第三章土壤固相部分的基本性质

4. 含水氧化铁和水铝石表面分子中OH解离
Fe(OH)3 Al(OH)3
Fe(OH)2++OHAl(OH)2++OH-
四、土壤胶体的结构 土壤胶体结构
第二节 土壤吸收性能
吸附：离子从土壤溶液中转移到胶体表面的过程 解吸：原来吸附到土壤胶体上的离子转移到溶液中的过程
使土壤具有保肥和供肥性 一、土壤对阳离子的吸收与交换
第三章 土壤固相部分 的基本性质
第一节 土壤胶体
那些大小在1-100 nm(在长、宽和高的三个方向，至少有一个 方向在此范围内)的固体颗粒
一、土壤胶体的基本性质
1. 土壤胶体比面和表面能
2. 土壤胶体具有带电性 ※ 二、土壤胶体种类
1. 矿物质胶体 土壤次生矿物中的粘土矿物(粘土矿物) 含水铁、铝氧化物
(3) 粘土矿物的种类
粘粒矿物类型与交换性交换性阳离子活度系数的关系
粘土矿物
Na+
K+
NH4+
H+
Ca2+
高岭石
0.34
0.38
0.25
0.080
0.080
蒙脱石
0.21
0.25
0.18
0.058
0.022
伊利石
0.10
0.15
0.21
0.036
0.040
6. 土壤对阳离子的非交换性的吸收(阳离子的固定作用)
Al(OH)2++H2O
Al(OH)2++H+
Al(OH)2++H2O
Al(OH)3+H+
交换性酸度
潜 性 酸
HH+++2KCl Al3+ +3KCl
AlCl3+3H2O
K+ K+
+HCl
3H3++AlCl3
Al(OH)3+3HCl
水解性酸度 CH3COONa+H2O H+ +NaOH
CH3COOH+NaOH Na+H2O
映山红、铁芒箕、兰花
碱性指示作物：蜈蚣草、 柏木
六、 土壤酸碱性的调节原理
1. 酸性土壤(石灰、蚝壳灰及草木灰)
2H++Ca(OH)2
Ca2+ +2H2O
2Al3++3Ca(OH)2
3Ca2+ +2Al(OH)3
2. 碱性土壤 (石膏、硫磺或明矾)
2Na++CaSO42+ Na2CO3+ CaSO4
[Fe2O3·nH2O]、[Al2O3·nH2O]或[Fe(OH)3]、Al(OH)3]
2. 有机胶体 腐殖质 3. 有机无机复合体
三、土壤胶体电荷的产生
1. 同晶置换
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 的离子所取代，它使其化学组成发生改变，但其晶层结构未变
2. 表面分子解离
氯(Cl-)，硝酸根(NO3-)和亚硝酸根(NO2-)
中间类型的离子 硫酸根(SO42-)，碳酸根(CO32-)
5. 土壤吸收性能的重要性
(1) 保持和供应植物养分
(2) 土壤吸收性能对土壤结构性的影响
(3) 土壤吸收性能对土壤酸碱性的影响
(4) 土壤吸收性能和施肥的关系
第三节 土壤酸碱性
一、土壤酸度的类型及来源
Al3+ +3NaOH
3Na+Al(OH)3
3. 活性酸和潜性酸的关系
H+
土壤溶液中H+、Al3+
Al3+
潜性酸
活性酸
改良土壤酸性时，应以潜性 酸度来确定石灰的施用量
水解性酸度可 以指示出土壤 中潜性酸和活 性酸的总量
盐基 离子
提供H+
盐基 离子
淋失 加速土壤酸化
Al3+
土壤胶体上所吸附的离子
H+和Al3+ (致酸离子)
1. 阳离子的吸收与交换特征
CNaa2+++3NH4Cl
3NH4+ +CaCl2+NaCl
(1) 可逆反应且能迅速达到平衡 (2) 等当量交换 (3) 受质量作用定律支配
2. 阳离子的交换能力 一种阳离子将胶体上另一种离子交换出来的能力
(1) 电荷价数的影响 三价离子>二价离子>一价离子
(2) 离子子半径及水化程度 离子的水化：指在电场的影响下水分定向排列在离子周围。
8
6
75%
30
10
33%
(2) 互补离子的影响 与某种交换性阳离子共存的其他交换性阳离子为互补离子
土壤 甲土 乙土 丙土
交换性阳离子的组成 40%Ca+60%H 40%Ca+60%Mg 40%Ca+60%Na
盆中幼苗干重 (g) 2.80 2.79 2.34
盆中幼苗吸钙量 (mg) 11.15 7.83 4.36
土壤盐基饱和度的变化
二、 土壤碱度 土壤碱性强弱的程度
OH-
弱酸强碱盐水解(碳酸根及重碳酸根的钾、钠、
钙、镁盐)
NaCO3+2H2O
2Na++2OH-+H2CO3
Na++H2O
H+ + NaOH
NaOH + H2CO3
Na2CO3 + 2H2O
NaOH + CO2
NaHCO3
Na+>15% 土壤呈极强的碱性反应， pH大于8.5，甚至超过10
盐基离子 (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH+等)
盐基饱和度：
指土壤中各种交换性盐基离子的总 量占阳离子交换量的百分数
= 交换性盐基离子总量(cmol kg-1) ×100 阳离子交换量(cmol kg-1)
我国土壤的盐饱和度有自北向南渐少的趋势
Ca2+为主 其次是Mg2+
北纬33°为界 H+和Al3+
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+、NH4+>Na+
(3) 离子浓度 3. 阳离子交换量(CEC)
也称吸收量：指每千克干土所吸收的全部交换性阳离子的厘摩尔数。 (cmol kg-1)
反映保持养分的能力 >20 cmol 保肥力强的土壤
10-20 cmol 保肥力中等的土壤
<10 cmol 保肥力差的土壤
x 1. 块状和核状结构
2. 团粒结构 近似球形，粒径约0.25-10 mm (粒径小于0.25 mm的为微团粒)。
3. 柱状或棱柱状结构
4. 片状结构
块状、核状：
> 10 cm
大块状
5-10 cm
小块状
0.5-5cm
碎块状
柱状、棱柱状：
>5 cm
大
3-5cm
中
<3 cm
小
团 粒 ： 10-0.25mm
3. 断键
可变电荷
4. 胶体表面从介质中吸附离子
永久电荷
1. 含水氧化硅(SiO2·H2O或H2SiO3) H2SiO3+OH- HSiO3-+H2O
HSiO3-+OH-
SiO32-+H2O
2.粘粒矿物的晶面OH的解离
OH OH OH
OO- +3H+ O-
3. 腐殖质上的原子团
O
O
R-C-OH R-C-O- +H+
NH4+ (0.143 nm) K+ (0.133 nm)
0.14 nm 2：1型：蛭石＞拜来石＞伊利石＞蒙脱石， 1：1型: 粘粒矿物不能产生固钾作用Βιβλιοθήκη 4. 土壤阴离子的吸收与交换
易被土壤吸附的阴离子
根据土壤中阴离子 的吸附能力的大小
磷酸根离子(H2PO4-, HPO42-, PO43-)；硅酸根离 子(HSiO3-, SiO32-)及若干有机酸根(C2O42-) 吸附作用很弱或进行负吸附的离子
2. 土壤容重 (g cm-3) 单位体积自然状态下的土壤(含粒间孔隙的体积)的干质量
土壤质地、结构和有机质含量及土壤松紧状况而异。 3. 土壤孔隙性 土壤固体颗粒之间所形成的不同形状和大小孔隙
的数量、比例以及分布状况的总称。 (1) 土壤孔隙度
在一定容积的土体内，土壤孔隙容积占整个土体容积 的百分数(土壤总孔隙度)
通过聚合铝离子周围的水分子解离出H+
五、 土壤酸碱性对作物生长的影响 1. 土壤酸碱性与植物养分的关系
土壤酸碱性与植物生长的关系
最适pH范围 4.0-5.0 4.5-5.0 5.0-5.5 5.0-6.0
植物种类 兰花、黑云杉 杜鹃花、石松、白雪松 茶、马尾松、马铃薯 甘薯、菠萝、板栗、红松
酸性指示植物
>9.5
酸碱度分级 弱碱性 碱性 强碱性 极强碱性
土壤呈中性至碱性 pH：7.5-8.5 碱土： 9.0
北纬33°为界
土壤呈酸 pH:4.5-5.5
pH：4.5-8.5之间有南酸北碱的趋势
2. 潜性酸
由土壤吸收性氢离子和铝离子所引起的
H+ Al3+
酸性 Xn++H++Al3+
Al3++H2O
Al(OH)2++H+
1. 土壤活性酸度：由土壤溶液中游离的氢离子所决定的
(1)CO2+H2O
H2CO3
H++HCO3-
(2) 有机质分解或氧化作用产生的H+
CO2
pH <4.5 4.5-5.5 5.5-6.0 6.0-6.5 6.5-7.0
土壤酸碱度分级
酸碱度分级 极强酸性 强酸性
酸性 弱酸性 中性
pH 7.0-7.5 7.5-8.5 8.5-9.5
1. 天然结构改良剂：植物残体、泥炭、褐煤等为原料，从中抽取腐殖酸、 纤维素、木质素、多糖醛类等物质作为团粒的胶结 剂
2. 合成土壤结构改良剂：模拟天然团粒胶结剂的分子结构、性质，利用现 代有机合成技术人工合成高分子聚合物。主要有 水解聚丙烯腈钠盐、乙酸乙烯酯与丁烯二酸的共 聚物钙盐
第五节 土壤的物理机械性
影响阳离子交换的因素：
(1) 质地 (2) 有机胶体的含量 (3) 无机胶体的种类
无机胶体的种类 蒙脱石 水云母 高岭石
含水氧化铁、铝
SiO2/R2O3 4 3 2 -
交换量 60-100 20-40
5-15 极微
平均交换量 80 30 10 -
风化程度的不同直接影响土壤的保肥能力
(4) 土壤酸碱性
特点：土粒高度分散，湿时泥泞，不透水，不通
气；干时硬结，耕性极差
三、 影响土壤酸碱度的因素
1. 气候 2. 地形 3. 母质 4. 植被 5. 人类活动 6. 盐基饱和度
四、土壤的缓冲性
当加酸或碱于土壤时，土壤具有缓和酸碱度改变的能力
1. 土壤溶液中弱酸及基盐类的存在 碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸以及其它有机酸等弱酸及其盐类
微团粒 : < 0.25 mm
(二) 土壤结构与土壤肥力的关系
空气走廊
团粒内部是毛管孔隙，团粒 之间是非毛管孔隙，两种孔 隙配合适当，总孔隙也较大
水气状况：土壤水分接纳的水分多，径 流少，减少土壤冲刷侵蚀
养分状况：能够为作物提供速效养
团粒结构的孔隙状况
分的同时又适当地积累 有机质
温度：水、气状况协调，土温状况也比 较稳定
生产上对旱地土壤 结构的评价，以团
团粒结构的土壤疏松多孔，减少根系生长 粒结构最为理想
的机械阻力，有利于种子发芽和根系生长， 同时减少耕作阻力，提高耕作效果
土壤团粒体
(四) 土壤良好结构的培育
1. 改良土质和施用有机质肥料
2. 合理的土壤耕作
3. 合理轮作与间套种
4. 改良土壤的化学性质
5. 应用土壤结构改良剂
孔隙度(%) =
孔隙体积
土壤体积 ×100 =1-
土粒质量/比重 土粒质量/容重
容重 =1- 比重
(2) 土壤孔隙的类型
大小和性能
毛管孔隙
毛管孔隙（0.06-0.002mm） 无效孔隙(非活性孔隙)(<0.002 mm)
非毛管孔隙 (>0.06mm)
(3) 理想土壤孔隙性
产量 缺苗
一般作物适宜的 土壤孔隙度是 50%左右或稍高， 毛管孔隙度与非 毛管孔隙度之比 约为1：0.5；无 效孔隙要求尽是
一 土壤的结持性
在不同含水量时土粒在外力作用下表现的可移动性，它是不同 含水量下土壤的粘结性、粘着性以及塑性等的综合表现
（一）土壤粘结性（g cm-2)
原来指同种物质或同种分子相互吸引而粘结的性质，在土壤学中，
土粒通过各种引力而粘结起来的性能
Ca2+ +Na2SO4 Na2SO4+CaCO3
第四节 土壤孔隙性与结构性
一、土壤孔隙性
土粒或土团之间通过点面的接触所形成大小不等的空间
1. 土壤的密度 (g cm-3) 单位体积(不含粒间孔隙的体积)土壤固体部分的质量。 土壤密度是所含固体成分密度的平均值，一般耕地 土壤密度近于2.65 g cm-3
10
高 岭 石
蒙 脱 石
北方土壤阳离子交换量较
8
pH
大，保肥力强。
南方土壤阳离子交换量相
对较小，保肥力弱
6
3. 交换性阳离子的有效度
4
20 40 60 80 100
(1) 离子的饱和度
负电荷 (cmol/ kg)
指土壤中某种交换性阳离子的数量占阳离子交换量的百分数
土壤 甲 乙
阳离子交换量 (cmol kg-1) 交换性钙量(cmol kg-1) 交换性钙的饱和度
少。
甜菜产量(t) 甜菜缺苗率(%)
0
10%
通气孔隙度(%)
一般砂土孔度30-45%，壤土40-50%，粘土45-60%
二、土壤结构性
土壤结构体：土壤颗粒胶结而成的大小不一、形状不同的土团、土块 和土片。
土壤结构性：指土壤中结构体的形状、大小及其排列情况。
(一) 土壤的结构类型
z
y C.A. 察哈罗夫
Na2CO3 + 2HCl
H2CO3+ 2NaCl
H2CO3 + Ca(OH)2
CaCO3+ 2H2O
2. 土壤胶体的阳离子交换作用
M + HCl
H + MCl
H+ MOH
M + H2O
3. 酸性土壤中的活性铝或交换性铝离子对碱的缓冲作用
2Al(H2O)63+ + 2OH-
[Al2(OH)2(H2O)8]4++ 4H2O