土壤胶体与吸附性

由于胶体表面的分子解离或吸附溶液中的离子,使胶粒带电. 土壤中所有胶粒都是带电的（一般为负电荷），这是土壤产生
离子吸附和交换、离子扩散、酸碱平衡、氧化还原反应以及胶体的
分散与絮凝等现象的根本原因，而这些反应都直接或间接关系到土 壤的水、肥、气、热性质。 土壤表面电荷数量决定土壤所能吸附的离子数量，土壤胶 体表面电荷密度，则影响着离子的吸附强度。
第二章 土壤的基本组成和性质
第五节
土壤胶体与吸附性
一、土壤胶体及性质 二、土壤的交换吸附性能
【教学目标】
了解土壤胶体的表面类型、构造、种类、性质，掌握
土壤胶体对阳离子、阴离子的吸附作用及影响因素。
一、土壤胶体
胶体是一种分散系统
分散介质：土壤溶液和土壤空气
分散相：土壤固相颗粒 土壤胶体：是指土壤中颗粒直径小于1微
1.土壤阳离子交换作用的特点
a. 可逆反应，迅速平衡 ； b. 按等量关系进行，等价交换； c. 交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响；
a. 可逆反应，迅速平衡
阳离子交换反映是一个动态的平衡，这对植物营养的供应有重要的意义。
当植物从土壤溶液中吸收了阳离子后，胶体上的交换性阳离子会迅速补给到 土壤溶液中。
有机无机复合胶体的结合方式比较复杂，主要的结合方式 有下列三种： （1）通过钙离子结合 通过Ca2+ 结合的有机无机复合胶体与水稳性结构形 成有关，对土壤肥力起着重要作用。
（2）有机胶体通过铝铁胶体结合
胡敏酸与铁铝结合有二种方式，与Fe3+、Al3+结合 ，形成铁或铝胡敏酸化合物；也可与胶态铁铝结合形成铁 、铝胡敏酸凝胶。
土壤中常见的离子交换能力排列顺序是： Fe3＋＞Al3＋＞ H ＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞ K ＋＞ NH4 ＋＞Na＋
3.土壤的阳离子交换量和盐基饱和度
(1)土壤的阳离子交换量
，在一定土壤pH值条件下，土壤能吸附的交换性阳
离子的总量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交换
性阳离子的厘摩尔数（ Cation Exchange Capacity，
四、土壤的其他吸收作用
根据吸附方式可以分为：
土壤机械吸收作用：过滤作用
土壤物理吸收作用：胶体表面能吸附作用
土壤化学吸收作用：化学反应沉淀过程 土壤生物吸收作用：有机体对养分选择性吸收，以有机质 形式积累
根据产生机理可以分为：
•交换性吸附 •专性吸附 •负吸附 •化学沉淀与土壤吸附
为稳定的溶胶。 当加入一些多价离子的时候，土壤胶体之间分子引力大于静 电排斥力，胶体就会相互凝聚形成凝胶。
分子引力
-胶粒 --
-
静电斥力
- 胶粒 -
-
阳离子
对胶体的凝聚力： Fe3+ Al3+ H+>Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+
三、土壤胶体的类型 （一）有机胶体
土壤中的有机物质，主要是腐殖质；
特点
a.保肥性强
b.带有大量的负电荷
C.具有高度的亲水性
土壤有机胶体——腐殖质
（二）无机胶体
无机胶体包括：次生铝硅酸盐矿物和含水氧化物。
次生铝硅酸盐类（即粘土矿物）
无机胶体 含水氧化物
含水氧化铁 含水氧化铝 含水氧化硅 水铝英石
（三）有机—无机复合胶体
土壤中的矿质胶体和有机胶体很少单独存在， 大多相互结合成为有机无机复合胶体。这是因为 土壤腐殖质存在的活泼官能团，在粘土矿物的表 面也存在着许多活泼的原子团或化学键，他们之 间必然产生物理、化学或物理化学作用，因而会 结合形成不同的有机无机复合胶体。
米或小于2微米，具有胶体性质的微粒。
二、土壤胶体的构造
1、胶核：胶核由许多分子或其 他微粒聚集而成。 2、双电层 （1）决定离子电位层：吸附在
胶粒核表面，决定胶粒电荷正负
及大小的离子层，或称双电层外 层。
（2）补偿离子层：决定电位离
子层产生的静电力吸附粒间溶液
中带相反电荷的离子，形成补偿
离子层，又称双电层外层。又分
CEC）。
单位：cmol（+）〃kg 。
-1
（2）影响土壤交换量的因素：
a. 土壤质地
不同质地土壤的阳离子交换量
单位：cmol(+)／kg
土 壤
砂土
1～ 5
砂壤土 7～ 8
壤 土 7～18
粘 土 25～30
阳离子 交换量
b. 腐殖质含量
腐殖质胶体阳离子交换量远大于矿质胶体。
c. 胶体种类
有机胶体交换量最大；矿质胶体中交换量大小是：蒙脱石
b. 阳离子交换按等量关系进行，等价交换
c. 交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响；
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。
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。
本章小结：
1.影响阳离子交换的因素有哪些？ 2.阳离子交换作用的特点有哪些？ 3.土壤阳离子交换作用的规律、影响阳离子有效性的因素 以及阳离子交换对土壤性质的影响。 4.试述土壤吸附性的种类和意义？
5.提高土壤保肥和供肥措施有哪些？
因此，土壤胶体的带电性对土壤肥力性质以及污染元素、有机污
染物等在土壤溶液中的聚集、迁转、转化等有重要影响。
土壤电荷的来源：
（1）同晶置换 （2）矿物晶格断键
（3）表面分子的解离
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土壤的电荷数量
土壤的正电荷和负电荷的代数和就是土壤的净电荷。一般土壤的
负电荷多于正电荷，所以土壤一般带负电荷。 土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离子的厘摩尔数表示。
pH值越高，负电荷增大，吸附力减小；离子浓度增高，吸附力增大
三、离子交换对土壤肥力的影响
1.
土壤离子交换对土壤养分状况的影响
影响土壤的保肥性；胶体的吸附避免肥料被冲走流失或浓度过高 影响土壤的供肥能力；土壤胶体吸收保存了大量养分又不断释
放到土壤溶液中，才保证了植物在整个生长期内对养分的需求。
2.
影响土壤的酸碱性
盐基饱和度 = （％）
盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等自然 条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大， 多雨地区则小。
（4）交换性阳离子的活度及其影响因素
交换性阳离子活度是指实际能解离出来的交换性离子 数量。 影响因素： ①交换性离子的饱和度； ②赔补离子的种类；
③无机胶体的种类；
④离子半径大小与晶格孔穴大小的关系；
二、土壤阴离子交换作用
阴离子交换作用是指被胶粒表面正电荷吸附的阴离 子与溶液或不同胶粒上阴离子交换的过程。
阴离子交换吸收作用有些是可逆的，受质量作用定
律的支配，但多数情况下阴离子交换吸收与化学固定是 同时发生的，被吸收的阴离子转化为难溶性化合物被固 定在土壤中。
2、影响土壤阴离子吸附能力的因素
• 胶体种类和本身价位 高龄石易带正电的粘土矿物易吸附阴离子，价位越高吸附力越强。 • pH值和土壤溶液离子浓度
凡运动速度快的其交换能力也大。H＋半径小，但水化很弱，
水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置。
（2） 阳离子的相对浓度及交换生成物的性质
土壤 胶粒
Ca2＋＋K
2SO4
土壤 胶粒
K＋ K＋ ＋CaSO4
有利于向生成物方向进行的条件：
▲生成物不断被移走（生物吸收、淋溶）
▲形成沉淀（矿物固定）不溶物或难溶物
土壤的离子交换作用是由土壤胶体引起的。 分为阳离子交换作用和阴离子交换作用两种。
（一）土壤中阳离子交换作用
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或不同胶粒上的阳离子相 互交换的过程。
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。
（三）土壤胶体的凝聚性和分散性
溶胶
土壤胶体微粒 均匀地分散在 水中，呈高度 分散的溶胶
胶体的凝聚
凝胶
胶体微粒彼此 凝集在一起呈 絮状的凝胶
土壤溶液
胶体的分散
影响因素 ：主要因素是胶体的动电电位
通常土壤胶体是带负电荷的，土壤胶体之间带有负的电动电
位，是相互排斥的，这种负电动电位越高，排斥力越强，越能成
▲形成气体
（3）胶体的性质
一般情况下，交换量大的胶体结合两价离子能力强，
结合一价离子的能力稍弱；反之，交换量小的胶体结合一
价离子能力强，与两价离子的结合能力较弱，即一价离子 可将两价离子交换下来。
凡运动速度快的其交换能力也大。H＋半径小，但水化 很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具 有特殊位置。
2.影响阳离子交换作用的因素
（1）阳离子交换能力
（2）阳离子的相对浓度及交换生成物的性质
（3）胶体性质
（1）阳离子交换能力
a.离子电荷数量 三价＞二价＞一价 b.离子的半径和水化程度
同价离子，离子半径越大，水化程度越弱，则水化半径越小，其代换 能力越强，如K > Na 。
+ +
c.离子运动速度越大，交换力越强
胶体微粒构造示意图
为扩散层和非活性离子补偿层。
胶核
胶粒
胶体微粒
决定电位离子层（内） 双电层 非活性离子层
补偿离子层（外）
扩散层
三、土壤胶体的基本特性
（一）胶体具有巨大的比面和表面能
单位质量或体积物体的总表面积称为比面
（比面=总面积/质量）
可见，土粒愈细小，总表面积愈大，比面愈大。
土壤中颗粒其实是多种多样的，多为片状、棒状、针状。实际 上胶体的表面积比光滑的球体的大得多。
＞伊利石＞高岭石。
d. 土壤酸碱反应
一般来说，随土壤碱度增加(pH值增高)解离度增高，带电 量多；反之，随土壤酸度增加 (pH值降低)解离度降低，带电量 减少。
（3）盐基饱和度
盐基饱和度是指土壤吸附的交换性盐 基离子占交换性阳离子总量的百分数。
交换性盐基离子总量（ cmol ／ kg ） 阳离子交换量（cmol／kg）
土壤酸碱性与土壤的盐基饱和程度有关，一般盐基不饱和的土壤 呈酸性反应，而盐基源自文库和的土壤则呈中性或碱性。
3.
影响土壤的缓冲性
土壤胶体上吸附了大量的交换性阳离子，对进入土壤的少量酸性 或碱性物质起缓冲作用，不致使土壤pH有剧烈的变化。
4.
影响土壤的物理性质
土壤胶体的聚散特性受土壤胶体上的阳离子组成影响很大，胶体 的聚散特性则直接关联着土壤的结构性，而结构性是体现土壤物 理性质的重要方面。
（3）有机胶体与无机胶体的直接结合
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二、土壤的交换吸附性能
一）阳离子交换吸附作用的特点 二）土壤阳离子交换量 三）影响阳离子交换作用的因素 四）土壤盐基饱和度 五）交换性阳离子的活度及其影响因素
一、土壤的离子交换
土壤胶体的交换作用是指土壤胶体微粒扩散 层中的离子与土壤溶液或不同胶粒中电荷符号 相同的离子相互交换过程。
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表面能：界面上的物质分子(表面分子)所具有的多余 的不饱和能量。
颗粒愈细，比面愈大，表面能也愈强。因而颗粒微细的
土壤胶体具有巨大的表面能，使其具有很强的表面活性。
作用：能吸附各种重金属等污染元素，有较大的缓冲能
力，保持土壤元素，忍受酸碱变化，减轻某些毒性物质的危 害。
（二）胶体土壤胶体的带电性