種交換性陽(yáng)離子，對(duì)某種離子來(lái)說(shuō)，其它離子都是它的陪補(bǔ)離子。一般說(shuō)，某種離子的陪補(bǔ)離子與土壤膠體間的吸附力越強(qiáng)，即代換能力越強(qiáng)，則其越能提高該種離子的有效度，反之，則越能抑制該離子的有效性。抑制順序：Na+>K+>Mg2+>Ca2+>H+>Al3+K+K+K+K+Ca2+Ca2+Na+Na+第六十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日(3)粘土礦物類(lèi)型與交換性陽(yáng)離子的有效性（陽(yáng)離子的非交換性吸收）各類(lèi)粘土礦物的結(jié)晶構(gòu)造不同，負(fù)電性不同，對(duì)陽(yáng)離子吸附的牢固程度也不同。在一定的飽和度范圍內(nèi)，蒙脫石由于具有巨大的內(nèi)表面、表面能和負(fù)電荷，吸附的許多離子是在層間，因而對(duì)陽(yáng)離子養(yǎng)分的吸附力強(qiáng)，有效性差。而高嶺石負(fù)電性弱，并且吸附的離子是在晶層外表面，因而吸附離子的有效性較高。i位p位e位第六十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、土壤對(duì)陰離子的吸附1、交換性吸附：帶正電荷膠體吸附陰離子，與陽(yáng)離子交換反應(yīng)相似,主要是硝酸根和氯離子發(fā)生這種電性吸附。其它陰離子發(fā)生的吸附反應(yīng)很復(fù)雜。

2、陰離子吸附類(lèi)型（1）易于被土壤吸附的陰離子，如磷酸根(H2PO4-、HPO42-)、硅酸根（HSiO3-)等；（2）很少或根本不被吸附的陰離子，如Cl-、NO3-、NO2-極易隨水流失；（3）介于上述兩者之間的陰離子，如SO42-、CO32-、HCO32-等第六十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日3、影響土壤對(duì)陰離子吸收的因素（1）陰離子的價(jià)數(shù)：價(jià)數(shù)愈大，吸收力愈強(qiáng)（2）膠體組成成分：隨其中鐵、鋁氧化物增多,土壤吸收能力增大；（3）土壤pH值：酸性愈強(qiáng)土壤膠體吸收陰離子能力愈強(qiáng)。第六十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)土壤酸堿性（土壤反應(yīng)）SOILREACTIONS第六十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日土壤反應(yīng)的概念

國(guó)際土壤學(xué)中，土壤反應(yīng)主要是指土壤的酸堿性。

土壤反應(yīng)：指土壤溶液的反應(yīng)呈酸性、中性或堿性的程度。土壤反應(yīng)取決于土壤中氫離子和羥基的活度比例。通?？捎猛寥浪岫群屯寥缐A度兩種指標(biāo)來(lái)反映土壤反應(yīng)。第六十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日一、土壤酸度（soilacidity）1、相關(guān)因素（1）H+濃度（2）土壤膠體上吸附的致酸離子H+或Al3+2、土壤酸的來(lái)源膠體上吸附的H+或Al3+CO2溶于水中所形成的碳酸有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸氧化作用產(chǎn)生無(wú)機(jī)酸施肥加入的酸性物質(zhì)植物根系分泌各種小分子有機(jī)酸、質(zhì)子等。第六十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、土壤酸度及其類(lèi)型(一）活性酸度（activeacidity）1、定義：土壤溶液中氫離子的活度直接反映的酸度。常用pH來(lái)表示：是土壤酸堿性的強(qiáng)度指標(biāo)?？筛鶕?jù)pH值將土壤酸堿性分為若干級(jí)（見(jiàn)下表）

表：土壤pH和酸堿性反應(yīng)的分級(jí)

土壤pH

＜4.54.5—5.55.6—6.56.6—7.57.6—8.58.6—9.5＞9.5

反應(yīng)級(jí)別強(qiáng)酸性

酸性

微酸性

中性

微堿性

堿性

強(qiáng)堿性第六十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

第七十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）潛性酸度（potentialacidity）1、定義：土壤膠體上吸附的氫、鋁離子所引起的土壤酸度。這種酸度只有當(dāng)氫、鋁離子被代換到土壤溶液中之后才能表現(xiàn)出來(lái)。因此稱(chēng)為潛性酸度，通常用1000g烘干土中H+的厘摩爾數(shù)表示（H+cmol/1000g）?；钚运崤c潛性酸處于一種動(dòng)態(tài)平衡之中。

2H+Ca2+

+Ca2++2H+

潛性酸在數(shù)量上遠(yuǎn)超過(guò)活性酸是數(shù)十至數(shù)百倍，是土壤酸的容量指標(biāo)，是一個(gè)庫(kù)（匯sink）。反映土壤可產(chǎn)生氫離子的總量，一般用土壤含有氫離子的cmol/kg來(lái)表示。第七十一頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日2、潛性酸又根據(jù)測(cè)定時(shí)浸提方法的不同區(qū)分為交換性酸和水解性酸（1）交換性酸度（exchangeableacidity）指用過(guò)量中性鹽（1mol/LKCl溶液）浸提土壤后所測(cè)得的土壤酸度。

H+K++KCl+HClAl3+3K++3KCl+AlCl3

AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl第七十二頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（2）水解酸度(hydrolyticacidity)

指用弱酸強(qiáng)堿鹽（1mol/LNaAc,pH8.2)溶液浸提土壤，從膠體上代換下來(lái)的氫、鋁離子所引起的酸度。H+Na++NaAc+HAc

Al3+3Na++3NaAc+3H2O+Al(OH)3+3HAc第七十三頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日二、土壤堿度（soilalkalinity）1、定義：主要來(lái)源于土壤中交換性鈉的水解所產(chǎn)生的OH+以及弱酸強(qiáng)堿鹽類(lèi)（Na2CO3、NaHCO3）的水解。2、表示方法（1）用pH表示（2）土壤中堿性鹽表示（Na2CO3、NaHCO3）叫土壤堿度(cmol/1000g)3、土壤堿性還決定于土壤膠體上交換性鈉離子（cmol/kg)的相對(duì)數(shù)量交換性Na堿化度＝陽(yáng)離子交換量×100％第七十四頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日三、土壤緩沖性土壤緩沖性是指土壤具有抵抗外來(lái)物質(zhì)引起酸堿反應(yīng)劇烈變化的性能。（一）緩沖作用的機(jī)制1、土壤膠粒上的交換性陽(yáng)離

M＋H+H+M+H+MOHM+H2O所以（1）土壤緩沖能力的大小和其陽(yáng)離子交換量有關(guān)（2）不同的鹽基飽和度對(duì)酸堿的緩沖能力是不同的。2、土壤溶液中的弱酸及其鹽類(lèi)的存在，如HCO3，腐殖質(zhì)等3、土壤兩性物質(zhì)的存在，如氨基酸4、酸性土壤中Al3+的緩沖作用。第七十五頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日（二）土壤緩沖作用的重要性土壤具有緩沖性，使土壤的pH不致因施肥、根系呼吸、有機(jī)質(zhì)分解等引起劇烈變化，為植物生長(zhǎng)和微生物活動(dòng)創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定良好的土壤環(huán)境條件。所以，土壤緩沖性能是影響土壤肥力的重要性質(zhì)。第七十六頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

(三)土壤酸堿性的調(diào)節(jié)1．土壤酸化土壤酸化是指對(duì)偏堿的土壤進(jìn)行必要的處理，使之pH有所降低，符合一些喜酸作物生長(zhǎng)的需要。調(diào)節(jié)措施：(1)施用酸性物質(zhì)進(jìn)行調(diào)理(2)施用釋酸物質(zhì)進(jìn)行調(diào)理(3)對(duì)于堿化土壤和堿土，可以通過(guò)施用石膏來(lái)調(diào)節(jié)2．土壤堿化土壤堿化是指對(duì)偏酸的土壤進(jìn)行必要的處理，使之pH有所提高，符合一些喜堿作物的需要。土壤堿化的常用方法是向土壤中施加石灰等堿性物質(zhì)，常用的有生石灰、熟石灰和石灰石粉。第七十七頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日四、土壤酸堿度反應(yīng)與植物生長(zhǎng)1、影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)（1）影響土壤微生物活性（2）影響?zhàn)B分的固定，釋放和淋失2、影響粘粒礦物的形成3、影響土壤理化性質(zhì)4、影響作用生長(zhǎng)第七十八頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日

(四)土壤酸堿性對(duì)土壤肥力和作物生長(zhǎng)的影響

1．土壤酸堿性影響土壤中養(yǎng)分物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和有效性土壤酸堿性與養(yǎng)分有效性的關(guān)系，如圖2．土壤酸堿性影響土壤微生物活性

3．土壤酸堿性影響土壤的理化性質(zhì)

4．土壤酸堿性影響作物生長(zhǎng)

第七十九頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日第八十頁(yè)，共八十九頁(yè)，2022年，8月28日表3—3主要栽培植物生長(zhǎng)適宜的pH范圍

大田作物

園藝作物

林業(yè)植物

名稱(chēng)

適宜pH

名稱(chēng)

適宜pH

名稱(chēng)

適宜pH