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1、第六章第六章土壤胶体与土壤保肥供肥性土壤胶体与土壤保肥供肥性第六章第六章 土壤胶体与土壤保肥供肥性土壤胶体与土壤保肥供肥性 1、本章基本原理是理解土壤吸收保肥性的基础2、重点掌握土壤胶体的构造、性质对土壤理化性质全面深刻的影响3、重点掌握不同吸收保肥类型的含义和特点4、掌握土壤养分的特点及与土壤供肥性的关系教学目标第一节第一节土壤胶体及其性质土壤胶体及其性质第二节第二节土壤胶体的吸收保肥性土壤胶体的吸收保肥性第三节第三节土壤养分状况土壤养分状况第四节第四节土壤的供肥性土壤的供肥性第六章第六章土壤胶体与土壤保肥供肥土壤胶体与土壤保肥供肥性性第一节第一节土壤胶体及其基本特性土壤胶体及其基本特性 一
2、、土壤胶体的概念及种类一、土壤胶体的概念及种类二、土壤胶体的基本构造二、土壤胶体的基本构造三、土壤胶体的特性三、土壤胶体的特性四、层状铝硅酸盐矿物四、层状铝硅酸盐矿物的结晶构造和特性的结晶构造和特性 一、土壤胶体的概念及种类一、土壤胶体的概念及种类（一）（一）土壤胶体的概念土壤胶体的概念在土壤中，直径小于在土壤中，直径小于2微米（或微米（或1微米）的固体土粒为土壤胶体微米）的固体土粒为土壤胶体。土土壤壤胶胶体体是是土土壤壤中中最最细细小小、最最活活跃跃、高高度度分分散散的的部部分分，它它的的组组成成和和性性质质对土壤结构，酸碱性、吸附性等理化性状及保肥供肥性均有很大影响。对土壤结构，酸碱性、吸
3、附性等理化性状及保肥供肥性均有很大影响。第一节第一节土壤胶体及其性质土壤胶体及其性质1、无机胶体（矿质胶体）无机胶体（矿质胶体）主要包括成分简单的硅、铁、铝的含水氧化物和成主要包括成分简单的硅、铁、铝的含水氧化物和成分复杂的各种类型的层状硅酸盐（主要是铝硅酸盐）分复杂的各种类型的层状硅酸盐（主要是铝硅酸盐）矿物。矿物。统称为土壤粘粒矿物或粘土矿物统称为土壤粘粒矿物或粘土矿物。无机胶体在土壤中所占比例最大，它的组成和数量无机胶体在土壤中所占比例最大，它的组成和数量对土壤的理化性质影响较大。对土壤的理化性质影响较大。（二）土壤（二）土壤胶体种类胶体种类土壤胶体按其成分和来源可分为土壤胶体按其成分和
4、来源可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合体无机胶体、有机胶体和有机无机复合体。3有机无机复合体有机无机复合体 在农业土壤的耕层中，有机胶体一般很少单独在农业土壤的耕层中，有机胶体一般很少单独存在，绝大部分与无机胶体通过物理、化学或物理存在，绝大部分与无机胶体通过物理、化学或物理化学的作用，紧密结合在一起形成有机无机复合体，化学的作用，紧密结合在一起形成有机无机复合体，这一复合体对土壤的保肥供肥性及土壤的孔性、通这一复合体对土壤的保肥供肥性及土壤的孔性、通透性、耕性等多种理化性质产生重要影响。透性、耕性等多种理化性质产生重要影响。 2有机胶体有机胶体 主要是腐殖质，还有少量的木质素、蛋白质、多
5、肽、纤维素等。它们不如无主要是腐殖质，还有少量的木质素、蛋白质、多肽、纤维素等。它们不如无机胶体稳定，较易被微生物分解。机胶体稳定，较易被微生物分解。 （一）微粒核（胶核）（一）微粒核（胶核） 这这是是胶胶体体微微粒粒的的核核心心物物质质，主主要要由由二二氧氧化化硅硅、氧氧化化铁铁、铝铝、铝铝硅硅酸酸盐盐、腐腐殖殖质质以以及及有有机机无无机机复复合合胶体的分子群组成。胶体的分子群组成。（二）双电层结构（二）双电层结构一一般般是是由由土土壤壤胶胶核核表表面面的的电电荷荷（主主要要是是净净负负电电荷荷）和和交交换换性性离离子子的的反反电电荷荷（主主要要是是阳阳离离子子的的正正电电荷）所构成。荷）所
6、构成。 二二、土壤胶体的基本构造、土壤胶体的基本构造1决定电位离子层（双电层内层）决定电位离子层（双电层内层）这是微粒核表面这是微粒核表面带电荷的部分，由于这一层带电荷的部分，由于这一层带电的离子决定了胶粒的带电的离子决定了胶粒的电荷和电位，因此叫电荷和电位，因此叫决定决定电位离子层。电位离子层。决定电位离子层的电荷符号和数量是土壤胶体决定电位离子层的电荷符号和数量是土壤胶体吸收代换性能的决定因素。吸收代换性能的决定因素。 2补偿离子层（双电层外层）补偿离子层（双电层外层） 由由于于微微粒粒核核的的表表面面带带电电荷荷，能能借借静静电电引引力力吸吸附附土土壤壤溶溶液液中中相相反反电电荷荷的的离
7、离子子，形形成成补补偿偿离离子层。它又可分为两部分：子层。它又可分为两部分：（1）非活性的补偿离子层非活性的补偿离子层（2）扩散层）扩散层扩扩散散层层中中的的离离子子易易与与土土壤壤溶溶液液中中同同 号电荷的离子进行交换。号电荷的离子进行交换。+NH4+Na+微微 粒粒 间间 溶溶 液液图6-1一般胶体微粒结构示意图NH4+-Na+外微粒核内胶体微粒胶体微粒胶粒胶粒胶核胶核双电层双电层决定电位离子（内）决定电位离子（内）补偿离子层（外）补偿离子层（外）非活性离子层非活性离子层扩散层扩散层三、土壤胶体的特性三、土壤胶体的特性 （一）土壤胶体有巨大的比表面和表面能（一）土壤胶体有巨大的比表面和表面
8、能 比表面：指单位重量或单位体积物体的总表面积比表面：指单位重量或单位体积物体的总表面积（cm2/g，cm2cm3）。）。即比表面即比表面=总面积总面积/质量质量。从上式可以看出，比表面和颗粒半径成反比，颗粒愈细，则比面愈大。 表表6-1各级球状土粒的比表面各级球状土粒的比表面颗粒名称颗粒名称球体直径（球体直径（mm）比面（比面（Cm2/g）粗砂粒粗砂粒122.6中砂粒中砂粒0.545.2细砂粒细砂粒0.2590.4粗粉粒粗粉粒0.05452中粉粒中粉粒0.012264细粉粒细粉粒0.0054528粗粘粒粗粘粒0.00122641细粘粒细粘粒0.000545283胶粒胶粒0.000054528
9、30 从表从表6-1可以看出，砂粒和粗粉粒的比可以看出，砂粒和粗粉粒的比面同粘粒相比是很小的，可以忽略不计，因面同粘粒相比是很小的，可以忽略不计，因此大多数土壤的比面主要决定于粘粒部分。此大多数土壤的比面主要决定于粘粒部分。不不同同土土壤壤的的胶胶体体组组成成不不同同，土土壤壤的的比比表表面面积积也也不不同同。一一般般土土壤壤中中有有机机质质含含量量高高，2：1型型粘粘粒粒矿矿物物多多，则则比比表表面面积积大大，如如黑黑土土。反反之之有有机机质质含含量量低低，1：1型型矿矿物物多多，则比表面积就小，如红壤、砖红壤。则比表面积就小，如红壤、砖红壤。 （二）土壤胶体的凝聚和分散作用（二）土壤胶体的
10、凝聚和分散作用 土壤胶体有两种不同的状态：土壤胶体有两种不同的状态：溶胶溶胶凝胶凝胶胶体的凝聚作用：胶体的凝聚作用：胶体微粒下沉，由溶胶变胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶的过程成凝胶的过程分散作用：分散作用：由凝胶分散成溶胶由凝胶分散成溶胶 凝聚作用凝聚作用溶胶溶胶凝胶凝胶分散作用分散作用 电荷数越多电荷数越多离子的水化半径离子的水化半径H+的特殊性的特殊性（单纯的质子，电场强度大，半径极小）（单纯的质子，电场强度大，半径极小）影响因素是阳离子种类影响因素是阳离子种类阳离子凝聚力的大小排列顺序：阳离子凝聚力的大小排列顺序：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+单个土粒单个土粒团聚体
11、团聚体微团粒微团粒土土粒粒凝凝聚聚过过程程图6-2土粒凝聚过程单粒单粒单粒单粒单粒单粒Ca2+腐腐殖殖质质图6-3Ca2+凝聚作用（三）土壤胶体的带电性（三）土壤胶体的带电性 1、土壤电荷的种类、土壤电荷的种类土壤中所有胶粒都带电，一般有正负之分。土壤中所有胶粒都带电，一般有正负之分。据电荷性质和起源分为永久和可变电荷。据电荷性质和起源分为永久和可变电荷。 永久电荷永久电荷 起源于矿物的同晶代换。电荷形成后，不随土壤环境（如不随土壤环境（如pH、电解质等）变化而变化。、电解质等）变化而变化。可变电荷可变电荷随介质随介质PH的变化而变化的电荷。的变化而变化的电荷。可变电荷的产生是由于土壤固相表面
12、从介质中吸附离子或向介质中释出离子所引可变电荷的产生是由于土壤固相表面从介质中吸附离子或向介质中释出离子所引起的。起的。2、土壤胶体电荷的来源土壤胶体电荷的来源： 分子解离分子解离同晶代换同晶代换晶格断键晶格断键（1）表面分子的解离）表面分子的解离 R-COOHRCOO-+H+R-OHR-O-+H+ 高岭石的等电点为高岭石的等电点为5，当介质，当介质PH5时，表面的时，表面的OH基就解离出基就解离出H+，使其带负电。，使其带负电。 土壤中可变正负电荷数量相等时的土壤中可变正负电荷数量相等时的PH值称为等电点，或可变电荷零点，用值称为等电点，或可变电荷零点，用PH0表示。表示。 而二、三氧化物（
13、R2O3）的解离 在酸性条件下（在酸性条件下（PHAl3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na影响阳离子交换能力的因素主要是离子的电荷影响阳离子交换能力的因素主要是离子的电荷数、离子水化半径及离子浓度。数、离子水化半径及离子浓度。 1、根据库仑定律，离子的电荷价愈高，受胶体电性的吸持力愈大，交换能力、根据库仑定律，离子的电荷价愈高，受胶体电性的吸持力愈大，交换能力也愈大。即三价阳离子大于二价的，二价的又大于一价的。也愈大。即三价阳离子大于二价的，二价的又大于一价的。 2、同同价价离离子子，离离子子半半径径越越大大，其其水水化化程程度度越越弱弱，离离子子外外围围的的水水膜膜薄薄，因因而而同同负负
14、电电胶胶体体的的距距离离较较近近，相相互互吸引力较大，而且具有较强的交换能力。吸引力较大，而且具有较强的交换能力。一价离子种类一价离子种类Li+Na+K+NH+Cs+未水化离子半径（未水化离子半径（nm）0.0600.0950.1330.1430.148水化离子半（水化离子半（nm）1.0030.7900.5370.5320.509离子在胶粒上的吸附力离子在胶粒上的吸附力小小大大离子对其他离子的代换力离子对其他离子的代换力小小大大表表6-2离子半径及水化程度与交换能力的关系离子半径及水化程度与交换能力的关系（三）阳离子交换量（三）阳离子交换量（CEC） 在在一一定定PH值值（pH=7）时时，每
15、每千千克克干干土土所所含含的的全全部部交交换换性性阳阳离离子子的的厘厘摩摩尔尔数数，用用cmol（M+）Kg-1来表示来表示。 主要影响因素有：主要影响因素有：1、胶体数量、胶体数量质地愈粘重，含粘粒愈多的土壤，其交换量愈大。质地愈粘重，含粘粒愈多的土壤，其交换量愈大。胶体类型不同交换量也有很大差异。有机胶体的胶体类型不同交换量也有很大差异。有机胶体的交换量最大；交换量最大；硅铝铁率愈大，交换量也愈大；硅铝铁率愈大，交换量也愈大；2：1型粘粒矿物交换量大于型粘粒矿物交换量大于1：1型矿物。型矿物。粘粒矿物的硅铝铁率：粘粒矿物的硅铝铁率：粘粒矿物中粘粒矿物中SiO2的分子数与的分子数与R2O3（
16、Al2O3+Fe203）的分子数的比率，称为硅铝铁分子率，简称硅铝）的分子数的比率，称为硅铝铁分子率，简称硅铝铁率。铁率。2胶体种胶体种类类和成分和成分3.土壤土壤PH值值 同一土壤，阳离子交换量随土壤PH值的升高而增加，因为土壤的可变负电荷数量随PH值的升高而呈增加趋势。 例例 如如 ： 某某 一一 土土 壤壤 的的 阳阳 离离 子子 交交 换换 量量 为为 15cmol.Kg-1，其其中中Ca2+占占80，Mg2+占占15，K+占占5，在土壤耕层中所含，在土壤耕层中所含Ca2+、Mg2+、K+的数量为：的数量为：Ca2+：15cmol.Kg-18012cmol.Kg-1土中含土中含Ca2+
17、的克数为的克数为1kg122010/1000=2.4gkg土土每每亩亩耕耕层层中中可可交交换换钙钙的的数数量量为为（耕耕层层土土重重按按15万万公斤亩计算）：公斤亩计算）：2.4/1000150000Kg=360公斤亩公斤亩同样可计算得同样可计算得K+和和Mg2+的数量。的数量。据阳离子交换量，可计算出土壤胶体所保存的各种阳离子的含量。据阳离子交换量，可计算出土壤胶体所保存的各种阳离子的含量。（四）土壤的盐基饱和度（四）土壤的盐基饱和度 土壤胶体吸附的阳离子可分为两类：一类是盐基离子 ，包括Ca2+、Mg2+、NH+、K+、Na+等；另一类是致酸离子，即Al3+ 、H+。土壤中交换性盐基离子总
18、量占阳离子交换量的百分数称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土壤的盐基饱和度，为土壤的盐基饱和度，即：即：盐基饱和度（）盐基饱和度（）=交换性盐基离子总（交换性盐基离子总（cmolKg-）/阳离子交换量（阳离子交换量（cmolKg-） 如土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，这一土壤称为如土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，这一土壤称为盐基饱和土壤；盐基饱和土壤；若部分为交换性若部分为交换性H+和和Al3+离子时，则称为离子时，则称为盐基不饱和土壤。盐基不饱和土壤。 表6-3 我国几种土壤的盐基不饱和度土壤类型 地点 PH 阳离子交换量 代换性氢 盐基不饱（表土） （cmol /
19、kg） 和度 % 生草 广西邕宁 4.20 13.01 10.37 73.34 灰化土 四川壁山 4.87 6.37 3.34 61.86 红壤 广西桂林 5 .00 13.70 6.61 47.93 棕壤 安徽嘉山 6.00 17.49 2.71 15.00 湖北孝感 7.97 7.85 0.42 2.35 盐基饱和度与土壤的酸碱性有密切关系。一般而言，盐基饱和度大的土壤呈中性盐基饱和度与土壤的酸碱性有密切关系。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。或碱性；饱和度小的土壤呈酸性。（五）交换性阳离子的有效度（五）交换性阳离子的有效度1、离子饱和度、离子饱和度2、互补离
20、子效应、互补离子效应3、黏土矿物类型、黏土矿物类型1、离子饱和度、离子饱和度交换性阳离子的有效度不仅与该离子在土壤中的绝对量有关，更决定于该交换性阳离子的有效度不仅与该离子在土壤中的绝对量有关，更决定于该离离子占交换性阳离子总量之比，即子占交换性阳离子总量之比，即离子饱和度离子饱和度。离子的饱和度越高，被交换解吸的机会愈多，有效度越大。离子的饱和度越高，被交换解吸的机会愈多，有效度越大。表6-4土壤阳离子交换性与离子饱和度土 壤CEC（cmol(1)/kg)交换性钙（cmol(1)/kg)饱和度（%）A8675B301033由表由表6-4可见，虽然可见，虽然A土壤的交换性钙含量低于土壤的交换性
21、钙含量低于B土壤，但土壤，但A土壤中交换性钙土壤中交换性钙的饱和度的饱和度(75)要远大于要远大于B土壤土壤(33)。因此，钙离子在。因此，钙离子在A土壤中的有效度要大于其土壤中的有效度要大于其在在B土壤中土壤中的有效度。的有效度。如果我们把同一种植物以同样的方法栽培于如果我们把同一种植物以同样的方法栽培于A、B两种土壤中，显而易见，两种土壤中，显而易见，B土土壤比壤比A土壤更需补充钙离子养分。土壤更需补充钙离子养分。这一例子告诉我们，在施肥上，采用集中施肥的方法，可以增加养分离子在土壤这一例子告诉我们，在施肥上，采用集中施肥的方法，可以增加养分离子在土壤中的饱和度，提高其对植物的有效度。中的
22、饱和度，提高其对植物的有效度。2互补离子效应互补离子效应一般来讲，土壤胶体表面总是同时吸附着多种交换性阳离子。对某一指一般来讲，土壤胶体表面总是同时吸附着多种交换性阳离子。对某一指定离子而言，其它同时存在的离子都认为是该离子的互补离子，也称陪补离定离子而言，其它同时存在的离子都认为是该离子的互补离子，也称陪补离子。子。假定某一土壤同时吸附有假定某一土壤同时吸附有H+、Ca2+、Mg2+和和K+等等4种离子，对种离子，对H+离子来离子来讲，讲，Ca2+、Mg2+和和K+离子是它的互补离子。而离子是它的互补离子。而Ca2+离子的互补离子则是离子的互补离子则是H+、Mg2+和和K+离子。离子。胶体表
23、面并存的交换性阳离子之间的互相影响就是离子的互补效应。胶体表面并存的交换性阳离子之间的互相影响就是离子的互补效应。因此，当某种交换性阳离子与不同类型的互补离子共存在时，由于互补效应，该离子的有效度也会不同。一般说来，某离子的互补离子被土壤胶体的吸附力越强，该离子的有效度越高。这实际上是一个竞争吸附的问题。Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+土壤交换性阳离子小麦幼苗干重 （g）小麦幼苗吸钙量(mg)A40%Ca+60%H2.8011.15B40%Ca+60%Mg2.797.83C40%Ca+60%Na2.344.36表6-5互补离子与交换性钙的有效性上述盆栽实验的上述盆栽实验的
24、3种土壤上幼苗吸钙量的顺序是种土壤上幼苗吸钙量的顺序是ABC，说明土壤中交换性钙，说明土壤中交换性钙的有效度顺序也是的有效度顺序也是ABC。主要原因是。主要原因是3种互补离子种互补离子H+、Mg2+和和Na+与胶体的吸附与胶体的吸附力是依次递减的，因此，它们对提高钙离子有效度的作用是依次增强的。力是依次递减的，因此，它们对提高钙离子有效度的作用是依次增强的。在在一一定定的的盐盐基基饱饱和和度度范范围围，蒙蒙脱脱石石类类矿矿物物吸吸附附的的阳阳离离子子一一般般位位于于晶晶层层之之间间，吸吸附附比比较较牢牢固固，因而有效性较低。因而有效性较低。而而高高岭岭石石类类矿矿物物吸吸附附的的阳阳离离子子通
25、通常常位位于于晶晶格格的外表面的外表面，吸附力较弱，因此有效性较高。，吸附力较弱，因此有效性较高。3粘土矿物类型粘土矿物类型不同类型的粘土矿物具有不同的晶体构造特点，因而吸附阳离子的牢固程不同类型的粘土矿物具有不同的晶体构造特点，因而吸附阳离子的牢固程度也不同度也不同。产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铁、铝、锰等的氧化物及其水合物。铝、锰等的氧化物及其水合物。这些氧化物的结构特征是，一个或多个金属离这些氧化物的结构特征是，一个或多个金属离子与氧或羟基相结合，其表面由于阳离子键不饱和子与氧或羟基相结合，其表面由于阳离子键不饱和而水合，因而带有可离解
26、的水基或羟基。过渡金属而水合，因而带有可离解的水基或羟基。过渡金属离子可以与其表面上的羟基相作用，生成表面络合离子可以与其表面上的羟基相作用，生成表面络合物。物。三、阳离子的专性吸附三、阳离子的专性吸附（一）阳离子专性吸附的机理（一）阳离子专性吸附的机理（二）影响专性吸附的因素（二）影响专性吸附的因素（三）专性吸附的实际意义（三）专性吸附的实际意义(一一)阳离子专性吸附的机理阳离子专性吸附的机理处处于于周周期期表表中中的的B、B族族和和许许多多其其它它过过渡渡金金属属离离子子，其其原原子子核核的的电电荷荷数数较较多多，离离子子半半径径较较小小，因因而而其其极极化化能能力力和和变变形形能能力力较
27、较强强。其其价价电电子子层层的的结结构构为为(n1)d9nso，(n1)d10nso和和不不饱饱和和d电电子子层层。因因此此，它它们们一一般般都都能能与与配配体体形形成成内内络络合合物物，稳稳定定性性增增加加。同同时时由由于于电电子子层层结结构构的的这这些些特特点点，过过渡渡金金属属离离子子具具有有较较多多的的水水合合热热，在在水水溶溶液液中中以以水水合合离离子子的的形形态态存存在在，且且较较易易水水解解成成羟羟基基阳阳离离子子，M2+H20=MOH+H+，由由于于水水解解作作用用，减减少少了了离离子子的的平平均均电电荷荷，致致使使离离子子在在向向吸吸附附剂剂表表面面靠靠近近时时所所需需克克服
28、服的的能能障障降降低低，从从而而有有利利于于与与表表面的相互作用。面的相互作用。过渡金属元素的原子结构的这些特点是导致金属离子产生专性吸附，而不同于胶体表面碱金属和碱土金属静电吸附的根本原因。产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物。这些氧化物的结构特征是，一个或多个金属离子与氧或羟基相结合，其表面由于阳离子键不饱和而水合，因而带有可离解的水基或羟基。过渡金属离子可以与其表面上的羟基相作用，生成表面络合物。若金属离子是以若金属离子是以M2+离子的形态被专性吸附，离子的形态被专性吸附，则形成单配位基表面络合物：形成单配位基络则形成单配位基表面络合物：形成单配位基络合物
29、时释放一个质子，并引起一个单位的电荷合物时释放一个质子，并引起一个单位的电荷变化。变化。如果金属离子是以如果金属离子是以MOH+离子的形态被专性吸附，则反应后有两个质子离子的形态被专性吸附，则反应后有两个质子的释放，但表面电荷不发生变化。的释放，但表面电荷不发生变化。被土壤胶体专性吸附的金属离子均为非交换态，不能参与一般的阳离被土壤胶体专性吸附的金属离子均为非交换态，不能参与一般的阳离子交换反应，只能被亲和力更强的金属离子置换或部分置换，或在酸性条件子交换反应，只能被亲和力更强的金属离子置换或部分置换，或在酸性条件下解吸。下解吸。(二二)影响阳离子专性吸附的主要因素影响阳离子专性吸附的主要因素
30、1pH值值从金属离子的水解式可知，从金属离子的水解式可知，pH的升高有利于金属离子的水解，使的升高有利于金属离子的水解，使MOH+离离子的数量增加。在前面已经提到，羟基离子由于电荷数量较少，其向胶体表面子的数量增加。在前面已经提到，羟基离子由于电荷数量较少，其向胶体表面靠近时所需克服的能障较低，有利于因短程作用力而在胶体表面被吸附。同时，靠近时所需克服的能障较低，有利于因短程作用力而在胶体表面被吸附。同时，我们从氧化物对阳离子专性吸附的反应式可看到，矿物吸附金属离子时释放质我们从氧化物对阳离子专性吸附的反应式可看到，矿物吸附金属离子时释放质子，因此，子，因此，pH的升高会有利于吸附反应的进行。
31、的升高会有利于吸附反应的进行。2土壤胶体类型土壤胶体类型土壤各种组分对阳离子专性吸附的能力有很大差异。对各种土壤胶体从土壤各种组分对阳离子专性吸附的能力有很大差异。对各种土壤胶体从010gml的铜溶液中吸附铜的研究表明，不被氯化钙溶液解吸的铜的最大吸附量的铜溶液中吸附铜的研究表明，不被氯化钙溶液解吸的铜的最大吸附量(鹏鹏z)次序为：氧化锰次序为：氧化锰(68300)有机质有机质(11720)氧化铁氧化铁(8010)埃洛石埃洛石(810)伊利石伊利石(530)蒙脱石蒙脱石(370)高岭石高岭石(120)氧化物类型不同，专性吸附能力也有较大的差别。如几种氧化物对锌离子吸附氧化物类型不同，专性吸附能
32、力也有较大的差别。如几种氧化物对锌离子吸附量的大小顺序为：钠水锰矿量的大小顺序为：钠水锰矿非晶形氧化铝非晶形氧化铝非晶形氧化铁。非晶形氧化铁。同种氧化物因结晶程度的不同，对阳离子的吸附量也有差异。一般来说，非晶同种氧化物因结晶程度的不同，对阳离子的吸附量也有差异。一般来说，非晶形氧化物的比表面大，反应活性强，阳离子专性吸附量较高。反之，晶形较好的氧形氧化物的比表面大，反应活性强，阳离子专性吸附量较高。反之，晶形较好的氧化物吸附量较低。化物吸附量较低。(三三)阳离子专性吸附的实际意义阳离子专性吸附的实际意义1、土土壤壤和和沉沉积积物物中中的的锰锰、铁铁、铝铝、硅硅等等氧氧化化物及其水合物，对多种
33、微量重金属离子起富集作用，物及其水合物，对多种微量重金属离子起富集作用，其其中中以以氧氧化化锰锰和和氧氧化化铁铁的的作作用用更更为为明明显显。例例如如，红红壤壤和和黄黄壤壤的的铁铁锰锰结结核核中中，Zn、Co、Ni、Ti、Cu、V等重金属元素都有富。等重金属元素都有富。其中其中Zn、Co和和Ni的含量均与锰含量呈正相关，而的含量均与锰含量呈正相关，而Ti、Cu、V和和Mo的含量与的含量与铁含量成正相关。这种富集现象是由于氧化物胶体专性吸附的结果。由于专性吸铁含量成正相关。这种富集现象是由于氧化物胶体专性吸附的结果。由于专性吸附对微量金属离子具有富集作用的特性，因此，正日益成为地球化学领域或地球
34、附对微量金属离子具有富集作用的特性，因此，正日益成为地球化学领域或地球化学探矿、环境等学科的重要内容。化学探矿、环境等学科的重要内容。2、对重金属离子的专性吸附，起着控制土壤溶液中金属离子浓度的重要作用。、对重金属离子的专性吸附，起着控制土壤溶液中金属离子浓度的重要作用。土壤溶液中土壤溶液中Zn、Cu、Co、Mo等重金属离子的浓度主要受吸附一解吸作用所等重金属离子的浓度主要受吸附一解吸作用所支配，其中氧化物专性吸附更为重要。支配，其中氧化物专性吸附更为重要。因此，专性吸附在调控金属元素的生物有效性和生物毒性方面起着重要作用。因此，专性吸附在调控金属元素的生物有效性和生物毒性方面起着重要作用。如
35、在铅污染的土壤中加入氧化锰，可以抑制植物对铅的吸收，所以阳离子专性吸附如在铅污染的土壤中加入氧化锰，可以抑制植物对铅的吸收，所以阳离子专性吸附的研究对植物营养化学、指导合理施肥等有着重要意义。的研究对植物营养化学、指导合理施肥等有着重要意义。3、土土壤壤是是重重金金属属元元素素的的一一个个汇汇。当当外外源源重重金金属属污污染染物物进进入入土土壤壤或或河河湖湖底底泥泥时时，易易为为土土壤壤中中的的氧氧化化物物、水水合合氧氧化化物物等等胶胶体体专专性性吸吸附附所所固固定定，对对水水体体中中的的重重金金属属污污染染起起到到一一定定的的净净化化作作用用，并并对对这这些些金金属属离离子子从从土土壤壤溶溶
36、液液向向植植物物体体内内迁迁移移和累积起一定的缓冲和调节作用。和累积起一定的缓冲和调节作用。另另一一方方面面，专专性性吸吸附附作作用用也也给给土土壤壤带带来来了了潜潜在在的的污污染染危危险险。因因此此，在在研研究究专专性性吸吸附附的的同同时时，还还必必须须探探讨讨被被土土壤壤胶胶体体专专性性吸吸附附的的金金属属离离子的生物学解吸问题。子的生物学解吸问题。第三节土壤胶体对阴离子的吸附交换土土壤壤胶胶体体对对阴阴离离子子也也有有静静电电吸吸附附和和专专性性吸吸附附作作用用，但但土土壤壤胶胶体体多多数数是是带带负负电电荷荷的的，因因此此，在在很多情况下，阴离子还可出现负吸附。很多情况下，阴离子还可出
37、现负吸附。虽虽然然，从从数数量量上上讲讲，大大多多数数土土壤壤对对阴阴离离子子的的吸吸附附量量比比对对阳阳离离子子的的吸吸附附量量少少，但但由由于于它它在在植植物物营营养养、环环境境保保护护甚甚至至矿矿物物形形成成、演演变变等等方方面面均均有有重重要要作作用用，因因此此它它一一直直是是土土壤壤化化学学研研究究中中相相当当活活跃跃的的领领域域。本本节节主主要要介介绍绍土土壤壤胶胶体体对对阴阴离离子子吸吸附附的的基本概念和原理。基本概念和原理。(一一)土壤对阴离子的静电吸附土壤对阴离子的静电吸附 当土壤胶体带正电荷时所引起的。有以下特点：当土壤胶体带正电荷时所引起的。有以下特点：1、产产生生静静电
38、电吸吸附附的的阴阴离离子子主主要要是是Cl-、NO3-、ClO4-等等，发发生生在在双双电电层层外外层层（扩扩散散层层），因因此此吸吸持持松，易于解吸，是可交换性的。松，易于解吸，是可交换性的。在阴离子中，磷酸根离子、硅酸根离子和某些有机酸的阴离子等易被土壤吸附；氯离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子很难被吸附或根本不被土壤吸附； 硫酸根、碳酸根等介于二者之间。2、离子的电荷及其水合半径直接影响着离子、离子的电荷及其水合半径直接影响着离子与胶体表面的作用力与胶体表面的作用力对于同一土壤，反号离子的价数越高，吸附力越强；同价离子中，水合半径较小对于同一土壤，反号离子的价数越高，吸附力越强；同价离子中，
39、水合半径较小的离子，吸附力较强的离子，吸附力较强3、阴离子吸附与土壤表面正电荷数及密度相关。、阴离子吸附与土壤表面正电荷数及密度相关。土壤中铁、铝、锰的氧化物是产生正电荷的主要物质。在一定条件下，高岭石结土壤中铁、铝、锰的氧化物是产生正电荷的主要物质。在一定条件下，高岭石结晶的边缘或表面上的羟基也可带正电荷。此外，有机胶晶的边缘或表面上的羟基也可带正电荷。此外，有机胶体表面的某些带正电荷的基体表面的某些带正电荷的基团如一团如一NH2+等也可静电吸附阴离子。等也可静电吸附阴离子。4、阴离子吸附数量与土壤、阴离子吸附数量与土壤pH值值有关有关pH值值降低，正降低，正电电荷增加静荷增加静电电吸附的阴
40、离子增加。吸附的阴离子增加。pH7时时，即使是以高岭石和，即使是以高岭石和铁铁、铝铝氧化物氧化物为为主要胶体物主要胶体物质质的可的可变电变电荷土壤，其阴离子的静荷土壤，其阴离子的静电电吸附量也相当低。吸附量也相当低。(二二)阴离子的负吸附阴离子的负吸附 电电解解质质溶溶液液加加入入土土壤壤后后，阴阴离离子子浓浓度度相相对对增大的现象。增大的现象。大大多多数数土土壤壤胶胶体体一一般般情情况况下下主主要要带带负负电电荷荷，因因此此会会造造成成土土壤壤中中的的阴阴离离子子互互相相排排斥斥，距距离离愈愈近近斥斥力力愈大，对阴离子排斥愈厉害，愈大，对阴离子排斥愈厉害，表现出较强的负吸附。表现出较强的负吸
41、附。1、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、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。数的增加而增加。如在钠质膨润土中，不同钠盐的阴离子所表现出的负吸附次序为：如在钠质膨润土中，不同钠盐的阴离子所表现出的负吸附次序为：C1-=N03-SO42-K+、Ca2+Ba2+。3、土壤胶体表面类型不同，对阴离子的负吸附作用也不一样。、土壤胶体表面类型不同，对阴离子的负吸附作用也不一样。带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子的排斥作用愈强，负吸附作用愈明显。带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子的排斥作用愈强，负吸附作用愈明显。（三）土壤对阴离子的专
42、性吸附（三）土壤对阴离子的专性吸附指阴离子进入粘土矿物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接通过共价键或配位键结合在固体的表面。这种吸附发生在胶体双电层的内层，。因为这种吸附发生在胶体双电层的内层，。因为直接与胶体表面的配位离子（配位直接与胶体表面的配位离子（配位基）置换，故又称配位基交换（粘粒矿物表面上的基）置换，故又称配位基交换（粘粒矿物表面上的-OH原子团可与土壤溶液中的阴原子团可与土壤溶液中的阴离子交换）。离子交换）。产生专性吸附的阴离子有产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含氧离子以及磷酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含
43、氧酸根离子。以酸根离子。以F-离子为例，其配位交换反应为：离子为例，其配位交换反应为：1、与阳离子的静电吸附不同，专性吸附的阴离子不仅可以在带正电荷的表、与阳离子的静电吸附不同，专性吸附的阴离子不仅可以在带正电荷的表面发生吸附，也可在带负电荷或零电荷的表面被吸附。面发生吸附，也可在带负电荷或零电荷的表面被吸附。吸附的结果使表面正电荷减少，负电荷增加，体系的吸附的结果使表面正电荷减少，负电荷增加，体系的pH上升。例如，磷酸上升。例如，磷酸根可以在带不同电荷的氧化铁表面发生专性吸附。根可以在带不同电荷的氧化铁表面发生专性吸附。2、由由于于专专性性吸吸附附是是发发生生在在胶胶体体双双电电层层的的内内
44、层层，因因此此，被被吸吸附附的的阴阴离离子子是是非非交交换换态态的的，在在离离子子强强度度和和pH固固定定的的条条件件下下，不不能能被被静静电电吸吸附附的的离离子子置置换换，只能被专性吸附能力更强的阴离子置换或部分置换。只能被专性吸附能力更强的阴离子置换或部分置换。3、阴离子的专性吸附主要发生在铁、铝氧化物的表面，而这些氧化物多分布于可变、阴离子的专性吸附主要发生在铁、铝氧化物的表面，而这些氧化物多分布于可变电荷电荷(热带热带)土壤中，因此，可变电荷土壤中阴离子的专性吸附现象相当普遍。（如土壤中，因此，可变电荷土壤中阴离子的专性吸附现象相当普遍。（如对磷酸根等养分离子的固定能力较强）。对磷酸根
45、等养分离子的固定能力较强）。4、专性吸附作用一方面对土壤的一系列化学性质如表面电荷、酸度等造成深刻的影、专性吸附作用一方面对土壤的一系列化学性质如表面电荷、酸度等造成深刻的影响，响，另一方面决定着多种养分离子和污染元素在土壤中存在的形态、迁移和转化，另一方面决定着多种养分离子和污染元素在土壤中存在的形态、迁移和转化，进而制约着它们对植物的有效性及其环境效应。进而制约着它们对植物的有效性及其环境效应。复习题复习题1、掌握土壤胶体、阳离子交换量、交换性阳离子、掌握土壤胶体、阳离子交换量、交换性阳离子、盐基饱和度等有关概念。盐基饱和度等有关概念。2、了解胶体的类型及其特点？、了解胶体的类型及其特点？
46、3、土壤胶体的性质有哪些？、土壤胶体的性质有哪些？4、胶体带电原因有哪些？什么是永久电荷？什么是、胶体带电原因有哪些？什么是永久电荷？什么是可变电荷？它们的来源和性质如何？可变电荷？它们的来源和性质如何？5、了解土壤胶体的双电层结构。影响土壤胶体凝聚、了解土壤胶体的双电层结构。影响土壤胶体凝聚和分散的因素有哪些？和分散的因素有哪些？6、阳离子交换量主要特征是什么？影响阳离子交换、阳离子交换量主要特征是什么？影响阳离子交换量大小的因素有哪些？量大小的因素有哪些？7、什么是阴离子的静电吸附、负吸附和专性吸附？、什么是阴离子的静电吸附、负吸附和专性吸附？其影响因素有哪些？其影响因素有哪些？8、土壤吸收性能有几种类型？、土壤吸收性能有几种类型？
