土壤胶体与吸附性
土壤胶体保肥作用的原理
土壤胶体保肥作用的原理
土壤胶体对于保肥作用有着重要的影响。
土壤胶体是指土壤中粒径小于0.002毫米的颗粒，由于其特殊的表面性质，具有吸附、交换和固定养分的作用，从而对土壤肥力和植物生长发挥着重要的作用。
土壤胶体的保肥作用主要有以下两个方面：
1. 土壤胶体对养分的吸附和固定作用
由于土壤胶体颗粒的表面积很大，因此具有很强的吸附和固定能力。
它可以吸附并固定土壤中的养分，如氮、磷、钾、钙、镁等，防止它们被水分冲刷或淋失。
这样，土壤中的养分就能够被有效地保留下来，供植物生长所需。
2. 土壤胶体对养分的交换作用
土壤胶体还具有养分的交换作用。
在土壤中，养分通常以阳离子或阴离子的形式存在，而土壤胶体表面带有负电荷，可以与阳离子发生交换，从而释放出植物所需的养分，如钾、钙、镁等。
这样，植物就能够更加充分地利用土壤中的养分，促进其生长发育。
综上所述，土壤胶体对于保肥作用的原理在于其具有较强的吸附和固定能力以及养分的交换作用，能够有效地保留和释放土壤中的养分，从而促进植物的生长发
育。
土壤离子吸附和交换
第七章土壤离子吸附与交换第一节土壤胶体一、土壤胶体土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活跃的物质，其重要性犹如生物中的细胞，土壤的许多理、化现象，例如土粒的分散与凝聚、离子吸附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等都与胶体的性质有关。
所以，只有深入研究土壤胶体的性质，才能了解土壤理、化现象发生的本质。
二、土壤胶体的种类和构造在胶体化学中，一般指分散相物质的粒径在1—100毫微米之间的为胶体物质，而土壤胶体微粒直径的上限一般取2000毫微米。
1.胶体的种类土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：1）土壤矿质胶体：包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石等）、简单的铁、铝氧化物、二氧化硅等。
2）有机胶体：包括腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。
3）有机-无机复合胶体：土壤有机胶体与矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机-无机复合胶体。
在土壤中有机胶体和无机胶体很少单独存在，只要存在这两类胶体，它们的存在状态总是有机-无机复合胶体。
2.土壤胶体的构造胶体的构造有两种形式。
若胶体内部组成的分子或离子排列组合有严格规律的为晶形胶粒；若排列无严格规律的则属非晶形胶粒。
土壤无机胶体多属晶形胶体，有机胶体多属非晶质胶体。
土壤胶体微粒构造，从内向外可分为几个圈层：胶核是胶粒的核心，土壤胶体胶核的成分由二氧化硅、氧化铁、氧化铝、次生铝硅酸盐腐殖质等的分子团所组成的微粒核。
微粒核表面的分子向溶液介质解离而带有电荷，形成一个内离子层；在内离子层外面，由于电性吸引，形成带有相反电荷的外离子层。
这两个电性相反组成的电层，称为双电层。
在双电层中，由于内离子层决定着胶体的电位，故又称决定电位离子层；双电层的外层，由于其电荷符号与内层相反，故又称反离子层，亦称补偿离子层。
补偿离子层的离子，因距离内层远近不同，所受的电性引力的大小也不同。
距离近者受吸引力大，不能自由活动，这一部分的离子层，称为非活性补偿离子层。
土壤的性质
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。
三价离子>二价离子>一价离子 ）Cl-、NO3-、
NO2-等不能形成难溶盐，很少被土壤吸附。
在中性条件下，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-厘摩尔每千克) 。
土壤的阳离子交换量的大小直接反映了土壤保肥 能力的大小，
土壤质地可在一定程度上反映土壤矿 物质组成和化学组成，同时土壤颗粒大小 与土壤的物理性质有密切关系，并且影响 土壤孔隙状况，因此对土壤水分、空气、 热量的运动和养分转化有很大影响。质地
不同的土壤表现出不同的性状。
土壤性状
土壤性状 砂 比表面积 紧 密 性 孔隙状况 通 透 性 有效含水量 保肥能力 保水分能力 在春季的土温 触 觉 小 小 大孔隙多 大 低 小 低 暖 砂 土 土 壤 质 地 壤 土 粘 大 大 细孔隙多 小 高 大 高 冷 粘 土
8、土壤的缓冲性能
土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发
生变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定。
一般土壤缓冲能力：腐殖质土﹥粘土﹥砂土
（1）土壤溶液的缓冲作用： 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等弱酸及其 盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。 （2）土壤胶体的缓冲作用： 土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能
分别对酸和碱起缓冲作用。
作业：
1、名词解释 土壤质地 土壤孔隙性 土壤结构 土壤耕性 土壤热性质 土壤吸收性 土壤酸碱性 土壤缓冲性 2、如何 改善土壤质地？
表4-5 国际制土壤质地分类
各 级 土 粒 重 量 （%） 粘 粒 粉砂粒 砂粒 类别 质地名称 (＜0.002mm) (0.02-0.002mm) (2-0.02mm) 0-15 0-15 85-100 砂土类 砂土及壤质砂土 0-15 0-45 55-85 砂质壤土 壤 土 0-15 35-45 45-55 壤土类 0-15 45-100 0-55 粉砂质壤土 15-25 0-30 55-85 砂质粘壤土 粘壤 粘 壤 土 15-25 20-45 30-55 土类 15-25 45-85 0-40 粉质粘壤土 25-45 0-20 55-75 砂质粘土 25-45 0-45 10-55 壤质粘土 25-45 45-75 0-30 粘土类 粉质粘土 粘 土 45-65 0-35 0-55 重 粘 土 65-100 0-35 0-35 质地分类
土壤胶体.
土壤胶体总体显负电荷，使得能够紧密结合土 壤中的许多阳离子。提高保肥性。
酸碱性影响土壤胶体的带电性
3.土壤总电荷 • 土壤总电荷等于永久电荷与可变电荷的总和。
• 一般土壤的pH在5~9之间，大部分土壤胶体都带 负电荷。只有两性胶体和少量的同晶替代可能产 生一定量正电荷。
• 但是，整体上来看，土壤胶体以带负电荷为主。 当pH<5时则可能带较多正电荷。 • 土壤中80%以上的土壤电荷集中于粘粒上
一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都 可使土壤中的电解质发生变化，从而使胶体的状态发 生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，有 促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。（板结）
（四）土壤胶体吸收性的类型及其意义
土壤胶体吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶 液中的分子、离子、悬浮颗粒、气体以及微生 物的能力。 机械吸收 物理吸收 化学吸收 生物吸收 物理化学吸收
土壤胶 体微粒
土壤胶体 分散系
土壤溶液
决定电位离子层 （内层） 非活性层 补偿离子层 （外层） 扩散层
扩散双电层 （1）决定电位离子层 是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。 （2）补偿离子层，分为两个层次。 一、非活性补偿离子层。 二、扩散层。
二.土壤胶体的基本特性
（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。 1.比表面 是一个比值，即每一单位质量或单位容积的表 面积(单位质量比表面积叫质量比表面，cm2/g， 单位容积比表面叫做容积比表面，cm2/m3）。
因土壤胶粒在同样的 土壤环境中带有同种电荷促使胶粒 互相排斥与分散状态，较少凝聚。
向土壤溶液中加入电解质以中和胶粒上的电性，并减少 土壤水分，可促使溶液凝聚。因土壤中的胶体一般情况 下带负电的为多，所以加入阳离子有使胶体凝聚的作用。
土壤胶体中离子的吸附和交换过程,保肥作用
土壤胶体中离子的吸附和交换过程,保肥作用土壤胶体就像一个超级神秘又有趣的魔法世界。
那些离子呢，就像是一群调皮的小精灵，在这个世界里玩着独特的游戏。
你看啊，土壤胶体这个魔法世界里有好多“小房子”，专门用来收留那些离子小精灵。
当阳离子小精灵们在土壤里游荡的时候，土壤胶体就像一个热情好客的大房东，伸出它那无形的“大手”，把阳离子小精灵们吸附过来。
这就好比是在寒冷的冬天，一个温暖的小屋对瑟瑟发抖的路人有着巨大的吸引力。
而这个吸附的过程可不得了，它就像是一场精心编排的舞蹈。
阳离子小精灵们一个个有序地被土壤胶体邀请进“房子”里。
这时候，土壤胶体就像一个超级收纳盒，把这些离子整整齐齐地放好，可别小看这个过程，这就是土壤保肥的开始呢。
保肥就像是土壤胶体这个魔法世界的伟大使命。
如果把土壤比作一个大银行，那土壤胶体就是银行里最安全的保险柜。
肥料中的离子就像是人们存在银行里的财宝，土壤胶体把这些财宝紧紧锁住，防止它们流失。
说到离子交换，那就更有趣了。
就好像这些离子小精灵们在土壤胶体这个大社区里玩换房子的游戏。
当一种阳离子小精灵被吸附得多了，土壤胶体就会像一个公平的管理员，协调着让一些小精灵和别的小精灵交换“房子”。
这一交换，就像是魔法棒一挥，让土壤里的营养成分重新分配，变得更加合理。
有时候，我觉得土壤胶体像一个超级智能的厨师。
离子就是各种食材，它吸附和交换离子的过程就像是厨师精心调配菜肴。
它把各种离子小食材按照合适的比例搭配起来，做出最适合植物生长的“大餐”。
如果没有土壤胶体这个神奇的存在，那土壤就像是一个漏勺，肥料就会像沙子一样轻易地溜走。
植物就只能可怜巴巴地望着天，祈求老天降下更多的养分。
土壤胶体的保肥作用简直就是大自然给予植物的超级福利。
它就像一个永远不知疲倦的守护者，不管白天黑夜，不管风吹雨打，都紧紧地看守着那些对植物生长至关重要的离子。
我们可不能小看这个小小的土壤胶体啊，它虽然微观得我们肉眼都看不见，但它却像一个巨人一样，撑起了植物生长的一片天。
土壤胶体.
蒙脱石矿物结构示意图
2:1型
（1）无机胶体
次生层状铝硅酸盐类：1∶1型的高岭石类；2∶1型的蒙脱石 类及水化云母类。
1∶1型的高岭石类： 二层型（1：1）粘土矿物，硅酸盐层之间由氢键连接， 作用力很强，间隙小，水分子或其他离子很难进入层间。
单位晶胞小，形成的颗粒较大, 其胶体的分散度低, 胀缩 性、黏性和吸收容量小，电荷数量也少。
《土壤肥料学》
Soil and Fertilzers
第二章 土壤的物质组成
1
第四节 土壤胶体
soil colloids
2
一、土壤胶体的概念及种类
1、概念： 胶体：颗粒直径 1-100nm 的分散质分散到分 散剂中，构成的多相系统，称为胶体。
在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散质，而把土壤溶液和土壤 空气看做分散剂。 土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分 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 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
•不同土壤矿物组成不同，比表面积也不同。一般土壤中有机质含量 高，2:1型粘粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。 •反之，如果有机质含量低，1:1型粘粒矿物较多，则其表面积就较小， 如红壤、砖红壤。
表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到
的力不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能 量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。
23
土壤胶体的表面能与表面积呈正相关
土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g)
胶体成分 蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石 腐殖质 内表面 700~750 400~750 0~5 0 0 400 130~140 外表面 15~150 1~5 90~150 4~40 10~45 25~30 130~140 总表面 700~850 400~800 90~150 5~40 10~45 430 260~800 800~900
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。
3.2 土壤胶体与土壤吸附性能
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
土壤粘土矿物带电： 土壤粘土矿物带电：同晶代换作用
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 子价较低的原子所代换。（带负电的原因）
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
扩散层 微粒 核
+ + + + + +
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。
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？
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。
05第五章土壤胶体与土壤吸收性能
诸葛玉平制作
外表面积 15－50 90－150 10－20 1－50 70－300 －
总表面积 600－800 90－150 10－20 600－800 70－300 800－900
诸葛玉平制作 8
3.有机一无机复合胶体 土壤中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一无机复合体（o rgano-mineral complex）。 结合方式：通过Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋或功能团 （如羧基、醇基等）将带负电荷的粘粒矿物与腐殖质 连接起来；有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿 物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。 通常牢固程度分为水散微团聚体、钠分散微团聚体和 钠质机械分散团聚体三组。 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。 土壤的肥沃程度同有机胶体与无机胶体的复合程度有 关，有机胶体与无机胶体结合得愈紧密则土壤愈肥沃。
诸葛玉平制作 13
根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为非活性补 偿离子层和扩散层两层：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。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。 非活性补偿离子和胶核决定电位离子层是一个整体， 故称为胶粒。代换作用大都发生在胶粒表面，故胶粒 是起胶体作用的基本单位。 由决定电位离子层到扩散层外缘的电位差，称之为全 电位（ξ 0），取决于胶核表面的电荷数量和电荷密度 由整个不活动的胶粒的表面到扩散层的外缘的电位， 称为电动电位（ξ ），是表现双电层特性的重要指标，
土壤学第六章总结
土壤学第六章总结第六章第一节土壤保肥性与供肥性的含义土壤保肥性：土壤吸持、保存植物养分的能力。
土壤供肥性：土壤向植物提供有效养分的能力第二节土壤胶体soil colloid及其基本特性一、土壤胶体的概念**土壤胶体：直径小于0.001mm的土壤固体颗粒二、类型1、土壤无机胶体：层状硅酸盐粘土矿物（1：1型如高岭石、2：1型如蒙脱石）、氧化物及其水合物土壤有机胶体：主要是腐殖质及其各种组分土壤有机矿质复合体2、高岭石：单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成。
故称1：1型矿物晶层之间以氢键连接，联结力强,分散度低，多出现于酸性土壤。
塑性、粘结性、粘着性、膨胀性很弱对水和阳离子的吸附力弱主要存在于风化程度较高的土壤中蒙脱石：两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱石晶层。
2：1型矿物。
晶层之间通过氧相连，联结力弱。
胀缩性、粘结性、可塑性很强。
对水和阳离子的吸附力强，CEC=60-100 Cmol(+)/kg。
主要存在于风化度低的北方土壤中。
3、粒径越小，比面积越大如高岭石比面积《蒙脱石4、由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。
物质的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。
三、胶体带有电荷1、土壤胶体电荷的种类（1）永久电荷（2）可变电荷2、胶体带电的原因土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学特性。
造成胶体带电的原因主要有以下三种：（1）同晶代换（2）断键（3）表面分子的解离3、永久电荷由于同晶代换的作用产生的电荷，叫永久负电荷。
4、可变电荷指胶体随土壤溶液pH值的变化而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。
原因有二：主要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来自矿质胶体晶格的断键。
高岭石>蒙脱石四、土壤胶体凝聚与分散一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。
另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。
土壤肥料学第四章土壤化学性质
内表面积 600－800 0－5
0 600－750 0 －
外表面积 15－ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0 90－150
10－20 1－50 70－300 －
总表面积 600－800 90－150
10－20 600－800 70－300 800－900
（二）土壤胶体的性质
2.带电性：通过同晶置换和胶体表面解离和吸附 离子产生，可分为永久电荷和可变电荷 同晶置换：指组成矿物的中心离子被电性相同、 大小相近的离子取代，晶格构造保持不变的现象。 永久电荷：粘土矿物在形成时，晶格内发生同晶 置换而产生的电荷，也称恒电荷、结构电荷。 可变电荷：从介质中吸附离子或向介质中释放质 子而产生的电荷，会随介质和电解质浓度的变化 而变化的电荷。
二、土壤胶体的构造和性质
（一）胶体构造
胶核 胶粒 决定电位离子层 双电层 土壤溶液 补偿离子层 非活性层 扩散层
土壤胶团
反离 子层
土 壤 胶 体 的 构 造
+
（二）土壤胶体的性质
1.表面性质：表面积常用比表面表示 比表面： 是用一定实验技术测得的单 位质量土壤胶体的表面积，m2/g。
胶体种类 蒙脱石 水云母
（二）阳离子的交换作用
影响阳离子交换量的因素： 胶体数量、类型－施有机肥？ 蒙脱石 60－100 水云母 20－40 高岭石 3－15 含水氧化铁铝 微 有机胶体 200－450 质地 黏粒交换量大 pH—较高时，负电荷增多
（二）阳离子的交换作用
4.盐基饱和度 盐基饱和度，是指土壤胶体上所吸附的盐基离 子（K＋、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+)占阳离子 交换量的百分比。 BS＝[交换性盐基总量（cmol/kg）/阳离子交 换量（cmol）]×100％ ①致酸离子 H+ Al3+ ②盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、NH4+ 、Na+ 、Fe3 + ＞80% 肥沃 50%－80% 中等 ＜50% 较低
7.第4节土壤吸附性能
而盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤；
交换性盐基总量（毫克 当量 / 100克土） 盐基饱和度 100% 阳离子交换量（毫克当 量 / 100克土）
盐基饱和度的大小受pH的影响较大, 酸性土壤，BSP低。 另外BSP还受植被、气候、母质、施肥等的影响。
一般认为；BS <50 % 50%~80 %
SO42CO32-
常见的阴离子被土壤吸附的次序如下：
F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl - > NO3-
（二）阴离子的非专性吸附
即一般的物理化学吸附，是由于胶体表面吸附了 过多的阳离子而使土壤胶体带正电，阴离子作为 平衡离子居于双电层的外层，以中和决定电位离 子层的正电荷。它也具有可逆反应，很快达到平 衡，等电量交换及符合质量作用定律等特征。
这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同的缘故。
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。
（四）阴离子专性吸附
阴离子专性吸附是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，也称为配位体交换吸附。 产生专性吸附的阴离子有：F-离子、磷酸根、硫酸根、 钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。
（二）阳离子交换能力 影响阳离子交换能力的因素**
（1）电荷价的影响
根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也越大。
（2）离子的半径及水化程度
同价的离子，其交换能力的大小是依据其离子半径及离 子的水化程度的不同而不同的。
土壤胶体和土壤的吸收性能
离子半径与吸附力
一价离子 离子的真实半径(nm) 离子的水合半径(nm) 离子在胶体上的吸着力
离子对其他离子的交换力
Li+ 0.078 1.008
小 小
Na+ 0.098 0.790
K+ 0.133 0.537
NH4+ Rb+ 0.143 0.149 0.532 0.509
① 高岭(石)组 ( Kaolinite )--包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等。
单位晶胞（层）理论化学式： Al4Si4O10 (OH)8 特点： • 1:1型，硅片和铝片之间存在氢键，膨胀性小，晶层间距约0.72nm； • 同晶替代极少，电荷数量少； • 颗粒较粗，可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性弱。
特点：非极性的疏水表面。主要电荷来源为同晶置换（Al3+→Si4+）， 少部分是边角断键。
② 羟基化表面 (R-OH)
主要存在于水铝（镁）片，铁、铝氧化物表面及硅片边角断键上： 金属离子(M--OH）、铝醇（Al--OH）、铁醇（Fe--OH）、 硅醇（ Si--OH）。
特点：极性的亲水表面。电荷来源为表面--OH基质子的缔合或解离： --OH + H+ →--OH2+ ； --OH + OH- →--O- + H2O 电荷为可变电荷。
第六章
土壤胶体与土壤吸收性能
6.1 土壤胶体
土壤胶体：
指土壤中存在的一类颗粒直径处于1-100 nm的细微固体 颗粒（长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内），它 们对土壤的化学性质和养分供应特点起着极其重要的作用。
文献综述7_土壤胶体与微生物相互作用对重金属界面吸附影响
（五）影响土壤胶体吸附重金属的因素
影响土壤胶体吸附重金属的因素主要有介质pH值、吸 附时间、吸附温度、吸附剂粒径大小和土壤矿质胶体与微 生物浓度比例、介质离子强度、介质离子类型、重金属离 子浓度等。 • a、介质pH:pH值改变了细胞和矿物表面的荷电性,改变静 电作用力的大小,还能改变细胞的絮凝性、矿物表面的羟 基化程度,影响了土壤胶体对重金属的吸附效果。 • b、吸附时间:作用时间的长短也影响细胞的吸附效果,因 为存在吸附平衡的问题。 • c、吸附温度:改变细胞的活性,从而影响细胞在矿物表面 的吸附效果。在一范围为内，随温度增加，土壤胶体对重 金属的吸附量均呈增大趋势。 • d、吸附剂粒径大小：当矿样粒度不同时,矿物颗粒的表面 积不同,因此吸附效果也不同。
黄巧云等研究了快生型大豆根瘤菌对土壤胶体吸附Cu 的影响。结果表明：土壤胶体、矿物与根瘤菌共存体系埘 Cu的吸附仍符合Langmuir方程，相关系数达0.99以上：根 瘤菌存在下，红壤与黄棕壤的胶体和制铁矿的吸附量较无 菌时增加[12] 。
[11]陈素华,孙铁珩,周启星.等.微生物与重金属间的相互作用及其应用研究[J].应用生态学 报2002,13(2)∶239～242.
[10] 王建龙, 韩英健, 钱易. 微生物吸附金属离子的研究进展[J]. 微生物学通报, 2000, 27(6): 449-452.
微生物表面结构对重金属的吸附起着重要的作用 . 微生物的表面既带正电荷,又带负电荷.大多数微生物所带 的是阴离子型基团,因此在水溶液中呈负电性。
不同的微生物因带电性、与重金属间的作用力及作用 势能变化不同而对重金属的吸附作用有异.其中革兰氏阳 性细菌往往能固定较多的金属离子[11].
农药在土壤中的吸附
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。
土壤的性质
土壤的氧化还原性
土壤的氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位（Eh) 来衡量，其值是以氧化态物质与还原性物质的相对浓度比为 依据的。 影响Eh大小的因素：土壤的通气性、微生物活性、易分解有 机质的含量、根系的代谢作用、土壤的PH等 土壤中的氧是主要的氧化剂，通气性好、水分含量低的Eh较高， 为氧化性环境-----Eh为400—700mV 淹水土壤的电位较低，为还原性环境-----Eh为-200—300mV
土壤的性质
第十组：杨楠 组长：娄昀璟
一、土壤的化学性质
1.土壤的吸附性
土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生 物，他们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要的作 用。
（1）土壤胶体的性质
胶体体系
粒子：即胶粒或分散相 粒子大小在一维方向上至少为30~10000Å
介质：即分散介质或连续相
土壤胶体（soil colloid)具有巨大的比表面积和表面能
根据测定潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为 代换性酸度和水解酸度。 代换性酸度：用过量中性盐(如NaCl或KCl)溶液淋洗土 壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+ 发生离子交换 作用，而表现出的酸度。
土壤胶体−H+ + KCl←→土壤胶体−K+ + HCl R -COOH + KCl←→R -COOK + H+ + Cl-
阳离子交换吸附
土壤胶体
Na+
Na+
+Ca2+
土壤胶体=Ca2++2Na+
影响因素： 1.土壤溶液中阳离子价位越高，其与土壤胶体的亲和力越 强，阳离子交换能力越强 2.离子半径越大，水合离子半径越小，交换能力越强
土壤胶体的特性
土壤胶体的特性直径为2～0.μm土粒的通称可以是矿质的，即土壤矿质胶体(无机胶体)，主要是次生的黏粒矿物。
也可以是有机的，即土壤有机胶体，主要是多糖、蛋白质和腐殖质。
多数情况下是有机矿质复合体，即核心部分是黏粒矿物，外面是有机胶膜，被吸附在矿质胶体表面。
其特性是：(1)其比表面积相当大(1g 胶体大约有～m2)，具有相当大的反应活性和吸附性；(2) 荷电，有很强的离子交换性；(3)它是土壤各种物质最活跃的部分，因而对土壤性质的影响也最大。
土壤胶体的种类土壤胶体通常可以分成无机胶体、有机胶体、有机—无机无机胶体。
下面我们了解这三类胶体。
ⅰ无机胶体：无机胶体在数量上远比有机胶体要多，主要是土壤粘粒，它包括fe、al、si等含水氧化物类粘土矿物以及层状硅酸盐类粘土矿物。
1、fe、al、si等含水氧化物含水氧化硅：多写成sio2·h2o，也可写成偏硅酸h2sio3，sio2·h2o发生电离时能解离出h+而使胶体带负电荷。
含水水解fe、al：多译成fe2o3·nh2o、al2o3·nh2o，也需用fe（oh）3、al（oh）3的形式去则表示，它就是硅酸盐矿物全盘风化的产物，在风化程度低的土壤上这类矿物较多。
这类矿物属两性胶体，它的带电情况主要取决于土壤的酸碱反应，酸性条件（ph\uc5）带正电荷，碱性条件下带负电荷。
2、层状硅酸盐类矿物层状硅酸盐类矿物，从外部形态上看是极细微的结晶颗粒，从内部构造上看，都是由两种基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体所构成，并且都含有结晶水只是化学成分和水化程度不同而已。
结构特征：p69图3—5、图3—6a：基本结构单位：构成层状硅酸盐矿物的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。
硅氧四面体：由一个硅离子（si4+）和四个氧离子（o2-）共同组成，其中三个氧离子（o2-）形成三角形为底，si4+属这个三角形之上，三个氧离子（o2-）的中心底凹处，第四个o2+属顶部，恰好把si2+砌在下面，象这样的结构体从外表面看看存有四个面，每个面存有三个o2+共同组成，si4+居四个面的中心，我们称作硅氧四面体。
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（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
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Βιβλιοθήκη 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
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
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？
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。
7
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
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
＞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）
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
10
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。
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
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。
（3）有机胶体与无机胶体的直接结合
19
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。
▲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。
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。
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。
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
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
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，
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；
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。
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。
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
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