第八章 土壤胶体及其对离子的吸附交换作用

第八章土壤胶体及其对离子的吸附

交换作用

【教学目标】

●土壤胶体

1、掌握土壤胶体的含义、类型和基本构造。

2、重点了解土壤胶体的性质及其在土壤物理、化学和生物学过程中的重要作用。

3、了解土壤的保肥供肥性与土壤胶体组成的关系，为什么说土壤腐殖质含量高的其

保肥性强？

●土壤离子交换作用

1、解土壤产生吸收（吸附）性的根本原因、吸收类型及其产生的机理。

2、重点掌握阳离子交换作用产生的机理以及对土壤性状产生的影响。

土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分，土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、缓冲性以及土壤结构都有很大的影响。土壤肥力的高低与土壤胶体的组成、数量和性质密切相关，土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分；同时，土壤胶体的形成过程也是土壤形成过程的反映，由于土壤形成条件的不同，土壤的胶体类型、含量和性质均有较大的差异。所以，要了解土壤的形成过程和土壤肥力的实质，必须弄清土壤胶体的性质。本章将着重讨论对土壤肥力影响较大的土壤胶体的组成、结构、性质及其相关的离子交换性的一般规律。

8.1 土壤胶体

8.1.1 土壤胶体的概念

8．1. 1. 1 土壤胶体是一种分散系统

任何胶体系统都是一种分散系统，而分散系统通常由两种物质所组成，一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介质；另一种物质的分子是不连续的，称为分散相，分散相均匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。

在自然界中这种分散系统是很多的，如烟是微细的碳粒分散在空气里，云雾是小水滴分散在大气里，豆浆是大豆蛋白分子分散在水里等。土壤本身就是一个复杂的多元分散系统。

在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散相，而把土壤溶液和土壤空气看做分散介质。

8．1. 1. 2 土壤胶体的大小范围

一般胶体是指作为分散相的那些细小颗粒，其大小的上限是0.1 μm, 下限为 1

nm(<1 nm属于溶液范围)。但是胶体大小的界限也不是绝对的，而主要应根据表现出的胶体性质而定，如光学、电学性质等。

根据以上这种认识，土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同。一般将其上限规定为0.001 mm, 即1 μm，这比一般胶体大10倍，因为这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质，如黏粒又称为胶粒。

8.1.2 土壤胶体的种类土壤胶体从形态上可分为无机胶体(也称矿质胶体)、

有机胶体和有机-无机复合胶体。

8．1. 2. 1 有机胶体

土壤中的有机物质, 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，故称之为土壤有机胶体。土壤腐殖物质是土壤有机胶体的主体，此外，土壤中还有少量的蛋白质、多肽、氨基酸以及多糖类高分子化合物也具有胶体的性质。值得注意的是，土壤中还有大量的微生物，它们本身也具有胶体性质，是一种生物胶体。

土壤中大量的微生物对增加土壤的表面积和吸附性，促进土壤结构的形成有很大的作用。

土壤有机胶体在土壤中的含量同其他胶体相比并不多，但其性质却极为活跃，因为它带有大量的活性功能团，尤其是表面的酸性功能团如H+解离后, 使其带有大量的负电荷，阳离子代换量可高达300～500 cmol(M+)/kg。大多数土壤的有机胶体是非晶质的，有很高的亲水性，虽然数量不多，但起的作用却很大。

8．1. 2. 2 无机胶体

无机胶体又称矿质胶体, 主要是层状铝硅酸盐矿物和无定形氧化物组成。一般为极细微的黏粒，在数量上，无机胶体比有机胶体高几倍到几十倍。通常用土壤中黏粒(d<0.001mm)的含量来反映土壤无机胶体的数量。不同的土壤, 无机胶体的含量差异很大, 沙性土无机胶体的含量要比黏性土少得多。土壤中无机胶体的数量和组成对土壤的理化性质影响较大。土壤无机胶体主要包括：

(1)层状硅酸盐矿物它是无机胶体的主要组分, 大都是呈结晶态的次生矿物, 主要有1∶1型的高岭石类、2∶1型的蒙脱石类及水化云母类。有关矿物的一般特性已在土壤矿物质一章中介绍过。值得注意的是，不同类型的黏粒矿物表现出的胶体性质差异较大。

1∶1型的高岭石矿物单位晶胞小，形成的颗粒较大, 其胶体的分散度低, 胀缩性、黏性和吸收容量都不如2∶1型矿物大。2∶1型蒙脱石类矿物结晶的晶胞较大, 而形成的颗粒较小, 其胶体分散度高,胀缩性、黏性和吸收容量都较大。电荷来源主要是由于同晶替代作用，其中以2∶1型矿物的同晶替代较多, 电荷数量也多； 1∶1型的同晶替代少, 电荷也较少,因为它是边角-OH的解离产生的电荷，其数量一般很少。

(2)含水氧化物类胶体

①含水氧化硅胶体。多为游离的无定形氧化硅的水合物(SiO2·nH2O), 当发生电离时,使H+解离到溶液中, 致使胶体带负电。

H2SiO3(SiO2·nH2O)＝ H+ + HSiO3-＝ H+ + SiO32-

土壤中氧化硅的含量很多, 多以石英存在于沙粒和粉粒之中, 只有无定形的氧化硅才可能具有胶体性质, 无定形的氧化硅可溶于土壤溶液, 形成Si(OH)4, 通过聚合过程, 向稳定状态转化, 即从单体—水溶胶—水凝胶—干凝胶—最终形成类似蛋白石的脆性物质。不论溶胶或凝胶，都是一种活性很高的吸附剂。尤其是氧化硅凝胶，它具有很大的表面积和孔隙度，在pH值3.5以上, 带负电荷,能吸附阳离子或极性物质或其他带正电的溶胶。在一定条件下，凝胶也可转化为溶胶，随水流动、迁移。土壤中氧化硅胶体的存在和集聚，对土壤的形成和理化性质都有重要影响。一般把无定形氧化硅看做酸胶基，它与氧化铁、铝等碱胶基相互作用是形成土壤黏粒矿物的途径之一，氧化硅溶解随水流动沉积，不仅可填充土壤空隙，有利于细孔隙的形成，同时沉积的氧化硅凝胶可使土壤松脆。如形成脆盘。氧化硅胶体带有一定的负电荷，随pH值升高, 负电荷数增加, 但总的来说, 其交换量很有限。

②含水氧化铁、铝胶体。

含水氧化铁、铝在土壤中多以结晶态的矿物存在，最常见的铁氧化物是针铁矿和赤铁矿，还有磁赤铁矿、磁铁矿、纤铁矿和氢氧化铁或水铁矿等。各种铁氧化物在不同土壤中的种类和含水数量不同，各种氧化铁的颜色也不同，因此对土壤的染色也不同。

土壤中的氧化铁一般以两种以上的形态混合存在，它可以形成黏膜包被在土壤颗粒的外面，也可以形成溶胶沿剖面移动或者结晶形成小的颗粒存在于土壤中，还有部分形成络合物或者被吸附在黏土矿物表面。氧化铁普遍存在于黏粒和非黏粒之中，但一般在黏粒中较多。土壤中氧化铁的形态可以相互转化，受土壤pH、温度、有机质和Fe2+,如当pH>7时, 可形成Fe(OH)3生成针铁矿。

土壤中含水氧化铝胶体是矿物风化而来的，有晶态的，也有非晶态的，Al2O3Al(OH)3、AlOOH是晶态, 无定形铝主要是羟基铝及其聚合物，Al3+在溶液中可形成较大的OH-Al聚合物呈溶胶状。氧化铝的形态和数量对土壤结构、土壤酸碱性、土壤缓冲性等都有重要影响。

氧化铁、氧化铝胶体都是两性胶体，其带电性随环境的酸碱度变化而改变，在酸性条件下(一般pH<5)带正电, 而碱性条件下可带负电。

Al(OH)3+ H+＝ Al(OH)2+ + H2O 带正电

Al(OH)3+ OH-＝ Al(OH)2O-+ H2O 带负电

8．1. 2. 3 有机—无机复合胶体

土壤中的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。在复合的过程中，很多有机化合物可以和黏粒形成稳定性不等的各种复合体。实际上，土壤有机质因其性质极为活跃，绝大部分是以有机-无机复合体的形式存在的。一般把土壤的有机-无机复合体中含碳量占土壤总碳量的百分数称为有机无机复合度, 作为衡量土壤有机-无机复合体的数量指标。据资料(熊毅，1975), 土壤有机无机复合度可达50%～70％，不同土壤类型差异很大。

土壤有机-无机胶体的形成对改善土壤的理化性质有重要作用, 有机-无机复合体的稳定性比单纯的有机胶体高, 实际上土壤腐殖质的稳定性正是由于形成有机-无机复合体所造成的。在很多情况下，有机质在矿质胶体的表面形成一层胶膜，可以改变(或改善)无机胶体的表面性质,由于胶膜的作用使一些原来颗粒较大而胶体性质较差的矿质颗粒, 也表现出胶体的性质, 使土壤胶体颗粒的大小, 最大可达黏粒的上限, 甚至达到细粉粒的范围(1 μm)。有机-无机复合胶体的黏性、塑性要比黏粒弱，其表面积和代换量一般比复合前有机胶体和无机胶体两者之和小，不具有加和性。土壤有机-无机复合体是形成良好的稳定性团聚体的基础，其水稳性要比单纯的矿质团聚体高，从而对土壤的结构性、通透性、耕性等产生重要影响。

一般把有机无机复合体分为G0、G1、G2组。

关于土壤有机无机复合体分组最早始于丘林（1937），他提出土壤有机矿质结构的假说，进而将土壤复合体分为两组：G1组和G2组。但是在G1组中往往混有一部分能直接分散于水中的“非团聚化细土”，实际上它是一组水分散的复合体，故把它称为G0组。

G1组是通钙离子为键桥把有机质和矿物质连接起来的。

：

３Si—O—Ca—OOC COO—Ca—O—Si３ R

３

Si—O—Ca—OOC COO—Ca—O—Si３

但这种连结并不牢固，可用中性NaCl溶液拆开。

G1组复合体主要是胡敏酸钙凝聚的。它主要分布在离根较远，通气性良好的地方。其特点是腐殖质和活性氧化物含量较低，有机物质中的木质素和半纤维素较少。由于G1组缺乏活泼的胶体表面，若要使它黏结体变大，需要靠游离胶体的胶结。

另一种是由铁、铝氧化物的胶结作用连接起来的。这种有机质胶结作用可用下式表示（其中的Al也可换成Fe）。

３Si O Fe(OH) OOC COO Fe(OH) O Si３

如： R

３Si O Fe(OH) OOC COO Fe(OH) O Si３

这种连接比较牢固，不能用NaCl拆开，只能用稀碱溶液或研磨处理才能分开。

近根的团聚体主要由G2构成。由于这里的水分状况比较好，根际微生物活动旺盛，有机质丰富，在微生物的参与下，大量粗有机质分解，造成氧气不足，使氧化铁还原成亚铁，提高了铁的活性，有利于在矿物颗粒表面凝聚生成。它的特点是：腐殖质和活性二三氧化物含量较高，在有机物质中，同时包含腐殖质和未腐化物质（木质素、纤维素和半纤维素）。

8.1.3 土壤胶体的基本构造

土壤胶体分散系包括胶体微粒(分散相)和微粒间溶液(分散介质)两部分。描述胶体微粒的构造，通常用双电层理论。根据双电层理论，胶体微粒在构造上，可分为微粒核和双电层两部分(如图8-1)。

8．1. 3. 1 微粒核(胶核)

它是胶体微粒的核心物质,主要由腐殖质、硅酸盐矿物、土壤氧化物、蛋白质分子以及有机-无机复合胶体的分子群组成。

8．1. 3. 2 双电层结构

作为胶粒微粒核的物质在溶液中通常是带电荷的, 由于静电引力的作用,在微粒核的外围形成一个反号电荷的离子层，这样就构成了双电层。微粒核表面的电荷数量和密度对外层的反号离子的多少及两层电荷间电位具有决定作用，故称为决定电位离子层。

图8-1 胶体微粒构造示意图

外层电荷(离子)对决定电位离子层起补偿作用,使整个胶体微粒达到电中性, 故称之为补偿离子层, 而这些来源于溶液中的反号离子就称为补偿离子。

在溶液中胶核表面的电荷通过静电引力，将反号离子吸引在胶核的外围, 而反号离子由于热运动, 总有远离胶核表面的趋势, 同时反号离子被吸附的力大小与离子的电荷数量成正比, 与其距离的平方成反比。因此，胶核表面处的反号离子多而活性低，离胶核表面越远，反号离子越少而活性增大。根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为两层：靠近胶核表面的决定电位离子层的补偿离子被吸附得很紧，活性很小，难以解离，不起交换作用，故称为非活性补偿离子层。另一层距胶核表面较远，吸附的较松，有较大的活动性，可以和周围的离子交换，称为扩散层。扩散层中的离子分布很不均匀。

非活性补偿离子，被吸附得很牢固，它和微粒核决定电位离子层一个整体，故称为胶粒。当胶体和周围环境起代换作用时，大都发生在胶粒表面，而不在胶粒内部，故胶粒是起胶体作用的基本单位。

在双电层的两层电荷之间存在着电位差，电位的高低随着离胶核表面距离的增加逐渐降低。由决定电位离子层到扩散层外缘的电位差, 称之为全电位(ζo),全电位的大小取决于胶核表面的电性质(电荷数量和密度)。从胶粒(滑动面)到溶液的电位差称电动电位(用ζ表示), ζ电位是表现双电层特性的重要指标, 可以测定出来。电动电位的大小受扩散层厚度的制约，而扩散层的厚度在一定浓度条件下，决定于补偿离子的性质，即受离子价数，离子半径及水化程度等的制约。离子价数愈高，其水化半径愈小，扩散层愈薄。离子的水化程度越大，则水化半径也越大，扩散层也越厚。一般来说，扩散层越厚，电动电位越高，胶粒的电性也就显示得越充分。胶粒电性显示的充分与否，直接关系到胶体存在的状态，从而影响土壤的一系列物理性质，如结构性、黏性、耕性、胀缩性等等，这在实践中都是很有意义的。

8.1.4 土壤胶体的基本性质

土壤胶体的性质很多，但最能体现胶体性质并对土壤性质产生巨大影响的主要有以下几方面。

8．1. 4. 1 胶体的表面积和表面能

在固体物质的破碎过程中, 其总表面积和比表面是不断增加的。所谓比表面是指单位质量的物质的表面积总和，即

比表面＝总面积 / 质量 (8.1)

例如, 设有一半径为r的球形土粒, 土壤的密度为2.65 cm3/g, 则其比面为

比表面＝4 πr2÷(4/3πr3×2.65)

＝1.13/r(cm2/g) (8.2)

从(8.1)式可以看出, 比表面和颗粒半径成反比, 也就是说, 一定质量的物体, 颗粒愈细则总比表面积愈大。如半径为0.1 cm的1g沙粒, 则其比表面为11.3 cm2/g, 而半径为0.0001 cm的1g黏粒的比表面则可达11300cm2/g, 增加了1000倍。土壤胶体如黏粒、腐植酸分子等都相当细微，土壤胶体的表面积很大，加之黏粒矿物的层状结构和腐殖质的网状多孔结构还有很大的内表面积，可以吸附大量的养分离子(如图8-2)。因此, 1g土壤胶体的表面积是巨大的(见表8-1)。

不同土壤的胶体组成不同,土壤的比表面积也不同。一般土壤中有机质含量高,2∶1型黏粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。反之，如果有机质含量低, 1∶1型黏粒矿物较多, 则其比表面积就较小, 如红壤、砖红壤。

随着土壤胶体比表面积的增加，其表面能也发生很大的变化。表面能是指界面上的物质分子(表面分子)所具有的多余的不饱和能量。在胶体与液体或气体接触的界面上，由于液体

图8-2

分子或气体分子对它的引力小于胶体内部分子

的引力，使胶体表面分子产生多余的不饱和能

量。按照热力学定律，多余的能量消耗在与外

界其他分子的作用上，从而达到稳定状态。土

壤的物理吸附作用就是表面能作用的结果。一

般比表面积愈大，表面能愈大。表面能的大小

与比表面呈正相关，表面能愈高，产生的物理

吸附作用就愈强。因此，一般土壤质地愈黏，

其物理吸附作用愈强。随着表面积和表面能的增

加，土壤胶体的性质如胀缩性、可塑性、黏性等明显增强。

8．1. 4. 2 土壤胶体的带电性

土壤胶体带电的事实, 可以通过电泳现象观察到, 当直流电通过一土壤胶体溶液时, 胶粒大多向阳极聚集, 而所吸附的离子却向阴极聚集。这一现象说明土壤胶体在总体上是带

负电的。从电性来看，土壤胶体可以有正电荷也可以有负电荷，只是在一般情况下，土壤胶体的静电荷常表现为负电荷。土壤胶体上的电荷根据其稳定性可分为永久电荷和可变电荷。永久电荷不随土壤环境pH值的变化而变化, 而可变电荷的多少, 则随介质pH值的变化而变化。土壤电荷的来源是由土壤胶体本身的构造决定的，主要有以下几种情况。

（1）同晶代换

这种作用产生于粘粒矿物形成时, 其硅氧片中的Si4+有时可被大小与其相近的电性相同的其他离子(一般为Al3+)所代换，而水铝片中的铝则可被Mg2+、Fe2+、Fe3+等代换。代换的结果, 使得粘粒矿物晶层内产生多余的电荷, 由于土壤中多数的同晶代换是以低价代换高价的阳离子, 故产生的主要是负电荷, 但有时也会产生正电荷。

由同晶代换所产生的电荷是由于晶体结构本身的变化所引起的。一般不随介质pH的变化而变化, 属永久电荷或内电荷, 一般2∶1型的粘粒矿物如蒙脱石类、伊利石类的同晶代换产生的永久负电荷较多, 而1∶1型的高岭石类则较少。

（2）矿物晶格断键矿物在风化破碎的过程中, 其晶格边缘的离子, 有一部分未被中和,这就产生了剩余价键, 它以负电荷居多。以这种方式产生的电荷，高岭石＞伊利石＞蒙脱石。（3）表面分子的解离粘粒矿物的晶格表面的OH基, 腐植酸分子的酸性含氧官能团(如羟基、酚羟基)和羧基和黏粒中的无定形胶体(如硅酸胶体、氧化铁、铝等)，在介质的pH值发生变化时, 就有不同程度的解离, 从而使胶粒带电。如高岭石在pH<5时, 它表面的OH基就解离出H+,使高岭石胶粒带负电。而二三氧化物(R2O3)在酸性条件下(pH<5),则成为带正电荷的胶体，如图8-2所示。

通常自然土壤的pH值在5～9之间, 而土壤胶体的大部分, 特别是腐植酸的等电点远远低于这个范围, 所以大部分土壤胶体都带负电荷。只有两性胶体的可变电荷和少量的同晶代换可产生一定正电荷。但是，从整体来看，土壤胶体以带负电荷为主。当pH<5的土壤, 则可能带有较多的正电荷, 甚至比负电荷还多。

一般情况下，土壤胶体整体上显负电性，使土壤胶体以静电引力把土壤溶液中的阳离子吸附在土壤胶体的表面，而不致随水流失，使土壤具有保肥性。

8．1. 4. 3 土壤胶体的凝聚和分散

胶体有两种存在状态。一种是分散相均匀地分散在介质中, 称溶胶; 另一种是分散相在外因的作用下, 相互凝结聚合在一起, 称为凝胶。溶胶和凝胶并不是永久不变的，在一定条件下，可以相互转化。由溶胶变成凝胶的过程称为胶体的凝聚；反之，由凝胶转化为溶胶的过程，称为胶体的分散。土壤胶体在大多数情况下都是凝聚状态，凝聚态的土壤胶体可以用一价的阳离子如Na+、K+使其分散。

土壤胶体存在状态主要受两种力的作用。一是胶粒之间的静电斥力，它使胶体分散，二是胶粒之间的分子引力，它使胶粒相互吸引呈凝聚的趋势。如果静电斥力大于分子引力，则胶体呈分散的溶胶状，反之，若静电斥力小于分子引力则胶体呈凝胶状。这两种力的大小都与胶粒之间的距离有关。在胶粒电荷和胶粒大小一定的情况下，随着胶粒间距离的减小，引力可能超过斥力，使胶粒相互团聚。影响胶粒静电斥力大小的另一主要因素是胶粒静电荷的数量，而静电荷的数量则受补偿作用的控制。不同阳离子的补偿作用不同。如果土壤胶体所吸附的是二价以上的阳离子，其水化半径又较小，如Ca2+、Mg2+、Fe2+等。它们对土壤胶体所带的负电荷的补偿作用就大, 这样胶粒的剩余电荷就较少, 在胶粒间的静电斥力大大减小,甚至接近于零, 此时分散的胶粒之间的距离可达到分子引力作用的范围之内, 使胶粒相互团聚凝结起来。如果土壤胶体所吸附的主要是一价阳离子, 其水化半径较大, 如Na+、K+、NH4+等, 它们对胶体所带的负电荷的补偿作用较小, 静电斥力就相当高, 同时扩散层的厚度较大, 分子引力较小, 因而胶体不能凝聚, 而呈分散状态。

土壤中常见的阳离子按其对胶体的凝聚力的大小，可排成如下顺序：

Fe3+> Al3+> H+>Ca2+> Mg2+> NH4+ > K+ > Na+

由此可见, 阳离子价数高的，其凝聚力大于价数低的，一般三价阳离子的凝聚力是二价阳离子的4～6倍, 而二价阳离子的凝聚力比一价阳离子高20～25倍。一种离子凝聚力的大小取决于其所带相反电荷的数量和水化半径的大小。离子的价数越高，离子的电荷也越多，对胶体本身的电荷的中和能力越强。而离子的水化半径越小，或离子的水膜越薄，则使胶体的扩散层越薄，使胶体粒之间的距离更近，有利于胶粒的相互凝聚。对于价数相同的离子，水化半径小的，其凝聚力大于水化半径大的。离子的水化度越高，其水膜越厚，则其凝聚力越低。H+的情况很特殊, 这是因为H+作为单纯的质子, 其电场强度很大, 而半径又极小, 故其凝聚力很强。因此, 在土壤中, 一般二价以上的阳离子和H+一般起凝聚作用, 而一价(H+除外)离子经常起分散作用。

此外，溶液中的离子浓度对胶体的分散和凝聚的影响也是很大的。即使凝聚力很强的三价阳离子，如果其浓度很低，也不能使分散的胶体凝聚下来。相反，当溶液中的一价阳离子的浓度很高时, 由于每个阳离子都没有充分水化, 水膜很薄, 其凝聚能力较强, 同样也可使溶胶变成凝胶。如在盐渍化土壤中，在含钠、钾盐较高，其表层有凝聚很好的假团聚体柱状或团粒结构。但当盐分淋失后, 这些结构体就不复存在了，土壤的通透性立刻就变得很糟，其他的物理性状也随之恶化。对于土壤胶体，由一价阳离子形成的凝胶, 当稀释时, 则又可转化为溶胶。但是由二价以上的阳离子形成的土壤凝胶一般是不可逆的，即不能再分散成溶胶。因为高价的阳离子被土壤胶体吸附得很紧，不易被代替出来。所以，由二价或三价阳离子形成的凝胶可以进一步形成稳定性较高的结构体，对土壤的其他理化性质都有较好的影响。

土壤中的电解质浓度是经常变化的，如干湿交替、冻融作用以及各种农业技术措施包括施肥、灌水、中耕、烤田等，都可使土壤溶液中的电解质浓度发生变化，从而使胶体的状态发生变化，或凝聚或分散，如施用石灰、可显著增加土壤中Ca2+, 从而促进土壤胶体凝聚, 形成良好的结构。又如集中施用化肥，显著提高局部土壤溶液的电解质浓度，也可改变局部土壤胶体的状态。

总之，土壤胶体的凝聚与分散，直接影响土壤的许多重要性质，尤其是土壤的结构、通透性和土壤耕性等。

8.2 土壤胶体对离子的吸附作用

农民施用化肥如铵态氮肥随水施入土壤, 并不担心化肥随水流失, 化肥可保存在土壤中逐渐被植物吸收利用。这是为什么呢？要弄清这个问题，就必须了解土壤的吸附性能。

8.2.1 土壤胶体吸附性的含义

土壤的吸附性就是土壤能吸附并保持一些物质的性质。它主要是吸收(附)并保持土壤溶液中的离子、分子以至一些悬浮物质的性质。

人们在长期的实践过程中，早就发现并利用土壤的吸附性。如施用人粪尿作肥料时，常将人粪尿和土壤拌匀，以防止其中的氨挥发损失；堆制有机肥时，覆土而避免养分逸失, 也减少臭味的散发和空气污染。

土壤的吸附性与土壤胶体是分不开的，它是土壤胶体最主要的性质，对土壤的化学、物理、生物学性质影响很大，可以说土壤的吸收性对土壤性状的影响是全面而深刻的，直接反应了土壤肥沃性的高低。

8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义

按吸附的机理和作用力的性质可将吸附性分为下列5种类型。

8．2. 2. 1 机械吸附

机械吸附是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。土壤是个多孔体系，有大孔隙，也有小孔隙，孔隙的状况极其复杂，如大小孔隙相互连接，孔径弯曲多种多样。这样随水(灌水或降水)进入土壤的一些固体物质, 如有机残体, 肥料颗粒和细小的黏粒等被截留, 使这些物质保存于土壤中。机械吸附对可溶性的分子和离子，如水溶性养分等不起保存作用。机械吸附的程度与土壤质地有关，一般质地细的土壤，小孔隙多，能截获较多的固体物质，如水稻田的犁底层，比较紧实，透水性较差，它的形成增强了机械吸附作用。

8．2. 2. 2 物理吸附

物理吸附是指借助于土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物质分子。由于土壤的细粒部分具有巨大的表面积和表面能，要降低土壤颗粒的表面能，只有靠降低其表面张力来完成。当土壤细粒吸附表面张力较小的物质分子以后就可以降低其表面能，这就是物理吸附的机理降低土壤表面张力的物质主要是有机化合物分子，如肥料中的尿素、氨基酸、醇类、有机碱以及农药制剂中的一些分子，气体的NH3、CO2也可降低土壤颗粒的表面能。这些物质降低了土壤颗粒的表面张力，吸附并暂时保存在土壤中，物理吸附的力主要是分子间的引力，其吸附力较弱，它不能对表面张力大的无机酸、无机盐类进行吸附。

土壤物理吸附强弱主要受质地和胶体类型的影响，土壤表面积越大的土壤，其物理吸附越强烈。另外，温度升高，可降低物理吸附的量。利用物理吸附的原理，可以测定土壤的表面积和比表面积，如甘油吸附法，是把土壤(或土壤胶体)放在饱和的甘油蒸汽中, 让甘油分子吸附在土壤胶体的表面(包括内表面), 根据吸附的甘油量可以计算出土壤的比表面积。由于土壤的物理吸附作用，使土壤溶液的浓度不均一，便于根系选择适宜的浓度进行吸收，只是它所保存的养分无论在时间上或在空间上都是比较有限的。

8．2. 2. 3 化学吸附

化学吸附是指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用, 生成难溶性化合物或沉淀, 因而保存于土壤中的现象。这种吸附是以化学反应为基础的，故称为化学吸收。在土壤中易发生化学吸收的部分主要是土壤溶液中的阴离子，如：

磷酸根：PO43-、HPO42-、H2PO4-

硅酸根: SiO32-、HSiO3-

碳酸根: CO32-

硫酸根: SO42-

有机酸根: C2O42-(草酸根)等。

这些阴离子在土壤中容易和土壤中的高价阳离子发生化学反应，形成沉淀物质。如在酸性土壤中被固定的磷酸三钙、磷酸八钙，其溶解度很小，在酸性土壤中与Fe3+、Al3+形成磷酸铁铝, 溶解度更低,这就导致磷素不能被作物吸收利用, 从有效转为无效。土壤对磷的固定是非常普遍的, 关于磷的固定, 将在养分一章详述。

化学吸收虽然可以减少可溶性物质(养分)的流失, 但却使这些营养物质的有效性大大降低, 事实上它是提高磷肥或其他营养物质肥效的最大障碍。因此，在农业生产上，要尽量减少或避免发生化学固定。

8．2. 2. 4 生物吸附

生物吸收是指借助于生活在土壤中的生物(包括植物、微生物和一些小动物)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，又称为养分生物固定。生物吸收的方式有3个特点：

(1)选择性生物根据自身生物学特性及生命活动的需要，有选择地而不是完全机械被动地吸收养分，当然有些养分是通过被动吸收的。生物体的元素并不都是生物必需的，但大部分元素都是生物所必需的，这些被生物累积下来的养分，越来越适合生物体的需要。

(2)表聚性由植物根系和其他生物主要活动在土壤的表层，而根系又往往把下层的土壤养分集中到表层，长此以往，使表层土壤中养分的含量和种类都比下层更丰富更完全。一些深根性作物如豆类、棉花等作用更为明显。如磷在土壤剖面上的含量以表层最高，往下逐渐降低，这就是生物吸收作用对磷表聚的结果。

(3)创新性随着生物在土壤母质上的发展, 使土壤中增加了原来没有的营养元素, 这就是生物固氮作用, 使土壤的氮素从无到有, 从少到多, 土壤的肥沃性越来越高。另外，土壤生物的活动对土壤母质具有生物风化作用，可以加速土壤母质的矿化分解，丰富土壤中的营养元素, 故生物吸收对土壤和土壤肥力的形成和发展是很关键的。在土壤的形成因素中，生物因素是主导因素。在农业实践中，人们利用生物固定的原理去培肥土壤，如种

绿肥(可固氮)以肥田。被生物固定的养分虽然暂时失去了有效性，但随着生物的死亡和分解，又可释放出来供作物吸收利用；也可以避免养分随水流失和逸散，减轻化学吸收固定养分的作用。因此，在种植绿肥时施用磷肥, 既可促进固氮作用, 又可提高下茬作物所需磷的有效性。施用菌肥可以提高土壤的磷、钾等元素的有效性, 而使固定作用减轻。

8．2. 2. 5 物理化学吸收(附)

物理化学吸附是发生在土壤溶液和土壤胶体界面上的一种物理化学反应, 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而保存下来, 避免这些水溶性的养分流失, 被吸附在胶体表面的养分离子并不失去其有效性, 还可被解吸下来供作物吸收利用，也可通过植物根系接触代换被吸收。物理化学吸附对土壤的理化性质及肥力的影响极大，也是本节的重点内容。

土壤的物理化学吸附主要是对阳离子的吸附。按物理化学的概念，溶质在溶液中呈不均一的分布状态，胶体表面吸附的离子浓度和溶液中的离子浓度不同，近胶体表面离子浓度高，远胶体表面离子浓度小，这种浓度差异现象服从最小自由能原理，称为物理化学吸附作用。在土壤学上通常用胶体的固液相界面由静电作用而产生的双电层到自由溶液中离子浓度分布的均匀性来解释这种吸附作用。

离子吸附的动力主要是静电引力，这是因为土壤胶体一般都带有大量的电荷，有正电荷也有负电荷，因此它可以吸附土壤溶液中符号相反的其他阴阳离子。

按照吸附的离子种类可分为阳离子吸附和阴离子吸附。

（1）阳离子吸附

通常情况下, 土壤胶体综合表现为带负电, 故在胶体上吸附的离子主要为阳离子。土壤中常见的吸附性阳离子有：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Al3+和H+等。其中Al3+和H+称为致酸离子, 它们和土壤酸度有密切关系。除Al3+和H+离子以外的其他阳离子，它们都能和阴离子形成盐类，传统上称这些阳离子为盐基离子。它们大多是植物能迅速吸收同化的营养元素的一种形态。

不同地区的土壤，在阳离子组成上有很大的差异，而阳离子的组成对土壤的酸碱度、缓冲性和养分的有效性有很大的影响。当土壤胶体吸附的阳离子都属于盐基离子时，则土壤呈盐基饱和状态，这一土壤称为盐基饱和土壤。当土壤胶体所吸附的阳离子仅部分地为盐基离子，而其余一部分为H+和Al3+, 则这一土壤胶体呈盐基不饱和状态, 称为盐基不饱和土

壤。各种土壤盐基饱和的程度是不同的，通常用盐基饱和度来表示。所谓盐基饱和度就是指

土壤胶体上交换性盐基离子占全部交换性阳离子的百分数，即

盐基饱和度％＝交换性盐基量(mmol/kg)/阳离子交换量(mmol/kg) 盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应, 而盐基不饱和的土壤则呈酸性反应。南方土壤中H+

和Al3+等致酸离子较多, 土壤的盐基饱和度小，而北方土壤的盐基饱和度大, Ca2+和Mg2+占

有较大的数量和比例；盐渍化土壤中, Na+和K+所占的比例较大, 而水稻土壤中, NH4+有时占

有较大的比例。土壤胶体上阳离子的组成和盐基饱和度，是土壤在自然条件下，长期平衡的

结果，随着土壤条件的变化，土壤所吸附的阳离子的组成也经常变化，如灌溉、施肥和作物

的吸收均可影响土壤胶体的阳离子组成。

土壤胶体所吸附的阳离子不仅保存了土壤中的速效养分，防止养分流失，同时，它们也

可以通过阳离子交换作用而进入土壤溶液，被作物吸收利用，土壤有效养分的绝大部分都是

以这种形态存在的，一般把这部分被土壤胶体吸附而又能交换下来的养分称为交换态养分，

它对当季作物养分的吸收利用具有决定性作用。如某种交换态养分少，那么土壤溶液中的这

种养分也不会多，这样就可能导致作物缺乏该种养分元素。

（2）阴离子吸附

土壤胶体一般带负电, 但某些胶体或胶体的局部也可带正电荷, 如溶液中pH值低于等

电点时,两性胶体——含水氧化铝、铁或腐植酸中的氨基(-NH2)就会带正电荷。这种胶体就

可以吸附阴离子，发生阴离子吸附作用。和土壤中阳离子吸附相比，阴离子的吸附作用则弱

得多，有些阴离子反而出现负吸附现象。

土壤中的阴离子种类很多，不同的阴离子和土壤胶体的亲和力不同，有的容易被土壤

吸附，有的不易被土壤吸附，有些离子既可被交换吸附，又可产生化学吸收，而且常发生化

学固定，因而其性质很难区分，如PO43-、SO42-、CO32-(特别是PO43-)。所以一般按照土壤对阴

离子吸附能力的大小和难易程度笼统的将其分为3类。

①易被土壤吸附的, 如PO43-、HPO42-、H2PO4-、SiO32-、HSiO3-和有机酸根离子如草酸根C2O2-4

等都属于此种情况。

②不易被吸附甚至发生负吸附的阴离子, 如Cl-、NO3-、NO2-等。

③介于二者之间的阴离子如，SO42-、CO32-等。

吸附顺序如下：

F->草酸离子>柠檬酸离子>H2PO4->HCO3->醋酸离子>PO43->SO42->Cl-阴离子的吸附，一方面受离子交换能力的影响，另一方面与土壤胶体类型和pH值有关。

一般而言，含高岭石、氧化铁和三水铝石的土壤容易带正电荷，对阴离子的吸附作用较明显，

而富含2∶1型粘粒矿物的土壤则不明显。

阴离子的负吸附，是指阴离子不但不被胶体表面吸附，而且使溶液中离子浓度增高，即

近胶体表面的浓度低于远胶体表面溶液中的浓度, 这种现象，称为阴离子的负吸附。这是由

于土壤胶体一般带负电荷，对阴离子产生排斥的结果。由于土壤胶体只带有部分的正电荷，

且常发生土壤胶体表面的化学固定，从而掩盖了负吸附现象，使一般土壤的负吸附现象并不

十分明显，负吸附的规律是随着土壤胶体数量和交换量的增加而增加，随着阴离子价数的增

加而增加，随陪伴阳离子的价数增加而减少。

因此，在农业上，根据阴离子吸附的特点，对于一些含阴离子养分的肥料或其他药剂，

在施用时应注意。如硝态氮肥要防止负吸附, 不应施后立即灌水或在下雨前大量施用, 含

Cl-的化肥要早施、深施、作基肥，以便其Cl-提早排出土体以减少Cl-的毒害, 含F-的药剂

应注意其吸附性强的特点, 以免影响其药效。

第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor

第八章土壤阳离子交换性能的分析P152 第一节概述 土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。 在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子，因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。 土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量 [cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。 土壤交换性能是土壤胶体的属性。土壤胶体有无机胶体和有机胶体。土壤有机胶体腐殖质阳离子交换量200～400cmol·kg -1。无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。 因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1：这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。阳离子交换量的测定受多种因素影响。例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。H+在一价阳离子中置换能力最强。 在交换过程中，土壤交换复合体的阳离子、溶液中的阳离子和指示阳离子互相作用，是一种极其复杂的竞争过程。交换剂溶液的pH是影响阳离子交换量的重要因素。阳离子交换量由土壤胶体表面净负电荷量决定。无机、有机胶体的官能团产生的正负电荷和数量则因溶液的pH和盐溶液浓度的改变而变动。 尽管在常规方法中，大多数都考虑了交换剂的缓冲性，例如酸性、中性土壤用pH7.0，石灰性土壤用pH8.2的缓冲溶液，但是这种酸度与土壤、尤其是酸性土壤原来的酸度可能相差较大而影响结果。 最早测定阳离子交换量的方法是用饱和NH4Cl反复浸提，然后从浸出液中NH4+的减少量计算出阳离子交换量。该方法在酸性非盐土中包括了交换性Al3+，即后来所称的酸性土壤的实际交换量（Q+，E）。 后来改用1mol·L-1NH4Cl淋洗，然后用水、乙醇除去土壤中过多的NH4Cl，再测定土壤中吸附的NH4+（Kelly and Brown, 1924）。 后来人们改用缓冲盐溶液如乙酸铵（pH7.0）淋洗，并用乙醇除去多余的NH4+以防止吸附的NH4+水解（Kelly，1948；Schollenberger and Simons，1945）。这一方法在国内应用非常广泛，美国把它作为土壤分类时测定阳离子交换量的标准方法。 但是，对于酸性土特别是高度风化的强酸性土壤，往往测定值偏高。因为pH7.0的缓冲盐体系提高了土壤的pH，使土壤胶体负电荷增强。同理，对于碱性土壤则测定值偏低（Kelly，1948）。 由于CaCO3的存在，在交换交换清洗过程中，部分CaCO3的溶解使石灰性土壤交换量测定结果大大偏高。对于含有石膏的土壤也存在同样的问题。 Mehlich A（1942）提出用0.1mol·L-1 BaCl2—TEA（三乙醇胺）pH8.2缓冲液来测定石灰性土壤的阳离子交换量。在这个缓冲体系中，因CaCO3的溶解受到抑制而不影响测定

土壤环境化学重点

Chap 4 1原生矿物：它们是各种岩石（主要是岩浆岩）受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；土壤中最主要的原生矿物有四类：硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物和磷酸盐类矿物。其中硅酸盐类矿物占岩浆岩重量的80％以上。 次生矿物：它们大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有所改变。 在土壤形成过程中，原生矿物以不同的数量与次生矿物混合成为土壤矿物质。简单盐类、三氧化物类和次生铝硅酸盐类。 2 土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体。非腐殖物质（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）腐殖质（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）。 3土壤空气与大气组成有较大的差别: （1）土壤空气是一个不连续的体系。（2）CO2含量一般远比在大气中高，氧的含量则低于大气。造成这种差别的原因是土壤中植物根系的呼吸作用、微生物活动中有机物的降解及合成时消耗其中的O2，放出CO2。（3）土壤空气一般比大气含有较高的水量。土壤含水量适宜时，相对湿度接近100%。（4）除此之外，由于土壤空气经常被水汽所饱和，在通气不良情况下，厌氧细菌活动产生的少量还原性气体如CH4、H2S、H2也积累在土壤空气中。 4 由不同的粒级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况，称为土壤质地（或土壤机械组成）。 5国际制和美国制均采用三级分类法，即按砂粒、粉砂粒、粘粒三种粒级的百分数，划分为砂土、 壤土、粘壤土和粘土四类十二级。

6土壤胶体的性质:1）土壤胶体具有巨大的比表面和表面能：（2）土壤胶体的电性：（3）土壤胶体的凝聚性和分散性 , 影响因素：土壤胶体的电动电位和扩散层厚度及土壤溶液中电解质浓度、pH值影响土壤凝聚性能。 7 离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。阳离子交换能力的强弱主要依赖于以下因素：①电荷数：离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。②离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。 8每千克干土中所含全部阳离子总量，称为阳离子交换量 (cmol/kg) ，不同土壤的阳离子交换量不同： ①不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体>蒙脱石>水化云母>高岭土>含水氧化铁、铝。 ②土壤质地越细，阳离子交换量越高。 ③土壤胶体中SiO2/R2O3比值越大，其阳离子交换量越大，当SiO2/R2O3<2，阳离子交换量显著降低。 ④pH值下降阳离子交换量降低；反之，交换量增大。 9 可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，H+和A13+；另一类是盐基离子，Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+等。当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度： 10活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中H+浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。

土壤地理学名词解释复习

1.土壤质地：各个粒级的土壤颗粒在土壤中所占的相对比例或质量分数。 2.土壤剖面:地表至母质或母岩的土壤垂直断面。 3.土被结构：地球陆地表面连续分布的土壤状如被覆，故称之为土被，而土壤群体组合的空间格局或空间构型，简 称为土被结构。 4.土壤腐殖质：是一种分子结构复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定性胶体，是土壤微生物利用植物残体及其分 解产物重新合成的一种有机高分子化合物。 5.土壤结构：土壤中团聚体的组合排列方式成为土壤结构 6.土壤地理学：是介于自然地理学和土壤科学的交叉学科，其研究对象是土壤及其与地理环境系统的关系，主要内 容是研究土壤的发生发育、土壤分类及时空分异规律，进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据的学科。 7.土壤潜育化过程：主要是在土体在水分饱和、强烈嫌气条件下所发生的还原过程； 8.淋溶土：土纲的一个名称，土壤形成过程中淋滤作用，有粘化层。 9.富铁土：是分布在世界亚热带地区，中度富铁铝化作用的土壤类型，含有低活性富铁层，其成土过程是盐基强烈 淋失，明显的脱硅作用，铁铝氧化物富集。 10聚合土体：在空间上相邻、物质组成和性状上相近的多个单个土体组成聚合土体。 12母质：是形成土壤的物质基础；通常把与土壤有直接联系的母岩风化物或堆积物成为物质。 13门塞尔颜色系统：一种科学化描述土壤颜色的标准色卡比色法，命名系统用颜色的三个属性色调、量度和饱和度。 14土水势：是指单位水量从一平衡的土-水系统移动到与它同温度而处于参比状态的水池时所作的功。 15 CEC:土壤阳离子交换量，土壤胶体所能吸附的各种阳离子总量，其数值以每千克土壤中各种阳离子的物质的量 来表示。 17单个土体：土壤剖面的立体化，作为土壤的三维实体，体积最小，横切面积面积近似六边形，面积一般为1－10平方米。 18土壤发生层：简称土层，是土壤剖面中与地面大致平行的物质及性状相对均匀的各层土壤。 20土壤胶体: 土壤胶体是指土壤中颗粒直径小于2000毫微米，具有胶体性质的微粒。是土壤中高度分散的部分。22腐殖化过程：进入土壤中的生物残体，在土壤微生物作用下，合成为腐殖质的过程。 9壤风化淋溶系数：即ba值，指的是母质或土壤中各种盐基的氧化物与氧化铝的分子比值。B代表Na2O、K2O及CaO、MgO分子数之和；a代表Al2O3的分子数。 10土壤风化指数：是指通过淋溶层和母质层中氧化钾与氧化钠的比值，了解土壤矿物质风化程度。（土壤风化指数越小，说明它的风化强度越强） 13浆岩：由地壳深处的熔融岩浆，受地质作用的影响，上升冷却凝固而成的岩石（如灿石、原始岩石）。 14沉积岩：地壳表面早期形成的各种岩石（岩浆岩、变质岩和先形成的沉积岩）经过风化搬运、沉积和成岩等作用，再次形成的岩石。 15变质岩：原有的岩石受到高温、高压和化学活性物质的作用，改变了原有的结构、构造及矿物成分而形成的新岩石。 16风化作用:是指地表的岩石矿物，遇到了和它形成时截然不同的外界条件而遭到破坏，使其内部的结构、成分和性质发生变化的过程。 17物理风化:又称机械崩解作用，是指由物理作用（温度变化、水分冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川摩擦力等物理因素）使岩石矿物崩解破碎成大小不同形状各异的颗粒，而不改变其化学成分的过程。 18化学风化:化学风化也叫化学分解作用，主要是指岩石矿物在水、氧、二氧化碳等风化因素参与下，所发生的一系列化学变化过程。 19生物风化:生物风化是指岩石中矿物在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，进行的机械性破碎和化学分解过程。 20水解作用:岩石矿物在水分、二氧化碳等因素的影响下发生化学的分解，使岩石矿物遭到破坏，并把养分释放出来的这种作用称为碳酸化作用。 22坡积物:山坡上部风化的碎屑物质，经雨水或雪水的侵蚀冲刷，并在重力作用下，被搬运到山坡的中、下部而形成的堆积物，称为坡积物，多分布在山坡或山麓地带。 23冲击母质:指风化碎屑受河流（经常性水流）侵蚀、搬运，在流速减缓时沉积于河床的沉积物。 24黄土母质:黄土是第四纪的一种特殊沉积物。黄土为淡黄或暗黄色，土层厚度可达数十米，粉砂质地，粗细适宜，通体颗粒均匀一致，疏松多孔，通透性好，具有发达的直立性状，含有10%～15%的碳酸钙，常形成石灰质结核。

第八章胶体化学(粘土——水系统)

第八章胶体化学( 粘土——水系统) 教学要求： 1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。明确憎液溶胶的主要特征。 2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。 3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。 4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。 5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的 影响。 6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。 7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。 8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。 教学重点难点： 1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。 2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。胶体化学部分省略 粘土——水系统 1粘土的荷电性 （1）负电荷： ①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。 蒙脱石：2：1型，二八面，层间水， 高岭石：1：1型，二八体，无层间水 高岭石中破键,少量同晶置换， ③吸附在表面的腐殖质离解而产生。 （2）两性电荷 ①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。

②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。 2 粘土的离子吸附与交换 粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。 （1）吸附：介质中的阳离子。 H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子 +>K+>Na+>Li+ 水化半径越小，越被吸附。其顺序 H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH 4 （2）离子交换： 由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。例如交换反应如下： Ca-粘土+2Na+≡2Na-粘土+Ca2+ 利用离子交换可以提纯粘土： X——树脂+Y——粘土≡Y——树脂+X——粘土，其中Y为多种离子。 （3）影响离子交换的因素 3粘土胶体的电动性质 （1）粘土与水作用（胶团结构） 粘土表面带负电，存在着一个电场，使极性分子定向排列，形成水化层（吸附层），直到水分子热运动足以克服胶核引力，水分子逐渐过渡到不规则排列——扩散层。粘土胶团的结构示意图 ①牢固结合水：粘土颗粒（胶核）吸附着完全定向的水分子层和水化阳离子，这部分与胶核形成一个整体，一起在介质中移动（胶核），这种水称为牢固结合水。 ②松结合水：牢固结合水外定向程度较差的水，<200A 。 ③自由水：松结合水以外，无定向性>200A。 ④结构水：以OH-基形式存在于晶格结构内的水。 ⑤粘土结合水的影响因素：A.矿物组成；B.分散度以及吸附阳离子；C.离子价态和半径关系; 其排列顺序如下： H+

第八章 土壤胶体及其对离子的吸附交换作用

第八章土壤胶体及其对离子的吸附 交换作用 【教学目标】 ●土壤胶体 1、掌握土壤胶体的含义、类型和基本构造。 2、重点了解土壤胶体的性质及其在土壤物理、化学和生物学过程中的重要作用。 3、了解土壤的保肥供肥性与土壤胶体组成的关系，为什么说土壤腐殖质含量高的其 保肥性强？ ●土壤离子交换作用 1、解土壤产生吸收（吸附）性的根本原因、吸收类型及其产生的机理。 2、重点掌握阳离子交换作用产生的机理以及对土壤性状产生的影响。 土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分，土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、缓冲性以及土壤结构都有很大的影响。土壤肥力的高低与土壤胶体的组成、数量和性质密切相关，土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分；同时，土壤胶体的形成过程也是土壤形成过程的反映，由于土壤形成条件的不同，土壤的胶体类型、含量和性质均有较大的差异。所以，要了解土壤的形成过程和土壤肥力的实质，必须弄清土壤胶体的性质。本章将着重讨论对土壤肥力影响较大的土壤胶体的组成、结构、性质及其相关的离子交换性的一般规律。 8.1 土壤胶体 8.1.1 土壤胶体的概念 8．1. 1. 1 土壤胶体是一种分散系统 任何胶体系统都是一种分散系统，而分散系统通常由两种物质所组成，一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介质；另一种物质的分子是不连续的，称为分散相，分散相均匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。 在自然界中这种分散系统是很多的，如烟是微细的碳粒分散在空气里，云雾是小水滴分散在大气里，豆浆是大豆蛋白分子分散在水里等。土壤本身就是一个复杂的多元分散系统。 在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散相，而把土壤溶液和土壤空气看做分散介质。 8．1. 1. 2 土壤胶体的大小范围 一般胶体是指作为分散相的那些细小颗粒，其大小的上限是0.1 μm, 下限为 1 nm(<1 nm属于溶液范围)。但是胶体大小的界限也不是绝对的，而主要应根据表现出的胶体性质而定，如光学、电学性质等。 根据以上这种认识，土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同。一般将其上限规定为0.001 mm, 即1 μm，这比一般胶体大10倍，因为这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质，如黏粒又称为胶粒。 8.1.2 土壤胶体的种类土壤胶体从形态上可分为无机胶体(也称矿质胶体)、

土壤环境化学

土壤环境化学 土壤圈是自然环境要素的重要组成之一，它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁殖的能力，称作土壤圈。 1、土壤的组成 土壤除固相、液相和气相组成外，土壤中还有数量众多的细菌和微生物。

2、原生矿物 3、次生矿物 （1）按形态分类 ①非晶态次生矿物 呈胶膜状态，它包裹于土粒表面，如水合氧化铁、铝及硅等； 呈粒状凝胶成为极细的土粒，如水铝类石等，是一种无固定组成的硅铝氧化物，并有较高的阳离子和阴离子代换量，特别是无定形氧化物具有巨大的比表面和较高的化学活性。 ②晶态次生矿物－主要是铝硅酸盐类黏土矿物 由硅氧四面体和铝氢氧八面体的层片组成 硅氧四面体：一个硅原子与四个氧原子组成，形成一个三角锥形的晶格单元 铝氢氧八面体：一个铝原子与六个氧原子或氢氧原子组组成，形成具有八个 面的晶格单元 （2）按性质分类 ①简单盐类：方解石(CaCO3)、石膏(CaSO4·H2O) 原生矿物化学风化后的最终产物 水溶性盐，易淋溶流失 土壤中存在较少、主要存在盐渍土壤中、干旱地区 ②三氧化物类 硅酸盐矿物彻底风化后的产物 ③次生铝硅酸盐类（粘土矿物） 由长石等原生硅酸盐矿物风化后形成 在土壤中普遍存在、土壤的主要成分，种类多 黏土矿物分类：伊利石、蒙脱石、高岭石

不足的正电荷被处在两个钾离子起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来。 但以温带干旱地区的土壤中含量其颗粒直径 ，膨胀性较小， 晶层间没有氢水分子或其他交换性阳离子可以进入层 是基性岩在碱性环境条件其颗粒直径 ，阳离子代换量极高。 因此富含蒙脱石的土 壤，水分缺乏，同时干裂现象严重而不利于植物生长。 型二层 晶层之间 水分子和其他离子 主要见于湿热的热带地区的土; 其颗粒直径较大，为0.1～，膨胀性小，阳离子 植物可获得的有效水 4、土壤矿物质的粒级划分 （1）石块和石砾：

土壤胶体化学和表面氧化反应

第八章土壤胶体化学和表面反应 一土壤胶体表面类型 1硅氧烷型表面 2：1型粘土矿物的单位片层是由八面体铝氧片或镁氧片夹在两层硅氧四面体片中间所组成。它所暴露的基面是氧离子层紧接硅离子层所组成的硅氧烷，故将其基面称为硅氧烷型表面。高岭石和其他1：1型粘土矿物只有一半的基面是硅氧烷型表面。硅氧烷型表面是非极性的疏水表面，不易解离。活性较弱，电荷来源主要是晶体内部同晶替代产生的多余电荷，电荷不随pH、阳离子和电解浓度的变化而变化。 2水合氧化物表面 指的是由金属阳离子和氢氧基组成的表面。水合氧化物型表面是极性的亲水表面。水合氧化物表面质子的缔结和离解可以产生电荷，这种电荷的数量因土壤溶液的pH和电解质浓度的变化而变化。 3有机物表面 有机物因有明显的蜂窝状特征而具有较大的表面。表面存在大量含氧功能团。 二土壤胶体的比表面和表面积 比表面，它是用一定实验技术测得的单位质量土壤的表面积 土壤胶体的晶核对土壤的表面积有重要的贡献。晶质粘土矿物是土壤胶体晶核的主体。粘土矿物的类型不同,其表面积的大小和表面类型的差别相当大。土壤胶体的有机成分和无机胶膜对胶体表面积也有一定的贡献。 土壤表面电荷和电位 （1）永久电荷：该电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。同晶替换一般形成于矿物的结晶过程，一旦晶体形成，它所具有的电荷就不受外界环境影响。同晶替换作用是2：1型层状粘土矿物负电荷的主要来源。 （2）可变电荷：随pH的变化而变化的电荷，称为可变电荷。可变电荷的数量和符号取决与可变电荷表面的性质、介质pH和电解质浓度等。 （3）正电荷：一般认为，土壤中游离氧化铁是土壤产生正电荷的主要物质，而游离的铝化合物对正电荷的贡献较为次要。蒙脱石和伊利石的边面也可能出现正电荷。水铝英石和有机物质在低pH下都可能接受质子而带正电荷。 （4）净电荷：土壤的正电荷和负电荷的代数和就是土壤的净电荷。大多数土壤带有净负

土壤学-知识点总结

一、名词解释 1.土壤：指地球陆地表面能够产生植物收货物的疏松表层。 2.土壤肥力：在植物生活的各个阶段，土壤供给和协调植物生长所需要的水、肥、气、热的能力。 3.土壤生产力：是指土壤在外界环境的影响下，土壤表现出来的实际生产植物产量的能力。 4.土壤圈：指地球上大气圈层、水圈、生物圈和岩石圈交界面上的一个圈层，是地球各圈层间物质和能量交换的枢纽。 5.矿物：指天然产出的，具有一定化学成分，内部构造和物理属性的元素和化合物。 6.土壤粒级：单粒直径大小不同，其组成和性质也随之变化，据此将土壤单粒划分为若干粒径等级。 7.土壤质地，依据土壤机械组成相近与否而花费的土壤组合叫做土壤质地。 8.土壤有机质：是泛指以各种形态和状态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。 9.土壤腐殖质：指除了未分解和半分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤有机化合物的总称。 10.矿质化作用：是指复杂的有机物质在微生物的作用下，分解为简单的化合物，同时释放出矿质养料和能量的过程。 11.腐殖化过程：动、植物、微生物残体在微生物的作用下，通过生化和化学作用形成腐殖质的过程。 12.容重：在自然条件下，单位容积内，干土壤的重量称为土壤容重。 13.土壤孔度：在一定容积的土体内，土壤空隙容积占整个土壤容积的百分数。 14.土壤结构性：指土壤结构体的形状、大小、排列和相应的孔隙状况等综合性状。 15.土壤结构体：指原生土粒和次生土粒的排列状况和组合状况。 16.毛管空隙：土壤中具有毛管作用的那一部分孔隙。 17.土壤水分常数：在一定条件下土壤特征性的含水量。 18.田间持水量：指田间水饱和后，经24小时渗透，土壤所能保持的最大含水量。 19.萎焉系数：植物因缺水凋萎，且不能复原时的土壤含水量。 20.土水势：单位数量纯水可逆的、等温的、无限量的在标准大气压下，从规定水平的水池移至土壤中某一点所必需做的功。 21.土壤水吸力：指土壤水在承受一定吸力时所处的能态。 22.水分特征曲线：土壤水吸力与土壤含水量间的关系曲线。 23.热容量：指单位质量或容积的土壤每升高（降低）1℃所需要（放出）的热量。 24.导热率：直单位厚度的土层，温度差为1℃时，每秒从单位断面通过的热量焦耳数。 25.土壤胶体：指土壤中直径小于1nm的土壤微粒。 26.同晶替代：指组成矿物的中心离子被大小相近、电性相同的离子所取代，而晶格的构造保持不变的现象。 27.土壤吸收性能：指土壤吸收分子态、离子态、固态和气态物质的能力和特性。 28.阳离子代换作用：带负电荷胶体所吸收的的阳离子与溶液中的阳离子进行交换的过程。 29.盐基饱和度：指交换性盐离子数量占阳离子交换量的百分数。 30.可变性电荷：随着土壤PH值得变化而变化的电荷。 31.活性酸：以游离态存在于土壤溶液中，以活性的H离子直接表现出来的酸度。 32.潜在酸：土壤胶体上吸附的H离子和AL离子，平时不表现出酸性，只有通过交换作用进入溶液中，产生H离子，才表现出酸性。 33.土壤EH：指氧化剂和还原剂的活度比为一时的氧化还原状态。 34.土壤缓冲性能：之土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有缓和期酸碱反应变化的性能。

《土壤学》课程教学大纲-参考模板

《土壤学》课程教学大纲 (Soil Science) 一. 基本信息 课程编号：C6U2118 课程类别：专业基础课 适用层次：本科 适用专业：环境科学专业 开课学期：第五学期 总学分：2.0 总学时：32学时 考核方式：考试 二. 课程教育目标 通过本课程的学习，学生掌握应以下基本知识： 1. 掌握上壤学的基本概念：决左肥力的物质基础的组成和性质： 2. 上壤固相部分的基本性质； 3. 上壤肥力因素的存在状况及调控措施； 4. 掌握建立和形成土壤学科的物理，化学原理。 5. 运用上壤学的基本理论知识，掌握上壤资源的野外调查技术，合理开发、利用和改良上壤资源的方法和措施，并能应用所学知识解决农业生产和生态环境中产生的有关上壤环境问题。 三. 教学内容与要求 第一章：绪论 教学内容：介绍上壤在农业生产和生态系统中的重要性、上壤和上壤肥力的槪念、上壤在人类农业和自然环境中的重要性、土壤学的分支学科及主要研究内容，土壤学的研究方法。 基本要求： 1. 使学生了解上壤在农业生产及丄地生态系统中的地位和作用： 2. 理解上壤作为自然资源的特点及保护上壤的重大意义： 3. 掌握上壤和上壤肥力的槪念及正确认识土壊的几个基本观点： 4. 了解上壤科学发展的历史和动态，明确丄壤学在我国农业现代化中的任务。 重点：土壤和土壤肥力的槪念。 难点：土壤肥力的生态学意义。 第二章：岩石矿物的风化与土壤母质的形成 教学内容：上壤矿物质的矿物学组成，次生矿物的种类、构造、特性以及其对上壤形成的特殊意义和作用，土壤矿物质的化学组成。 基本要求： 1. 理解上壤的矿物学组成、化学组成和上壤质地对上壤物理，化学性质和上壤肥力的影响。 2. 掌握髙岭石、蒙脱石，伊利石三大类粘粒矿物的晶层构造特点和性质。

第八章土壤化学性质

第八章土壤化学性质 第八章 土壤胶体化学和表面反应土壤胶体的表面性质 第一节 一、土壤胶体表面类型林学院 土壤胶体:无机胶体(粘粒)和有机胶体(腐殖质),多呈有机-无机复合 胶体。按表面位置分：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。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。土壤学 按表面的化学结构特点，可分为以下三类表面 1、硅氧烷型表面——硅氧片的表面林学院 硅氧烷Si—O—Si。2∶1型粘粒的上、下两面， 2、羟基化表面(R-OH)M(金属离子)—OH,铝醇Al—OH,铁醇 Fe—OH,硅醇Si—OH等。水铝(镁)片，铁、铝氧化物及硅片边角断键。土壤学 的缔合—OH2+或离解—OH→—O-+H+。可变电荷。林学院 3、有机物表面 腐质物质为主的表面，表面羧基、酚羟基、氨基等活性基团。离解 H+或缔合H+产生表面电荷。可 变电荷。以上3类表面往往相互交织。

二、土壤胶体的比面1、土壤胶体的表面积比面：单位重量(体积)物体的总表面积。土壤学 物体颗粒愈细小，表面积愈大。 土粒直径(mm)总表面积(cm2)比面(cm2/cm3) 10林学院 3.1431.42 660 0.050.001 628.3231416 120060000 膨胀性2∶1型粘土矿物总表面积大，以内表面积为主 非膨胀性2∶1型和1∶1型粘土矿物总表面积小，一般以外表面为主(水化埃洛石例外)。 水铝英石比表面较大，内、外表面各一半。土壤学 铁、铝氧化物的比表面与其晶化程度有关，以外表面为主。土壤有机质的比表面大，表观比表面可达700m2/g2、比表面的测定方法(1)仪器法(2)吸附法。 不受介质pH值的影响，也不受电解质浓度的影响。土壤学 (2)可变电荷 在介质酸碱度影响下产生的，其电荷类型和电荷数量均决定于介质酸碱度，又称pH依变电荷。A、腐殖质产生可变电荷腐殖质具有很多含氧功

土壤胶体表面化学考研知识点总结

土壤胶体表面化学考研知识点总结 ●土壤胶体的表面类型与构造 ●土壤胶体：一般将半径 d＜0.001mm（即1 μm）的球形颗粒称为胶体(土壤粘粒又 称为土壤胶粒)。 ●❗❗❗胶粒基本构造：胶核与双电层 ●❗❗❗三类表面 ●硅氧烷型表面(硅氧片的表面)：2∶1型粘粒(蒙脱石、蛭石)的上、下两面；1∶1 型粘粒(高岭石)1/2面。是非极性的疏水表面。 ●水合氧化物型表面：羟基化表面(R－OH)；水合氧化物型表面是极性的亲水表 面。电荷来源为表面-OH基质子的缔合(-OH2+)或解离(-OH→-O- + H+)。产生的电荷为可变电荷。 ●有机物型表面：腐质物质为主的表面，表面羧基（—COOH）、酚羟基（R- OH）、氨基（—NH2）、醌基、醛基、甲氧基等活性基团。解离 H+ 或缔合 H+ 产生表面电荷。产生的电荷为可变电荷。 ●土壤胶体表面性质 ●土壤胶体的表面积 ●❗比表面 (specific surface) ：单位重量（体积）物体的总表面积。物体颗粒愈细 小，表面积愈大。 ●非结晶型氧化物比表面积比结晶型大很多。 ●土壤胶体表面电荷 ●❗❗❗❗❗种类 ●永久电荷：起源于矿物晶格内部离子的同晶置换，具有的电荷就不受外界环 境(如pH、电解质浓度等)影响。 ●可变电荷：1）水合氧化物型表面对质子的缔合和解离。2)土壤有机质表面 的可变电荷可来自羧基、氨基、酚羟基等功能团的质子化或解离。 ●土壤电荷数量 ●一般用每千克物质吸附离子的厘摩尔数[cmol (+) /kg]表示 ●❗❗阳离子交换量CEC ，即土壤净负电荷的数量，非恒值，随pH变化 ●土壤胶体对阳离子的吸附与交换 ●吸附 ●定义：根据物理化学的反应，溶质在溶液中呈不均一的分布状态，溶液表面层 中的浓度与其内部不同的现象称为吸附作用。 ●阳离子的静电吸附 ●土壤胶体一般带有大量负电荷 ●通过静电力(库仑力)使土壤胶体表面能从土壤溶液中吸附阳离子，在胶体表 面形成扩散双电层（完全解离，自由移动）

土壤学教案-第八章.土壤胶体和土壤离子交换(下)

土壤学课程教案 课程编号： _______________________ 章节名称及内容：土壤胶体和土壤离 子交换（下） 所在课程顺序号：第14个教案 授课学时与时长： 1.75学时 授课教师：王聪课程类型：学类核心巡

一、教学目标 1、熟练掌握阳离子交换量和盐基饱，深刻理解离子交换在土壤肥力上的意义 二、教学内容 1、土壤吸附能力 三、教学重点 1、阳离子交换量、盐基饱和度、土壤养分离子有效性的影响因素 四、教学难点 1、影响土壤养分离子有效性的因素 五、教学方法 课堂讲授、多媒体辅助和板书相结合。 六、教学过程 开始课堂讲授前播放一段相关的视频或则提出与本次课程相关的几个问题进行提问并讲解上次课堂留下的问题和作业，然后开始进行课堂讲授，讲授过程穿插问题提问，本次课程结束时布置作业或则留下几个问题进行下次课堂的提问 主要内容 8.2土壤吸附能力 8.2土壤吸附能力 8.2.1土壤吸附的概念 1概念： 土壤的吸附性能：土壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体、液体等物质的能力。 土壤吸附性能是土壤的重要特性，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、± 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O

8.2.2土壤吸附的类型 交换性吸附：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。（最主要的吸附类型） 专性吸附：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。 负吸附：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。 8. 2.3土壤阳离子交换与吸附作用 1.概述 土壤阳离子交换作用： 指土壤胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的作用。 交换性阳离子： 被土壤胶体表面所吸附，能被土壤溶液中的阳离子所交换的阳离子。 阳离子吸附：土壤溶液中的阳离子转移到土壤胶体表面，为土壤胶体所吸附。 （保肥过程） 阳离子解吸：土壤胶体表面吸附的阳离子转移到土壤溶液中。（供肥过程） NH4NH⅜Ca :土壤胶体^+3Ca2+^≡Ca±≡⅛∣Ca+2K++2Na++2N1V HMg HMg 2.阳离子交换吸附作用的特点（掌握） 可逆反应 阳离子交换作用是一种可逆反应。这种交换作用是动态平衡,反应速度很快。 以离子价为基础的等价交换 2NH4+（36克）=1Ca2+（40克） 1NH4+（18克）=INa+（23克） 交换反应的速度受交换点的位置和温度影响。交换位置在表面或温度升高时,交换

土壤胶体.第二册,土壤胶体研究法

土壤胶体.第二册,土壤胶体研究 法

1、土壤胶体的特性 土壤胶体是指土壤中的有机和无机颗粒之间的粘结物，它具有高度粘性和可塑性，可以形成一个稳定的结构，从而影响土壤的物理、化学和生物性质。土壤胶体可以吸附水分，保持土壤的湿润状态，并可以吸附有机物和无机物，从而影响土壤的肥力和生物活性。土壤胶体的结构可以分为粒间胶体、粒内胶体和粒内外胶体三种。粒间胶体是指粒间的粘结物，它们可以形成一个稳定的结构，从而影响土壤的物理性质。粒内胶体是指粒内的粘结物，它们可以影响土壤的化学和生物性质。粒内外胶体是指粒内外的粘结物，它们可以影响土壤的物理、化学和生物性质。 2、土壤胶体的结构 土壤胶体是由一系列结构复杂的颗粒组成的，它们可以被分为三类：细颗粒、粗颗粒和有机颗粒。细颗粒由石英、铁氧化物、硅酸盐和其他矿物质组成，粗颗粒则是由粒径大于2μm的矿物质组成，有机颗粒则是由有机物质组成，如木炭、木质素、植物碎屑等。土壤胶体的结构还可以由比表面积、比容量、比比重等参数来表征。

土壤胶体的形成机制主要是由三种因素共同作用的结果：一是土壤中的离子交换，二是土壤中的有机质，三是土壤中的结构空间。离子交换是指土壤中的离子，如钾、钙、镁等，在土壤中相互交换，从而形成胶体结构。有机质是指土壤中的有机物质，如有机酸、有机酯等，它们可以与离子结合，形成胶体结构。结构空间是指土壤中的空间结构，这种空间结构可以把离子和有机物质放在一起，形成胶体结构。 4、土壤胶体的分类 土壤胶体可以根据其结构、粒径、组成和结合力等特征进行分类。根据结构，可将土壤胶体分为紧密胶体和松散胶体；根据粒径，可将土壤胶体分为粗胶体和细胶体；根据组成，可将土壤胶体分为有机胶体和无机胶体；根据结合力，可将土壤胶体分为弱结合胶体和强结合胶体。

农药在土壤中的迁移转化

农药在土壤中的迁移转化 1、土壤对农药的吸附 土壤是一个由无机胶体、有机胶体以及有机- 无机胶体所组成的胶体体系，其具有较强的吸附性能。在酸性土壤下，土壤胶体带正电荷，在碱性条件下，则带负电荷。进入土壤的化学农药可以通过物理吸附、化学吸附、氢键结合和配位价键结合等形式吸附在土壤颗粒表面。农药被土壤吸附后，移动性和生理毒性随之发生变化。所以土壤对农药的吸附作用，在某种意义上就是土壤对农药的净化。但这种净化作用是有限度的，土壤胶体的种类和数量，胶体的阳离子组成，化学农药的物质成分和性质等都直接药性到土壤对农药的吸附能力，吸附能力越强，农药在土壤中的有效行越低，则净化效果越好。影响土壤吸附能力的一些因素有： (1)土壤胶体 进入土壤的化学农药，在土壤中一般解离为有机阳离子，故为带负电荷的土壤胶体所吸附，其吸附容量往往与土壤有机胶体和无机胶体的阳离子吸附容量有关，据研究，不同的土壤胶体对农药的吸附能力是不一样的。一般情况是：有机胶体>蛭石>蒙脱石>伊利石>绿泥石>高岭石。但有一些农药对土壤的吸附具有选择性，如高岭石对除草剂24-D的吸附能力要高于蒙脱石，杀草快和白草枯可被粘土矿物强烈吸附，而有机胶体对它们的吸附能力较弱。 (2)胶体的阳离子组成 土壤胶体的阳离子组成，对农药的吸附交换也有影响。如钠饱和的蛭石对农药的吸附能力比钙饱和的要大。钾离子可将吸附在蛭石上的杀草快代换出98%而吸附在蒙脱石的杀草快，仅能代换出44%。 (3)农药性质 农药本身的化学性质可直接影响土壤对它的吸附作用。土壤对不同分子结构的农药的吸

附能力差别是很大的，如土壤对带－NH2农药吸附能力极强。此外，同一类型的农药，分子愈大，吸附能力愈强。在溶液中溶解度小的农药，土壤对其吸附力也愈大。 (4)土壤pH 在不同酸碱度条件下农药解离成阳离子或有机阴离子，而被带负电荷或电正电荷的土壤胶体所吸附。例如：24-D在pH3－4的条件下离解成有机阴离子，而被带负电的土壤胶体所吸附；在pH6－7的条件下则离解为有机阳离子，被带正电的土壤胶体所吸附。 最后，我们还应该看到这种土壤吸附净化作用也是不稳定的，农药既可被土粒吸附，又可释放到土壤中去，它们之间是相互平衡的。因此，土壤对农药的吸附作用只是在一定条件下缓冲解毒作用，而没有使化学农药得到降解。 2、化学农药在土壤中的挥发、扩散和迁移 土壤中的农药，在被土壤固相吸附的同时，还通过气体挥发和水的淋溶在土体中扩散迁移，因而导致大气、水和生物的污染。 大量资料证明，不仅非常易挥发的农药，而且不易挥发的农药（如有机氯）都可以从土壤、水及植物表面大量挥发。对于低水溶性和持久性的化学农药来说，挥发是农药进入大气中的重要途径。 农药在土壤中的挥发作用大小，主要决定于农药本身的溶解度和蒸气压，也与土壤的温度、湿度等有关。 农药除以气体形式扩散外，还能以水为介质进行迁移，其主要方式有两种：一是直接溶于水；二是被吸附于土壤固体细粒表面上随水分移动而进行机械迁移。一般来说，农药在吸附性能小的砂性土壤中容易移动，而在粘粒含量高或有机质含量多的土壤中则不易移动，大多积累于土壤表层30cm土层内。因此有的研究者指出，农药对地下水的污染是不大的，主要是由于土壤侵蚀，通过地表径流流入地面水体造成地表水体的污染。 3、农药在土壤中的降解

土壤胶体的离子交换作用

土壤胶体的离子交换作用 离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。 一、土壤阳离子交换吸附作用的概念 1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。 2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。 二、土壤阳离子交换吸附作用的特点 1. 可逆反应： 在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。 在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。 2. 等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。 3. 速度受交换点位置和温度的影响：①位置： 如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。 高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。（高岭石〉蒙脱石〉水云母） ②温度： 高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。 三、影响阳离子交换作用的因素 1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。） 主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。 a.离子电荷价：M3+> M2+> M+（M表示阳离子） b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。 c.离子运动速度：凡离子运动速度愈大的，其交换力也愈大。例如氢离子就是这样，而且氢离子水化很弱，通常H+只带一个水分子，即以H3O+的形态参加交换，水化半径很小，因此它在交换力上具有特殊位置。 阳离子交换能力顺序：Fe3 + >Al 3+ >H + >Ca2 + >Mg 2+ >NH4+ >K + >Na+ 2.阳离子的相对浓度及交换生成物的性质:阳离子交换作用也受质量作用定律所支配，如果溶液中某种离子的浓度较大，则虽其交换能力较小，同样能把胶体上交换能力较大的其它阳离子代换下来。另外，当交换后形成不溶性或难溶性物质时，或将其交换后的生成物不断除去时，都可使交换作用继续进行。例：

土壤胶体的组成

土壤胶体的组成 土壤胶体是土壤颗粒中粘性较大的组分，由于其微小的颗粒大小和特殊的化学性质，对土壤的物理、化学和生物学性质起着重要的影响。土壤胶体主要由胶体粒子组成，包括胶体颗粒和溶胶两部分。胶体颗粒主要是指直径小于0.002毫米的颗粒，溶胶则是指直径小于0.0002毫米的颗粒。 土壤胶体的组成非常复杂，主要包括胶体颗粒和溶胶两部分。胶体颗粒主要由黏土矿物和有机质组成。黏土矿物是土壤中最重要的胶体颗粒，其主要成分包括硅酸盐矿物和氧化铝矿物。硅酸盐矿物包括粘土矿物和非粘土矿物，粘土矿物又可分为石英、长石和云母等。黏土矿物的颗粒表面带有负电荷，使其具有较强的吸附和交换能力。有机质是一种重要的胶体颗粒，其主要来源于植物和动物的残体、粪便等，具有较强的吸附能力，对土壤肥力具有重要影响。 溶胶主要由无机和有机物质组成。无机溶胶主要包括溶解在土壤水中的无机盐和无机酸等，如氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等。有机溶胶主要是指溶解在土壤水中的有机物质，如有机酸、腐殖酸、蛋白质等。溶胶的存在使土壤水具有一定的酸碱性和离子浓度，对植物的生长起着重要作用。 土壤胶体的性质主要受到颗粒大小、颗粒表面电荷、颗粒形状和胶体溶质的性质等因素的影响。颗粒大小决定了胶体的可见性和吸附能力，颗粒表面电荷决定了胶体的电性和吸附能力，颗粒形状对胶

体的稳定性和吸附能力有一定影响，胶体溶质的性质对胶体的吸附和交换能力起着重要作用。 土壤胶体的作用主要表现在土壤的物理、化学和生物学性质上。在物理性质上，土壤胶体能够改善土壤结构，增加土壤的持水能力和透水性，提高土壤的保水和排水能力。在化学性质上，土壤胶体能够吸附和交换养分元素，提供植物生长所需的养分，调节土壤pH值，并与土壤中的有机物质发生化学反应。在生物学性质上，土壤胶体能够提供植物生长所需的微量元素，提供微生物生长所需的营养物质，维持土壤生态系统的平衡。 土壤胶体的组成对土壤的物理、化学和生物学性质起着重要的影响。深入了解土壤胶体的组成和性质，有助于合理利用土壤资源，提高土壤质量，保护环境和促进可持续发展。

土壤学整理

复习题例 一、名词解释 土壤胶体：直径小于0.001mm的土壤固体颗粒。 土壤质地分类： 临界深度： 有机质聚集过程：是指在各种植被下，有机质在土体上部积累的过程，结果在土体上部形成暗色腐殖质层的过程。 土壤碱化度： 土壤分类：是指根据土壤性质和特征，按照一定系统原则、指标体系对土壤进行科学的分门别类过程。 土壤孔性： 土壤： 土壤肥力： 土壤结构性： 土壤容重： 土壤活性酸： 专性吸附：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。 永久电荷： 母质：裸露的岩石经过风化作用后便形成了新的疏松的、粗细不同的风化产物覆盖在地壳表面的堆积体，是形成土壤的母体，称为母质。 土壤质地:根据土壤的机械组成划分的土壤类型称质地。 土壤有机质:是指土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称。 孔隙比：它是土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。 土壤物理机械性:土壤的物理机械性是土壤多项动力学性质的统称，它包括粘结性、粘着性、可塑性、胀缩性以及其它受外力作用（如农机具的切割、穿插、压板等作用）而发生形变的性质。 最大分子持水量：膜状水的最大量称最大分子持水量，包括膜状水和吸湿水。土水势：土壤在各种力（吸附力、毛管力、重力和静水压力等）的作用下，势（或自由能）的变化（主要是降低），称为土水势。 土面蒸发：在干旱期间，土壤水不断以水气形态由表土向大气扩散称土面蒸发。凋萎系数（临界水分）：当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量称凋萎系数。凋萎系数因土壤质地不同而异，粘土最高，壤土次之，砂土最低。

阳离子的交换作用:指土壤胶体表面能吸附的阳离子（主要是扩散层中的阳离子）与土壤溶液中的阳离子相互交换的作用。 阳离子的交换能力:指一种阳离子将胶体另一种阳离子交换出来的能力。 土壤的阳离子交换量:指pH值为7时每kg干土所吸收的全部交换性阳离子的厘摩尔数，以cmol（+）/kg表示。一般用CEC表示。它直接反映了土壤的保肥性、供肥性能和缓冲能力。 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百分数称为盐基饱和度。 土壤壤的供肥性:是指土壤供应作物所必须的各种速效养分的能力, 土壤分布的水平地带性:是指土壤分布与热量的纬度地带性和湿度的经度地带性的关系，土壤分布的垂直地带性:是指土壤随地势的增高而发生的土壤演变规律。 潴育化过程:是指土壤形成中氧化还原交替进行的过程。 熟化过程:人类定向培育土壤的过程。 盐化过程：是指土体中各种易溶性盐类在土壤表层积聚的过程。 脱盐化过程：是指盐渍土中可溶性盐在降水、人为因素等作用下降低或排出土体或迁移到下层的过程。 土壤有机质矿化过程：指土壤有机质被分解成简单的无机化合物（CO 2、H 2 O、NH 3 等），并释放出矿质营养的过程。 土壤剖面：自地表到母质层的垂直切面。 陪补离子：土壤胶体表面吸附着多种交换性阳离子，对于土壤胶体上吸附的某一种阳离子来说，其它阳离子都是它的陪补离子。 土壤通气性：是指土壤能允许气体通过的能力。 土壤钙化过程：是指干旱、半干旱区土壤钙的碳酸盐发生淋溶、淀积的过程。粘化过程：是指土体中粘土矿物的生成和聚集过程。 腐殖化过程：使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程。 潮土：指在河流冲积母质和地下水的作用下，经过人为耕种熟化形成的农业土壤。离子饱和度：是指土壤吸附的某一种阳离子占阳离子总量的百分数。 土壤水分特征曲线：以土壤含水量为横坐标，以土壤能态为纵坐标所做的相关曲线，称土壤水分特征曲线。 土壤总碱度：以土壤中CO 32-和H CO 3 -的总和。 土壤导热性：指土壤接受一定热量后，除用于本身升温外，还将热量传给临近的土层或大气，这种性质称为土壤的导热性。 二、填空题 1．按照矿物的起源把自然界的矿物分为（原生矿物）和（次生矿物）两种类型。