土壤化学性质土壤胶体及其特征
土壤胶体性质
土壤胶体性质直径为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。
7 土壤胶体化学和表面反应
Soil colloid and Ion Exchange
第一节 土壤胶体 soil colloid
一.土壤胶体概念（soil colloid）
（一）分散系统（分散体系） 分散体系是由两种或两种以上物质组成的，一种物质呈连续分 布状态，量相对也比较大，称为分散介质(分散剂）；另一种物质分 子不连续，量也比较小，称为分散相（质）。分散相如果与分散介 质之间没有明显物理界面，分散体系称为溶液，若果分散介质与分 散相有明显的物理界面，叫做悬浮液（粗分散体系）。当分散相介 于二者之间时，构成了相对稳定的体系，叫做胶体系统。 土壤本身就是一个复杂的 The soil contains minute particles called soil colloids. They are smaller than one hundredth-thousand of a millimeter. Soil colloids are thin and disc-like. There are mineral as well as organic soil colloids. Mineral colloids are usually found to be fine particles of clay minerals.
Isomorphic substitution is the replacement of one atom by another of similar size in a crystal lattice without disrupting or changing the crystal structure of the mineral , either in the tetrahedral or octahedral layer. Excess negative charge also occurs when octahedrally coordinated divalent cations such as Mg(II) or Fe(II) substitute for Al(III) in the octahedral layer. Isomorphic substitution that does not give rise to charge is Fe(III) substituting for Al in the octahedral layer. This is because both cations have a charge of +3.
土壤胶体种类及其主要特点
土壤胶体种类及其主要特点1. 有机胶体呀，那可是土壤胶体中的大明星呢！就像在一场盛大的音乐会中最耀眼的歌手。
比如腐殖质胶体，它可是有着很强的吸附能力和保肥能力呢，能把养分紧紧抱住，不轻易让它们流失。
想想看，如果没有它，土壤的肥力还能这么好吗？2. 无机胶体呢，也是功不可没呀！好比是土壤的坚强卫士。
像蒙脱石胶体，它的表面积大得惊人，能吸纳好多好多的物质。
这不就像一个超级大口袋，什么都能装下嘛！3. 还有铁铝氧化物胶体，哇哦，那可是土壤胶体里的厉害角色呢！可以说它像一个忠诚的守护者。
以赤铁矿胶体为例，它对土壤的结构和性质有着重要影响，没有它可不行啊！4. 水合氧化物胶体也不能小瞧呀！就如同是土壤的默默奉献者。
比如氧化铝胶体，它在土壤中发挥着独特的作用，默默无闻却不可或缺。
不就像是生活中那些默默付出的人一样吗？5. 层状硅酸盐胶体呢，是土壤胶体家族中的重要成员哟！就像一个经验丰富的长者。
像高岭石胶体，它的特性可是非常独特的，能影响土壤的好多方面呢，你说重要不重要？6. 土壤中的凝胶体又是怎样的呢？这就像是一个神秘的宝库。
它有时藏得很深，但一旦发挥作用，那可真是让人惊叹不已呀！7. 那土壤胶体中的复合体呢？嘿，这可像是一个团结的小集体。
它们相互协作，共同为土壤的良好状态努力着。
这不就跟我们大家一起合作做事一样吗？8. 还有那些不太起眼的土壤胶体小类别呢，也都有着自己的使命呀！就像舞台上的配角，虽然不那么耀眼，但缺了他们可不行。
9. 总之呢，土壤胶体的种类好多呀，每一种都有着独特的特点和作用，它们共同构建了丰富多彩的土壤世界。
这些土壤胶体，就像是一群各司其职的小伙伴，共同为我们的土地贡献着力量呢！我们真的要好好保护它们呀！。
土壤的组成与性质
二 土壤胶体的性质
• 土壤胶体的比表面积和带电性，使土壤具有吸附 性。 • （1）土壤胶体具有巨大的比表面积，比表面积越 大，吸附性也越强。 • （2）土壤胶体的电性： • 土壤胶体微粒内部一般带负电荷， 形成一个负离子层（决定电位离 子层），其外部由于电性吸引而 形成一个正离子层 （反离子层 或扩散层），即合称双电层。
Eh < 300 mV，土壤有机质起主要作用，还原状 态；
旱地 Eh 大致为400-700 mV；
水田 Eh 大致为300-200mV。
28
影响Eh的因素
（1）土壤通气情况
（2）pH值：受氧体系支配，pH下降则Eh上升 （3）有机质状况：有机质分解时形成大量还原性物 质 （4）无机物状况：还原性或氧化性物质的含量
1
土壤的组成及性质
1
土壤的组成 土壤胶体的性质
2
3 4
土壤的酸碱性 土壤的氧化还原性
2
一 土壤组成
土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相 体系，它们的相对含量因时因地而异。
20～30%的空气
20～30%的水 45%的矿物质
5%的有机质
3
一 土壤组成
土壤中生物最活跃
的一层，有机质大 部分在这一层
9
次生矿物
• ①简单盐类： • 次生矿物中的简单盐类属水溶性盐，易淋溶流 失，一般土壤中较少，多存在于盐渍土中。它们 都是原生矿物经化学风化后的最终产物，结晶构 造也较简单，常见于干旱和半干旱地区的土壤中。 • 方解石(CaCO3)、白云石［Ca、Mg(CO3)2］、石 膏(CaSO4· 2H2O) 。
pH
• 土壤的氧化还原性
Eh
31
18
三 土壤的酸碱性
土壤胶体的特征
土壤胶体的特征土壤胶体是直径为2～0.001微米土粒的通称。
其含量约占土重的2%～50%，是土壤中化学性质最活跃的部分。
什么是土壤胶体（土壤胶体的特点）土壤胶体类型①矿质胶体：又称无机胶体，指土壤粘粒中矿质部分，是岩石风化产物的最细部分。
除有少量石英、长石等原生矿物外，主要是次生矿物，包括蒙脱石、水云母、蛭石、高岭石和水铝英石及铁、铝、锰、硅、钛等氧化物及其水合物。
②有机胶体：来源于动、植物和微生物的残体及其分解或合成产物，是由多糖、蛋白质与腐殖质等所组成。
③有机矿质复合胶体：是由矿质胶体与有机胶体通过离子间的库仑引力和表面分子间的范德华引力缔合而成的，土壤中此类胶体往往不少。
什么是土壤胶体（土壤胶体的特点）土壤胶体特性土壤胶体除了具有与其化学组成相对应的一般性质外，还有以下特性：①表面积大：土壤胶粒的表面积随粒径的减小而增大。
表面积也因粘粒的矿物类型而异，蒙脱石、蛭石表面积最大，达600～800米2/克，水云母次之90～130米2/克，高岭石最小10～20米2/克（见比表面）。
胶体的巨大表面积，使土壤具有物理吸附性能。
②带电荷：胶体表面都带电荷，电荷的正、负取决于胶体物质的组成和结构。
胡敏酸及层状硅酸盐的胶粒表面带负电荷，交换性离子是阳离子。
铁、铝的氢氧化物和蛋白质的电荷性质视分散介质的pH而定，既可带正电荷，亦可带负电荷，因而称两性胶体（见表面电荷）。
土壤胶体的带电性使土壤具有离子吸附性能，它对保蓄土壤养分有巨大作用。
③不可逆性：土壤胶体按其状态分为溶胶与凝胶。
胶粒分散在水介质中处于彼此分开的状态为溶胶，溶胶在受到干燥、热、冻结、电解质和时间等因素的影响，可变为凝胶。
在促使溶胶成为凝胶的因素消失以后，亲水胶体的凝胶通常可重新变为溶胶，而疏水胶体则不易复原。
因而前者称可逆胶体，后者称不可逆胶体。
这种不可逆性有利于增强土壤团聚体的稳定性。
什么是土壤胶体（土壤胶体的特点）土壤胶体对土壤性质的影响①胶体含量的多少直接影响土壤质地的轻重、保水保肥能力的大小和耕作的难易。
土壤化学性质土壤胶体及其特征
土壤胶体对土壤养分元素、 土壤胶体对土壤养分元素 、 污染物的迁移 转化有重要作用， 转化有重要作用 ， 这种作用与土壤胶体类型及 其性质密切相关， 土壤胶体均具有双电层结构， 其性质密切相关 ， 土壤胶体均具有双电层结构 ， 如图所示。土壤胶体可分为三种类型 三种类型： 如图所示。土壤胶体可分为三种类型： ① 土壤矿质胶体； 土壤矿质胶体； 有机胶体； ② 有机胶体； 有机-无机复合胶体。 ③ 有机-无机复合胶体。
•
二
土壤的阳离子交换
•(一)、土壤胶体的代换性离子 ( •扩散层离子 扩散层离子 •(二)、阳离子交换作用的基本特征 ( •1、可逆、服从质量作用定律、有选择性 1 可逆、服从质量作用定律、 •2、等当量交换 2
•(三)、影响阳离子交换能力的因素 ( •1、电荷数量：M+++ > M++ > M+ 1 电荷数量： •2、 离子半径及水化半径 2 •原子序大—离子半径大—水化半径小—代换能力强 原子序大—离子半径大—水化半径小— 原子序大 （大） •Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ >K+ > Na+ Fe •H+：质子(半径很小) 、运动快、水化半径小 / 氢键 H 质子(半径很小) 运动快、 •3、离子浓度 3
• 小结
• 一 土壤胶体的特性
• 土壤胶体比表面和表面能、带有电荷、有凝 带有电荷、 聚和分散作用
• 二土壤阳离子交换
• 土壤阳离子交换吸附作用的特点
• 1．阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 • 2．阳离子交换与吸收的过程以等量电荷关系进行 • 3．交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响 • 四、土壤盐基饱和度
2章-4节-土壤化学性质及其生态效应-《环境土壤学》
（四）土壤生物吸收：生物有机体对养分选择吸收，并以有机质形式在土壤中积 累过程，在通过微生物分解，将养分释放供植物利用。
（五）土壤物理化学吸收：土壤胶体对溶液中的离子态物质的吸附作用。对土壤 离子态物质迁移，养分供给，土壤缓冲性有重大影响。
二、土壤胶体及其性质
铁铝水化氧化物在不同pH下带不同电荷
+
OH2
H+
M OH2
OH
M OH2
OH-
_
OH
M OH + H2O
三水铝石在酸性环境中带正电荷
OH2 +
OH
O-
2 .4 土壤胶体的性质
（3）土壤胶体的电位
电位又称电势，是指单位电荷在静电场 中的某一点所具有的电势能。电位是电 能的强度因素，它的大小取决于电势零 点的选取，其数值只具有相对的意义。
造
使胶体具有双电层结构。
图
示
胶体微粒
胶核 双电层
决定电位离子层（内） 非活性离子层
补偿离子层（外） 扩散层
2.4 土壤胶体的性质
（1）具有较大的比表面积，包括外表面积和内表面积，因此具有表面能，是土 壤具有物理吸附性能的动力机制。 我国几种主要土壤的比表面积：
砖红壤 60－80m2g-1；红壤 100－150m2g-1；黄棕壤 200－300m2g-1 ，总之：2： 1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。
• 胶体（英语：Colloid）又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状 态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微 小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm 之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体
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
土壤胶体的名词解释
土壤胶体的名词解释土壤是地球表面上由岩石风化而形成的一种复杂的自然体系，由固体、液体和气体组成。
其中固体部分包括矿物质、有机质和水分，而土壤胶体则是土壤中矿物质和有机质的重要组成部分。
1. 土壤胶体的定义和特征土壤胶体指的是在土壤中具有胶体状态的微小颗粒，其大小一般在1纳米到0.1微米之间。
土壤胶体具有以下几个特征：1.1 小颗粒大小：土壤胶体颗粒的尺寸非常小，这使得它们具有显著的比表面积，从而增加了与其他物质的接触面积，有利于物质的吸附和交换。
1.2 动力稳定性：土壤胶体颗粒在水和土壤溶液中具有很强的稳定性，不易沉淀，这是由于胶体粒子的电荷特性所致。
1.3 微观孔隙率：由于土壤胶体颗粒的小尺寸和颗粒间的紧密排列，土壤胶体能够形成微观孔隙，这些孔隙能够储存水分和提供生物活性空间。
2. 土壤胶体的组成土壤胶体主要由矿物质和有机质两部分组成。
2.1 矿物质：土壤中的矿物质主要来自于岩石的风化作用。
常见的土壤矿物质包括黏土矿物、氧化物、腐殖质等。
其中，黏土矿物是土壤胶体的主要组成部分，其结构特点决定了土壤胶体的吸附和交换能力。
2.2 有机质：有机质是土壤中的一种重要成分，主要由植物和动物残体的分解产物组成。
有机质中富含碳、氢、氧等元素，它能够增加土壤的保水性和肥力，并对土壤胶体的形成和稳定起到重要作用。
3. 土壤胶体的作用土壤胶体在土壤形成和肥力调控中发挥着重要的作用。
3.1 吸附和交换：土壤胶体具有很强的吸附和交换能力，能够吸附和保持营养物质、水分、有机物质和微生物等。
这一特性使土壤胶体能够提供植物生长所需的养分和水分，并调控土壤环境的稳定性。
3.2 保水性和通气性：由于土壤胶体的微观孔隙结构，其能够储存并释放水分，保持土壤水分平衡。
此外，土壤胶体还能够提供氧气和二氧化碳等气体的通道，维持土壤的通气性。
3.3 影响土壤质地和结构：土壤胶体的含量和性质对土壤的质地和结构具有重要影响。
胶体颗粒的聚集和胶体团粒的形成会改变土壤的结构和透水性，进而影响土壤的肥力和生物多样性。
土壤胶体
（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:永久电荷和可 土壤胶体的电荷 永久电荷和可变电荷 永久电荷和 1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的电 永久电荷：不受土壤溶液 值变化而影响的电 永久电荷 荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电荷。 荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电荷。 2.可变电荷： 随着土壤溶液 变化而变化的电 可变电荷： 可变电荷 随着土壤溶液pH变化而变化的电 荷叫可变电荷。 荷叫可变电荷。
土壤胶体的特性
（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。 • 1.比表面 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）。 • 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。
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。 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、 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， 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， 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， 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。 聚的显著作用。
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 土壤中 以上的土壤电荷集中于粘粒上
土壤化学性质土壤胶体课件
胶体微粒在构造上可分为微粒核droplet core、决定电位离子层electric potential ion layer和补偿离子层compensation ion layer三部分组成。
第9页，共56页。
• （1）微粒核droplet core ： 主要由腐殖质、无定形的
第21页，共56页。
• b 、可变电荷variable charge： 胶核表面分子或 原子团的解离所产生的电荷，没有永久性质，它的 数量和性质随着介质的pH值而改变。所以称为可变 电荷。电荷的数量和性质随介质pH而改变的电荷。
第22页，共56页。
• c 、土壤的pH0值是表征其可变电荷特点的 一个重要指标，它被定义为土壤的可变正、 负电荷数量相等时的pH值，或称为可变电 荷零点、等电点pH ( isoelectric pH ]。
第37页，共56页。
1.4 阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体 上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳 离子交换能力大小的顺序为：
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+
第38页，共56页。
• 1.5 影响阳离子交换能力的因素有： a. 电荷的数量 charge number b. 离子半径ionic radius和离子水化半径ion
adsorption后者称为负吸附negative adsorption。 负吸附：是指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶液
中该离子或分子的浓度的现象。
第28页，共56页。
产生这种作用的原因是由于固体颗粒界面上的表面自由 能的作用。
气态物质（水气、CO2、NH3等）和细菌的吸附也是物 理吸附。
土壤学-1土壤胶体的构造和性质
电解质阳离子的凝聚力大小顺序为： Fe3+> Al3+ > Ca2+> Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+
土壤胶体的结构和性质
0.5 µ m粘土悬浊液开始凝聚时的电解质浓度 电解质名称 NaCl NH4Cl KCl 开始凝聚时的浓度 （mol· L-1） 0.0250~0.0125 0.0250~0.0125 0.0250~0.0125 电解质名称 CaCl2 AlCl3 FeCl3 开始凝聚时的浓度 （mol· L-1） 0.0006~0.00025 <0.000042 <0.000042
土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力 由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
第二节 土壤胶体的类型
土壤胶体的类型
一、 无机胶体 主要包括：
含水氧化铁
含水氧化铝 含水氧化硅 水铝英石 次生铝硅酸盐类
第一节 土壤胶体的构造和性质
土壤胶体的结构和性质
一 、土壤胶体的概念
颗粒直径（非球形颗粒则指其长、宽、高三向 中一个方向的长度）在1~100nm范围内的带电的 土壤颗粒与土壤水组成的分散系。
注：通常情况下，直径小于2µ m（或 1µ m）的土粒便具有胶体的性质，因 而被视为土壤胶体颗粒。
土壤胶体的结构和性质
胶体分散系
一般把分散相颗粒直径（非球颗粒则指长、宽、 高三向中一个方向的长度）在1-100纳米范围内 的分散系称胶体分散系。其颗粒大小介于粗分 散系和分子、离子分散系之间。
第五章 土壤胶体化学性质
（1）可溶性有机氮 < 5%，主要为： 游离氨基酸、胺盐
（速 效 氮）及酰胺类化合物 （2）水解性有机氮50~70%，用酸碱或酶处理而得。包 括：蛋白质及肽类、核蛋白类、氨基糖类 （3）非水解性有机氮30~50%，主要可能是杂环态氮、 缩胺类
2．无机态氮
土壤中的无机氮的数量很少，表土中占全氮 1~2%(1~50ppm)。最多不超过5~8%； （1）铵态氮 (NH4) 可被土壤胶体吸附，一般不易流失， 但在旱田中，铵态氮很少，在水田中较多。在土壤里有三 种存在方式：游离态、交换态、固定态。 （2）硝态氮（NO3-N）易流失，不宜在水田施用。在土 壤主要以游离态存在。 （3）亚硝态氮（NO2-N）主要在嫌气性条件下才有可能 存在，而且数量也极少。在土壤里主要以游离态存在。
蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
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。
（三）阴离子专性吸附
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-离子以及磷 酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含 氧酸根离子。
总之：2：1型粘土矿物和有机质的 含量越高，土壤的比表面积越大。
比表面积的测定方法
1、仪器法 2、吸附法 氮气、甘油、乙二醇醚等
（二）土壤胶体的电性
三、土壤表面电荷和电位 一）土壤电荷的起因和种类
1、永久电荷(permanent charge)*** 永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换 /替代。
（三）土壤磷的转化
土壤胶体.第二册,土壤胶体研究法
土壤胶体.第二册,土壤胶体研究法1、土壤胶体的特性土壤胶体是指土壤中的有机和无机颗粒之间的粘结物，它具有高度粘性和可塑性，可以形成一个稳定的结构，从而影响土壤的物理、化学和生物性质。
土壤胶体可以吸附水分，保持土壤的湿润状态，并可以吸附有机物和无机物，从而影响土壤的肥力和生物活性。
土壤胶体的结构可以分为粒间胶体、粒内胶体和粒内外胶体三种。
粒间胶体是指粒间的粘结物，它们可以形成一个稳定的结构，从而影响土壤的物理性质。
粒内胶体是指粒内的粘结物，它们可以影响土壤的化学和生物性质。
粒内外胶体是指粒内外的粘结物，它们可以影响土壤的物理、化学和生物性质。
2、土壤胶体的结构土壤胶体是由一系列结构复杂的颗粒组成的，它们可以被分为三类：细颗粒、粗颗粒和有机颗粒。
细颗粒由石英、铁氧化物、硅酸盐和其他矿物质组成，粗颗粒则是由粒径大于2μm的矿物质组成，有机颗粒则是由有机物质组成，如木炭、木质素、植物碎屑等。
土壤胶体的结构还可以由比表面积、比容量、比比重等参数来表征。
土壤胶体的形成机制主要是由三种因素共同作用的结果：一是土壤中的离子交换，二是土壤中的有机质，三是土壤中的结构空间。
离子交换是指土壤中的离子，如钾、钙、镁等，在土壤中相互交换，从而形成胶体结构。
有机质是指土壤中的有机物质，如有机酸、有机酯等，它们可以与离子结合，形成胶体结构。
结构空间是指土壤中的空间结构，这种空间结构可以把离子和有机物质放在一起，形成胶体结构。
4、土壤胶体的分类土壤胶体可以根据其结构、粒径、组成和结合力等特征进行分类。
根据结构，可将土壤胶体分为紧密胶体和松散胶体；根据粒径，可将土壤胶体分为粗胶体和细胶体；根据组成，可将土壤胶体分为有机胶体和无机胶体；根据结合力，可将土壤胶体分为弱结合胶体和强结合胶体。
土壤胶体的研究法包括：1、悬浮液浊度测定法：测定土壤胶体悬浮液的浊度，可以推断出土壤胶体的含量。
2、滤液比重测定法：测定土壤胶体滤液的比重，可以推断出土壤胶体的粒径分布。
土壤学第四章解答
土壤学
资源环境学院土地资源与农业化学系
氧化物的电荷零点，与金属的价数有关。
土壤中的铁、铝氧化物，一般为M2Ｏ3的 形态，其ZPC大于6.5而小于10.4，故在酸性 条件下，一般带负电很少，甚至带正电。
（二）影响土壤电荷数量的因素
1.土壤质地
土壤所带电荷的数量，80%集中在粒径小
于2微米的部分，故粘粒数量愈多的粘质土，
二、土壤盐基饱和度
交换性阳离子分为两类：一类是致酸离子,包括 氢离子和铝离子两种；另一类是盐基离子，是除铝 以外的其它交换性阳离子。
盐基离子占吸附阳离子总量（CEC）的百分数。
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交换性盐基总量 土壤盐基饱和度(BS)(%)= ———————— 100
CEC
我国土壤BS大致以北纬33为界，以北一般达80% 甚至100%，以南一般只有20%～30%。
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2.土壤溶液的浓度P149 3.影响土壤溶液成分和浓度的因素 生物气候、成土母质、耕作、施肥、灌排措施
二、土壤溶液中离子的形态与养分有效性
离 自由离子(free ion) 子 水合离子(hydrated ion)
形 离子对(ion pairs) 态
络离子(complex ion)
表4-1 土壤中常见矿物的比表面积（ 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
内表面积 700—750 400—750
0—5 0 0
400 130—400
外表面积 15—150
1—50 90—150
5—40 10—45 25—30 130—400
总表面积 700—850 400—800 90—150
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
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• 四
• •
土壤的阴离子吸附
一、阴离子正、负吸附的概念 正吸附：阴离子被土壤吸附固定的现象。 正吸附
•主要：H2PO4-、HPO42-、PO43-、H2SiO3-、SiO32-、有机酸离子 •负吸附 负吸附：阴离子在胶粒之间的自由溶液分布大于胶粒内分 负吸附 布的现象。 •主要：NO3-、NO2-、Cl•SO42-、CO32-介于中间
土壤胶体对土壤养分元素、 土壤胶体对土壤养分元素 、 污染物的迁移 转化有重要作用， 转化有重要作用 ， 这种作用与土壤胶体类型及 其性质密切相关， 土壤胶体均具有双电层结构， 其性质密切相关 ， 土壤胶体均具有双电层结构 ， 如图所示。土壤胶体可分为三种类型 三种类型： 如图所示。土壤胶体可分为三种类型： ① 土壤矿质胶体； 土壤矿质胶体； 有机胶体； ② 有机胶体； 有机-无机复合胶体。 ③ 有机-无机复合胶体。
•
二
土壤的阳离子交换
•(一)、土壤胶体的代换性离子 ( •扩散层离子 扩散层离子 •(二)、阳离子交换作用的基本特征 ( •1、可逆、服从质量作用定律、有选择性 1 可逆、服从质量作用定律、 •2、等当量交换 2
•(三)、影响阳离子交换能力的因素 ( •1、电荷数量：M+++ > M++ > M+ 1 电荷数量： •2、 离子半径及水化半径 2 •原子序大—离子半径大—水化半径小—代换能力强 原子序大—离子半径大—水化半径小— 原子序大 （大） •Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ >K+ > Na+ Fe •H+：质子(半径很小) 、运动快、水化半径小 / 氢键 H 质子(半径很小) 运动快、 •3、离子浓度 3
五 离子吸收代换作用对土壤肥力的作用
• 一、具有较好的保持和供应养分的能力 • 离子态的养分，在土壤胶体的离子代换作用下， 离子态的养分，在土壤胶体的离子代换作用下，保持在 土壤中，这就是土壤的保肥性。 土壤中，这就是土壤的保肥性。被土壤胶体吸收的离子与土 壤溶液间的离子能进行可逆性交换， 壤溶液间的离子能进行可逆性交换，植物可随时从土壤中得 到养分，这就是土壤的供肥性。 到养分，这就是土壤的供肥性。 • 土壤如具有较高的离子代换吸收量，土壤也就具备了较好的 土壤如具有较高的离子代换吸收量， 养分保持与供应能力。 养分保持与供应能力。
• 本章重点：
• • • • • 主要是几种主要土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程。 主要是几种主要土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程。 土壤胶体的特性以及阳离子的交换过程 其次要了解土壤离子交换对土壤肥力的影响。 其次要了解土壤离子交换对土壤肥力的影响。 本章难点： 本章难点： 主要是土壤胶体的带电性及土壤胶体为什么会带电。 主要是土壤胶体的带电性及土壤胶体为什么会带电。 土壤胶体带电的事实早已被电渗与电泳等现象所证实， 土壤胶体带电的事实早已被电渗与电泳等现象所证实，不同 土壤胶体产生电荷的机制不同。 土壤胶体产生电荷的机制不同。 另外土壤胶体具有双电层构造。 另外土壤胶体具有双电层构造。
• 小结
• 一 土壤胶体的特性
• 土壤胶体比表面和表面能、带有电荷、有凝 带有电荷、 聚和分散作用
• 二土壤阳离子交换
• 土壤阳离子交换吸附作用的特点
• 1．阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 阳离子交换吸附作用是一种可逆反应。 • 2．阳离子交换与吸收的过程以等量电荷关系进行 • 3．交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响 • 四、土壤盐基饱和度
图
土壤胶体结构示意图
一、土壤胶体的特性 • （1）土壤胶体比表面和表面能; 土壤胶体比表面和表面能; 胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大， 胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附 能力也就愈强。 能力也就愈强。
• （2）土壤胶体带有电荷; 土壤胶体带有电荷;
• 永久电荷 • 可变电荷 • （3）土壤胶体有凝聚和分散作用
• 产生可变电荷的主要原因有： 产生可变电荷的主要原因有： 粘粒矿物晶面上①粘粒矿物晶面上-OH 基的解离 含水铁、 ②含水铁、铝氧化物的解离 ③腐殖质上某些原子团的解离 ④含水氧化硅的解离 粘粒矿物晶层上的断键等。可变电荷土壤： ⑤粘粒矿物晶层上的断键等。可变电荷土壤：指 含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH pH变化而 含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH变化而 变化的土壤。（主要是酸性土壤） 。（主要是酸性土壤 变化的土壤。（主要是酸性土壤） 如：三水铝石
•(四)、土壤阳离子交换量 ( •1、定义： 1 定义： •Cation exchange capacity（ C.E.C. ）—土壤溶 Cation capacity（ 液在一定的pH值时， pH值时 液在一定的pH值时，土壤所能吸附和交换的阳离子的 最大量，称为阳离子交换量 阳离子交换量; 最大量，称为阳离子交换量; •(五)、土壤盐基饱和度(Base saturation ( 土壤盐基饱和度(Base percentage) •土壤胶体上吸附的阳离子可分为两类。 土壤胶体上吸附的阳离子可分为两类。 土壤胶体上吸附的阳离子可分为两类 •一类是致酸离子(H+ 和Al3+)，另一类是盐基离子 一类是致酸离子 一类是致酸离子(H+ Al3+)，另一类是盐基离子 Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等 （如Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等，）。 •土壤盐基饱和度（BSP）是指土壤胶体上交换性盐基 土壤盐基饱和度（ 土壤盐基饱和度 BSP） 离子占交换性阳离子总量的百分率。 离子占交换性阳离子总量的百分率。
• 二、使土壤的物理状况得到调节
• 土壤胶粒之间的凝聚作用，是土壤具有结构的根本原因，当 土壤胶粒之间的凝聚作用，是土壤具有结构的根本原因， 土壤胶体表面吸收大量钠离子时，因钠离子的水膜厚， 土壤胶体表面吸收大量钠离子时，因钠离子的水膜厚，且带 电量少，胶体扩散层厚度大，促使胶粒分散。 电量少，胶体扩散层厚度大，促使胶粒分散。而当土壤胶体 特别是有机胶体吸附钙后，因钙离子带电量高，水膜薄， 特别是有机胶体吸附钙后，因钙离子带电量高，水膜薄，胶 粒易于凝聚，形成土壤结构体。在碱性土壤上施石膏， 粒易于凝聚，形成土壤结构体。在碱性土壤上施石膏，可改 良土壤的不良性状。 良土壤的不良性状。
土壤的基本组成、性质、 第一篇 土壤的基本组成、性质、 分类 第二章： 第二章：土壤性质 • §2.2土壤化学性质 土壤化学性质 • 一.土壤胶体及其特征 土壤胶体及其特征 • 二.土壤酸碱性和氧化还原反应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 一、土壤胶体及其特征
• 主要学习目标： 主要学习目标：
要求学生了解土壤胶体的晶格构造， 要求学生了解土壤胶体的晶格构造，在此基础上掌握土壤 的阳离子交换性质。 的阳离子交换性质。 • 因为土壤胶体是土壤重要的固相组成部分，土壤胶体的行为， 因为土壤胶体是土壤重要的固相组成部分，土壤胶体的行为， 影响着土壤的理化性质以及土壤保肥和供肥能力， 影响着土壤的理化性质以及土壤保肥和供肥能力，最终影响 着土壤肥力的发生发展。 着土壤肥力的发生发展。 •