种子土壤肥料学课件.ppt

土壤肥料学主讲教师：主讲教师：邹长明背景音乐：高山流水1第三章第三章 土壤胶体和土壤胶体和土壤吸收性土壤吸收性一一.土壤胶体的概念土壤胶体的概念 胶胶体体：一一种种由由分分散散相相和和分分散散介介质质构构成成的的分散体系。分散体系。粗分散系粗分散系悬浊液。悬浊液。胶体分散系胶体分散系胶体溶液。胶体溶液。分子、离子分散系分子、离子分散系真溶液。真溶液。第一节第一节 土壤胶体土壤胶体2 胶体：分散相颗粒直径在胶体：分散相颗粒直径在1 11000nm1000nm的分散系。的分散系。土土壤壤胶胶体体：2000nm2000nm的的颗颗粒粒。（层层状状铝铝硅硅酸酸盐、硅、铁、铝氧化物及水化物和土壤腐殖质等）。盐、硅、铁、铝氧化物及水化物和土壤腐殖质等）。土土壤壤中中的的离离子子吸吸附附和和交交换换、养养分分的的保保蓄蓄和和释释放放、酸酸碱碱反反应应、缓缓冲冲能能力力、土土粒粒的的分分散散与与凝凝聚聚、土体的膨胀与收缩等均与土壤胶体有关。土体的膨胀与收缩等均与土壤胶体有关。土土壤壤胶胶体体是是土土壤壤中中最最活活跃跃的的部部分分，是是形形成成各各种重要土壤理化性质和肥力特性的物质基础。种重要土壤理化性质和肥力特性的物质基础。3二二.土壤胶体的种类土壤胶体的种类 根根据据成成分分和和来来源源：无无机机胶胶体体、有有机机胶胶体体、有机无机复合胶体。有机无机复合胶体。（一）无机胶体（一）无机胶体 1.含水氧化硅含水氧化硅 2.含水氧化铁含水氧化铁 3.层状铝硅酸盐层状铝硅酸盐 （二）有机胶体（二）有机胶体 各种腐殖质。各种腐殖质。背景音乐：凤阳花鼓4（三）有机无机复合胶体（三）有机无机复合胶体 土土壤壤中中50%90%的的有有机机胶胶体体是是与与矿矿质质胶胶体体结结合合，形成有机矿质胶体。形成有机矿质胶体。结结合合方方式式：通通过过Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+作作桥桥梁梁，形成团聚体形成团聚体，如：，如：RCOOCa2+蒙脱石。蒙脱石。根根据据有有机机无无机机胶胶体体结结合合成成复复合合胶胶体体的的牢牢固固程程度度，把把土壤中的微团聚体分成三种：土壤中的微团聚体分成三种：1.水散微团聚体水散微团聚体。G0，松弛，遇水即可散开。，松弛，遇水即可散开。2.钠钠分分散散微微团团聚聚体体。G1，（Ca2+连连接接），稍稍紧紧。钠钠盐分散。盐分散。3.钠钠质质机机械械分分散散团团聚聚体体。G2，（Fe3+、Al3+结结合合）最紧密最紧密。5三三.土壤胶体微粒的构造土壤胶体微粒的构造（一）微粒核（一）微粒核（二）双电层（二）双电层 1.决定电位离子层。决定电位离子层。2.补偿离子层补偿离子层 （1）非活性补偿离子层）非活性补偿离子层 （2）扩散层）扩散层 胶胶 体体 构构 造造背景音乐：彩云追月6四四.土壤胶体的主要性质土壤胶体的主要性质 土土壤壤胶胶体体是是物物理理化化学学性性质质最最活活泼泼的的部部分分。土土壤壤的的保保肥肥性性、供供肥肥性性、酸酸碱碱反反应应、缓缓冲冲性性能能，以以及及土土壤壤的的结结构构、土土壤的物理机械性质等，都与土壤胶体有密切关系。壤的物理机械性质等，都与土壤胶体有密切关系。（一）巨大的比表面积和表面能（一）巨大的比表面积和表面能 颗颗粒粒小小，有有巨巨大大的的比比表表面面积积。表表面面巨巨大大的的表表面面能能能能吸吸附附大大量量的的水水分分子子、养养分分和和其其他他分分子子态态物物质质。有有些些微微生生物物也也被吸附在表面。被吸附在表面。（二）带电性（二）带电性 一一般般胶胶体体带带负负电电，可可吸吸附附大大量量的的阳阳离离子子。而而且且大大部部分分的的离离子子，具具有有代代换换能能力力。这这对对养养分分的的供供应应与与保保存存以以及及土土壤壤的酸碱、缓冲性有很大的意义。的酸碱、缓冲性有很大的意义。7 胶体带电的原因：胶体带电的原因：1.同同晶晶置置换换：永永久久电电荷荷、内内电电荷荷、恒恒电电荷荷、结结构构电电荷荷等。除非晶格破坏，否则，不会改变。等。除非晶格破坏，否则，不会改变。2.表表面面基基团团解解离离：胶胶核核表表面面分分子子或或原原子子团团的的解解离离所所产产生生的的电电荷荷，带带电电状状况况（电电性性和和电电量量）随随溶溶液液pH值值而而改改变变，为可变电荷。为可变电荷。（1）含水氧化硅。）含水氧化硅。（2）粘粒矿物晶面上）粘粒矿物晶面上OH。（3）腐殖质上的羧基、（酚）腐殖质上的羧基、（酚、醇）羟基、胺基等。、醇）羟基、胺基等。R-C-COO-NH2 R-C-COOH NH3+H+OH-8 （4）含水氧化铁、铝表面分子中的）含水氧化铁、铝表面分子中的OH。3.断断键键。硅硅酸酸盐盐粘粘土土矿矿物物在在破破碎碎时时，引引起起晶晶层层断断裂裂，使使硅硅氧氧片片和和水水铝铝片片的的断断裂裂边边角角上上出出现现电电性未中和键，如：性未中和键，如：SiO、AlO等。等。4.胶体表面从介质中吸附离子胶体表面从介质中吸附离子。如：。如：铁铁铝铝氧氧化化物物在在低低于于其其等等电电点点（ZPC）的的介介质质中中吸吸附附H+带带正正电电荷荷。硅硅酸酸盐盐或或铁铁铝铝氢氢氧氧化化物物从从介介质中吸附质中吸附PO43、OH等产生负电荷。等产生负电荷。9 （三）分散性和凝聚性（三）分散性和凝聚性 土土壤壤胶胶体体，在在一一定定条条件件下下，可可以以分分散散在在介介质质中中，呈呈溶溶胶胶状状态态。有有时时又又可可以以相相互互凝凝聚聚，呈呈凝凝胶胶状状态态。异异性性胶胶体体可可凝聚。但这种凝聚。但这种凝聚一般是在阳离子的作用下产生的凝聚一般是在阳离子的作用下产生的。影响土壤胶体凝聚和分散的因素有：影响土壤胶体凝聚和分散的因素有：1.交换性阳离子种类。交换性阳离子种类。不同阳离子的凝聚能力：不同阳离子的凝聚能力：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+K+NH4+Na+2.电解质浓度。电解质浓度。凝凝聚聚作作用用对对土土壤壤结结构构的的形形成成极极为为重重要要。烤烤田田、晒晒垡垡、冻冻垡垡可可以以增增加加土土壤壤溶溶液液中中电电解解质质浓浓度度，促促进进胶胶体体凝凝聚聚，结结合干湿交替可改善土壤的结构和不良的物理性质。合干湿交替可改善土壤的结构和不良的物理性质。10第二节第二节 土壤吸收性土壤吸收性 土土壤壤吸吸收收性性是是指指土土壤壤能能吸吸收收和和保保持持土土壤壤溶溶液液中中的的分分子子、离离子子、悬悬浮浮颗颗粒粒、气气体体（CO2、O2、NH3等）等）以及微生物的能力以及微生物的能力。土土壤壤吸吸收收性性是是土土壤壤的的重重要要性性质质之之一一，直直接接关关系系到到土土壤壤中中养养分分的的保保存存和和积积累累，即即土土壤壤的的保保肥肥性性，还还影影响响土土壤壤的的其其他他理理化化性性质质，如如土土壤壤的的酸酸碱碱反反应应、缓冲性、结构性和物理机械性等。缓冲性、结构性和物理机械性等。背景音乐：寒鸭戏水11一土壤吸收性的类型一土壤吸收性的类型 按按照照土土壤壤吸吸收收作作用用的的机机制制与与动动力力学学性性质质，可可将土壤的吸收性分为将土壤的吸收性分为5种类型：种类型：（一）机械吸收性（一）机械吸收性 土土壤壤对对进进入入土土体体的的固固体体颗颗粒粒的的机机械械阻阻留留作作用用。主主要要决决定定于于土土壤壤的的孔孔隙隙状状况况，因因机机械械吸吸收收性性对对可可溶溶性性分分子子和和离离子子都都无无法法阻阻留留和和保保持持，所所以以机机械械阻阻留对养分保持的能力是极其有限的。留对养分保持的能力是极其有限的。12（二）物理吸收性（二）物理吸收性 又又叫叫分分子子吸吸附附性性，是是指指土土壤壤对对分分子子态态物物质质吸吸收收、保保持持的的能能力力。其其吸吸收收、保保持持机机制制是是表表面面能能所所致致。有有正吸附与负吸附的区分。正吸附与负吸附的区分。（三）化学吸收性（三）化学吸收性 指指土土壤壤溶溶液液中中的的可可溶溶性性物物质质与与某某些些成成分分进进行行化化学学反反应应后后，生生成成难难溶溶性性化化合合物物而而沉沉淀淀（也也叫叫固固定定），并并保保存存于于土土壤壤中中的的现现象象。化化学学吸吸收收性性一一般般情情况况下下对对植植物物营营养养不不利利，因因化化学学吸吸收收性性虽虽然然有有固固定定保保持持养养分分、减减少少流流失失，但但造造成成养养分分的的无无效效化化，从从而而降降低低养养分分的的有效性有效性。13（四）物理化学吸收性（四）物理化学吸收性 是是指指土土壤壤对对可可溶溶性性物物质质中中离离子子态态养养分分的的保保持持能能力力。又又称称离离子子交交换换吸吸附附。（阳阳离离子子、阴阴离离子子交交换换吸吸附附）。是是土土壤壤最最重重要要的的保保肥肥性性能能。（种种类类多多、量大、效果好量大、效果好）。）。（五）生物吸收性（五）生物吸收性 指指土土壤壤中中的的植植物物根根系系、微微生生物物以以及及一一些些小小动动物物等等，把把土土壤壤中中有有效效养养分分吸吸收收并并保保存存积积累累在在生生物物体中体中的作用。的作用。电影电影树对养分的吸收树对养分的吸收背景音乐：百鸟朝凤14二土壤胶体对阳离子的交换吸附二土壤胶体对阳离子的交换吸附 土土壤壤胶胶体体吸吸附附的的阳阳离离子子，在在一一定定条条件件下下，与与土土壤壤溶溶液液中中的的阳阳离离子子发发生生交交换换，这这就就是是土土壤壤阳阳离子交换过程。离子交换过程。参参与与交交换换过过程程的的阳阳离离子子，就就称称为为交交换换性性阳阳离子。离子。土粒土粒H+K+Ca2+Al3+土粒土粒H+Al3+Ca2+K+15（一）阳离子交换的特点（一）阳离子交换的特点：1可可逆逆反反应应，迅迅速速平平衡衡。交交换换反反应应两两个个方方向向均均可可进进行行，取取决决于于物物质质的的数数量量，交交换换反反应应迅迅速速（实实际际交交换换反反应应速速度度与与交交换换点点位位置置直直接接相相关关：外外表表面面上上的的交交换换可可瞬瞬时时发发生生，一一小小时时内内达达到到平平衡衡；内内表表面面上上的的需要很长时间才能达到平衡）。需要很长时间才能达到平衡）。2等等价价离离子子交交换换。即即等等量量电电荷荷对对等等量量电电荷荷的的反反应。如应。如 20克克 钙离子可以和钙离子可以和 克钾离子交换。克钾离子交换。3受质量作用定律支配受质量作用定律支配。16（二）影响阳离子交换能力的因素（二）影响阳离子交换能力的因素土壤中土壤中主要阳离子交换能力大小的顺序主要阳离子交换能力大小的顺序：Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+影响阳离子交换能力的因素有：影响阳离子交换能力的因素有：1.电荷数量电荷数量 2.离子半径和水化半径离子半径和水化半径 3.离子浓度离子浓度背景音乐：空山鸟语17 1 1胶体数量胶体数量 质地愈粘，土壤的交换量就愈大。质地愈粘，土壤的交换量就愈大。土土 壤壤 质质 地地砂土砂土轻壤土轻壤土 中、重壤土中、重壤土粘土粘土交换量交换量c cmol(+)kg127815182530（三三）土土壤壤阳阳离离子子交交换换量量（Cation Exchange Capacity）CEC 在在中中性性条条件件下下（pH值值为为7时时），单单位位质质量量的的土土壤壤所所吸吸附附的的全全部部交交换换性性阳阳离离子子的的总总量量。单单位位：cmol(+)kg-1-1土土（旧单位（旧单位100g-1土）。土）。影响阳离子交换量的因素：影响阳离子交换量的因素：背景音乐：金蛇狂舞182胶体种类胶体种类 腐腐殖殖质质易易带带负负电电荷荷，腐腐殖殖质质胶胶体体具具有有极极大大的的比比表表面面积积，交交换换量量为为200500cmolkg-1，比比无无机机胶胶体体的的交交换换量量大大得得多多。因因此此，腐腐殖殖质质含含量量越越高高，阳阳离离子交换量越大。子交换量越大。无无机机胶胶体体种种类类不不同同，阳阳离离子子交交换换量量有有很很大大不不同。常见的无机胶体及交换量同。常见的无机胶体及交换量:高高 岭岭 石石（6cmolkg-1-1土土）、伊伊 利利 石石（30cmolkg-1-1土）、蒙脱石（土）、蒙脱石（100cmolkg-1-1土）。土）。193土壤土壤pH值值 土土壤壤腐腐殖殖质质所所带带的的COOH，OH的的解解离离强强度度，是是由由pH的的变变化化决决定定的的，含含腐腐殖殖质质多多的的土土壤壤，交交换换量量受受pH影影响响显显著著，当当pH值值从从上上升升到到时时，交交换换量量从从65cmolkg-1上上升升到到345cmolkg-1。另另外外高高岭岭石石、铁铁铝铝的的含含水水氧氧化化物物所所带带电电荷荷也也受酸碱环境的影响。受酸碱环境的影响。背景音乐：梁祝204陪伴阴离子类型陪伴阴离子类型CECcmol(+)kg-110102020保保 肥肥 力力弱弱中等中等强强 陪陪伴伴离离子子对对阳阳离离子子吸吸附附量量有有影影响响，以以K+为为例，例，H2PO4-SO42-Cl-NO3-土壤交换量可以作为评价土壤保肥力的指标！土壤交换量可以作为评价土壤保肥力的指标！21（四）土壤盐基饱和度（四）土壤盐基饱和度 土土壤壤交交换换性性阳阳离离子子可可分分为为二二类类：致致酸酸离离子子（H+、Al3+）和和盐盐基基离离子子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等等)，盐基离子为植物所需的速效养分。，盐基离子为植物所需的速效养分。1.盐盐基基饱饱和和度度：土土壤壤中中交交换换性性盐盐基基离离子子总总量量占阳离子交换总量的百分数。占阳离子交换总量的百分数。背景音乐：春江花月夜22 盐盐基基饱饱和和度度反反映映了了土土壤壤胶胶体体吸吸附附的的阳阳离离子子的的数数量量，可可以以说说明明土土壤壤养养分分的的有有效效性性，是是土土壤壤供供肥肥性能性能的主要指标之一。的主要指标之一。盐基饱和度越高越好？盐基饱和度越高越好？盐基饱和度较好的范围为盐基饱和度较好的范围为70%90%！1.供应养分的需要。供应养分的需要。2.稳定的稳定的pH值的需要。值的需要。23（五）交换性阳离子的有效度（五）交换性阳离子的有效度：1.饱和度效应饱和度效应：饱和度大，该离子的有效性大饱和度大，该离子的有效性大。2.陪陪（互互）补补离离子子的的种种类类：与与某某一一特特定定的的离离子子共共存存的的同同性性离离子子都都是是它它的的陪陪（互互）补补离离子子。与与胶胶体体结结合合强强度度大大的的离离子子，本本身身有有效效性性低低，但但对对其其它它离离子子的的有效性有利。有效性有利。各离子抑制能力由强到弱的顺序为：各离子抑制能力由强到弱的顺序为：Na+K+Mg2+Ca2+H+Al3+。背景音乐：阳春白雪243.无无机机胶胶体体的的种种类类：在在饱饱和和度度相相同同的的前前提提下下，各各种种离离子子在在无无机机胶胶体体上上的的有有效效性性：高高岭岭石石蒙脱石伊利石。蒙脱石伊利石。4.阳阳离离子子的的非非交交换换性性吸吸收收：离离子子大大小小与与孔孔径径相相近近，离离子子易易进进入入孔孔穴穴中中，且且稳稳定定性性较较大大，从从而而降降低低了了有有效效性性。如如：孔孔穴穴半半径径为为，钾钾离离子子的的半半径径为为，铵铵离离子子的的半半径径为为，则则有有效效性性较较低。低。25三三 土壤对阴离子的吸附土壤对阴离子的吸附 土壤吸附阴离子的原因：土壤吸附阴离子的原因：1.两性胶体带正电荷两性胶体带正电荷 酸性酸性 Al(OH)3+HCl=Al(OH)2+Cl-+H2O 碱性碱性Al(OH)3+NaOH=Al(OH)2O-+Na+H2O 2.腐殖质腐殖质NH2 吸收吸收H+成为成为NH3+带正电带正电。3.粘粒矿物的粘粒矿物的OH与壤溶液中的阴离子代换与壤溶液中的阴离子代换。背景音乐：十面埋伏26思思 考考 题题 1.什么是什么是土壤胶体，对土壤肥力有何影响？土壤胶体，对土壤肥力有何影响？2.土壤胶体分几类。土壤胶体分几类。3.影响阳离子交换量大小的因素有哪些？影响阳离子交换量大小的因素有哪些？4.南方土壤的保肥能力一般比北方土壤弱吗？为什么？南方土壤的保肥能力一般比北方土壤弱吗？为什么？5.胶体上吸附的离子的有效度与哪些因素有关？胶体上吸附的离子的有效度与哪些因素有关？27