第二章土壤性质

粘粒矿物的晶面上的OH-和H+的解离 腐殖质上某些官能团的解离或吸附离子，高岭石类> 水云母>蒙脱石。 含水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离； 3.2
3）矿物晶格边缘断键。如含水氧化硅的解离。
pH<
土壤胶体所带的电荷数量和性质与介质 的pH值有密切关系。
2、土壤胶体的电荷数量及双电层结构
土壤电荷主要集中在胶体部分。
第三节 土壤养分(Nutrients) 土壤养分概念
1.定义
由土壤提供的植物生长发育所必需的营养元素。
2.分类
大量元素和微量元素 (macroelement, microelement/trace element) 或分为大量元素、中量元素和微量元素
一、 大量元素循环
（一）氮 N (Nitrogen) 1.生理功能
③离子运动速度愈大，交换力愈强
④阳离子代换能力受质量作用定律的支配，即离子浓 度愈大，交换能力愈强
2、土壤阳离子交换量
土壤阳离子交换量： 指每千克干土中所含交换性阳离子的总量，以m mol (＋)· kg-1表示。 土壤的交换性阳离子，包括H+和盐基离子，如Ca2+、 Mg2+、Na+、K+、NH4+等. 影响因素： 胶体种类 ：有机胶体＞粘土矿物； 蒙脱石＞水化云母＞高岭土＞含水氧化铁铝； 溶液pH值： pH值增加，负电荷量增大，交换量增大； 土壤质地：质地愈细，交换量愈高，土壤越肥沃。
（一）不同植物适宜不同的pH环境 多数植物喜欢中性条件，少数植物喜欢偏碱或偏酸，如 特别喜好酸性植物铁芒萁；
（二）不同营养元素的有效性与pH有关
如P在中性下有效性高；影响土壤矿物质的转化。
土壤酸碱性对土壤肥力的影响



影响土壤养 分的转化和 供应 影响粘粒矿 物的形成 影响土壤理 化性质
土壤pH与微生物活性 及养分有效度的关系
胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。 电量：同晶置换发生在晶格内部，置换电荷的 数量决定于晶格中同晶置换的多少。蒙脱石>水 云母>高岭石。
影响土壤电荷数量的因素主要有：
A. 质地 土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总 量也越多。
B. 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤， 它们所带的电荷数量可以完全不同。 C. pH值 主要影响可变电荷的数量。
胶体成分 内表面积 外表面积 总表面积
蒙脱石 蛭 石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛 石 水铝英石
700-750 400-750 0-5 0 0 400
15-150 1-50 90-150 5-40 10-45 25-30
700-850 400-800 90-150 5-40 10-45 430
130-400
2、土壤酸、碱缓冲作用的原理 （1）土壤胶体的阳离子交换作用
（2）土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在 碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸及其盐类。
（3）蛋白质、氨基酸等两性物质的存在。
第二节土壤胶体化学与交换吸收性能
一、土壤胶体
（一）土壤是一种胶体
分散相物质的粒径在1—100毫微米之间物质；是一种液-固体系。 土壤中高度分散的部分，土壤中最活跃的物质.
（二）土壤碱度的衡量指标
1、总碱度 总碱度是指土壤溶液中碳酸根、重碳酸根的总量。
2 总碱度＝CO3 HCO3
( 厘摩尔() / 升)
2、碱化度（钠碱化度：ESP）
碱化度是指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离 子交换量的百分率。
碱化度＝ 交换性钠 100 阳离子交换量
三、土壤酸碱反应与土壤肥力和作物的关系
微粒核与双电层的内层合称为微粒团； 微粒团和非活性补偿离子层合称为胶粒。 胶粒与离子扩散层合称为胶体微粒或胶胞。
二、土壤的吸收性能
（一）土壤吸收性能的类型 1、土壤机械吸收作用： 定义：土壤孔隙能把大于孔隙的物质留下来的作用。 意义：某些土壤淀积层的发育与机械吸收作用密切 相关，只能保持不溶性物质，不是土壤主要保肥方 式。
胶体的离子交换作用： 土壤中带负电荷的胶粒吸附的阳离子与土壤溶液中的 阳离子进行交换的作用。
1、土壤中阳离子交换
1）可逆反应并能迅速达到平衡
2）阳离子交换按当量关系进行 3）代换力的大小顺序，与凝固能力的大小顺序一致
阳离子代换能力的影响因子：
①阳离子代换能力随离子价数增加而增大
②等价离子代换能力的大小，随原子序数的增加而增大
土壤胶体结构
胶核
胶体微粒 决定电位离子层（内） 双电层 补偿离子层（外） 扩散层 非活性离子层
土壤胶体微粒构造=微粒核+双电层：
微粒核：胶粒的核心，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； 双电层：两个电性相反组成的电层 内离子层：微粒核表面分子向溶液介质解离而带有电荷所 形成，决定着胶体的电位——决定电位离子层； 外离子层：内离子层外面形成带有相反电荷形成， 电荷符号与内层相反——反离子层或补偿离子层； 非活性补偿离子层：受吸引力大，不能自由活动。 活性补偿离子层或离子扩散层：受引力较小， 活动性较大，逐渐向溶液介质过渡。
2、水解性酸度(soil hydrolytic acidity)
用 弱 酸 强 碱 的 盐 类 溶 液 （ 常 用 的 为 pH8.2 的 1mol NaAc溶液）浸提, 再以NaOH标准液滴定浸出液,根据 所消耗的NaOH的用量换算为土壤酸量。
3．活性酸和潜性酸的关系
活性酸和潜酸的总和，称为土壤总酸度。由于 它通常是用滴定法测定的，故又称之为土壤的滴定酸 度。它是土壤的酸度的容量指标。它与pH值在意义 上是不同的。
（二）土壤胶体的比表面和表面积
比表面：单位重量固体颗粒的表面积。 物体分割得愈细小，单体数愈多，总面积愈大， 比表面愈大。 固体物质分割到粒径小于100毫微米时，就因总 的表面积增大而获得胶体性质。
表面能：由物体表面的存在而产生的能量。比表 面愈大，表面能也愈大，吸收性能也愈强。
土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2·-1） g
根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不均 一的分布状态，固体颗粒表面的离子浓度与溶液 内部不同的现象称为吸附作用。
凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部 浓度的作用称为正吸附，反之则称为负吸附.
土壤的离子交换
土壤的离子吸收交换： 土壤胶体表面吸收的离子与溶液介质中其电荷符号相 同的离子相交换。
土壤的离子交换作用类型： 阳离子的吸收和交换作用（主要） 阴离子的吸收和交换作用。
氨化过程：有机质→CO2+NH3+其它产物+E 硝化过程：NH4+ + 3/2 O2 → NO3- + 4 H+ + E 反硝化过程：NO3- → NO N2O N2 NH4+的固定：土壤溶液中的NH4+与土壤胶体吸
四、土壤缓冲性 (soil buffering)
1、土壤缓冲性的概念
把少量的酸或碱加入到水溶液中，则溶液的pH值立即发 生变化；可是把这些酸碱加入到土壤里，其pH值的变化却不 大，这种对酸碱变化的抵抗能力，叫做土壤的缓冲性能或缓 冲作用。 定义——是指土壤加酸或加碱时具有缓和酸碱度改变的能力。 原因——土壤缓冲性主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子和 土壤所含的弱酸及其盐类。 意义——土壤的缓冲性可使土壤避免因施肥、微生物和根的 呼吸、有机质的分解等引起土壤酸碱度的剧烈变化，这对植 物的正常生长和微生物的生命活动都有重要意义。
3、盐基饱和度
盐基离子与致酸离子
第一类是氢离子和铝离子，它们是致酸离 子，与土壤的酸度有密切关系。 第二类是其他的一些金属离子，如 Ca+2 、 Mg+2、K+、NH4+……等，在古典化学上，它 们都称为盐基离子。
盐基饱和度 指土壤胶体吸附交换性盐基离子多少的程度，用所吸 附的交换性盐基离子总量占交换性阳离子总量的百分比 表示：
蛋白质的基本成分－“生命元素”
加强光合作用
N过多，茎叶徒长，减弱植物对干旱、低温和
病害的抗性 缺素症状：首先出现在老叶上(失绿)
2.植物吸收形态：NH4+-N/NO3--N/NO2--N
3.来源
有机质的矿化பைடு நூலகம் 生物固氮(N-fixation) 大气降水/闪电 施肥
4. N素循环的主要过程与条件
土壤总酸度＝活性酸度＋潜在酸度
活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度； 潜在酸是土壤酸度的主体，代表土壤酸度的容量。
二、土壤碱度(soil alkalinity)
（一）土壤碱度的形成
土壤碱性反应及碱性土壤形成是自然成 土条件和土壤内在因素综合作用的结果。碱性 土壤的碱性物质主要是钙、镁、钠的碳酸盐和 重碳酸盐，以及胶体表面吸附的交换性钠。形 成碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应。
4、生物吸收作用： 定义：生物有机体对土壤养分的选择性吸收，并以有 机质形式在土壤中积累的过程。 意义：积累灰分元素和含氮有机质，再通过微生物的 分解，重新释放，以供植物利用。对土壤肥力很重要。 5、物理化学吸收 –离子代换吸收，是土壤胶体作用的 结果。
（二）土壤的离子吸附交换作用 离子吸附的一般概念
2、土壤物理吸收作用： 定义：胶体借表面能从溶液和空气吸附和保持一些分 子物质的作用。 意义：吸收部分养分，免于淋失，使土壤溶液浓度不 均，有利植物根系选择性吸收。
3、土壤化学吸收： 定义：土壤溶液中可溶性物质生成难溶性物 质的沉淀过程。 意义：固定养分，有效性降低。 例：土壤中缺P肥，有效态P很少，主要以闭 蓄态（迟效态）形式存在： 热带、亚热带地区，Al，Fe丰富，生成 FePO4，AlPO4沉淀； 碱性土壤中含Ca，生成Ca(PO4)3； 中性或接近中性土壤中，P较丰富。
1、土壤活性酸度 是自由扩散于土壤溶液中的
氢离子浓度直接反应出来的酸度。
2、土壤酸度的强度指标
（二）潜性酸度 (soil potential acidity)
土壤潜性酸是由于土壤胶粒上吸附着氢离子和铝离子 所造成的显出酸性，所以它是土壤酸的潜在来源。
土壤胶体上吸附的氢、铝离子所反映的潜性酸量，可 用交换性酸度和水解酸度表示。 1、交换性酸度(soil exchangeable acidity) 中性盐溶液如KCl溶液(pH=7)浸提土壤时,土壤胶体 表面吸附的铝离子与氢离子的大部分均被浸提剂的阳 离子交换而进入溶液，浸出液中的氢离子及由铝离子 水解产生的氢离子，显示出的酸度。
130-400
260-800
（三）土壤胶体的表面能
表面能：由物体表面的存在而产生的 能量。比表面愈大，表面能也愈大，吸 收性能也愈强。一般土粒越细，比表面 越大，表面能越大，吸收性越强。
（四）土壤胶体的带电性
1、带电性产生的原因
1）同晶置换 矿物晶格内部半径相近、原子价不同 离子的同晶置换(永久电荷起源)。 2）胶体表面分子解离（可变电荷variable charge) 随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷 为可变电荷。 称
一、土壤的酸度形成 1、氢离子的来源 土壤有机质分解：二氧化碳， 氨，有机酸； 含硫矿物：氧化生成硫酸； 含氯矿物：生成盐酸； 植物根和微生物呼吸：产生碳酸。 2、氢离子的存在形式 一种是存在于土壤溶液中， 一种是吸附在土壤胶体表面
（一）活性酸度及强度指标(soil active acidity)
1 100
盐基饱和度（%）
交换性盐基离子总量 / mmol( ) kg 交换性阳离子总量 / mmol( ) kg
1
反映供肥能力，供肥能力越强盐基饱和的土壤具有 中性或碱性反应； 盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤；
我国土壤盐基饱和度大致以北纬 33°为界，以北盐基饱和度较高，一般 达80%甚至100%，以南盐基饱和度均 较低，一般只有20%～30%，有的甚 至少于10%。盐基饱和度高的土壤，交 换性阳离子以Ca2+为主，其次是Mg2+， 分别占80%和15%。盐基饱和度低的 土壤，交换性阳离子以H+和Al3+为主。
第二章 土壤基本性质
第一节 土壤酸碱反应与缓冲性能
土壤溶液 soil solution 土壤中含有各种可溶性物质浸出的水溶液。土壤的液相部分。 土壤溶液中的溶解物质呈离子态、分子态和胶体状态，有利于 游离离子浓度的调节。土壤溶液是稀薄的，属于植物可以吸收 利用的稀薄不饱和溶液。 土壤溶液是一种多相分散系的混合液，具有酸碱反应、氧化还 原作用和缓冲作用。