土壤胶体
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！。
土壤胶体类型
土壤胶体类型1. 引言土壤是地球表面最重要的自然资源之一，不仅对植物生长和生态系统功能发挥着重要作用，也直接或间接地影响人类的生活。
而土壤中的胶体颗粒是土壤中的重要组成部分，对土壤的物理、化学性质以及环境保护具有重要影响。
本文将介绍土壤胶体的类型及其特点。
2. 胶体的基本概念胶体是指由胶体颗粒悬浮在溶液、凝胶或气体中形成的物质。
胶体颗粒的直径一般在纳米到微米的范围内，介于分子和粗大颗粒之间。
胶体的形成主要与表面电荷和水合作用有关。
3. 土壤胶体的分类根据土壤胶体的性质和组成，可以将土壤胶体分为有机胶体和无机胶体两大类。
3.1 有机胶体有机胶体主要由有机质组成，包括植物残体、微生物、腐殖质等。
这些有机质在土壤中经过微生物的分解，形成胶质物质。
有机胶体在土壤中具有以下特点：•有机胶体具有负电性，这是由于它们表面带有负电荷基团，如羧基、酚基等。
这种负电性能够使有机胶体与土壤中的阳离子形成吸附和交换作用，从而影响土壤的养分吸附和释放。
•有机胶体对土壤的保水性有重要影响。
它们具有很强的保水能力，有利于土壤中水分的储存和提供给植物。
•有机胶体对土壤的结构和稳定性也有着重要作用。
有机胶体能够与粘粒结合形成土壤结构中的团聚体，提高土壤的透气性和保持土壤的墒情。
3.2 无机胶体无机胶体主要由矿物质和氧化物组成，如黏土矿物质、氧化铁等。
这些无机胶体在土壤中具有以下特点：•无机胶体虽然也具有负电性，但其负电荷密度较低，吸附交换能力较弱。
因此，无机胶体对土壤中的养分吸附和释放的影响相对较小。
•无机胶体主要通过与粘粒颗粒之间的吸附作用，对土壤颗粒的聚结和团聚起着重要作用。
这种作用有助于形成土壤的结构，改善土壤的透水性和保水性。
•无机胶体具有较大的比表面积和吸附能力，能够吸附和储存土壤中的有机物质、重金属离子等。
4. 胶体对土壤性质的影响胶体对土壤的物理、化学性质和环境保护都有着重要影响。
4.1 物理性质•胶体颗粒的存在可以改变土壤的结构，增强土壤的稳定性和透水性。
土壤胶体
胶体类型：
土壤无机胶体（次生粘土矿物）
层状硅酸盐粘土矿物
含水氧化物类胶体
含水氧化硅：带负电，普遍分布于各类土壤中 含水氧化铝、氧化铁：两性胶体，含量因土壤而异
土壤有机胶体：主要为腐殖质 土壤有机无机复合体：农业土壤中胶体存在的主
要形式
（一）土壤无机胶体
无机胶体存在土壤粘粒之中，包括： 层状（铝）硅酸盐矿物：是无机胶体的主要部
（三）化学吸收作用 化学吸收作用是指易溶性盐在土壤中转 变为难溶性盐而保存在土壤中的过程。 这种吸收是化学反应为基础的，也称为 化学固定。 如过磷酸钙施入北方石灰性土壤中形成 磷酸钙沉淀。 化学吸收作用易造成养分的无效化，在 农业生产上应避免这种固定作用的发生
（四）物理化学吸收作用
五、土壤的吸收的性能
1、土壤吸收性能的类型 土壤吸收性能是指土壤能吸收和保持土壤 溶液中的分子和离子悬液中的悬浮颗粒、 气体以及微生物的能力。 （一）机械吸收作用 机械吸收作用是指土壤对进入其中的固体 物质的机械阻留作用。机械吸收作用对养 分的保存只能起部分极其有限的作用。
（二）物理吸收作用 物理吸收作用是指土壤对分子态物质的吸附 保持作用。 土壤物理吸收性能是由表面能所引起的，任 何物体都有减少其表面能以求稳定的趋势。 正吸附：可以使土壤中的许多养分，避免随 着土壤溶液而流失，或成气体而挥发。起到 保肥作用。 负吸附：使土壤中的许多养分，离开土粒， 随着土壤溶液而流失。（CL- 、NO3- 、NO2- ）
同晶替代/同晶替代
同晶替代是指组成矿物的中心离子被电 性相同、大小相近的离子所替代而晶格 构造保持不变的现象。 替代和被替代的离子大小要相近，只有 这样才能保证替代后的晶形不发生改变。
土壤胶体.
土壤胶体总体显负电荷，使得能够紧密结合土 壤中的许多阳离子。提高保肥性。
酸碱性影响土壤胶体的带电性
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
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，从而使胶体的状态发 生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，有 促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。（板结）
（四）土壤胶体吸收性的类型及其意义
土壤胶体吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶 液中的分子、离子、悬浮颗粒、气体以及微生 物的能力。 机械吸收 物理吸收 化学吸收 生物吸收 物理化学吸收
土壤胶 体微粒
土壤胶体 分散系
土壤溶液
决定电位离子层 （内层） 非活性层 补偿离子层 （外层） 扩散层
扩散双电层 （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。 一、非活性补偿离子层。 二、扩散层。
二.土壤胶体的基本特性
（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。 1.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）。
因土壤胶粒在同样的 土壤环境中带有同种电荷促使胶粒 互相排斥与分散状态，较少凝聚。
向土壤溶液中加入电解质以中和胶粒上的电性，并减少 土壤水分，可促使溶液凝聚。因土壤中的胶体一般情况 下带负电的为多，所以加入阳离子有使胶体凝聚的作用。
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.
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。
6第六讲 土壤胶体
B 蒙脱组：蒙脱石、蛭石等，2：1型，膨胀 性大，电荷多，胶体突出；
是由基性火成岩在微碱性环境下风化而 成的。 广泛分布在我国内蒙古高原、西北东南 部、大小兴安岭、长白山和东北平原的土壤 中。
蒙脱石
是由基性火成岩在微碱性环境下风化而成的。
• Montmorillonite group
clays)
Properties of kaolinite group
高岭组的特性
1:1 layer （ 1:1型）, formula： Al4Si4O10(OH)8 Non-swell-shrink potential (非胀缩性) 四面体片与八面体片通过共用氧原子结合 成一个晶片，晶片间以较强的氢键相连，水化 时基本不膨胀。
Al-O (gibbsite) sheet
Mg-O (brucite) sheet
片状 黑云母 biotite
• Framework silicates 网状硅酸盐矿物
Framework silicates consist of a threedimensional lattice of Si-O tetrahedra linked through their corners.
n (Al4O12)12-
铝氧片
# unite layer 单位晶层
硅片和铝片以不同方式在C轴上堆叠，形成层状 硅酸盐的单位晶层。两种晶片的配合比例不同，而 构成1：1型、2：1型和2：1：1型晶层。 1:1 layer structure 2:1 layer structure
1:1型单位晶层 2:1型单位晶层 2:1 :1型单位晶层
The permanent charge is more.电荷数量大
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。
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，
土壤胶体资料
• 高稳定性胶体：如硅酸
按化学性质分类
盐、氧化物等
• 低稳定性胶体：如腐殖
质、多糖等
• 酸性胶体：如腐殖质、
多糖等
• 碱性胶体：如硅酸盐、
氧化物等
土壤胶体的形成与转化机制
土壤胶体的形成途径
• 生物合成：微生物、植物等生物活动过程中产生的有机质胶体
• 化学合成：土壤中的无机物质通过化学反应形成的无机质胶体
• 影响酶活性：胶体对酶的吸附和保持作用影响酶的活性
养分
• 影响代谢产物：胶体对代谢产物的吸附和保持作用影响
• 提供生长空间：胶体对微生物的生长空间和结构的影响
代谢产物的生成和分布
05
土壤胶体与土壤环境问题
土壤胶体对土壤污染物的吸附与解吸作用
土壤胶体对土壤污染物的吸附作用
土壤胶体对土壤污染物的解吸作用
土壤胶体的稳定性及其影响因素
土壤胶体稳定性的影响因素
土壤胶体稳定性的测定方法
• 土壤pH值：影响胶体的电荷性质和溶解度
• 沉降法：测定胶体的沉降速率
• 土壤温度：影响胶体的化学反应和稳定性
• 过滤法：测定胶体的过滤速率
• 土壤水分：影响胶体的结构和吸附作用
• 光散射法：测定胶体的粒径大小和分布
• 土壤有机质：影响胶体的合成和分解
• 多参数联合分析：如红外光谱-核磁共振联合分析等
土壤胶体分析技术的展望
• 智能化分析：通过人工智能和机器学习技术提高分析精度和效率
• 多源数据融合：通过整合不同来源的数据提高分析准确性和可靠性
• 微区分析：通过微区采样和分析技术研究土壤胶体的空间分布和变异
04
土壤胶体与土壤肥力的关系
土壤胶体对土壤养分的影响与调控
土壤胶体的种类
土壤胶体的种类
土壤胶体是指土壤中直径小于0.002毫米的颗粒，其表面具有高度活性和吸附能力。
土壤胶体主要由粘土矿物、有机质和氧化铁等组成。
以下是土壤中常见的胶体种类：
1. 粘土矿物：粘土矿物是土壤中最主要的胶体组分。
它们包括膨润土、伊利石、高岭石等。
粘土矿物具有很大的比表面积和吸附能力，可以吸附水分、养分和有机物质，并影响土壤的保水性、通透性和养分供应。
2. 有机质胶体：有机质胶体是由植物和动物残体经微生物分解形成的胶体物质。
它们具有丰富的负电荷，能够吸附阳离子和有机物质，并对土壤的肥力、保水性和保持土壤结构起重要作用。
3. 铁铝氧化物胶体：铁铝氧化物胶体主要由氧化铁和氧化铝等物质组成。
它们在土壤中起到吸附和固持养分的作用，对土壤颜色的形成也有影响。
这些胶体种类在土壤中相互作用，共同影响土壤的物理、化学和生物
性质，对植物生长和土壤质量具有重要的影响。
土壤胶体资料
土壤胶体土壤是地球表面的重要覆盖物，其组成复杂多样。
土壤中的一种重要组分就是土壤胶体。
土壤胶体是土壤中颗粒大小在0.001到0.1微米之间的胶体颗粒。
它是土壤固相中的重要组成部分，对土壤的物理、化学和生物性质有着重要影响。
1. 土壤胶体的组成土壤胶体主要由有机胶体和无机胶体组成。
有机胶体是指土壤中由微生物、植物遗体和其他有机物质分解而成的胶体物质，主要包括胶体有机质和腐殖质。
无机胶体则是指土壤中的黏粒和胶粒。
2. 土壤胶体的作用土壤胶体在土壤中发挥着重要的作用：•保持土壤结构：土壤胶体由于其微小颗粒大小和表面电荷特性，能够黏合土壤颗粒，稳定土壤结构，防止土壤侵蚀。
•固定养分：土壤胶体表面带有负电，能够吸附和固定离子养分，如磷、钾等，减少养分的流失。
•调节土壤pH值：土壤胶体表面电荷性质可以影响土壤的pH值，调节土壤酸碱度，影响土壤中微生物的活性和养分的有效性。
•提高土壤保水保肥性：土壤胶体的大比表面积和多孔性能够增加土壤的保水保肥性，有利于作物生长和发育。
3. 土壤胶体的影响土壤胶体对土壤性质和作物生长都有着深远的影响：•土壤质地：土壤胶体的含量和性质直接影响土壤的质地，包括土壤的松紧程度、透气性和保水性。
•养分供应：土壤胶体对养分的吸附和释放影响着植物对养分的吸收利用，直接影响着作物的生长发育。
•土壤生态功能：土壤胶体是土壤微生物的生存环境，影响着土壤中微生物的种群结构和活性，进而影响着土壤的生态功能。
结语综上所述，土壤胶体作为土壤中重要的组成部分，对土壤的物理、化学和生物性质有着重要影响。
了解土壤胶体的组成和作用，有助于更好地进行土壤管理和土壤养分调控，提高土壤质量和作物产量，保护土壤生态环境。
愿土壤胶体这个微小而重要的组成部分，用其坚实的肩膀，支撑着土壤的稳固和丰饶。
土壤胶体的主要成分
土壤胶体的主要成分土壤胶体是土壤中极其重要的组成部分，它们对土壤的物理、化学和生物学性质都有着深远的影响。
要深入理解土壤胶体，首先得清楚其主要成分。
土壤胶体的主要成分包括无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体。
无机胶体中，最为常见的是层状硅酸盐矿物，比如蒙脱石、伊利石和高岭石等。
蒙脱石具有很强的胀缩性和阳离子交换能力。
这是因为它的晶格构造决定了其晶层间存在着大量的可交换阳离子，并且晶层间距容易发生变化。
伊利石的胀缩性相对较弱，阳离子交换量也比蒙脱石低一些。
高岭石的结构较为紧密，晶层间的距离小，阳离子交换量较低，但其稳定性较好。
除了层状硅酸盐矿物，含水氧化铁、铝也是无机胶体的重要组成部分。
它们在土壤中通常以结晶态或非晶态的形式存在。
含水氧化铁在土壤中常见的有赤铁矿、针铁矿等。
这些氧化铁矿物对土壤的颜色、阳离子吸附以及氧化还原反应等都有着重要的作用。
含水氧化铝在土壤中的含量相对较少，但同样对土壤的化学性质有着不可忽视的影响。
有机胶体主要是腐殖质。
腐殖质是由动植物残体经过微生物的分解和转化而形成的一类高分子有机化合物。
它可以分为胡敏酸、富啡酸和胡敏素。
胡敏酸相对分子质量较大，颜色较深，与土壤矿物质结合较为紧密。
富啡酸的相对分子质量较小，颜色较浅，在土壤中的移动性相对较强。
胡敏素则是腐殖质中与土壤矿物质紧密结合、难以分离的部分。
腐殖质具有丰富的官能团，如羧基、酚羟基、醇羟基等，这些官能团使得腐殖质具有很强的阳离子交换能力和吸附性能。
它能够吸附土壤中的养分离子，如铵离子、钾离子等，减少养分的流失，同时也能与重金属离子结合，降低重金属离子的生物有效性，从而减轻其对土壤生态系统的危害。
有机无机复合胶体是由有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化学作用结合而成的。
这种复合胶体在土壤中的含量通常较高，其性质既具有有机胶体的一些特点，又具有无机胶体的某些特性。
有机无机复合胶体的形成，使得土壤胶体的性质更加复杂多样，也进一步影响了土壤的肥力和生态功能。
第二节土壤胶体
第二节土壤胶体一、土壤胶体土壤胶体是土壤中最细微的颗粒，也是最活跃的物质，它与土壤吸收性能有密切关系，对土壤养分的保持和供应以及对土壤的理化性质都有很大影响。
胶体颗粒的直径一般在1〜100nm（长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）形成的分散体系叫土壤胶体。
实际上土壤中小于1000n m的黏粒都具有胶体的性质。
所以直径在1〜1000nm的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。
一、土壤胶体的种类土壤胶体按其成分和来源可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合体三类。
1 .无机胶体指组成微粒的物质是无机物质的胶体。
在数量上无机胶体较有机胶体可高数倍至数十倍，主要为极细微的土壤黏粒，包括成分简单的非晶体含水氧化物和成分复杂的各种次生铝硅酸盐黏粒矿物。
2 .有机胶体指组成微粒的物质是土壤有机质的胶体，其主要成分是各种腐殖质（胡敏酸、富里酸、胡敏素等），还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等，它在土壤胶体中的比例并不高，且在土壤中易被土壤微生物所分解。
有机胶体是由碳、氢、氧、氮、硫、磷等组成的高分子有机化合物，是无定形的物质，有高度的亲水性，可以从大气中吸收水分子，最大时可达其本身质量的80% ~ 90%。
腐殖质的电荷是由腐殖质所含的羧基(—COOH) 、醇羟基(—OH) 、酚羟基(—OH) ，解离出氢离子后的—COO- 、—O-+ + 等离子留在胶粒上而使胶粒带负电，氨基( —NH2) 吸收H 后，成为—NH3 则带正电，一般有机胶体带负电。
3．有机无机复合体这种胶体的主要特点是其微粒核的组成物质是土壤有机质与土壤矿物质的结合体。
一般来讲，有机胶体很少单独存在于土壤中，绝大部分与无机胶体紧密结合而形成有机无机复合体，又称为吸收性复合体。
土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进行结合，但大多数是通过二、三价阳离子(如钙、镁、铁、铝等)或官能团( 如羧基、醇羟基等) 将带负电荷的黏粒矿物和腐殖质连接起来。
有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于黏粒矿物的表面上，还可能进入黏粒矿物的晶层之间。
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各粒径土粒的比表面积
土粒 （粒径mm） 粗砂粒（1） 中砂粒（0.1） 细砂粒（0.01） 粘粒（0.001） 比表面积 （cm2·-1） g 22.6 226 2,260 22,600 土粒 （粒径mm） 粘粒（0.0005） 500nm 胶粒（0.0001） 100nm 胶粒（0.00005） 50nm 胶粒（0.00001） 10nm 比表面积 （cm2·-1） g 45,200 226,000 452,000 2,260,000
四面体中的硅可被铝代换
Si4+
Al3+
八面体中的铝可被铁、镁代换
Al3+
Fe2+或Mg2+
(2)晶格破碎边缘的断键 在矿物风化破碎的过程中，晶体晶格边缘的离子有一部分 电荷未得到中和，而产生剩余价键，使晶层带电。
例如晶格在硅层或铝层截面上断裂，Si—O—Si，Al—O—
Al在断裂后，断面上留下Si—O-、Al—O-，从而带负电。
结晶的粘土矿物大部分表面都裸露着—OH原子团，在 一定条件下： 当H+解离后，则使胶核带负电，如H2SiO3和层状硅铝 酸盐粘土矿物中解离H+后使胶核带负电。 当OH-发生解离时，则胶核带正电，如Fe(OH)3或 Al(OH)3中的OH-解离后则带正电。这种作用与普通酸碱 解离相似，受溶液的pH影响，因此称为可变电荷。
次生铝硅酸盐、腐殖质或蛋白质等分子团分子组成 。
2、双电层
决定电位离子层(内层)： 是固定在胶核表面, 并决定其电荷和电位的一层离子。 补偿离子层(外层) 由于内层电荷的静电引力的作用, 吸附土壤溶液中相反 的离子 而形成的:非活性补偿离子层和扩散层（发生离 子交换）。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 注意：
把土壤胶粒完全理解为球形构造，显然是错误的。 现代土壤学的研究说明，只有土壤有机胶粒，或无定 形的氢氧化铁、氢氧化铝、含水氧化硅和水铝英石等 矿质胶粒可以认为近似圆球形构造。
3、土壤胶体的分散性和凝聚性
溶胶
胶体的两种状态
分 散 作 用 凝 聚 作 用
胶体微粒均匀分散在水中， 呈高度分散状态
凝胶
胶体微粒彼此联结凝聚在 一起而呈絮状
胶体的凝聚或分散决定于动电电位的高低： 越高，排斥力愈强，溶胶状态。 越低，当吸引力大于排斥力时，凝胶状态。
土壤胶体由于大多带有负电荷，相互具有负电位，而 互相排斥，不易凝聚。
(3)胶体表面分子的解离 胶核表面的分子或原子团的解离，这种电荷的数 量和性质随介质的pH而改变，故称可变电荷。
黏土矿物晶面上-OH的解离
来源
含水铁、铝氧化物的解离（Al2O3· 2O) 3H 腐殖质上某些官能团的解离（如-COOH） 含水氧化硅的解离
a、 黏土矿物晶面上-OH的解离
那么如何才能使胶体凝聚呢？
电解质对溶胶的聚沉作用最重要，电解质可 使溶胶发生聚沉
原因： 加入电解质后，离子浓度增大，部分扩散层中的反离 子进入非活性层，使扩散层变薄，动电电位降低。
电解质对胶体的凝聚作用受以下因素的影响： 电解质的浓度愈大，愈能有效地中和异电胶体的电性，愈 能减小扩散层厚度，使胶粒凝聚。 电解质中异电离子的价数愈高，聚沉能力愈大， 三价离子大于二价离子，二价离子大于一价离子；
1cm3物质表面积随分散度变化的情况
立方体边长 （cm） 1 0.1 立方体数 目 1 103 总表面积 6cm2 60cm2 比表面积 （cm2· -3） cm 6 6×10
0.01
0.001 0.0001 0.00001
106
109 1012 1015
600cm2
6000cm2 6m2 60m2
同价离子中，凝聚力大小与本身半径和水化半径有关，凡离 子本身半径大，或水化后半径小的离子凝聚力大，相反则小。
电解质阳离子的凝聚力大小顺序为：
Fe3+> Al3+ > Ca2+> Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+
0.5µm粘土悬浊液开始凝聚时的电解质浓度
电解质名 称 NaCl KCl NH4Cl MgCl2 开始凝聚时的浓 度（mol· -1） L 0.0250~0.0125 0.0250~0.0125 0.0250~0.0125 0.0006~0.00025 电解质名 称 CaCl2 AlCl3 FeCl3 HCl 开始凝聚时的浓 度（mol· -1） L 0.0006~0.00025 <0.000042 <0.000042 0.001~0.0005
很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有 砂粒近似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针 状, 实际上胶体的表面积比光滑的球体大得多。
由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。
2、土壤胶体的带电性
由于胶体表面的分子解离或吸附溶液中的离子,使胶粒带电. 土壤中所有胶粒都是带电的（胶体的基本条件），这是土 壤产生离子吸附和交换、离子扩散、酸碱平衡、氧化还原 反应以及胶体的分散与絮凝等现象的根本原因，而这些反 应都直接或间接关系到土壤的水、肥、气、热性质。
层状硅酸盐晶层上的-OH基可以解离出 H+，带负电:
结 -OH 晶 -OH 体
-OH
结 晶 体
-O-O-O+3H+
土壤胶体为什么一 般带负电?
在土壤pH5-8的条件下，大多数土壤胶体的等电点低于这个范 围，因此，对于土壤胶体来讲，pH5-8相当于在碱性环境下， 此时，腐殖质和铝硅酸盐等胶体都带负电，表现为对阳离子的 吸 附，只有Fe(OH)3和Al(OH)3带正电，吸附阴离子。故 土壤 胶体在通常情况下以带负电为主。 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)。
(１) 高岭石（１：１型铝硅酸盐矿物）
由一个硅氧片和一个水铝片，通过 共用硅氧顶端 的氧原子连接起 来的片状晶格构造。
每个晶层的一面是OH离子 组（水铝片上的），另一面 是O离子（硅氧片上的）， 因而叠加时晶层间可形成氢 键，使各晶层之间紧密相连 从而形成大颗粒，晶粒多呈 六角形片状。
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· 2O 3H 2Al(OH)2++2OH-
当土壤pH高于pH0值时: （相当于碱性环境） Al2O3· 2O 3H 2Al(OH)2O-+2H+
c、腐殖质上某些原子团的解离
高pH条件下：
因此，土壤胶体的带电性对土壤肥力性质有重 要影响。
土壤胶体电荷的来源
指组成矿物的中心离子被电性 相同、大小相近的离子替代而 晶格构造保持不变的现象。
(1)同晶异质代换作用
层状铝硅酸盐粘土矿物在形成时，中心离子可以被其它相近 或稍大的同性离子代换而产生电荷，但矿物的结晶构造型式 不变。 如Al3+代Si4+或Fe2+代Al3+等,这样晶体中就产生了剩余负电荷, 这种电荷一旦产生,就不能改变,故称永久电荷。
而土壤中大多数矿质胶粒，例如层状硅酸盐类粘土
矿物通过X-射线和电子显微镜的研究，已经明确是层 状构造.
层状黏土矿物胶体的构造示意图
二、土壤胶体的性质
1、巨大的比表面积和表面能
单位质量或体积物体的总表面积称为比表面积或 比面，单位为cm2·-1或cm2· -3。 g cm 物体分割得愈细小，单体数愈多，总面积愈大， 比面也愈大。
第二节 土壤胶体的类型
一、土壤无机胶体
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 （即粘土矿物）
1、含水氧化硅胶体： （游离态无定型）
SiO2.H2O→H2SiO3 带负电（pH0=2） H2SiO3 H++ HSiO3 2H++ SiO32-
注：土壤反应越偏碱性，硅酸的解离度也越大， 所带的负电荷也越多。
≡Si - OH
≡Si - O- + H+
因此，水铝英石表面可吸附很多阳离子，阳离子交换量可达 154~210cmol(+)· -1。 kg
4、黏土矿物 （次生层状铝硅酸盐类）
大多是结晶层状构造，由硅氧片（由硅氧四面体连接而 成）和水铝片（由铝氧八面体连接而成）迭合而成。
①硅氧片、硅氧四面体
硅四面体可以 共用氧原子而形成一
胶体分散系是土壤中最活跃的部分，它是土壤各种物、 化性质的基础
第一节 土壤胶体的构造和性质
一、土壤胶体的构造
胶核 胶粒 胶 团 双电层
补偿离子层 决定电位离子层
_ _ _ _ + 非活性补偿离子层 + + + + + +
扩散层
+
土壤胶体构造示意图
1、胶核
胶体的固体部分, 土壤中胶核一般由含水SiO2 ,Fe2 O3,Al2 O3 、
第八章 土壤胶体和土壤离子交换
主要内容提要
土壤胶体的构造和性质 土壤胶体的类型
土壤阳离子交换作用
土壤阴离子交换作用
胶体的概念
分散体系：一种物质分散在另一种物质中所形成的体系
分散相：被分散的物质 分散介质：分散它物并容纳着分散相的物质 分 散 系 的 分 类
粗分散系：分散相颗粒直径大于100 nm（如 水分饱和的沙层）