土壤胶体机吸附性能幻灯片.ppt

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1、土壤胶体机吸附性能第1页，共82页，编辑于2022年，星期五一、一、土壤胶体的概念及其基本特性土壤胶体的概念及其基本特性概念：概念：指那些大小在指那些大小在1 1 100nm100nm（在长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）的固体颗（在长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）的固体颗粒而言。粒而言。0.002mm 0.002mm的粘粒至少有一个轴的粘粒至少有一个轴 100nm 100nm，因而具有胶体的性质。，因而具有胶体的性质。electron micrographs of the clay minerals montmorillonite electron microg

2、raphs of the clay minerals kaolinite 第2页，共82页，编辑于2022年，星期五二、土壤胶体的种类二、土壤胶体的种类：无机胶体无机胶体：如铝硅酸盐，：如铝硅酸盐，FeFe、AlAl、MnMn、TiTi氧化物，硅氧化物，硅胶等；胶等；有机胶体有机胶体：腐殖质、木质素、纤维素、蛋白质等。：腐殖质、木质素、纤维素、蛋白质等。有机无机复合胶体有机无机复合胶体：无机胶体和有机胶体复合而成。：无机胶体和有机胶体复合而成。第3页，共82页，编辑于2022年，星期五三、土壤胶体的构造：三、土壤胶体的构造：非活性补偿离子层非活性补偿离子层胶体胶体分散分散体系体系胶粒胶粒粒间粒

3、间溶液溶液胶核胶核双电层双电层由粘粒矿物、腐殖质等组成由粘粒矿物、腐殖质等组成决定电位离子层决定电位离子层补补 偿偿离子层离子层扩散层扩散层胶核+决定电位离子层非活性补偿离子层扩散层双电子层第4页，共82页，编辑于2022年，星期五决定电位离子层的特点决定电位离子层的特点：（1）该层带电的离子决定着胶粒的电荷符号和电位大小，故称决定电位）该层带电的离子决定着胶粒的电荷符号和电位大小，故称决定电位离子层；离子层；（2）决定着土壤的交换吸附性能；）决定着土壤的交换吸附性能；（3）此层离子也能为粒间溶液离子所替代而产生专性吸附，使电荷性质发）此层离子也能为粒间溶液离子所替代而产生专性吸附，使电荷性质

4、发生改变；生改变；决定电位离子层决定电位离子层：胶核表面分子解离而形成的一层带电的离子层。：胶核表面分子解离而形成的一层带电的离子层。第5页，共82页，编辑于2022年，星期五非活性补偿离子层非活性补偿离子层：距决定电位离子层近，受静电引力大，离子活动小，：距决定电位离子层近，受静电引力大，离子活动小，只能随胶核移动。一般难和粒间溶液中的离子进行交换，但也可产生专性只能随胶核移动。一般难和粒间溶液中的离子进行交换，但也可产生专性吸附。吸附。扩散层扩散层：距离远，受静电引力小，离子活动性大。该层离子具有交换：距离远，受静电引力小，离子活动性大。该层离子具有交换能力，易于与粒间溶液中的离子进行交换

5、。能力，易于与粒间溶液中的离子进行交换。扩散层实际上是胶粒与粒间溶液之间的过渡部分。扩散层实际上是胶粒与粒间溶液之间的过渡部分。补偿离子层补偿离子层：由于胶核表面决定电位离子层带电，产生的静电引力吸附粒间：由于胶核表面决定电位离子层带电，产生的静电引力吸附粒间溶液中带相反电荷的离子，在其外面定向排列而成，又称双电层的外层。溶液中带相反电荷的离子，在其外面定向排列而成，又称双电层的外层。第6页，共82页，编辑于2022年，星期五四、土壤胶体的电性和电位分析四、土壤胶体的电性和电位分析 整个双电层中，决定电位离子层和补偿离子层所带电荷符号整个双电层中，决定电位离子层和补偿离子层所带电荷符号相反，电

6、量相等；整个胶粒电性中和。相反，电量相等；整个胶粒电性中和。所说胶体带电，是指不包括扩散层的胶粒带电。所说胶体带电，是指不包括扩散层的胶粒带电。第7页，共82页，编辑于2022年，星期五四、土壤胶体的电性和电位分析四、土壤胶体的电性和电位分析：完全电位完全电位：在决定电位离子层界面上所具有的电位势，即决定电：在决定电位离子层界面上所具有的电位势，即决定电位离子层与粒间溶液之间产生的电位差。在一定的胶体分散体系位离子层与粒间溶液之间产生的电位差。在一定的胶体分散体系中，其大小基本不变。中，其大小基本不变。电动电位电动电位：在非活性补偿离子层界面上的电位势，即非活性补偿：在非活性补偿离子层界面上的

7、电位势，即非活性补偿离子层与粒间溶液之间产生的电位差。离子层与粒间溶液之间产生的电位差。第8页，共82页，编辑于2022年，星期五 动电电位实际上胶体对溶液所表现出来的电位势，即胶体所呈的电动电电位实际上胶体对溶液所表现出来的电位势，即胶体所呈的电性强弱。性强弱。动电电位随扩散层厚度增加而增大。动电电位随扩散层厚度增加而增大。溶液中离子浓度增大，有效补溶液中离子浓度增大，有效补偿了胶粒表面的电荷，扩散层变薄，动电电位降低。偿了胶粒表面的电荷，扩散层变薄，动电电位降低。+-+决决定定电电位位离离子子层层 非非活活性性补补偿偿离离子子层层扩散扩散层层 胶胶核核+胶核决定电位离子层（-）固定层（+）

8、可动层胶粒反离子层胶团结构电位反离子层呈大气式分布+第9页，共82页，编辑于2022年，星期五五、具有巨大的表面积和表面能五、具有巨大的表面积和表面能土壤胶体的表面积土壤胶体的表面积 比表面比表面(比面比面)：单位重量（体积）物体的总表面积。：单位重量（体积）物体的总表面积。比面积表面积比面积表面积/重量重量 物体颗粒愈细小，表面积愈大。物体颗粒愈细小，表面积愈大。土粒直径（土粒直径（mm）总表面积（总表面积（cm2）比面（比面（cm2/cm3）10 3.14 6 1 31.42 60 0.05 628.32 1200 0.001 31416 60000第10页，共82页，编辑于2022年，星

9、期五第11页，共82页，编辑于2022年，星期五有的胶体不仅有巨大的外表面，而且有巨大的内表面有的胶体不仅有巨大的外表面，而且有巨大的内表面内表面内表面：膨胀性粘土矿物的层间表面和腐殖质分子内的表面，其表面反应为缓慢渗入过程。膨胀性粘土矿物的层间表面和腐殖质分子内的表面，其表面反应为缓慢渗入过程。外表面外表面：粘粒的外表面和腐殖质、游离铁铝氧化物等包被的表面，表面反应迅速。粘粒的外表面和腐殖质、游离铁铝氧化物等包被的表面，表面反应迅速。土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2g-1）胶体成分内表面积外表面积总表面积蒙脱石蛭 石水云母高岭石埃洛石水化埃洛石水铝英石700-750400-7500-500

10、400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800第12页，共82页，编辑于2022年，星期五 膨胀性膨胀性2 1型型粘土矿物总表面积大，以内表面积为主粘土矿物总表面积大，以内表面积为主 非非膨膨胀胀性性2 1型型和和1 1型型粘粘土土矿矿物物总总表表面面积积小小，一一般般以外表面为主（水化埃洛石例外）。以外表面为主（水化埃洛石例外）。水铝英石水铝英石比表面较大，内、外表面各一半。比表面较大，内、外表面各一半。第13页，共82页，编辑于2022年，星期五胶体表面能：界面上的

11、物质分子（表面分子）所具有的多余的不饱和的能量。表面能大小与表面积成正相关，表面积愈大，表面能愈高，产生的吸附能力愈强。由于土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。土壤胶体的带电性：可变电荷土壤胶体的电荷包括两种永久电荷第14页，共82页，编辑于2022年，星期五具有分散性和凝聚性：由土壤胶体的动电电位引起。具有分散性和凝聚性：由土壤胶体的动电电位引起。由于胶粒有一定的动电电位，有一定厚度的扩散层相隔，而由于胶粒有一定的动电电位，有一定厚度的扩散层相隔，而使胶粒均匀分散在粒间溶液中，使胶体表现出分散性；使胶粒均匀分散在粒间溶液中，使胶体表现出分散性；当加入电解质时，动电电位降低趋近于零

12、，扩散层变当加入电解质时，动电电位降低趋近于零，扩散层变薄进而消失，使胶粒相聚成团，表现出凝聚。薄进而消失，使胶粒相聚成团，表现出凝聚。六、土壤胶体的基本特性：六、土壤胶体的基本特性：第15页，共82页，编辑于2022年，星期五土壤胶体分散性和凝聚性的调节：土壤胶体分散性和凝聚性的调节：与电解质种类和浓度密切相关。与电解质种类和浓度密切相关。不同电解质使胶体呈现出不同的动电电位。一价离子的电动电位大于二价不同电解质使胶体呈现出不同的动电电位。一价离子的电动电位大于二价大于三价；电动电位大的，分散性强，凝聚性弱；大于三价；电动电位大的，分散性强，凝聚性弱；按照凝聚力的大小，土壤溶液中最常见的阳离

13、子排列顺序：按照凝聚力的大小，土壤溶液中最常见的阳离子排列顺序：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+电解质浓度增大，也可降低电动电位电解质浓度增大，也可降低电动电位,使溶胶变为凝胶。使溶胶变为凝胶。第16页，共82页，编辑于2022年，星期五七、七、土壤胶体的组成土壤胶体的组成无机胶体无机胶体 层状硅酸盐矿物：层状硅酸盐矿物：1:1 型的高龄石类、型的高龄石类、2:1型的蒙脱石型的蒙脱石类及水化云母类。类及水化云母类。含水氧化物类胶体：含水氧化硅类、氧化铁类、氧化铝类。含水氧化物类胶体：含水氧化硅类、氧化铁类、氧化铝类。有机胶体有机胶体有机无机复合胶体有机无机复合胶体（一）土

14、壤胶体的种类（一）土壤胶体的种类第17页，共82页，编辑于2022年，星期五1、铝硅酸盐黏粒矿物的基本结构单元、铝硅酸盐黏粒矿物的基本结构单元（1）硅氧四面体和硅氧片）硅氧四面体和硅氧片硅氧四面体：硅氧四面体是硅酸盐矿物的最基本的结构单位，不同的连接组合方式形成不同硅氧四面体：硅氧四面体是硅酸盐矿物的最基本的结构单位，不同的连接组合方式形成不同的硅酸盐矿物。的硅酸盐矿物。（SiO44-Si2O52-Si4O104-）中心孔0.32nmSi-0.39nmSiO44-第18页，共82页，编辑于2022年，星期五六角形网孔硅氧片第19页，共82页，编辑于2022年，星期五（2）铝氧八面体和铝氧片铝氧

15、八面体(八面体)：(AlO69-Al4O1212-Al4（OH）8O44-)AliO69-铝原子的半径0.057nm中心孔隙为中心孔隙为0.058 nm第20页，共82页，编辑于2022年，星期五铝氧片共用上下两层氧原子形成 片二八面体：八面体中仅2/3空隙被Al原子占据着。三八面体：八面体中3/3空隙被二价镁等占据。第21页，共82页，编辑于2022年，星期五2、高岭石组黏粒矿物（、高岭石组黏粒矿物（1：1型矿物）型矿物）1:11:1型单位晶层型单位晶层:由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单

16、位晶层。这样氧通过共用的方式形成单位晶层。这样1:11:1型层状铝硅酸盐的单位晶型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。个是由氢氧构成的层面。第22页，共82页，编辑于2022年，星期五包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等 特点：特点：(1)1:1型型 单位晶胞（层）化学式：单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH)8(2)膨胀性小膨胀性小 晶层间距约晶层间距约0.72nm,硅片和铝片之间存在氢键硅片和铝片之间存在氢键(3)电荷数量少电荷数量少

17、同晶替代极少同晶替代极少(4)颗粒较大（有效直径颗粒较大（有效直径0.22m）可塑性、粘结性、吸湿性、可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性弱粘着性弱2、高岭石组黏粒矿物（、高岭石组黏粒矿物（1：1型矿物）型矿物）第23页，共82页，编辑于2022年，星期五2:1型单位晶层型单位晶层由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。是氧原

18、子面。3、蒙脱石组黏粒矿物（、蒙脱石组黏粒矿物（2：1型矿物）型矿物）第24页，共82页，编辑于2022年，星期五3、蒙脱石组黏粒矿物（、蒙脱石组黏粒矿物（2：1型矿物）型矿物）包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等 特点：特点：(1)2:1型型 单位晶胞的理论化学式：单位晶胞的理论化学式：Al4Si8O20(OH)4nH2O (2)膨胀性大膨胀性大 晶层以分子引力联结，晶层间距：晶层以分子引力联结，晶层间距：蒙脱石蒙脱石0.962.14nm 蛭石蛭石0.961.45nm (3)电荷数量大电荷数量大 同晶替代现象普遍同晶替代现象普遍 (4)颗粒较细，呈片状颗粒较细，呈片状 可塑性

19、、粘结性、吸湿性、粘着性显著，对耕作不利可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性显著，对耕作不利 蒙脱石在我国北方土壤分布较广，蛭石分布在风化不太强而排水蒙脱石在我国北方土壤分布较广，蛭石分布在风化不太强而排水良好的土壤中良好的土壤中 第25页，共82页，编辑于2022年，星期五4、水化云母组黏粒矿物（、水化云母组黏粒矿物（2：1型矿物）型矿物）第26页，共82页，编辑于2022年，星期五水化云母水化云母(伊利石伊利石)组组(Hydromica)（又称（又称2:1型非膨胀性矿物）型非膨胀性矿物）特点：特点：(1)2:1型型 单位晶胞化学式：单位晶胞化学式：K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH

20、)4nH2O (2)非膨胀性非膨胀性 晶层之间吸附的晶层之间吸附的K+的强吸附力，的强吸附力，层间距层间距1.0nm (3)电荷数量大电荷数量大 同晶替代现象普遍，同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间K+中和，有中和，有效电荷量少于蒙脱石效电荷量少于蒙脱石 (4)可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。伊利石主要存在于我国北方干旱地区土壤中伊利石主要存在于我国北方干旱地区土壤中 4、水化云母组黏粒矿物（、水化云母组黏粒矿物（2：1型矿物）型矿物）第27页，共82页，编辑于2022年，星期五第28页，共

21、82页，编辑于2022年，星期五v主要是水化程度不等的各种铁、铝的氧化物及硅的水化主要是水化程度不等的各种铁、铝的氧化物及硅的水化氧化物。氧化物。v其非晶质无定形的物质，一般呈胶膜的形式，包被于土粒其非晶质无定形的物质，一般呈胶膜的形式，包被于土粒的表面。在转变为结晶态的过程中，可起到强韧的胶结作的表面。在转变为结晶态的过程中，可起到强韧的胶结作用。形成坚硬的结构体。如红壤中的多角型粒状结构体。用。形成坚硬的结构体。如红壤中的多角型粒状结构体。地区土壤中含量较多。地区土壤中含量较多。5、氧化物黏粒矿物、氧化物黏粒矿物第29页，共82页，编辑于2022年，星期五v有机胶体：土壤中的有机物，尤其是

22、腐殖质，是土壤中含有的一类有机胶体：土壤中的有机物，尤其是腐殖质，是土壤中含有的一类分子量大，结构复杂的高分子化合物，具有明显的胶体性质。分子量大，结构复杂的高分子化合物，具有明显的胶体性质。v有机有机-无机胶体：土壤中的有机和无机胶体通过物理、化学和物理无机胶体：土壤中的有机和无机胶体通过物理、化学和物理化学的作用，相互结合在一起形成有机化学的作用，相互结合在一起形成有机-无机复合体。通过钙离子、无机复合体。通过钙离子、铝离子或铁离子为键桥将二者连接起来。铝离子或铁离子为键桥将二者连接起来。COO-Ca-O-SiSi-O-Ca-OOCSi-O-Ca-OOCCOO-Ca-O-SiR第30页，共

23、82页，编辑于2022年，星期五 同晶置换：指在成土过程中，硅酸盐矿物中的硅氧片或同晶置换：指在成土过程中，硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位中心离子被大小相近而电荷符号相同的离水铝片中的配位中心离子被大小相近而电荷符号相同的离子所取代，但其晶层结构未变的现象。子所取代，但其晶层结构未变的现象。如硅氧片中的如硅氧片中的Si4+被被Al3+所取代，水铝片中的所取代，水铝片中的Al3+被被Mg2+、Fe2+所取代，而使晶层产生剩余负电荷。所取代，而使晶层产生剩余负电荷。八、土壤胶体产生电荷的原因八、土壤胶体产生电荷的原因第31页，共82页，编辑于2022年，星期五 断键断键 硅酸盐粘土矿物在硅酸

24、盐粘土矿物在风化风化破碎时，引起晶层断裂，使硅氧片破碎时，引起晶层断裂，使硅氧片和水铝片的断裂边角上出现电性未中和的键，如和水铝片的断裂边角上出现电性未中和的键，如SiO-,AlO-。一般认为断键是引起高岭石带电的主要原因，对一般认为断键是引起高岭石带电的主要原因，对2：1型矿物也有一定的重要性。型矿物也有一定的重要性。腐殖质胶体也常发生碳键断裂，从而产生剩余负电荷，这腐殖质胶体也常发生碳键断裂，从而产生剩余负电荷，这也是引起腐殖质胶体带电的原因。也是引起腐殖质胶体带电的原因。八、土壤胶体产生电荷的原因八、土壤胶体产生电荷的原因第32页，共82页，编辑于2022年，星期五 表面分子的解离：指土

25、壤胶体上的一些基团，如粘粒矿表面分子的解离：指土壤胶体上的一些基团，如粘粒矿物晶格表面的物晶格表面的OH基，腐殖酸分子的酸性含氧基团和羧基，腐殖酸分子的酸性含氧基团和羧基、以及粘粒中的无定形胶体随介质基、以及粘粒中的无定形胶体随介质pH值的改变，发生值的改变，发生解离。解离。是大多数土壤胶体产生电荷的原因。是大多数土壤胶体产生电荷的原因。表面分子解离产生的电荷数量和电荷符号，受介表面分子解离产生的电荷数量和电荷符号，受介质质pH的影响。的影响。八、土壤胶体产生电荷的原因八、土壤胶体产生电荷的原因第33页，共82页，编辑于2022年，星期五 胶体表面从介质中吸附离子：如铁铝氢氧化胶体表面从介质中

26、吸附离子：如铁铝氢氧化物在低于其等电点的介质中，吸附物在低于其等电点的介质中，吸附H+而带正电；而带正电；腐殖质上腐殖质上-NH2的质子化等；的质子化等；八、土壤胶体产生电荷的原因八、土壤胶体产生电荷的原因第34页，共82页，编辑于2022年，星期五可变电荷：随介质可变电荷：随介质pH值的改变而变化的电荷，如因断键、基团解离、值的改变而变化的电荷，如因断键、基团解离、质子化等原因而产生的电荷。质子化等原因而产生的电荷。相关概念：相关概念：永久电荷：不随土壤环境的永久电荷：不随土壤环境的pH值改变而变化的电荷。如因同晶置换而产值改变而变化的电荷。如因同晶置换而产生的电荷。生的电荷。第35页，共8

27、2页，编辑于2022年，星期五九、土壤胶体对离子的吸附作用九、土壤胶体对离子的吸附作用v土壤胶体的吸附性：土壤能吸附并保持一些物质的性土壤胶体的吸附性：土壤能吸附并保持一些物质的性质。质。v吸附类型：吸附类型：机械吸附：指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。机械吸附：指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。物理吸附：借助土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物理吸附：借助土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物质分子。物质分子。吸附性的概念及吸附类型吸附性的概念及吸附类型:第36页，共82页，编辑于2022年，星期五化学吸附：是指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用，生成化学吸附：是指进入土壤溶液

28、的某些成分经过化学作用，生成难溶性化合物或沉淀，而保存于土壤中的现象。主要是土壤难溶性化合物或沉淀，而保存于土壤中的现象。主要是土壤溶液中的阴离子发生此种吸附。溶液中的阴离子发生此种吸附。生物吸附：借助于生活在土壤中的生物的生命活动，把有效性养生物吸附：借助于生活在土壤中的生物的生命活动，把有效性养分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称为生物固定。分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称为生物固定。第37页，共82页，编辑于2022年，星期五物理化学吸附：发生在土壤溶液和土壤胶体界面上的物理化学反物理化学吸附：发生在土壤溶液和土壤胶体界面上的物理化学反应。土壤胶体借助于极大的表面积和电性，把

29、土壤溶液中的离应。土壤胶体借助于极大的表面积和电性，把土壤溶液中的离子吸附在胶体的表面上保存下来，避免这些水溶性的养分的流子吸附在胶体的表面上保存下来，避免这些水溶性的养分的流失，被吸附的养分离子还可被解吸附下来被利用，也可通过根失，被吸附的养分离子还可被解吸附下来被利用，也可通过根系接触代换被利用。系接触代换被利用。包含阳离子吸附和阴离子吸附包含阳离子吸附和阴离子吸附第38页，共82页，编辑于2022年，星期五十、土壤的阳离子交换作用十、土壤的阳离子交换作用v阳离子交换作用：土壤溶液中的阳离子将胶体上吸附的阳离子代换下阳离子交换作用：土壤溶液中的阳离子将胶体上吸附的阳离子代换下来，即溶液中的

30、离子与胶体表面的离子互换位置，这种作用称为来，即溶液中的离子与胶体表面的离子互换位置，这种作用称为。v包含两个同时进行的过程：包含两个同时进行的过程：离子吸附：溶液中的离子被吸附到胶体表面上。离子吸附：溶液中的离子被吸附到胶体表面上。离子解吸附：胶体表面的离子脱离胶体进入溶液。离子解吸附：胶体表面的离子脱离胶体进入溶液。第39页，共82页，编辑于2022年，星期五（一）阳离子交换作用的基本特征（一）阳离子交换作用的基本特征可逆反应可逆反应：这对植物营养的供应有重要的意义。当植物从土壤溶液中吸收了阳这对植物营养的供应有重要的意义。当植物从土壤溶液中吸收了阳离子后，胶体上的交换性阳离子会迅速补给到

31、土壤溶液中。离子后，胶体上的交换性阳离子会迅速补给到土壤溶液中。等当量进行：以离子价为依据的等当量交换。等当量进行：以离子价为依据的等当量交换。H+土壤胶体土壤胶体土壤胶体土壤胶体NH4+NH4+H+Mg2+2K+3Ca2+Ca2+Mg2+Ca2+Ca2+2K+2NH4+2H+第40页，共82页，编辑于2022年，星期五（一）阳离子交换作用的基本特征（一）阳离子交换作用的基本特征受质量作用定律的支配：可逆反应，在特定温度有平衡常数。离受质量作用定律的支配：可逆反应，在特定温度有平衡常数。离子价数低、交换能力较弱的阳离子，如提高浓度则可交换离子价数子价数低、交换能力较弱的阳离子，如提高浓度则可交

32、换离子价数高、交换能力较强的阳离子。高、交换能力较强的阳离子。交换过程迅速。交换过程迅速。第41页，共82页，编辑于2022年，星期五（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1)离子的电荷数量离子的电荷数量:M3+M2+M+;2）离子半径及水化程度：）离子半径及水化程度：同价离子，离子半径越大，水化程度同价离子，离子半径越大，水化程度越弱，则水化半径越小，其代换能力越强，如越弱，则水化半径越小，其代换能力越强，如K+Na+。3)离子浓度：阳离子交换作用受质量作用定律支配。交换力弱的离子离子浓度：阳离子交换作用受质量作用定律支配。交换力弱的离子如果浓度足够大，也可以交换吸着力

33、很强而浓度小的离子。如果浓度足够大，也可以交换吸着力很强而浓度小的离子。第42页，共82页，编辑于2022年，星期五 衡量土壤保肥能力强弱的重要指标衡量土壤保肥能力强弱的重要指标 阳离子交换量（阳离子交换量（CEC）v概念：是指在一定概念：是指在一定pH值条件下，每千克干土所能吸附的全部交换性阳离子的值条件下，每千克干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。厘摩尔数。因因CEC随随pH而变化，一般控制在而变化，一般控制在pH7条件下测定。条件下测定。CEC（Cmol/kg）10 1020 20 保肥力弱保肥力弱 中等强中等强 第43页，共82页，编辑于2022年，星期五 土壤胶体 CECcmo

34、l(+).kg-1 腐殖质蛭 石蒙脱石伊利石高岭石倍半氧化物200100-15070-9510-403-152-4不同类型土壤胶体的阳离子交换量不同类型土壤胶体的阳离子交换量第44页，共82页，编辑于2022年，星期五（1）胶体的数量；）胶体的数量；（2）胶体的种类：有机与无机胶体；粘土矿物类型；）胶体的种类：有机与无机胶体；粘土矿物类型；（3）土壤）土壤pH值：影响离子的解离；值：影响离子的解离；（三）影响（三）影响CEC的因素：的因素：第45页，共82页，编辑于2022年，星期五盐基离子：盐基离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等；等；（四）土壤胶体上吸附的阳离子种类：（四）土

35、壤胶体上吸附的阳离子种类：致酸离子：致酸离子：H+、Al3+；第46页，共82页，编辑于2022年，星期五土壤的盐基饱和度：土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量土壤的盐基饱和度：土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量的的 百分数。百分数。盐基饱和度与土壤的酸碱性密切相关。盐基饱和度盐基饱和度与土壤的酸碱性密切相关。盐基饱和度基本上决定着土壤的酸碱性。基本上决定着土壤的酸碱性。一般而言，盐基饱和度大的土壤呈中性或碱性；饱和度小一般而言，盐基饱和度大的土壤呈中性或碱性；饱和度小的土壤呈酸性。的土壤呈酸性。相关概念：相关概念：100%第47页，共82页，编辑于2022年，星期五阳离子交换量和盐基饱

36、和度都受土壤pH值影响；在pH5至6范围的暖湿地区的矿质土壤，pH每变动0.10，盐基饱和度相应变动5%。第48页，共82页，编辑于2022年，星期五盐基饱和度80%的土壤，一般认为是很肥沃的土壤盐基饱和度为5080%的土壤为中等肥力水平盐基饱和度低于50%的土壤肥力水平较低，因为阳离子组成单一。（五）盐基饱和度也可以作为判断土壤肥力水平的指标第49页，共82页，编辑于2022年，星期五（六）交换性阳离子的有效度（六）交换性阳离子的有效度1、植物对土壤胶体上的交换性阳离子的吸收方式：、植物对土壤胶体上的交换性阳离子的吸收方式：（1）根毛直接和土壤胶体接触交换：根在生长过程中释放出的）根毛直接和

37、土壤胶体接触交换：根在生长过程中释放出的H+直接与土壤胶体上的交换性盐基离子直接交换；直接与土壤胶体上的交换性盐基离子直接交换；（2）通过溶液吸收：交换性阳离子被交换到溶液中，然后被植物吸收；）通过溶液吸收：交换性阳离子被交换到溶液中，然后被植物吸收；土壤胶体土壤胶体NH4+NH4+2K+4H+土壤胶体土壤胶体4 H+2K+2NH4+第50页，共82页，编辑于2022年，星期五（1）植物的呼吸强度；）植物的呼吸强度；（2）根毛的）根毛的CEC；（2）土壤胶体上交换性阳离子的有效性；）土壤胶体上交换性阳离子的有效性；2、植物吸收交换性阳离子的能力和下列因素密切相关：、植物吸收交换性阳离子的能力和

38、下列因素密切相关：第51页，共82页，编辑于2022年，星期五v（1）交换性阳离子的饱和度）交换性阳离子的饱和度 概念：指土壤中某种交换性阳离子的数量占概念：指土壤中某种交换性阳离子的数量占CEC的百分数。的百分数。离子的饱和度愈高，被交换解吸的机会愈多，有离子的饱和度愈高，被交换解吸的机会愈多，有效度愈高；效度愈高；3、影响交换性阳离子有效度的因素：、影响交换性阳离子有效度的因素：土壤土壤CECCmol(+)/kg交换性钙交换性钙Cmol(+)/kg饱和度饱和度(%)A8675B301033土壤阳离子交换与离子饱和度土壤阳离子交换与离子饱和度第52页，共82页，编辑于2022年，星期五在生产

39、上的应用：在生产上的应用：要使有限的肥料在短期内发挥较大的效果，则因使肥料相对要使有限的肥料在短期内发挥较大的效果，则因使肥料相对集中在根系施用（如条施或穴施），而不宜分散撒施；集中在根系施用（如条施或穴施），而不宜分散撒施；相同数量的化肥，砂土上的肥效见效快，而粘土见效慢。相同数量的化肥，砂土上的肥效见效快，而粘土见效慢。原因就在于该养分离子的有效度砂土大于粘土。原因就在于该养分离子的有效度砂土大于粘土。第53页，共82页，编辑于2022年，星期五3、影响交换性阳离子有效度的因素、影响交换性阳离子有效度的因素：（2）土壤中的陪补离子效应）土壤中的陪补离子效应 在土壤胶体上同时吸附着多种阳离子

40、，对其中某种离子来说，其余的各在土壤胶体上同时吸附着多种阳离子，对其中某种离子来说，其余的各种阳离子都称为它的陪补离子。种阳离子都称为它的陪补离子。土壤胶体土壤胶体NH4+NH4+H+Mg2+H+2K+陪补离子不同，对某一指定离子的有效度陪补离子不同，对某一指定离子的有效度也不同。也不同。陪补离子与土壤胶体之间的吸附力愈大，陪补离子与土壤胶体之间的吸附力愈大，与之共存的阳离子愈易解吸，有效性愈高。与之共存的阳离子愈易解吸，有效性愈高。第54页，共82页，编辑于2022年，星期五（3）粘土矿物类型的影响）粘土矿物类型的影响 不同类型的粘粒矿物，由于晶体构造特点不同，吸附阳离子的不同类型的粘粒矿物

41、，由于晶体构造特点不同，吸附阳离子的位置各不相同，释放的难易也不同。位置各不相同，释放的难易也不同。在离子饱和度相同的情况下，蒙脱石吸附的钙的有效度低于高在离子饱和度相同的情况下，蒙脱石吸附的钙的有效度低于高岭石，原因在于蒙脱石吸钙是在晶层间，高岭石则在表面。岭石，原因在于蒙脱石吸钙是在晶层间，高岭石则在表面。要发挥相同的效果，对不同类型的粘粒矿物应要求不同的要发挥相同的效果，对不同类型的粘粒矿物应要求不同的离子饱和度。离子饱和度。3、影响交换性阳离子有效度的因素：、影响交换性阳离子有效度的因素：第55页，共82页，编辑于2022年，星期五（4）阳离子的非交换性吸收）阳离子的非交换性吸收 指层

42、状铝硅酸盐粘粒矿物晶层表面的六个硅氧四面体联成的六指层状铝硅酸盐粘粒矿物晶层表面的六个硅氧四面体联成的六角型网穴，其半径与角型网穴，其半径与K+和和NH4+相接近。当粘粒矿物脱水收缩时，相接近。当粘粒矿物脱水收缩时，晶层表面所吸附的晶层表面所吸附的K+和和NH4+极易陷入上述网穴中而成为非交换性极易陷入上述网穴中而成为非交换性阳离子，使其有效性降低。阳离子，使其有效性降低。3、影响交换性阳离子有效度的因素：、影响交换性阳离子有效度的因素：第56页，共82页，编辑于2022年，星期五 十一、土壤的阴离子交换作用十一、土壤的阴离子交换作用v阴离子交换作用：土壤中带正电荷的胶体所吸附的阴离子与土壤溶

43、阴离子交换作用：土壤中带正电荷的胶体所吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子相互交换的作用。液中的阴离子相互交换的作用。v特点：特点：（1）属静电吸附，发生在双电层外层，易解吸。）属静电吸附，发生在双电层外层，易解吸。（2）受质量作用定律支配：离子价数低、交换能力较弱的阴离子，如）受质量作用定律支配：离子价数低、交换能力较弱的阴离子，如提高浓度则可交换离子价数高、交换能力较强的阴离子。提高浓度则可交换离子价数高、交换能力较强的阴离子。（3）无明显的等当量关系，原因在于阴离子吸附往往与化学固定作用相）无明显的等当量关系，原因在于阴离子吸附往往与化学固定作用相伴生。如伴生。如FePO4、Ca3(PO4)

44、2沉淀等。沉淀等。第57页，共82页，编辑于2022年，星期五1、阴离子吸附类型：、阴离子吸附类型：（1）易被吸附的阴离子：如）易被吸附的阴离子：如H2 PO4-、HPO42-和和PO43-、HSiO3-以以及某些有机酸的阴离子等。及某些有机酸的阴离子等。（2）很少或根本不被吸附的阴离子：如）很少或根本不被吸附的阴离子：如Cl-、NO3-等，易流失。等，易流失。（3）介于上述两者之间的阴离子：如）介于上述两者之间的阴离子：如SO4 2-、HCO3-等。等。十一、土壤的阴离子交换作用土壤的阴离子交换作用第58页，共82页，编辑于2022年，星期五2、影响土壤对阴离子吸收的因素：、影响土壤对阴离子

45、吸收的因素：（1）阴离子的价数；）阴离子的价数；（2）胶体类型：土壤中铁、铝氧化物愈多，对阴离子的）胶体类型：土壤中铁、铝氧化物愈多，对阴离子的吸收也愈多。吸收也愈多。（3）土壤）土壤pH;十一、土壤的阴离子交换作用土壤的阴离子交换作用第59页，共82页，编辑于2022年，星期五十二、离子交换对土壤肥力的影响十二、离子交换对土壤肥力的影响v土壤离子交换对土壤养分状况的影响：影响土壤的保肥性，土壤离子交换对土壤养分状况的影响：影响土壤的保肥性，黏性土吸收能力强，可以一次多施，沙性土，吸收能力弱，黏性土吸收能力强，可以一次多施，沙性土，吸收能力弱，应少量多次；影响离子的供肥程度。应少量多次；影响离

46、子的供肥程度。v影响土壤的酸碱性影响土壤的酸碱性 氢离子和铝离子较多的盐基不饱和土壤呈氢离子和铝离子较多的盐基不饱和土壤呈酸性，而盐基饱和土壤则呈中性或碱性。酸性，而盐基饱和土壤则呈中性或碱性。v影响土壤的缓冲性：土壤胶体和土壤溶液组成一个缓冲体系。影响土壤的缓冲性：土壤胶体和土壤溶液组成一个缓冲体系。v影响土壤的物理性质：土壤胶体的聚散特性受土壤胶体上的阳影响土壤的物理性质：土壤胶体的聚散特性受土壤胶体上的阳离子影响很大，从而影响土壤的结构性、耕性等。离子影响很大，从而影响土壤的结构性、耕性等。第60页，共82页，编辑于2022年，星期五第三节第三节 土壤的酸碱性土壤的酸碱性第61页，共82

47、页，编辑于2022年，星期五土壤酸碱性第62页，共82页，编辑于2022年，星期五一、土壤的酸性一、土壤的酸性v土壤酸性的概念：当土壤溶液中土壤酸性的概念：当土壤溶液中H+浓度大于浓度大于OH-时，土壤呈酸时，土壤呈酸性反应；性反应；H+浓度小于浓度小于OH-时，呈碱性反应，两者相等时则为时，呈碱性反应，两者相等时则为中性反应。中性反应。v酸性的来源：土壤中含有致酸物质如酸性盐、有机酸、无机酸性的来源：土壤中含有致酸物质如酸性盐、有机酸、无机酸所致。酸所致。第63页，共82页，编辑于2022年，星期五(一)土壤酸化的机理1.氢离子的来源（1）水的解离：HOH H+OH-土壤胶体对氢离子吸附使得

48、水的电离平衡被破坏。（2）碳酸解离：H2CO3 H+HCO3-（3）有机酸的解离：有机酸 H+R-COO-（4）酸雨：(干沉降和湿沉降酸雨）（5）其它无机酸:施入土壤中生理酸性肥料产生的无机酸 2.土壤中铝的活化 当土壤胶体上交换性氢离子饱和度达到一定程度时，晶架结构解体，八面体中解体，铝离子释放出来成为活性铝，被胶体吸附称为潜性酸。第64页，共82页，编辑于2022年，星期五1、活性酸度：由土壤中自由扩散于溶液中的、活性酸度：由土壤中自由扩散于溶液中的H+浓度直接反浓度直接反映出来的酸度。映出来的酸度。2、潜在酸：由土壤胶体上所吸附的、潜在酸：由土壤胶体上所吸附的H+和和Al3+所决定的酸度

49、。所决定的酸度。(二二)土壤酸度的类型：土壤酸度的类型：第65页，共82页，编辑于2022年，星期五(1)交换酸交换酸 土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入溶液后所反映出的酸土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入溶液后所反映出的酸度。度。Al3+3H2O Al(OH)3+3H+用用1mol/L的的KCl(pH5.56.0)处理土壤，处理土壤，K+交换出氢离子或铝离子，交换出氢离子或铝离子，通过滴定得到的酸度。通过滴定得到的酸度。交换性酸是酸度的容量因素，单位交换性酸是酸度的容量因素，单位Cmol/kg。第66页，共82页，编辑于2022年，星期五(2)水解酸水解酸 具有羟基化表面的土壤胶

50、体，通过解离氢离子后所产生的具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离子后所产生的酸度。酸度。CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH 水解酸的测定是用水解酸的测定是用1mol/L的的CH3COONa(pH 8.3)处理土壤。处理土壤。第67页，共82页，编辑于2022年，星期五 交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的实际测定，因用交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的实际测定，因用pH 8.3的的CH3COONa，既测定出羟基化表面解离的，既测定出羟基化表面解离的H+，也测出了因，也测出了因Na+交交换出的氢离子和铝离子产生的交换酸度，还包括了土壤溶液中的活性酸，换出的氢离子和铝离子产