6第六讲 土壤胶体

膨胀度 阳离子交换量 （cmol/kg）
高 80～100
中等 15～40
低 3～15
2．含水氧化物
主要包括水化程度不等的铁、 铝、硅的氧化物。
（1）含水氧化硅
是一种非晶质的凝胶，其化学 式为SiO2· 2O或写成H2SIO3。 nH
（2）含水氧化铁
主要有: 褐铁矿 2Fe2O3· 2O 3H 针铁矿Fe2O3·2O H
一、非活性补偿离子层。
二、扩散层。
双电层
决定电位离子层 非活性补偿离子层 反离子层 （或补偿离子层）
活性补偿离子层 （或离子扩散层）
电动电位： 是指在非活性补偿离子层界面上的电位势， 即非活性补偿离子层与粒间溶液之间产生的 电位差，也称为动电电位，或扩散层电位。 可达几十毫伏，这电位实际上是胶体对溶 液所表现出来的电位势。当溶液离子浓度增 大，有效补偿了胶体表面的电荷，扩散层变 薄，电动电位降低。
的土壤胶体称两性胶体随溶液土壤
反应的变化而变化．
以Al（OH）3为例说明如下： 在酸性环境中带正电：
Al（OH）3＋HCl Al（OH）2＋＋Cl－＋H2O
在碱性环境中带负电：
Al(OH)3＋NaOH－ Al(OH)2O－＋Na＋＋H2O
• 可变电荷
上面(2)、(3)、(4)引起的胶体带电荷，
受pH影响。因而把因受介质pH影响而产生
永久电荷 类似同晶替代所产生的电荷不受介质的 影响，称为永久电荷，因其电荷均为负值， 也称为永久负电荷。
（2）晶格破碎边缘带电
矿物质风化破碎过程中，晶格边
缘离子一部分电荷未被中和而产生剩
余电荷，使晶体边缘带电。 （3）晶格表面OH基解离
当土壤溶液pH值变化时，晶格表
面的OH基发生解离。
(4)．两性胶体带电 表面既带负电荷，亦带正电荷
高岭石
化学式为Al2Si3O5(OH)4或Al2O3〃2SiO2〃2H2O，是矿物 强烈风化作用下的产物
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。
（二）有机胶体
土壤有机胶体指土壤中腐殖
质、多糖等高分子化合物的细分
散状态，具胶体特性。
有机胶体主要是腐殖质。
（三）有机矿质复合体 土壤中有机胶体和矿质胶体一般
很少单独存在。有机胶体与矿质胶体
通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢
键合等作用连结在一起的复合体，称
有机矿质复合体。因复合体具有高度
的吸收性能故又称为吸收性复合体。
表1 三种主要类型硅酸盐粘粒性质比较
性质
蒙脱石 0.01～1.0
粘 粒 类 型 伊利石 高岭石
大小（nm） 形状wenku.baidu.com
外表面 内表面
内聚力，可塑性
0.l～2.9
100～120 中等 中等 中等
0.l～5.0
5～20 小 无 低
不规则片状 不规则片状 六方型晶体
大 很大 高
比表面（m2/g） 700～800
六、土壤胶体
土壤胶体是土壤固体颗粒最细小的 部分，也是物理性质和化学性质最活跃 的部分。对土壤的保肥、供肥性能、土 壤反应、缓冲作用、土壤结构、土壤物 理机械性质等均有一定影响。
一）、土壤胶体的概念
土壤中的固相、液相和气相呈互相分散的 胶体状态，土壤中具胶体行为的颗粒，粒 径可高达5μm，也可低至0.001μm。目前， 土壤学中所指的土壤胶体是指土壤颗粒直 径小于2μm的土壤微粒。
（四）物理机械性质 土壤胶体具有粘结性、粘着性和可塑 性等一系列的性质。
多水针铁矿3FeO3· 2O 4H
一水赤铁3Fe2O3·2O等。 H
（3）含水氧化铝
主要有水铝石Al2O3·2O和三水 H 铝石Al2O3· 2O等，也是两性胶体， 3H 其电性决定于溶液的酸碱性。
3、我国土壤次生粘粒矿物的分布
南方以高岭石和含水的氧化物为主； 北方以2：1型矿物如蒙脱石、蛭石、水化 云母等为主，另有少量氧化物。
三）、土壤胶体的构造 1．微粒核（胶核）
微粒核是土壤胶体微粒的 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。
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。
（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。
四）、土壤胶体的性质 （一）巨大的表面能 在物体的表面，由于表面分子的四 周不都是相同的分子，受到的力就不均 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。
（二）带电性
土壤胶体微粒都带有一定的电荷，
在多数情况下带负电荷，但也有带正电
荷的，还有因环境条件不同而带不同电 荷的两性胶体。 土壤胶体微粒带电的主要原因是由 于微粒表面分子本身的解离所致。
和强度与两个因素有关：
一是电解质浓度；
二是电解质种类。
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。
一般土壤胶体处于凝胶状态。只 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。
（1）土壤胶体发生分散原因： A、 胶粒电动电位增大，或胶粒水化； B 、土壤碱性增强； C、1价阳离子代换了2、3价阳离子。低价电动 电位大，分散。 （2）土壤胶体发生凝聚的原因： A 、降低土壤pH； B 、2、3价代替1价阳离子； C、 胶体电动电位减小，并胶粒水化减弱。 2、3价阳离子所引起的凝聚使不可逆的。
二）、土壤胶体的组成
（一）土壤矿物质胶体
有时将无机胶体称为粘土矿物
1、层状硅酸盐矿物
（1）基本结构：
基本结构单元是：
硅氧四面体
铝氧八面体
硅氧片
铝氧片
（2）主要类型矿物的晶体构造特征
A 高岭组：高岭石、埃洛石等，1：1型，非膨 胀性，电荷少，胶体弱； 化 学 式 为 Al2Si3O5 （ OH ） 4 或 Al2O3· 2SiO2· 2H2O，是矿物强烈风化作用 下的产物。 主要存在于我国的热带、亚热带地区， 如滇桂南部、闽粤东南部、南海各岛和台湾 等地的土壤中。
腐殖质解离
腐殖质解离
1.含水二氧化硅（H2SiO3）
H2SiO3 2.腐殖质胶体带电 SiO32－＋2H＋
－COOH
◎
－OH
－COO ＋H
◎
－O－
－
＋
＋H
＋
由于腐殖质分子量大、官能团多， 解离后带电量大，对土壤保肥供肥性有 重要影响。
3．粘土矿物胶体带电 土壤中粘土矿物胶体一般都带负电 荷，其电荷来源有以下几个方面。 （1）同晶置换作用 粘土矿物晶质中的一种离子被另一 种离子取代的过程。在这个过程中，只 改变了矿物质的化学成分，而矿物的结 晶构造不变，故叫做同晶置换作用。
的电荷称为可变电荷。
（三）土壤胶体的分散性和凝聚性
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
由溶胶联结凝聚成凝胶的作用， 叫做胶体的凝聚作用。凝聚的速度
蒙脱石
是由基性火成岩在微碱性环境下风化而成的。
C 水化云母组：水化云母（伊利石）等，2：1 型，非膨胀性，电荷多，胶体中等 是云母分解向蛭石和蒙脱石过渡的中间产 物。
伊利石是干旱、半干旱地区土壤中的主要 粘土矿物，如新疆、内蒙古、青海、甘肃、 西藏和东北各地区的土壤。
伊利石
是云母分解向蛭石和蒙脱石过渡的中间产物。是 干旱、半干旱地区土壤中的主要粘土矿物 。