第五章 土壤胶体
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。
第五章(1) 土壤胶体化学与表面反应
②含水氧化铁、铝胶体。
含水氧化铁、铝在土壤中多以结晶态的矿物存在，最常见的铁氧化物是 针铁矿和赤铁矿。土壤中的氧化铁一般以两种以上的形态混合存在，土 壤中含水氧化铝胶体是矿物风化而来的，有晶态的，也有非晶态的， Al203、A1(OH)3、A100H是晶态，无定形铝主要是羟基铝及其聚合物， A13+在溶液中可形成较大的OH-A1聚合物呈溶胶状。
二、土壤胶体的比表面和表面积
(一)土壤胶体的表面积 一 土壤胶体的表面积
表8－1 土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2·g-1） 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 0 400 130-400
(2)含水氧化物类胶体 (2)含水氧化物类胶体
①含水氧化硅胶体。
多为游离的无定形氧化硅的水合物(SiO2·nH2O)，当发生电离时，使H+解 离到溶液中，致使胶体带负电。 H2SiO3(Si02·nH20)=H++HSiO3-=H++Si032－ 土壤中氧化硅的含量很多，多以石英存在于沙粒和粉粒之中，只有无定 形的氧化硅才可能具有胶体性质，无定形的氧化硅可溶于土壤溶液，形 成Si(OH)4，通过聚合过程，向稳定状态转化。
图8－2 双电层模型 －
Boltzmann方程 方程
Cx=Coexp( )
Gouy（1910）和Chapman（1913）提出的双电层模型
ψx=ψo exp(-K•x) x=ψ exp(式中ψo为表面电位，k是与离子浓度、价数、 介电常数和温度有关的常数。在室温下：k
土壤胶体对离子的吸附作用
土壤胶体吸附性的含义 土壤吸附性的类型及其意义
土壤胶体
当土壤胶体解离阳离子和阴离子数量相等，即胶体的 正负电 荷相等时，此时胶体悬液的pH值称为等电点 (isoelectric point)。
b. 含水氧化铁、氧化铝的解离
如三水铝石的pH0值为4.8。 当土壤pH低于pH0值时:（相当于酸性环境） Al2O3·3H2O 2Al(OH)2++2OH当土壤pH高于pH0值时: （相当于碱性环境） Al2O3·3H2O 2Al(OH)2O-+2OH-
土壤胶体的类型
①硅氧片、硅氧四面体
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。
土壤胶体的类型
②铝氧八面体 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 ，
称水铝片。
土壤胶体的类型
(１) 高岭石（１：１型铝硅酸盐矿物）
0.05
0.001
628.32
31416
1200
60000
---内表面：指膨胀性粘土矿物的晶层 表面和腐植质分子聚集体内部的表面。 ---外表面：指粘土矿物、氧化物和腐 植质分子暴露在外的表面。
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
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 次生铝硅酸盐类 （即粘土矿物）
土壤胶体的类型
1.含水氧化硅胶体： （游离态无定型）
SiO2.H2O→H2SiO3 带负电 H2SiO3→ H++ HSiO3-→H++ SiO32-
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
胶 体 微 粒 的 扩 散 双 电 层 构 造 图 式
1．微粒核（胶核） 微粒核（胶核） 微粒核是土壤胶体微粒的核心部分， 微粒核是土壤胶体微粒的核心部分， 是土壤胶体微粒的核心部分 它是由组成胶体微粒的基本物质的分子 群所组成。胶核
2．双电层 双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷 离子， 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。双电层分以下两层： 散状态分布。双电层分以下两层：
＋ ＋ ＋ ＋ Fe3＋＞Al3＋＞H＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋ ＞NH4＋＞Na＋
可用下式来表示： 可用下式来表示：
2H＋ 土壤 Mg2＋ 胶粒 AI3＋ K＋ Ca2＋
＋10NH4
＋
土壤 10NH4＋ ＋Ca2＋、Mg2＋、Al3＋、K＋、 2H＋ 10NH 胶粒
1.土壤阳离子交换作用的特点 1.土壤阳离子交换作用的特点
a. 可逆反应，迅速平衡 可逆反应，
胶粒 Ca + bKCl ← → 胶粒 CaK + KCl + CaCl 2
可变电荷：随土壤pH值条件而改变的电 可变电荷：随土壤 值条件而改变的电 荷，是由于胶体颗粒表面基团的解离或 质子化而引起的。 质子化而引起的。
4．两性胶体带电
表面既带负电荷，亦带正电荷的土 表面既带负电荷， 壤胶体称两性胶体。随溶液土壤反应的 壤胶体称两性胶体。 变化而变化（三水铝石、腐殖质上的某 变化而变化（三水铝石、腐殖质上的某 些原子团在不同pH条件下等）。 些原子团在不同pH条件下等）。 条件下等
• 胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些 胶体的凝聚作用，有些是可逆的， 是不可逆的。 是不可逆的。 • 土壤干燥时， 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 质浓度相应增大 ， 土壤胶体 易成凝胶状 相反， 态 。 相反 ， 当土壤水分增多土壤溶液浓 度相应降低， 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。 负电荷，互相排斥而成溶胶状态。
第五章 土壤化学性质
（6）配位体交换的影响
土壤中氧化物类胶体表面的(-OH)或(-OH2)基与阴离
子进行配位体交换后可使土壤所带负电荷量增加 。
（三）、土壤胶体的双电层与表面电位
扩散双电层：土壤带电胶体与溶液界面的双电层—
—胶体表面的（负）电荷层紧靠表面溶液的反离子或补
偿（阳）离子层。
两者电荷数相等，符号相反，维持体系的电中性。 静电引力使反离子靠近表面，热运动又使其脱离表面而 形成具有扩散特征的反离子层，又称扩散层。其中反离
由于土壤的负电荷量一般都高于正电荷量，所以除
了少数土壤在较强的酸性条件下，或者氧化土可
能出现净正电荷以外，大多数土壤带有负净电荷。
2、影响土壤电荷数量的因素 土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离子的里摩尔数 来表示。阳离子交换量（CEC）即为pH值为7时土壤 净负电荷的数量。 （1）土壤质地
土壤所带电荷数量，80%集中在粒径小于2微米的
至少有一个方向在此范围内）的固体颗粒而言。
≺ 0.002mm的粘粒至少有一个轴≺ 100nm，因而具 有胶体的性质。
electron micrographs of the clay minerals montmorillonite
electron micrographs of the clay minerals kaolinite
②有机胶体沉淀在无机胶体上，掩盖了无机胶体的交换点。
（5）非交换性阳离子的影响
同晶替代所产生的永久电荷可能被粘土矿物晶层间所 吸附的非交换性阳离子所补偿，使其带电量降低。 如：伊利石单位晶胞的负电荷比蒙脱石高，但由于 伊利石硅层晶穴中所固定的钾离子（非交换性）补偿 了同晶替代所产生的负电荷，故实际上伊利石所带负 电荷低于蒙脱石所带负电荷。
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。
B733-土壤肥料学-第五节 土壤胶体
出H+而带负电，酸性条件氨基质子化（-NH2+H+
NH3+）而带
正。一般土壤pH都在等电点之上，故腐殖质交替一般带净负电荷。
4.含水氧化铁、铝表面解离 两性胶体，等电点分别为5-8和7.5-
9.5。酸性土壤中带正电(在pH<5时)，碱性下带负电。南方土壤中
含量高，且pH多在等电点下，故这类胶体往往带净正电荷。
四.土壤胶体的特性 （ properties of soil colloid）
土壤胶体性质很多，最关心对土壤性质产生影响的，分别是：
（一）巨大的表面积和表面能 1.比表面（Specific surface）
单位质量总表面积叫质量比表面，cm2/g，单位容积总表面叫做 容积比表面，cm2/m3
每克蒙脱石的表面积达700-800m2，每克腐殖质胶体的表面积 达一个足球场大小。 2.影响颗粒表面积的因素 （1）粒径大小
表面能大小与表面积成正相关，表面积愈大，表面能 愈高，产生的吸附能力愈强。
土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g)
胶体成分
内表面
外表面
总表面
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
700~750 400~750
0~5 0 0
400 130~140
-
15~150 1~5
90~150 4~40 10~45 25~30 130~140
可变电荷来源：
1.含水氧化硅解离 SiO2等电点为pH=2，所以一般带负电荷。 2.粘土矿物晶面上-OH解离 pH越高，H+越易解离，带负电荷越多；
pH越低，整个-OH越易解离,带正电荷。如高岭石等电点pH=5，
土壤胶体
(4)离子浓度
Fe3+ ＞ Al3+ ＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+ ＞Na+
（四）阳离子交换量（CEC) 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。 1、胶体含量 2、胶体类型 3、土壤PH值
（五）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
（一）土壤胶体的比表面积和表面能
比表面积也可叫做比面积，是指每单位重 量（或体积）物体的总表面积：比面积＝ 表面积/重量 主单位为m2/g、cm2/g。相同重量的物体， 颗粒分得越小，其比面积越大。
（二）胶体带有电荷 1、胶体带电的原因 （1）同晶替代 （永久电荷） （3）表面分子的解离 （可变电荷）
高岭石结构示意图
高岭石结构示意图
蒙脱石： 两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱 石晶层。2：1型矿物。 晶层之间通过范德华力连接相连，联结 力弱。 胀缩性、粘结性、可塑性很强。 对水和阳离子的吸附力强，CEC=60-100 Cmol(+)/kg。 主要存在于风化度低的土壤中。
蒙脱石结构示意图
土壤化学性质
第五章 土壤胶体与与土壤吸收性能 第六章 土壤的酸碱性
一、土壤胶体的概念及种类 二、层状硅酸盐粘土矿物
三、土壤胶体的构造 四、土壤胶体的性质 五、 土壤的吸收性能 六、土壤阳离子交换作用
第一节土壤胶体与与土壤吸收性能
一、土壤胶体的概念及种类
土壤胶体：大小在1-1000nm（在长、宽和高三个方向上，至少有一 个方向在此范围内）的土壤固体颗粒。分三种类型 （一）土壤无机胶体
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
土壤胶体的组成
土壤胶体的组成土壤胶体是土壤颗粒中粘性较大的组分，由于其微小的颗粒大小和特殊的化学性质，对土壤的物理、化学和生物学性质起着重要的影响。
土壤胶体主要由胶体粒子组成，包括胶体颗粒和溶胶两部分。
胶体颗粒主要是指直径小于0.002毫米的颗粒，溶胶则是指直径小于0.0002毫米的颗粒。
土壤胶体的组成非常复杂，主要包括胶体颗粒和溶胶两部分。
胶体颗粒主要由黏土矿物和有机质组成。
黏土矿物是土壤中最重要的胶体颗粒，其主要成分包括硅酸盐矿物和氧化铝矿物。
硅酸盐矿物包括粘土矿物和非粘土矿物，粘土矿物又可分为石英、长石和云母等。
黏土矿物的颗粒表面带有负电荷，使其具有较强的吸附和交换能力。
有机质是一种重要的胶体颗粒，其主要来源于植物和动物的残体、粪便等，具有较强的吸附能力，对土壤肥力具有重要影响。
溶胶主要由无机和有机物质组成。
无机溶胶主要包括溶解在土壤水中的无机盐和无机酸等，如氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等。
有机溶胶主要是指溶解在土壤水中的有机物质，如有机酸、腐殖酸、蛋白质等。
溶胶的存在使土壤水具有一定的酸碱性和离子浓度，对植物的生长起着重要作用。
土壤胶体的性质主要受到颗粒大小、颗粒表面电荷、颗粒形状和胶体溶质的性质等因素的影响。
颗粒大小决定了胶体的可见性和吸附能力，颗粒表面电荷决定了胶体的电性和吸附能力，颗粒形状对胶体的稳定性和吸附能力有一定影响，胶体溶质的性质对胶体的吸附和交换能力起着重要作用。
土壤胶体的作用主要表现在土壤的物理、化学和生物学性质上。
在物理性质上，土壤胶体能够改善土壤结构，增加土壤的持水能力和透水性，提高土壤的保水和排水能力。
在化学性质上，土壤胶体能够吸附和交换养分元素，提供植物生长所需的养分，调节土壤pH值，并与土壤中的有机物质发生化学反应。
在生物学性质上，土壤胶体能够提供植物生长所需的微量元素，提供微生物生长所需的营养物质，维持土壤生态系统的平衡。
土壤胶体的组成对土壤的物理、化学和生物学性质起着重要的影响。
05第五章土壤胶体与土壤吸收性能
诸葛玉平制作
外表面积 15－50 90－150 10－20 1－50 70－300 －
总表面积 600－800 90－150 10－20 600－800 70－300 800－900
诸葛玉平制作 8
3.有机一无机复合胶体 土壤中有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化 学的作用，相互结合在一起形成有机一无机复合体（o rgano-mineral complex）。 结合方式：通过Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋或功能团 （如羧基、醇基等）将带负电荷的粘粒矿物与腐殖质 连接起来；有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿 物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。 通常牢固程度分为水散微团聚体、钠分散微团聚体和 钠质机械分散团聚体三组。 一般把土壤的有机—无机复合体中含碳量占土壤总碳 量的百分数称为有机无机复合度，作为衡量土壤有 机—无机复合体的数量指标。 土壤的肥沃程度同有机胶体与无机胶体的复合程度有 关，有机胶体与无机胶体结合得愈紧密则土壤愈肥沃。
诸葛玉平制作 13
根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为非活性补 偿离子层和扩散层两层：靠近胶核表面的决定电位离 子层的补偿离子被吸附得很紧，活性很小，难以解离， 不起交换作用，故称为非活性补偿离子。另一层距胶 核表面较远，吸附的较松，有较大的活动性，可以和 周围的离子交换，称为扩散层。 非活性补偿离子和胶核决定电位离子层是一个整体， 故称为胶粒。代换作用大都发生在胶粒表面，故胶粒 是起胶体作用的基本单位。 由决定电位离子层到扩散层外缘的电位差，称之为全 电位（ξ 0），取决于胶核表面的电荷数量和电荷密度 由整个不活动的胶粒的表面到扩散层的外缘的电位， 称为电动电位（ξ ），是表现双电层特性的重要指标，
土壤胶体和土壤交换性能
第五章土壤的化学性质主要学习目标：要求学生了解土壤胶体的晶格构造，掌握土壤胶体的性质。
本章是今后学习肥料学的基础。
因为土壤胶体的行为影响着土壤的发生发展、土壤的理化性质及土壤保肥供肥能力。
第一节土壤胶体一、概念土壤胶体是指颗粒直径小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。
目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。
这是因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。
没有截然划分的界限。
二、土壤中的胶体主要分为三类1、土壤无机胶体：主要是矿物在化学风化过程中产生的次生矿物，包括氧化硅类、三氧化物类和层状铝硅酸盐等。
有时将无机胶体称为粘土矿物。
粘土矿物的来源有以下几个途径：（1）由白云母、黑云母演变而来；（2）在一定条件下有矿物的分解产物合成形成；（3）由一种粘土矿物演变成另一种粘土矿物。
2、土壤中有机胶体主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的。
3、有机无机复合体是土壤腐殖质和粘土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复杂。
三、硅酸盐粘粒的晶格构造1、粘土矿物的基本单位：有2个即硅氧片和铝氧片（1）硅氧片：由硅氧四面体连接而成。
硅、氧两元素能组成一个单位的原因：一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可相互吸引。
二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子的大小基本相似。
但四面体的键价并不平衡（SiO44-），因此许多四面体可共用氧原子形成一层。
此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合形成各类粘土矿物。
（2）铝氧片，又称铝氧八面体。
由六个氧原子围绕一个铝原子构成。
六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似。
许多铝八面体相互连接，形成铝氧片。
铝氧片有两个层面的电价不平衡，可与氢原子连接形成水铝矿，或与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐。
粘土矿物分为二层矿物和三层矿物；四、粘土矿物负电荷的来源（本章的重点是土壤的电化学特性）1、同晶取代：晶格构造中的中央离子被其他阳离子取代后会产生负电荷（被电荷比它低的取代）。
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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
• （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
• 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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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。
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）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。
• 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
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。
（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。
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。
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。
第五章 土壤胶体和土壤吸收性能
第一节 土胶体
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 ）
• （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-
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；
• 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。