第五章 土壤胶体

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a高岭石类矿物：主要包括高岭石、珍珠陶 高岭石类矿物：主要包括高岭石、 高岭石类矿物 土、迪岩石及埃落石等 特点： 晶层是由一片硅片 晶层是由一片硅片， 特点：1.晶层是由一片硅片，一片铝片重叠 组成的。 组成的。 2.当晶层重叠时，水分子和氧分离子很难进 当晶层重叠时， 当晶层重叠时 入晶层之间。 入晶层之间。 3.晶层内的硅氧片和铝氧片中没有或极少同 晶层内的硅氧片和铝氧片中没有或极少同 晶代替， 晶代替，故吸附氧离子的能力远不如蒙脱 石类矿物。 石类矿物。 4.外形大多为明显的六角形薄片，比面小， 外形大多为明显的六角形薄片， 外形大多为明显的六角形薄片 比面小， 仅5-20㎡/g，而且只有外表面，粘结性 粘 ㎡ ，而且只有外表面， 可塑性均很弱。 着性 可塑性均很弱。
• c 水云母类 包括水白云母、水黑云母、 包括水白云母、水黑云母、 伊利石 • 特点：1.其晶层构造同蒙脱石类，亦 特点： 其晶层构造同蒙脱石类 其晶层构造同蒙脱石类， 性矿物。 为2:1性矿物。 性矿物 • 2.具有键联的效果 具有键联的效果 • 3.晶层内普遍存在同晶代替代现象 晶层内普遍存在同晶代替代现象 • 4.颗粒为不规则的片状，大小居中 颗粒为不规则的片状， 颗粒为不规则的片状 • d 蛭石
硅铝铁率
• 土壤黏粒中 土壤黏粒中SiO2/(Al2o3+Fe2O3)的分子数 的分子数 值表示。 比的比率 以Saf值表示。 值表示 • 意义：⑴推论粘粒矿物的类型，从而说明 意义： 推论粘粒矿物的类型， 土壤的保肥能力。 土壤的保肥能力。⑵若将土体和母岩相对 可以说明土壤过程的特征。 照，可以说明土壤过程的特征。⑶对照剖 面上下层的Sio2/R2o3分子比值可以说明剖 面上下层的 分子比值可以说明剖 面中物质淋溶和聚集状况。 面中物质淋溶和聚集状况。⑷可作为母质 风化度的指标来判断母质风化度的深浅。 风化度的指标来判断母质风化度的深浅。
二、土壤胶体的表面积和电性
• （一）土壤胶体的表面积
比表面： 比表面：指单位重量或单位体积物体 的总表面积（ /g， 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 型黏土矿物,腐殖质具有巨大的比 型黏土矿物 表面
• 比表面能（吸附能力产生的主要原因） 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 物体内部分子处在周围分子之间， 各个方向上受到吸引力相等而相互抵消， 各个方向上受到吸引力相等而相互抵消， 表面分子则不同， 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、 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， 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， 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。 物体表面，故称为表面能。
（三）有机—无机复合胶体
在土壤中有机胶体一般很少单独存在， 在土壤中有机胶体一般很少单独存在，绝 大部分与无机胶体紧密结合在一起形成有 无机复合胶体， 机—无机复合胶体，有机胶体与无机胶体 无机复合胶体 的连接方式是多种多样的， 的连接方式是多种多样的，但主要是通过 二价、三价等多价阳离子（ 二价、三价等多价阳离子（Ca2+、Mg2+、 、 、 Fe3+、Al3+等）作为桥梁把腐殖质与粘土 、 等 矿物连在一起， 矿物连在一起，或者通过腐殖质表面的功 能团比如—COOH、—OH以氢键的方式与 能团比如 、 以氢键的方式与 粘土矿物连在一起。 粘土矿物连在一起。
2.各类粘粒矿物的构造和性质
• （1）二氧化硅的构造和性质 ） • 游离硅酸：是各种硅酸盐经过化学风化过 游离硅酸： 程的最后产物，为无定型物。 程的最后产物，为无定型物。 • 次生石英：晶体构造，粘结力弱，成分与 次生石英：晶体构造，粘结力弱， 游离硅酸一样，两类矿物均带负电。 游离硅酸一样，两类矿物均带负电。 • （2）三氧化物的构造和性质 ） • 例如：褐铁矿 赤铁矿 针铁矿 水铝矿和三水 例如： 铝石 它们均为结晶矿物 两性胶体 • 当土壤溶液的 pH低于这些物质的等电点时， 低于这些物质的等电点时， 低于这些物质的等电点时 它们带正电荷； 它们带正电荷； 高于这些物质的等电点时， 当土壤溶液的 pH高于这些物质的等电点时， 高于这些物质的等电点时 它们带负电荷； 它们带负电荷；
第五章 土壤胶体和土壤吸收性能
第一节 土壤胶体
一、土壤的各种胶体
• 土壤胶体是土壤中最活跃的部分，它们的 质和量对土壤理化性质和肥力水平具有明 显的影响和作用。 • 土壤胶体一般可分为无机胶体、有机胶体、 有机—无机复合胶体。下面我们介绍这三 类胶体。
（一）无机胶体
• 无机胶体：无机胶体在数量上远比有机胶 无机胶体： 体要多，主要是土壤粘粒， 体要多，主要是土壤粘粒，它包括氧化硅 类、三氧化物类和层状铝硅酸盐等各种类 又称粘土矿物，多为结晶态。 型，又称粘土矿物，多为结晶态。 • 1.粘粒矿物的结晶单位 粘粒矿物的结晶单位 • （1）硅氧四面体和硅氧片 ） • （2）铝氧八面体和铝氧片 ）
（二）土壤胶体的电性
土壤胶体电荷： 土壤胶体电荷： • 可分为永久电荷和可变电荷两种。 可分为永久电荷和可变电荷两种。 • 永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的 永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的 ）： 同晶代换所产生的电荷。 同晶代换所产生的电荷。 电荷数量取决于同晶替的多少。 电荷数量取决于同晶替的多少。 特点：不受pH的影响 的影响。 特点：不受 的影响。 2：1型矿物带负电的主要原因。 型矿物带负电的主要原因。 ： 型矿物带负电的主要原因
2.土壤胶体的双电层构造
• （1）概念 ） • 带电胶粒分散在电解质溶液中时，由 带电胶粒分散在电解质溶液中时， 于静电引力， 于静电引力，在胶体周围形成一反号 电荷的离子层， 电荷的离子层，胶粒表面的电荷与周 围的离子层，就构成了交替的双电层。 围的离子层，就构成了交替的双电层。
（2）土壤双电层的构造
1、微粒核（胶核）：核心、基本物质。腐殖 、微粒核（胶核） 核心、基本物质。 质 、 SiO2、 氧化铝 、 氧化铁 、 铝硅酸盐 、 、 氧化铝、 氧化铁、 铝硅酸盐、 蛋白质及有机无机胶体分子群。 蛋白质及有机无机胶体分子群。
2、双电层：（ ）决定电位离子层：是固定在胶核 、双电层：（1）决定电位离子层： ：（ 表面， 一层离子。 表面，并决定其电荷和电位 一层离子。它是由胶体 表面的分子解离为离子， 表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某一种离 子而构成。 子而构成。 （2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层带 ）补偿离子层： 产生电场和静电引力， 电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带相反 电荷的离子，形成补偿离子层。 电荷的离子，形成补偿离子层。
• （3）腐殖质上某些原子团的解离 ） • 条件下： 高pH条件下： 条件下 • -COOH H+ + COO• -OH H+ + -O• 条件下： 低pH条件下： 条件下 • -NH2 -NH3+ • （4）含水氧化硅的解离 ） • SiO2.H2O（或H2SiO3）的pH0值为 值为2 （ ） 值为 • 在土壤中一般不产生正电荷 • 所带负电荷的量随土壤pH值的升高而增加。 值的升高而增加。 所带负电荷的量随土壤 值的升高而增加
• （2）含水氧化铁、氧化铝的解离 ）含水氧化铁、 • 如三水铝石的pH0值为 。 值为4.8。 如三水铝石的 值为 • 当土壤 低于 当土壤pH低于 低于pH0值时 值时: 值时 • Al2O3.3H2O 2Al(OH)2++2OH• 当土壤 高于 当土壤pH高于 高于pH0值时 值时: 值时 • Al2O3.3H2O 2Al(OH)2O+2OH-
①硅氧片、硅氧四面体 硅氧片、
硅四面体可以共用氧原子而形成一层， 硅四面体可以共用氧原子而形成一层，氧原子排列成为中空 的六角形，称硅氧片或硅氧层。 的六角形，称硅氧片或硅氧层。
②铝氧八面体
由六个氧原子（或氢离子） 由六个氧原子（或氢离子）环绕着一个
中心铝离子排列而成，氧原子排列成两层，铝原子居于两层中心孔穴内。 中心铝离子排列而成，氧原子排列成两层，铝原子居于两层中心孔穴内。
可变电荷
定义:电荷的数量和质量随介质的 而改变的 定义 电荷的数量和质量随介质的pH而改变的 电荷的数量和质量随介质的 电荷。 电荷。 可变电荷零点(pH0): 土壤的可变正、负电荷 土壤的可变正、 可变电荷零点 数量相等时的pH 数量相等时的 来源：胶核表面分子（或原子团） 来源：胶核表面分子（或原子团）的解离 1、黏土矿物晶面上 、黏土矿物晶面上-OH的解离 的解离 2、含水铁、铝氧化物的解离（Al2O3.3H2O) 、含水铁、铝氧化物的解离（ 3、腐殖质上某些官能团的解离（COOH） 、腐殖质上某些官能团的解离（ ） 4、含水氧化硅的解离带电：净电荷 、含水氧化硅的解离带电：
• A.非活性补偿离子层：补偿离子层的内层， 非活性补偿离子层：补偿离子层的内层， 非活性补偿离子层 靠近决定电位离子层，受到的静电引力强， 靠近决定电位离子层，受到的静电引力强， 离子被牢牢吸引，成平行密实排列， 离子被牢牢吸引，成平行密实排列，不易自 由解离，只能随着胶核移动。 由解离，只能随着胶核移动。 • B.扩散层：在非活性补偿离子层的外面，受 扩散层：在非活性补偿离子层的外面， 扩散层 到的静电引力小，活动性大。同时还受使离 到的静电引力小，活动性大。 子均匀分布的热运动的影响， 子均匀分布的热运动的影响，使此层阳离子 随离子距胶粒表面距离的增大而减少， 随离子距胶粒表面距离的增大而减少，由稠 密到稀疏，呈扩散状态。 密到稀疏，呈扩散状态。
（1）黏土矿物晶面上 ）黏土矿物晶面上-OH的解离 的解离 层状硅酸盐晶层上的-OH基可以解 层状硅酸盐晶层上的 基可以解 离出H 带负电。 离出 +，带负电。 -O-
-OH 结 结 - +3H+ 晶 -OH 晶 -O 体 体 -O-OH 如高岭石的pH 如高岭石的 0为5。 。 1：1型粘粒矿物带电的主要原因。 ： 型粘粒矿物带电的主要原因 型粘粒矿物带电的主要原因。
（3）结晶硅酸盐的构造和性质
• 这类矿物是原生矿物晶风化作用分解后， 这类矿物是原生矿物晶风化作用分解后， 在一定的盐基物质参与下重新合成为 nR2o3·mSio2H2o的凝胶体，进而逐渐演 的凝胶体， 的凝胶体 变成结晶的铝酸盐，最后趋于稳定。 变成结晶的铝酸盐，最后趋于稳定。它们 是无机胶体中最重要的组成部分， 是无机胶体中最重要的组成部分，影响着 许多土壤的物理化学性质， 许多土壤的物理化学性质，对土壤的形成 合肥里都有巨大作用。 合肥里都有巨大作用。
• b蒙脱石类包括：蒙脱石、绿脱石、拜 蒙脱石类包括：蒙脱石、绿脱石、 蒙脱石类包括 来石、 来石、和皂石等 • 特点：1.晶层是有二片硅氧片间夹一 特点： 晶层是有二片硅氧片间夹一 片铝氧片组合而成， 片铝氧片组合而成，为2:1矿物 矿物 Sio2/R2o3 其分子比率为 。 其分子比率为4。 • 2.吸湿能力强 吸湿能力强 • 3.晶层内普遍存在大量的同晶代替 晶层内普遍存在大量的同晶代替 • 4.蒙脱石类矿物颗粒层界面不规则的 蒙脱石类矿物颗粒层界面不规则的 絮状薄片，而且特别细微。 絮状薄片，而且特别细微。
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（二)有机胶体 有机胶体 有机胶体主要指的是土壤中的腐殖质。 有机胶体主要指的是土壤中的腐殖质。 与有机胶体的共性：腐殖质颗粒很细小， 与有机胶体的共性：腐殖质颗粒很细小，具有巨大的 比表面积。 比表面积。 特点： 它是由 它是由C、 、 、 、 、 组成的有机化合 特点：1.它是由 、H、O、N、S、P组成的有机化合 物，是无定形的物质 2.腐殖质是亲水胶体，具有高度的亲水性 腐殖质是亲水胶体， 腐殖质是亲水胶体 3.腐殖质组成中有很多的功能团，比如 腐殖质组成中有很多的功能团， 腐殖质组成中有很多的功能团 比如R—COOH、 、 R—CH2—OH等这些功能团解离后能带有大量的负电 等这些功能团解离后能带有大量的负电 腐殖质所带负电荷的数量比粘土矿物要大得多， 荷，腐殖质所带负电荷的数量比粘土矿物要大得多， 所以保存阳离子的能力也比粘土矿物要大得多。 所以保存阳离子的能力也比粘土矿物要大得多。 另外腐殖质功能团中R—NH2的质子化，还能使腐殖 另外腐殖质功能团中 的质子化， 的质子化 质带正电荷。 质带正电荷。 4.带有大量的负电荷 带有大量的负电荷 5.有机胶体易受微生物的作用而分解，不如无机胶体 有机胶体易受微生物的作用而分解， 有机胶体易受微生物的作用而分解 稳定