14土壤物質之間的相互關系-圖文

第四節(jié)

土壤組成物質之間的相互關系一、主驟機

成1、

土壤機械組成概念土壤由大小不同的土粒按不同的比例組合而成，這些不同的粒級混合在一起表現出來的土壤粗細狀況。2、

土壤粒級的劃分石礫、砂粒、粉粒、粘粒3、

土壤質地的分類

依據：土壤中各粒級含量的相對百分比作為標準。4、

土壤質地對土壤性質的影響分類制分類法粒級質地數量國際制和美國制三級分類

法砂粒、粉

砂粒、粘砂土、壤土、粘壤四類十二

級粒土、粘土物理性粘

粒和物理前蘇聯制雙級分類

法砂土、壤

土、粘土三類九級性砂粒中國制砂

粉粒

、粒

、粒粗膠砂土土

、、壤粘土三類十一級表1

土壤質地分類對照返回土壤膠體對土壤養(yǎng)分元素、污染物的遷移轉化有重要作用，這種作用與土壤膠體類型及其性質密切相關，土壤膠體均具有雙電層結構。1、

土壤膠體的概念土壤中高度分散粒徑在1~100毫微米之間物質。2、土壤膠體類型：①

土

壤

礦

質

膠

體

；(次生硅酸鹽、筒單鐵鋁氧化物、二氧化硅)②

有

機

膠

體

；

(腐殖質、有機酸、蛋白質等)③

有機-無機復合膠體。Mg2+H+NH4+Na+正離子層3、

膠體的結構圖1

土壤膠體結構示意圖在玄負離子層膠核擴散雙電層：土壤帶電膠體與溶液界面的雙電層—膠體表面的(負)電荷層緊靠表面溶液的反離子或補償(陽)離子層。兩者電荷數相等，符號相反，維持體系的電中性。靜電引力使反離子靠近表面，熱運動又使其脫離表面

而形成具有擴散特征的反離子層，又稱擴散層。其中

反離子呈不均勻分布，如同地球的大氣層。擴散層反離子分布和表面電位變化特征。4、土壤膠體性質①巨大的比表面和表面能②帶電性

③分散和凝聚性是

指

單

位

質

量

土

壤

顆

粒

所

有

表

面

積

的

總

和

。北壤表面能土壤膠體顆粒表面的分子與其內部的分子所處的條件是不相同的膠體內部的分子在各方向上都與他相同分子接觸，受到的吸引力

各方向相等；而處于土壤膠體表面的分子所受到的內部相同的分子的引力，與其受到介質(分散劑)分子的引力不同，從而使膠體表面分子具有一定的自由能即表面能。A、

電荷種類和來源I

永久電荷來源于粘土礦物晶層中核心離子的同晶替代。不受介質pH值的影響，也不受電解質濃度的影響Ⅱ

可變電荷在介質酸堿度影響下產生的，其電荷類型和電荷數量均決定于介質酸堿度，又稱pH

依變電荷。腐殖質產生可變電荷層狀鋁硅酸鹽產生可變電荷氧化物帶可變電荷5、

土壤的離子交換(1)陽離子交換①

幾個概念陽離子交換作用：土壤溶液中的陽離子與土壤膠體表面吸附的陽離子互換位置。交換性陽離子：被土壤膠體表面所吸附，能被土壤溶液中的陽離子所交換的陽離子。陽離子吸附：土壤溶液中的陽離子轉移到土壤膠體表面，為土壤膠體所吸附。陽離子解吸

：土壤膠體表面吸附的陽離子轉移到土壤溶液中。②

陽離子交換作用的主要特征A、

可逆反應陽離子交換作用是一種可逆反應。這種交換作用是動態(tài)平衡，反應速度很快。NH?

NH

Ca

土壤膠體

+3Ca2+、—Ca

土壤膠體Ca+2K1+2Na'+2NHH

Mg

H

MgNaNaKKB、

以離子價為基礎的等價交換二個一價銨離子，交換一個二價鈣離子，即36克銨可交換40

克鈣；

一個一價銨離子可交換一個一價

鈉離子，即18克銨可交換23克鈉。C、

受質量作用定律支配溶液中某種離子濃度高時，其交換能力增大，可將交換能力弱的離子交換出來，也可將交換能力強

的離子交換出來。土壤中常見陽離子交換能力：Fe

、A>CgKNH+例外，

半徑小，

水合度低，運動快，交換能力強。(2)、土壤中的陰離子交換帶正電荷的膠粒吸附的陰離子與土壤溶液中的陰離子相互交換的作用。三、

土壤溶液土壤溶液(soil

solution)是土壤水分及其所含氣體、溶質的總稱。分析土壤溶液組

成、特性及其中化學過程，是土壤地理學、

環(huán)境科學研究的重要內容。土壤溶液的溶

質主要包括：①無機鹽類；②簡單有機物；

③溶解性氣體。土壤溶液中溶質成分具有

巨大的時空差異性，它與許多因素存在相

互作用，如圖2所示。溶解沉淀

解析圖

2

土

壤

溶

液

及

其

影

響

因

素

作

用

模

式蒸散沉降溢散溶解吸收代謝土壤溶液組分與濃度植物根系(微生物)淋溶地下水上升1、

土壤的酸堿反應①

土壤酸堿反應的概念②

土壤酸度類型

A、

活性酸度由溶液中氫離子濃度引起的B、

土壤潛性酸潛性酸—土壤膠體吸附的H+、Al3+離子，在被其它陽離子交換進入溶液后，才顯示酸性。土壤活性酸與潛性酸處于動態(tài)平衡：解吸吸附潛性酸活性酸10.000.0001.00000010000010000PH=

0母果險腰麗囑險砸爾系相鱉燥華樊太備皿隆掘掘太要中餐塑中太豁屜牌損太拼趙柔從晝世嘍樊些燥螺費長牌關擬齜案艇燥K相聚聚長挑瞬贖和尿臧關墨叫長發(fā)腰州收不樊長水收尿pH=1pH=2PH=3圍范化變值Hp壤土見常1000100101/101/100

1/1000pH=4pH=5pH=6pH=7pH

=8pH=9pH=101/100001/1000001/10000001/10000000pH=11pH=12pH=13pH=14圖3土壤酸堿狀況、形成及其對植物的影響示意圖麗慨中瓷幽云坦

隆也監(jiān)灰包疵只舞幽來自大氣的氫離子及潛性酸物質(收入)

干濕沉降(慌酸及其鹽，硝酸及其鹽，氮

土壤吸入(各種酸性氣體)氧化物等潛性酸氣體(支出)土壤叮出(各種酸性氣體等)土壤界面活的及死的生物體氫離了的來源氧化反應陽離子的吸收陰離子的礦化日離子的逆風化硫、磷化合物的風化日離子的吸陰陰離子的解吸碳酸及有機酸的離解金屬離子的絡合氧離子的消耗還原反應陽離子的礦化陰離子的吸收陽離子的風化碗、磺化合物的遞風化

陽離子的解吸陰離子的吸附磺酸及有機酸的絡合

金屬離子的解絡排水中流出的氫離子圖4

土壤系統中氫離子收支平衡圖式土類強酸性土酸性土中性土堿性土強堿性土pH<4

.54

.6

-6

.56.6

-

7.57.6

-8

.5>8

.5表

2

按pH

值劃分土壤類型2

、土壤的氧化還原作用氧化還原過程對土壤形成發(fā)育有重要作用，土壤之中存在有多種氧化-還原體系，如表6所示。氧

化

劑m++n

電

子

—

還

原

劑m-n氧化還原反應體系氧化態(tài)還原態(tài)Eo(pH=0.0)氧體系0H?O1.23

V氫體系H?0.00

V碳體系CO?CO或C—0.12

V氮體系NO?NO?N?ON?NH?0.94

V硫體系SO?2-SO?2-SO?2-H?S0.17

V0.61

V磷體系PO?3-PO?3-—0.28

V鐵體系Fe(Ⅲ)Fe(I)-0.12V錳體系Mn(IV)Mn(Ⅱ)1.23銅體系Cu(II)Cu(I)0.17

V資料來源：(據常文保等，1983)圖

6

土壤中主要的氧化還原體系H(1)土壤空氣中0,是主要氧化劑在通氣良好的土壤中，氧體系控制氧化還原反應，使多種物質呈氧化態(tài)，如NO?

、Fe3+、Mn+、SO2

-

等。(2)、土壤有機質特別是新鮮有機物是還原劑，在土壤缺0,條件下，將氧化物轉化為還原態(tài)。(3)、土壤中氧化還原體系可分為無機體系和有機體系。無機體系的反應一般是可逆的，有機體系和微生物參與條件下的反應是半可逆或不可逆的。(4)、土壤氧化還原反應不完全是純化學反應，很大程度上有微生物參與。如：NH4+→NO,→NO?分別在亞硝酸細菌和硝酸細菌作用下完成。(5)、土壤是不均勻的多相體系，不同土壤和同一土層不同部位，氧化還原狀況會有不同差異。(6)、土壤氧化還原狀況隨栽培管理措施特別是灌水、排水而變化。3、

土壤的緩沖性(1)、土壤緩沖性概念土壤中加入酸性或堿性物質后，土壤具有抵抗變酸和變堿而保持pH

穩(wěn)定的能力，稱土壤緩沖作用，或緩沖性

能。(2)、土壤酸堿緩沖性①、土壤酸、堿緩沖原理I

土壤中有許多弱酸——碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等，當這些弱酸與其鹽類共存，就成為對酸、堿物質具有

緩沖作用的體系。如

Hac+NaAc

體系當加入HCl:

NaAc+HCl

Hac+NaCl當加入NaOH:Hac+NaOH-—NaAc+H,OⅡ土壤膠體交換性陽離子對酸堿的緩沖作用更大膠體—交換性H+、Al3+—

弱酸，緩沖堿性物質

膠體—交換性鹽基—弱酸鹽，緩沖酸性物質根據弱酸平衡原理，弱酸用堿中和形成鹽，pH

與中和程度之間的關系如下：pH=pKa+lg

[鹽]/[酸]pH=pKa+lg

[鹽基]/[H+、Al3+]土壤BS=50%

時，對酸堿的緩沖能力最大。緩沖能力隨弱酸及鹽的總濃度或土壤CEC

增加而增大。②、土壤酸堿緩沖體系I碳酸鹽體系：石灰性土壤的緩沖作用主要決定于CaCO,H?O-CO,

體系

pH=6.03-2/3LogPco?Ⅱ

硅酸鹽體系：對酸性物質的緩沖作用。Ⅲ交換性陽離子體系：對酸、堿物質的緩沖作用IV鋁體系：對堿性物質緩沖作用(pH<5.0)V

有機酸體系：有機酸及其鹽對酸堿物質緩沖作用③、土壤酸堿緩沖容量和滴定曲線緩沖容量(Buffering

Capacity)-使單位(質量或容積)土壤改變1個pH

單位所需的酸或堿量。用

酸堿滴定獲得繪制滴定曲線，稱緩沖曲線。四、

土壤酸堿性的調節(jié)1、

酸性土的改良施用石灰CaO、Ca(OH)?

、CaCO,石灰需要量計算：可用土壤交換性酸為基礎進行計算根據酸性土的緩沖滴定曲線計算石灰物質換算系數：Ca(OH),/CaO=74/56=1.32CaCO3/

CaO=100/56=1.79在施用CaO

或Ca(OH),

時，不易與土壤混合均勻，使局部土壤pH

上升過高，影響植物生長，應乘以經驗數值

0.5得出實際施用量。若用CaCO?

(石灰石粉),作用緩和，

經驗數值一般為1.3。2、堿性土的改良

—

改良pH>8.5

的堿性土施用石膏(Ca