第三章 土壤的化学性质

第三章 土壤的化学性质
葡萄
本章要点： 1.胶体的种类、性质 2.阳离子交换的基本特征 3.土壤酸碱性的意义 4.土壤缓冲性的概念及意义 5.土壤氧化还原调节 6.土壤的供肥性能
3.1 土壤胶体与吸收性能
3.1.1、土壤胶体的概念与种类
（一）概念 土壤胶体主要是指土壤中那些微细
的固体颗粒，这些微细的固体颗粒(1— 100nm)可以均匀地分散在土壤溶液中， 形成一种分散系。 土壤胶体多指直径为1-1000nm的土粒
（2）很少被吸收或根本不被吸收的阴离子： 如Cl-、NO3-出现负吸附，极易随水流失。
（3）介于上述两者之间的阴离子： 如SO42-、CO32-、HCO3-、等，土壤吸收的能力很 弱 例：施肥、浇水时应注意的问题？
3.2.2 土壤供肥性
供肥性：土壤在作物整个生育期内，持续不断地 供应作物生长发育所必需的各种速效养分的能 力和特性。
一般地，离子的价数越高，离子 半径越大，所产生的凝聚能力越强。 常见阳离子凝聚力的排列顺序是：
Fe3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋
凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。 胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。
当土壤干燥时，土壤溶液中的电解质浓度相应增大， 土壤胶体易成凝胶状态。相反，当土壤水分增多土壤溶液 浓度相应降低，土壤胶体便会带有多余的负电荷，互相排 斥而成溶胶状态。
Ca的有效度
6
75
大
10
33
小
5.影响交换性阳离子有效度的因素
❖ 2）互补离子效应
❖ 互补离子 与某种交换性离子共存的其他 交换性阳离子。
❖ 互补离子吸附能力强，共存的阳离子有效 性高。例：
❖ 3）粘土矿物类型：蒙脱石，有效度低；高 岭石，高
土壤处理
交换性离子组成
盆中幼苗干重 盆中幼苗吸钙
(g)
量(mg)
1.迟效性养分的转化速率： 迟效性养分是指土壤养分必须经过一定的转化 后才能被作物吸收利用的养分。 （1）矿物态养分的释放 （2）有机态养分的有效化
供给能力指标： A、养分的供应容量 B、养分的供应强度
2、交换性离子的有效性 交换性离子对植物的有效性，在很大程度上取决 于它们从胶体上解吸或交换的难易，影响这些 过程的因素较多，主要有： （1）交换阳离子的饱和度 （2）陪补离子效应 （3）植物根系的作用
子群所组成。胶核
（2）扩散双电层 扩散双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，在固相 界面正负电荷分
别排成两层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。扩散双电层分
以下两层。双电层
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： 非活性补偿离子层 活性补偿离子层
（3） 胶团间溶液： 胶体分散体系中的分散介质，胶粒之间的土壤溶液。
3.1.3.土壤胶体的性质
（一）土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能 （二）胶体带电性 （三）土壤胶体凝聚与分散
3.1.3.土壤胶体的性质
(一)土壤胶体的比表面积和表面能
比表面：是指每单位重量（或体积）物体的总表面 积。比面积＝表有当渍水过多，或 胶体吸附的阳离子主要是NH4＋、Na＋，而且又处于稀 溶液中，土壤胶体才呈溶胶状态。
3.2 土壤的保肥性和供肥性
3.2.1 土壤的保肥性
保肥性：土壤能吸收保持分子态，离子态、固态养 分的能力和特性。
土壤保肥性与土壤各方面性质有着密切的关系，是 土壤物理性质和化学性质的综合体现。
子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。 ②电解质的浓度。浓度越大，其凝聚作用越强。 ❖ 土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为:
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+
土壤胶体分散的原因主要是胶粒间带同电 荷，互相排斥，不易凝聚。土壤溶液发生凝 聚而变成凝胶，主要是通过给胶体溶液增加 电解质或加入带相反电荷的胶体或离子。电 解质对溶胶的凝聚作用最重要。
（二）阳离子的交换作用
1.阳离子交换作用的特点 ❖ 1）阳离子交换是一种可逆反应
植物吸收养分，土壤胶体解吸补给？
❖ 2）阳离子交换是以原子价为依据的等量 交换
❖ 3）阳离子交换受质量作用定律的支配
施肥、保肥重要意义？
A B C D
C• A•
D B
k
（二）阳离子的交换作用
2.阳离子交换能力 ❖ 阳离子的交换能力 是指土壤溶液中阳离子代换土壤
❖ 3.阳离子交换量 土壤阳离子交换量是指在pH为 7时每千克干土
所吸收的全部交换性阳离子的cmo1数，也叫 阳离子吸收容量，常用CEC(Cation Exchange Capacity)表示。
土壤阳离子交换量标志着土壤吸收保持阳离子 养分数量的多少，所以常把它作为土壤保肥能 力、供肥力和缓冲性能大小的指标。
如高岭石比面积的典型值是10－20m2/g，蒙脱石是 600－800m2/g，有机胶体的比表面可达1000m2/g以 上。
由于表面的存在而产生的能量（表面分子的引力或张 力），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。 。
(二) 胶体带有电荷
1.土壤吸收性能的类型
（1）机械吸收性能 （2）物理吸收性能 （3）化学吸收性能 （4）物理化学吸收性能
(5) 生物吸收性能
土壤吸收性能的类型
类型
机械吸收作 用
物理吸收作 用
作用主体 作用机制
土壤细孔 机械阻挡
土壤细粒 分子引力
作用对象
颗粒状外来物 质
分子态物质
特点
化学吸收作 用
物理化学吸 收作用
（1）土壤胶体溶液（溶胶） 胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态，
称为溶胶。
（2）土壤中无定形的凝胶体（凝胶） 微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶
体，称凝胶。
（3）分散和凝聚作用
土壤胶体带负电的为多，加入阳离子有使胶体凝聚的作用。 ❖ 影响胶体分散与凝聚的因素主要有： ①电解质的种类。离子价越大，其凝聚作用越强；同价阳离
专性吸附：指离子通过表面交换与晶体上的阳离 子共享氧原子形成共价键而被土壤吸附的现象。
负吸附：指土粒表面的离子浓度低于溶液中该离 子浓度的现象。
（一）基本概念
❖ 离子吸附：溶液中的离子被带反号电荷的 胶体吸引，靠近胶体表面的现象
❖ 解吸：被吸附于胶体表面的离子，通过与 溶液中另一种或另一类离子互相交换，从 胶体表面进入溶液
甲
40%Ca+60%H
2.8
11.15
乙 40%Ca+60%Mg 2.79
7.83
丙 40%Ca+60%Na 2.34
4.36
3、土壤的阴离子吸附与交换
（1）易于被土壤吸收的阴离子 ：磷酸根（H2PO4HPO42- PO43-）、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）和某 些有机酸的阴离子（如草酸根）
反应 超强 极强 强酸 酸性 中性 碱 强碱 极强
级别 酸性 酸性 性
性 性 碱性
3.3 土壤酸碱性与缓冲性
一、土壤酸性的来源与类型 二、土壤碱性的来源及指标 三、影响土壤酸碱性的因素 四、土壤酸碱性对土壤养分和作物生长的影响 五、土壤酸碱性的调节 六、土壤缓冲性
❖ 盐基饱和度，是指土壤胶体上所吸附的盐基离 子 交（换K量＋的、百N分a+、比N。H4+、Ca2+、Mg2+)占阳离子
❖ 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
❖ 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
❖ 交换性离子：参加交换作用的离子
（二）阳离子的交换作用
阳离子交换作用：土壤颗粒吸附的阳离子与土壤溶 液中的阳离子进行交换的作用
交换性阳离子：进行离子交换作用的阳离子
土壤 胶粒
Ca2+ NH4+
+3K+
土壤 胶粒
K+ K+ + Ca2+ +NH4+ K+
（二）土壤胶体的种类
1)无机胶体 主要由无机成 分所构成的微细颗粒 ： 次生硅铝酸盐（高岭石等） 、含水氧化物（SiO2, , Fe2O3） 等。（黏粒矿物） 2)有机胶体 主要是指土 壤腐殖质及其它组分， 还有少量氨基酸、多糖等。 高分子聚合物。
3)有机无机复合胶体 主要是指由有机胶体和无 机胶体相互复合在一起所构成的复合微细颗 粒。它是土壤胶体的主体。
离子半径与水化半径与交换能力关系
一价离子的种类
Li+
Na＋
K＋ NH4+ Rb+
离子的水化半径 （nm）
1.008
0.79
0.537 0.532 0.509
离子的真实半径 （nm）
0.078 0.098 0.133
0.43
0.149
离子在胶体上的吸 着力
弱
强
离子对其它离子的 代换力
小
大
（二）阳离子的交换作用
5.影响交换性阳离子有效度的因素
1）交换性离子的饱和度 ：
❖ 是指土壤吸附某离子的量占土壤阳离子交 换量的百分数。某离子饱和度愈大，被交 换而解吸的机会愈多，则有效度愈大