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1、土壤胶体与土壤吸收性能,Last Class,1、土壤孔性 （孔隙度、相对密度、土壤容重、孔隙类型） 2、土壤结构性 （块状、核状、柱状、片状、团粒） 3、土壤耕性 （粘结和粘着性、可塑性、胀缩性）,问题,1、结合本专业所学，谈谈您对土壤耕性的认识。 2、计算题： (1) 某土壤测得其烘干土重为100g，其吸湿水含量为20 g/kg，求其风干土重。 (2)计算一公顷(10000m2)耕层20cm深度的干土重。（测定土壤容重时，用环刀采取25cm3的土样，称量其湿土重为37.5g，已知其水分含量为250 g/kg。）,胶体的概念,胶体是物质存在的一种状态，是一种分散体系。 根据分散体系中被分散的
2、物质（分散相）的大小，可把分散系分为：粗分散系、胶体分散系和分子、离子分散系。,胶体分散系,一般把分散相颗粒直径（非球颗粒则指长、宽、高三向中一个方向的长度）在1-1000纳米范围内的分散系称胶体分散系。其颗粒大小介于粗分散系和分子、离子分散系之间。,举例,胶体分散系可以是固体颗粒分散在液体或气体中，也可以是液粒分散在气体或其他液体中。 日常接触和研究的胶体，大多是固体颗粒分散在液体或液体微粒分散在另一液体介质中，例如氢氧化铁、层状硅酸盐和腐殖质酸的胶体溶液以及蛋白质和胶水等。 思考：土壤泥浆？,一、土壤胶体：,1、概念： 是指大小在1-100毫微米（在长、宽和高的三个方向，至少有一个方向在此
3、范围内）的固体颗粒而言。实际上凡1-1000nm粘粒都具有胶体的特性。,2、胶体的种类、组成,矿物颗粒：铝硅酸盐，铁、铝、锰、钛的氧 化物 有机态颗粒：膜状或游离态的腐殖质,A、无机胶体： a.含水氧化硅胶体：游离态无定型SiO2.H2OH2SiO3 带负电 H2SiO3=H+HSiO3-= H+ SiO32- b.含水氧化铁、铝：两性胶体 Al（OH）3+H+Al（OH）2+H2O pH5 + OH- Al（OH）2O-+ H2O c.层状硅酸盐：粘土矿物硅氧片和铝氧片,硅氧片、硅氧四面体,硅四面体可以共用氧原子而形成一层，氧原子排列成为中空的六角形，称硅氧片或硅氧层。,铝氧八面体,由六个氧
4、原子（或氢离子）环绕着一个中心铝离子排列而成，氧原子排列成两层，铝原子居于两层中心孔穴内。,1:1型矿物,特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。多出现于酸性土壤。如高岭石类。,硅氧片,铝氧片,2:1型粘土矿物,特点：胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+带负电吸附负离子。 如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。,硅氧片,铝氧片,硅氧片,指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子替代而晶格构造保持不变的现象。 对于2：1型矿物来说：原来晶格中的中心原子被其大小相近且电性符号相同的而原子价较
5、低的原子所代换。（带负电的原因）,土壤粘土矿物带电：同晶代换作用,B、有机胶体： 主要指腐殖质及少量的木质素、蛋白质、纤维素等。 特点：颗粒极小，巨大的比表面积，带有电荷高度的亲水性，负电荷量比粘粒矿物大。 C、有机-无机复合体： 有机胶体以薄膜状紧密盖覆于粘土矿物表面通过阳离子与-COOH、-OH等官能团形成复合体。,土壤胶体的构造,+ + + + + +,+ - + + - + -+ - + -,+ - +,+ - - + - - +,+,- +,本体溶液,扩散层,双电层结构：当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成的由一层固相表面电荷与一层溶液中相反符号离子所组成的
6、电荷非均匀分布的空间结构,决定电位离子层,非活性补偿离子层,微粒核,1、微粒核（胶核）：核心、基本物质。腐殖质、SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐、蛋白质及有机无机胶体分子群。,2、双电层：（1）决定电位离子层：是固定在胶核表面，并决定其电荷和电位 一层离子。它是由胶体表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某一种离子而构成。 （2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层。,A.非活性补偿离子层：补偿离子层的内层，靠近决定电位离子层，受到的静电引力强，离子被牢牢吸引，成平行密实排列，不易自由解离，只能随着胶核移动。 B.扩散层
7、：在非活性补偿离子层的外面，受到的静电引力小，活动性大。同时还受使离子均匀分布的热运动的影响，使此层阳离子随离子距胶粒表面距离的增大而减少，由稠密到稀疏，呈扩散状态。,土壤胶体的特性,土壤胶体比表面和比表面能 比表面：指单位重量或单位体积物体的总表面积（cm2/g，cm2/cm3）。 2:1型黏土矿物,腐殖质具有巨大的比表面,比表面能（吸附能力产生的主要原因） 物体内部分子处在周围分子之间，在各个方向上受到吸引力相等而相互抵消，表面分子则不同，由于它们与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能，这种能量产生于物体表面，故称为表面能
8、。,土壤胶体电荷： 可分为永久电荷和可变电荷两种。 永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的同晶代换所产生的电荷。 电荷数量取决于同晶替的多少。 特点：不受pH的影响。 2：1型矿物带负电的主要原因。,可变电荷,定义:电荷的数量和质量随介质的pH而改变的电荷。 可变电荷零点(pH0): 土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH 来源：胶核表面分子（或原子团）的解离 1、黏土矿物晶面上-OH的解离 2、含水铁、铝氧化物的解离（Al2O3.3H2O) 3、腐殖质上某些官能团的解离（COOH） 4、含水氧化硅的解离 带电：净电荷,（1）黏土矿物晶面上-OH的解离 层状硅酸盐晶层上的-OH基可以解离出H+，带
9、负电。,结晶体,-OH -OH -OH,结晶体,-O- -O- -O-,+3H+,如高岭石的pH0为5。 1：1型粘粒矿物带电的主要原因。,（2）含水氧化铁、氧化铝的解离 如三水铝石的pH0值为4.8。 当土壤pH低于pH0值时: Al2O3.3H2O 2Al(OH)2+2OH- 当土壤pH高于pH0值时: Al2O3.3H2O 2Al(OH)2O-+2OH-,（3）腐殖质上某些原子团的解离 高pH条件下： -COOH H+ + COO- -OH H+ + -O- 低pH条件下： -NH2 -NH3+,（4）含水氧化硅的解离 SiO2.H2O（或H2SiO3）的pH0值为2 在土壤中一般不产生
10、正电荷 所带负电荷的量随土壤pH值的升高而增加。,3 、胶体的凝聚和分散作用,胶体的两种状态 （1）胶体微粒均匀分散在水中，呈高度分散状态的溶胶； （2）胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮状的凝胶。,凝聚作用：土壤胶体溶液如受某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶。 分散作用：由凝胶分散成溶胶。,胶体的凝聚或分散决定于电动电位的高低： 越高，排斥力愈强，溶胶状态。 越低，当吸引力大于排斥力时，凝胶状态。 按凝聚力的大小： Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H+ NH4+ K+ Na+,对于同一土壤来说，电动电位的高低，主要决定于扩散层的厚度，而扩散层的厚度与离子电荷数量及离子水化度
11、有关。 凡电荷数量少而水化度大的离子（如Na+），形成的扩散层厚，电动电位高，使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子（如Ca2+），形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶体即可凝聚。,4、土壤吸收性能,指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离 子，悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。 土壤吸收性能： 1、机械吸收：机械阻隔 2、物理吸收性 3、化学吸收性 4、物理化学吸收性 5、生物吸收性,（1）机械吸收性：是指土壤对物体的阻留。如施有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤中；污水、洪淤灌溉时，其土粒及其他不溶物，也可固机械吸收性而被保留在土壤中。 主要决定于土壤的孔隙状况。,（2
12、）物理吸收性：这种吸收性能是指土壤对分子态物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者为正吸附，后者为负吸附。,（3）化学吸收性：是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程，这种吸收作用是以纯化学作用为基础的。,（4）物理化学吸收性：是指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力，由于土壤胶体带有正电荷或负电荷，能吸附溶液中带异号电荷的离子，这些被吸附的离子又可与土壤溶液中的同号电荷的离子交换而达到动态平衡。 这一作用是以物理吸附为基础，而又呈现出化学反应相似的特性。,（5）生物吸收性：是指土壤中植物根系和
13、微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是有选择性和创造性，并且具有累积和集中养分的作用。 只有此种吸收才能吸收硝酸盐，生物吸收对于提高土壤肥力方面有着重要意义。,课程回顾,1、土壤胶体：概念、种类 2:1型和1:1型粘土矿物、同晶代换 2、土壤胶体的结构：微粒核、双电层 3、土壤胶体电荷：永久电荷、可变电荷 可变电荷零点(pH0) 4、土壤的吸收性能,即土壤离子交换作用。土壤离子交换可分为两类：一类为阳离子交换作用，另一类为阴离子交换作用。 阳离子交换作用：带负电胶体所吸附的阳离子与溶液中的阳离子进行交换。 阴离子交换作用：带正电胶体吸附的阴离子与溶液中阴离子互相交换的作用。,土壤物理化学
14、吸收性能,（1） 阳离子交换作用,概念：土壤胶体吸附阳离子，在一定条件下，与土壤溶液中的其他阳离子发生交换，这就是土壤阳离子的交换过程。 能够参与交换过程的阳离子，就成为交换性阳离子。,离子的吸附、解吸：,土壤胶粒,Ca2+ +2KCl=,土壤胶粒,K+,K+,+CaCl2,特点：,1、是可逆反应 任何一方的反应都不能进行到底，反复浸提（交换性阳离子测定），才能把胶体表面上的钙离子和钾离子全部交换出来； 2、等量交换，等摩尔交换，20克Ca2+可以和39.1克K+交换； 3、反应迅速,影响阳离子交换能力的因素,电荷的数量 Fe3+ Al3+ H+ Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ 离
15、子半径和离子水化半径 离子半径大水化半径小，交换性能强 离子浓度,4、土壤阳离子交换量（Cation Exchange Capacity）CEC,定义：在一定pH值条件下，每千克土壤所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。 单位：cmol/kg 。,影响因素,土壤胶体数量 胶体类型：2：1，1：1 土壤pH值：？pH升高？,A.胶体数量（土壤质地）：土壤胶体物质越多（包括矿质胶体、有机胶体和复合胶体），则CEC越大。就矿质胶体而言，CEC随着质地粘重程度增加而增加，所以粘质土CEC较砂质土要大的多。,B.胶体类型：不同土壤胶体阳离子交换量相差很大。,2:11:1，有机无机,C. 土壤pH值：土壤
16、酸碱度影响胶体表面官能团中H+的解离，因而影响可变电荷的多少。,阳离子交换量和施肥的密切关系,施肥时不仅要了解作物的需要，同时还要考虑土壤交换量的大小： 例如在砂土上施用化肥 土壤交换量？土壤保肥能力？施肥次数？施肥量？ 对于交换量小、保肥力差的土壤，可通过施用河塘泥、厩肥、泥炭或掺粘土，以增加土壤中的无机、有机胶体，以及通过施用石灰调节土壤pH等来提高土壤的阳离子交换量。,土壤交换量的大小，基本上代表了土壤的保持养分数量，也就是平常所说的保肥力高低；交换量大，也就是保存养分的能力大，反之则弱。所以，土壤交换量可以作为评价土壤保肥力的指标。 一般地：小于10 cmol/kg，保肥力弱；1020 cmol/kg，中等；大于20 cmol/kg，强。,5、土壤盐基饱和度,1、盐基饱和度（BSP）：土壤胶体上的交换性盐基离子总量占交换性阳离子总量的百分比。 土壤交换性阳离子可分为二类： 致酸离子（H+、Al3+） 盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)
