土壤胶体与离子交换作用

盐 基 饱 和 度 （ % ） =
× 1 0 0 %
阳 离 子 交 换 量 （ c m o l / k g ± ）
它与土壤酸碱反应关系密切
当土壤胶体吸附的阳离子全部或大部分为盐基离子时， 则土壤呈盐基饱和状态，这一土壤称为盐基饱和土壤。 （呈中性或碱性反应） 当土壤胶体所吸附的阳离子仅部分地为盐基离子，而其余 一部分为H+和Al3+时, 则这一土壤胶体呈盐基不饱和状态, 称为盐基不饱和土壤。（呈酸性反应）
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
（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚 与分散
（二）土壤胶体的带电性 土壤胶体带电性是其主要的特性。
土壤胶体的电荷
永久电荷 可变电荷
1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的 电荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电 荷。
同晶替代是产生永久电荷的原因。
2.可变电荷 ： 随着土壤溶液pH变化而变 化的电荷叫可变电荷。
可变电荷产生的原因：主要是胶体表面分 子解离。 （1）含水氧化硅分子解离 （2）粘土矿物晶面上羟基解离（1:1型粘 土矿物在pH<5时可以解离） （3）腐殖质分子表面解离 （4）含水氧化铁铝表面解离出OH-，带正 电荷（在pH<5时带正电荷）
溶液中的阳离子。 2.解吸：这些被吸附的阳离子在一定条件下可以
和土壤溶液中的阳离子互相交换，从胶体表面进入 溶液。
3.阳离子交换作用：通过吸附和解吸，引起离 子位置相互交换的作用。
4.交换性阳离子：被吸附的阳离子。 交换性阳离子可分两种： ①致酸离子 H+ Al3+ ②盐基离子Ca2+ 、Mg2+、K+、NH4+、Na+ 交换反应示意图如下：
（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）。
比 表 总 质 面 表 量 3 44 r3 r面 2s 3 4r 4 积 3r2 2 .6 5 1 .1 1 r 3
土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物 理性质，进而影响土壤的肥力状况。
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。
第二节 土壤离子交换作用
一、土壤阳离子交换与交换阳离子 1.离子吸附：土壤胶体一般带负电，能吸附土壤
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
700~850 260~800 800~900
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。
客土、带土、定植穴内加入杂草、凋落物或肥土等
（局部改善贮存和供给有效水分和养分）
定植穴掺入壤土、小麦秸措施，（5a）
土壤水分容量提高：47.9%、35.7% ❖每穴（2*1*0.6m）增水量：45.5kg、32.7kg 有机质、速效氮磷钾平均提高：
145.0%、114.4%、82.5%、17.5%
土壤 胶粒
Ca2+ +3K+
NH4+
土壤 胶粒
K+ K+ + Ca2+ +NH4+ K+
阳 离 子 交 换
5、阳离子交换作用的基本特征
1.可逆反应 2.等价交换 3.受质量作用定律的支配
6、影响阳离子交换的因素
受以下因素影响： • 1.离子价： 高价离子＞低价离子 • 2.离子半径和离子水化半径： 同价离子，
土壤胶体与离子交换作用
教学目标
使学生掌握土壤胶体的概念、种 类与构造、性质；阳离子交换量、阳 离子交换作用、盐基饱和度的概念与 计算，阳离子交换作用的特点，交换 性阳离子有效度
3.土壤胶体的构造
土壤胶体是一种分散系统。土 壤胶体分散系统由胶体微粒（分散 相）和微粒间溶液（分散介质）两 大部分构成。
2、陪补离子效应（互补离子效应）
土壤胶体上与该离子共存的其它阳离子—陪补离子
陪补离子与交换性钙的有效性
土壤
交换性阳离子
小麦幼苗干重 小麦幼苗吸钙量
陪 补
组成
(g)
(mg)
离 子
与
胶
A 40%Ca+60%H
2.80
11.15
体
B 40%Ca+60%Mg
2.79
7.83
的 亲
C 40%Ca+60%Na
盐渍土改良：
石膏改善碱土性质（pH、结构、保肥供肥能力）
肥料施用：
CEC 数值大小、质地类型
复习思考
一、名词解释
土壤胶体、永久电荷、可变电荷、离子吸附、阳离 子交换作用、CEC、盐基饱和度、同晶替代
二、思考
1、土壤胶体有哪些类型？ 2、简述阳离子交换作用的特点及其实践意义？ 3、影响土壤阳离子交换量的因素有哪些？ 4、为什么在一般土壤中硝酸根容易被淋失？
腐殖质 蛭石 蒙脱石 伊利石 高岭石 倍半氧化物
200 100-150 70-95 10-40
3-15 2-4
三、盐基饱和度 指土壤中交换 性盐基离子（K+、Na+、NH4+、 Ca2+ 、Mg2+等）总量占阳离 子交换量的百分数。
交 换 性 盐 基 离 子 总 量 （ c m o l / k g ± ）
1、土壤胶体有两种存在的状态： 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。
胶体的两种存在状态，在一定条件才可以进行 某种程度的转化，即溶胶可以转变为凝胶，这一过 程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称 为分散。
南方土壤：H+和Al3+等致酸离子较多, 土壤的盐基饱和度小； 北方土壤：Ca2+和Mg2+占有较大的数量和比例,盐基饱度大 。
变化趋势：
北纬33°
以北 80%以上 （除棕壤、暗棕壤、灰化土等） 以南 盐基不饱和（红壤、砖红壤一般20-30%）
（1）胶体上吸附的阳离子可以被土壤溶液中其它离子交 植 物 换下来，由植物根系的离子交换和吸收； 有 效 （2）植物的根毛表面吸附的交换性H+ ，可以直接和土 性 壤胶体表面的交换性离子进行接触交换和吸收。 速效性养分
离子半径大的、水化半径小的交换能力大， • 3.离子的运动速度 ：半径小运动速度快 • 4.离子浓度： 交换能力弱的离子在浓度足够
大的情况下，可以交换吸附浓度低高价离子。 综上所述，阳离子交换能力顺序为： Fe3+ 、Al3+ ＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+
二、阳离子交换量
是指在一定pH时每1000g干土所能 吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。
2.影响颗粒表面积的因素
• （1）粒径大小 • （2）颗粒形状：同体积颗粒表面积最
大的是薄片状、最小的是球体 • （3）矿物类型
粘土矿物的表面特征
胶体电子 显微图像
粘土矿物的表面特征
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
土壤胶体颗粒的构造
土壤胶体 分散系
土壤胶团
胶核 双电层
土壤溶液
胶 粒 定位离子层（内层）
非活性层 补偿离
子层
扩散层
反离 子层
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， 形成了由一层固 相表面电荷和一 层溶液中相反符 号离子所组成的 电荷非均匀分布 的空间结构，称
为双电层
二.土壤胶体的基本特性
2.34
4.36
和
力
K+ 与陪补离子 Ca2+ 、Na+的关系？
四、土壤离子交换性能与土壤改良
苗圃：
改善土壤质地、增施有机肥 补充保肥能力较高的土壤 营养钵育苗—腐熟的泥炭或腐殖土+肥料、蛭石
林地： 造林：
调整林分组成，树种混交、乔灌混交等——有机质 （腐殖质）有效养分的来源和贮存能力
（砂质土林地） 疏伐等措施改善林地小气候：分解、合成、保肥能 力提高
影响土壤CEC大小的因素： • 1、胶体含量 质地粘重CEC大。 • 2、胶体类型 有机胶体CEC远比矿质胶
体大，施有机肥可大幅度提高土壤保肥 能力。
• 3、土壤pH值 影响可变电荷的多少，一 般pH值升高，H+解离，可变负电荷逐渐 增多，CEC也随之增加。
不同类型土壤胶体的阳离子交换量
土壤胶体
CEC[cmol(+).kg-1]
**影响交换离子有效度的因素主要有：
1、离子饱和度（饱和度效应）
离子的饱和度越大，被解吸的机会就越大，有效度就越大
土壤阳离子饱和度和有效度的关系 P179 表8-7