土壤的保肥性与供肥性.pptx
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1、(一)概念概念 分散体系是由两种或两种以上物质组成的,一种物质呈连续分布状态,量相对也比较大,称为分散介质(分散剂);另一种物质分子不连续,量也比较小,称为分散相(质)。土壤胶体主要是指土壤中那些细微的固体颗粒(直径小于1微米)可以均匀地分布在土壤溶液中,形成一种分散系。一、土壤胶体的概念及种类一、土壤胶体的概念及种类第1页/共39页无机胶体 有机胶体 有机无机复合胶体 土壤胶体按照胶体体系的化学-矿物学组成与来源划分(二)种类(二)种类第2页/共39页(1)有机胶体 指土壤中一类分子量大,结构复杂的高分子化合物。以土壤腐殖质为主体、其次还有少量蛋白质、多肽、氨基酸、以及多糖类高分子化合物。(
2、2)无机胶体 主要指由无机成分所构成的细微颗粒,包括较复杂的次生铝硅酸盐(高岭石、蒙脱石等)和简单的铁、铝、锰氧化物及硅胶等黏粒矿物。(3)有机无机复合胶体 有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化学的作用,相互结合在一起形成有机-无机复合体。是土壤胶体的主体。第3页/共39页(一)巨大的比表面(一)巨大的比表面 土壤胶体具有丰富的比表面和巨大的表面能,这使土壤具有其他一些独特的性质,如带电性、膨胀与收缩性、凝聚与分散性等的主要原因。(1)比表面:单位质量或单位容积某种物质的表面积之和,(cm2/g或cm2/m3)。(2)胶体表面能:界面上的物质分子(表面分子)所具有的多余的不饱和的能量。表面
3、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。二、土壤胶体的性质二、土壤胶体的性质第4页/共39页(二)土壤胶体的带电性(二)土壤胶体的带电性 依据土壤电荷产生的机制分为两类:依据土壤电荷产生的机制分为两类:(1)永久电荷:也叫内电荷,不受土壤溶液pH值变化而影响的电荷类型称为永久电荷、恒电荷或结构电荷。产生的原因:同晶替代作用。电荷种类:取决于同晶替代过程中离子的价数。特点:不受pH的影响。(2)可变电荷:也叫外电荷,随着土壤溶液pH值变化而变化的电荷叫可变电荷。产生的原因:主要是胶体表面分子解离。电荷种类:环境pH值大于胶体等电点时,胶体解离带负电,当环境pH值小于胶
4、体等电点时,胶体解离带正电。特点:受pH的影响第5页/共39页SiO4-4AlO6-92:1型1:1型第6页/共39页 也称同型异质替代。是指组成矿物的中心离也称同型异质替代。是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。造保持不变的现象。如四面体中的如四面体中的SiSi被被AIAI替代,八面体中的替代,八面体中的AIAI被被MgMg替代、被替代、被FeFe替代等较为常见。替代等较为常见。同晶替代的结果使土壤产生永久电荷,能吸同晶替代的结果使土壤产生永久电荷,能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子附土壤溶液中带相反电荷的离子
5、,使土壤具有保使土壤具有保肥能力。肥能力。同晶替代作用同晶替代作用第7页/共39页(三)土壤胶体凝聚与分散土壤胶体有两种存在的状态:一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液,称为溶胶。另一种是在外因作用下,胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体,称为凝胶。溶胶转变为凝胶,这一过程称为凝聚;凝胶也可以转变为溶胶,这一过程称为分散。第8页/共39页 胶体的分散和凝聚主要与加入的电解质胶体的分散和凝聚主要与加入的电解质种类和浓度有关。种类和浓度有关。电解质种类对胶体凝聚性影电解质种类对胶体凝聚性影响的一般规律是:响的一般规律是:离子价越大,其凝聚作用越离子价越大,其凝
6、聚作用越强,同价阳离子中,离子半径大的,水膜厚度强,同价阳离子中,离子半径大的,水膜厚度小的离子凝聚作用强。小的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为大小的顺序为:FeFe3+3+AlAl3+3+HH+CaCa2+2+MgMg2+2+NHNH4 4+KK+NaNa+电解质的浓度影响凝聚作用,随着浓度电解质的浓度影响凝聚作用,随着浓度的加大,其凝聚作用也增强。的加大,其凝聚作用也增强。第9页/共39页(一)土壤吸附 土壤是一个多孔体,同时在土壤表面具有大的表面能及电荷,使土壤具有明显的吸附性能,表现在土壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体
7、、液体等物质的能力,称土壤的吸附性能。土壤由于具有吸附性能,使土壤起到“库”的作用,避免了土壤养分的淋失,从而达到保蓄养分的能力,这对于植物营养、土壤肥力以及污染土壤的自净能力等方面起极其重要的作用。一、土壤胶体吸附性能一、土壤胶体吸附性能第10页/共39页(二)(二)土壤吸附的类型1 1、交换性吸附 是土壤胶粒带有电荷,借静电引力从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。土壤固相从溶液中吸附离子的同时,也伴随着固相表面上交换离子的解吸。2 2、专性吸附 是非静电因素引起的土壤对离子的吸附作用。它是指离子通过表面交换与晶体的阳离子共用1个或2个氧原子,形成共价键而被土壤吸附的现象。3 3、负吸附
8、是指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶液中该离子或分子的浓度的现象。第11页/共39页二、土壤阳离子吸附与交换作用二、土壤阳离子吸附与交换作用二、土壤阳离子吸附与交换作用二、土壤阳离子吸附与交换作用(一)基本概念(一)基本概念1.1.阳离子交换作用:阳离子交换作用:土壤胶体上吸附的阳离子与周围溶液中土壤胶体上吸附的阳离子与周围溶液中的阳离子进行等当量交换过程。的阳离子进行等当量交换过程。2.2.交换性阳离子:交换性阳离子:能与溶液中的阳离子进行等量交换的胶体能与溶液中的阳离子进行等量交换的胶体上吸附的阳离子。上吸附的阳离子。HH+、AlAl3+3+是是致酸离子致酸离子,与土壤的酸度有密切关系。
9、,与土壤的酸度有密切关系。CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+、NHNH4 4+等称为等称为盐基离子盐基离子。第12页/共39页 (二)阳离子交换的基本特征(二)阳离子交换的基本特征 1.1.阳离子交换是一种可逆反应。阳离子交换是一种可逆反应。大多数粘土矿物,大多数粘土矿物,Ca-kCa-k、Mg-kMg-k、Ca-NaCa-Na、Mg-NaMg-Na间的交间的交换速度很快,几秒钟即可达到平衡。换速度很快,几秒钟即可达到平衡。2.2.阳离子阳离子交换遵循等价离子交换的原则交换遵循等价离子交换的原则 如:用如:用CaCa2+2+去交换去交换k k+,则,则1mol Ca1mol Ca2+
10、2+可交换可交换2mol 2mol k k+3.3.阳离子交换服从质量作用定律阳离子交换服从质量作用定律 土壤溶液中某离子浓度增加,必然会增加土壤胶体对该土壤溶液中某离子浓度增加,必然会增加土壤胶体对该离子的吸附量(保肥性概念)。同时离子的吸附量(保肥性概念)。同时,对于离子价数较低、交对于离子价数较低、交换力弱的离子只要提高溶液中其浓度,就能增加土壤胶体对换力弱的离子只要提高溶液中其浓度,就能增加土壤胶体对它的吸附量(集中施肥依据)。它的吸附量(集中施肥依据)。第13页/共39页(三)影响阳离子交换能力的因素(三)影响阳离子交换能力的因素1.1.电电荷荷的的影影响响:根根据据库库仑仑定定律律
11、,阳阳离离子子的的价价数数越越高高,交交换换能能力也越大。力也越大。三价三价 二价二价 一价一价2.2.离离子子的的半半径径及及水水化化程程度度:同同价价的的离离子子,其其交交换换能能力力的的大大小小是依据其离子半径及离子的水化程度的不同而不同的。是依据其离子半径及离子的水化程度的不同而不同的。土壤中常见阳离子的交换能力顺序:Na+K+NH4+Mg2+Ca2+H+Al3+Fe3+3.3.离子浓度离子浓度 由由于于离离子子交交换换作作用用受受质质量量作作用用定定律律支支配配,交交换换能能力力较较弱弱的的离离子子如如果果浓浓度度足足够够大大时时,也也可可以以把把交交换换力力较较强强而而浓浓度度较较
12、小小的离子从胶粒上代换出来。的离子从胶粒上代换出来。第14页/共39页(四)土壤阳离子交换量(四)土壤阳离子交换量1.1.阳离子交换量的概念阳离子交换量的概念CECCEC:在在pHpH为情况下,测得每公斤干土所吸附阳离子的为情况下,测得每公斤干土所吸附阳离子的厘摩尔数。(厘摩尔数。(cmol(+)/kgcmol(+)/kg干土干土),也叫阳离子代换量。,也叫阳离子代换量。注意:注意:()()pHpH,因为,因为pHpH值影响土壤电荷总量,为了统一测值影响土壤电荷总量,为了统一测定标准,以便各地资料能够互比进行人为规定的。测定时要定标准,以便各地资料能够互比进行人为规定的。测定时要用缓冲液保证测
13、定基本条件用缓冲液保证测定基本条件()阳离子交换量是指土壤胶体上吸附所有阳离子总量。()阳离子交换量是指土壤胶体上吸附所有阳离子总量。CECCEC 交换性阳离子(交换性阳离子(cmol(+)/kgcmol(+)/kg干土)干土)()过去用毫克当量()过去用毫克当量100100克土表示(克土表示(me/100me/100克干土)克干土)()阳离子交换量实际上是土壤颗粒带电荷总量()阳离子交换量实际上是土壤颗粒带电荷总量第15页/共39页(1 1)作为土壤保肥性能的评价指标)作为土壤保肥性能的评价指标 阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。它阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。它直接反应土壤可以
14、提供速效养分的数量,也能表示直接反应土壤可以提供速效养分的数量,也能表示土壤保肥能力、缓冲能力的大小。土壤保肥能力、缓冲能力的大小。CEC20保肥性保肥性弱弱中等中等强强(2 2)作为制定施肥计划的参考)作为制定施肥计划的参考CECCEC高的土壤,稳肥,耐肥性好,可以少次多量高的土壤,稳肥,耐肥性好,可以少次多量CECCEC低的土壤,性燥,耐肥性差,可以少量多次低的土壤,性燥,耐肥性差,可以少量多次2.2.阳离子交换量的意义阳离子交换量的意义第16页/共39页 100%在土壤胶体上所吸附的阳离子中,在土壤胶体上所吸附的阳离子中,盐基离子盐基离子的数的数量占所吸附交换性阳离子总量的百分比叫量占所
15、吸附交换性阳离子总量的百分比叫盐基饱和度盐基饱和度。盐基饱和度常常被作为判断土壤肥力水平的重盐基饱和度常常被作为判断土壤肥力水平的重要指标之一。盐基饱和度大于要指标之一。盐基饱和度大于80%80%的土壤,一般被的土壤,一般被认为是肥沃的土壤,盐基饱和度认为是肥沃的土壤,盐基饱和度50%50%80%80%的为肥的为肥力中等,如果小于力中等,如果小于50%50%则土壤肥力较低。则土壤肥力较低。(五)盐基饱和度(五)盐基饱和度(BSPBSP)第17页/共39页三、土壤对阴离子的吸附与交换作用三、土壤对阴离子的吸附与交换作用三、土壤对阴离子的吸附与交换作用三、土壤对阴离子的吸附与交换作用(一)阴离子的
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