土壤的保肥性与供肥性

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一、土壤胶体的概念及种类
土壤胶体:直径小于1μm的土壤固体颗粒。分三种类型:
(一)土壤无机胶体 1、层状硅酸盐粘土矿物(2:1型和1:1型等粘土矿物) 2、氧化物及其水合物 (二)土壤有机胶体 主要是腐殖质及其各种组分,此外还有少量的蛋白质
或氨基酸,多肽,多糖类化合物。
(三)土壤有机无机复合体
(1)层状硅酸盐粘土矿物(晶体) A:构造特征 a、硅氧四面体和硅氧片
Na+
土壤胶体
Na+ Na+ + Al(OH)3 + 4CH3COOH Na+
活性酸度与潜性酸度的关系

统一平衡体系的不同表现形式 两着可以相互转化,并在一定条件下 处于暂时的平衡态 潜性酸度是活性酸度的储备

(二)土壤碱性反应
土壤溶液中的OH-离子。
来源:碱金属和碱土金属的碳酸盐类。
总碱度:碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总量。
硅氧四面体:SiO4- 正四面体形状。
硅氧片:(单位晶片)
b、铝氧八面体和铝氧片
铝氧八面体:AlO69-
铝氧片
c、单位晶层
1:1型
2:1型
d、同晶替代 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。 例如:Al3+与Fe3+ Si4+被Al3+ Al3+被Mg2+由于 同晶替代作用产生负电荷,称为永久电荷。
O3Si2O2· OHAl2(OH)3··· O3Si2O2· ··· ·· OHAl2(OH)3
b、蒙蛭组 [Al4 Si8 O20(OH)4]
2:1型膨胀型粘土矿物,蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石,东 北 华北 西北较多。 1)2:1型 2)胀缩性大,层间分子引力 3)电荷数量多:CEC:80-120cmol(+)/kg 发生铝片Al3+被 Mg2+替代。 4)胶体性质突出:颗粒细小。 0.01-1µ m
土壤的供肥性
一、土壤的供肥性
土壤供肥能力表现的主要内容有:
1.土壤供应速效养分的数量
2.缓效养分转变为速效养分的速率 3.速效养分持续供应供应的时间
二、土壤养分的有效化过程 1.离子的饱和度 2.互补离子的影响 3.粘土矿物的种类
讨论内容
三、土壤供肥性的调节
第五节
影响土壤供肥性的化学因素
一、土壤溶液组成和浓度
2.土壤吸附的类型 (1)交换性吸附 是土壤胶粒带有电荷借静电引力从溶液中吸附带 异号电荷的离子或极性分子。 (2)专性吸附 它是指离子通过表面交换与晶体的阳离子共用1 个或2个氧原子,形成共价键而被土壤吸附的现象。 (3)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。
离子半径及水化程度与交换力的美系
离子半径(A) 离子 Na+ NH4+ K+ Mg2+ Ca2+ H+ 价数 1 1 1 2 2 1 原子量 23.00 18.01 39.10 24.23 40.08 1.00 未水化 0.93 1.43 1.33 0.78 1.06 - 水化 7.90 5.37 5.32 13.30 10.00 0 交换力 顺序 6 5 4 3 2 1
AlCl3 + H2O → Al(HO)3 + 3HCl
用方程式说明Al3+是潜性酸度的主要来源
水解性酸度:用强碱弱酸盐(如醋酸钠)浸提土壤,溶液中金 属离子可将土壤胶体吸附的H+、Al3+离子代换出来,同时生成 弱酸(如醋酸),此时测定该弱酸的酸度。
H+
土壤胶体
Al3+
+ 4CH3COONa
3H2O
二、土壤胶体的基本构造
胶核 胶体微粒 土壤胶体分散系 土壤溶液 双电层 补偿离子层 决定电位离子层 胶粒
非活性层
扩散层
三、土壤胶体的性质 (一)土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能 (二)胶体带电性 (三)土壤胶体凝聚与分散
(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
二、土壤酸碱反应
1.土壤酸性反应
活性酸
土 壤 酸
代换性酸 潜在性酸 水解性酸
代换性酸度:用过量的中性盐(KCl、NaCl等) 浸提土壤,溶 液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换作用,而表现出来的 酸度。
土壤胶体 -H+ + KCl 土壤胶体 -Al3++ 3KCl
土壤胶体 -K+ + HCl 土壤胶体 -3K+ + AlCl3
Mg2+ )的饱和度增加,可引起交换性阳离子
的水解作用: 土壤胶体|-xNa+ + yH2O → 土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH
问题:碱性土壤产生碱的物质主要是?
ESP(碱化度%):土壤胶体吸附的交换
性钠离子占阴离子交换量的百分率。
ESP=交换性钠/CEC×100
(五)土壤酸碱反应的调节 1、施用有机肥,释放CO2 ,增加土壤中CaCO3, 降低pH 2、施用S、硫化铁、废硫酸、FeSO4 3、施用生理酸性肥料 4、碱土施用石膏、硅酸钙
3、土壤的阳离子交换量 是指pH值为7时每kg干土所吸收的全部交换 性阳离子的厘摩尔数,以cmol(+)/kg表示。一 般用CEC表示。
不同质地土壤的阳离子交换量
单位:cmol/kg土
土 壤
砂土 1~5
砂壤土 7~8
壤 土 7~18
粘 土 25~30
阳离子 交换量
影响因素: 1)胶体种类:有>蒙>伊>高 2)土壤质地:细,有机质多,粘土矿物多 3)pH: pH下降,CEC降低
土壤在风化及成土因素作用下,其固相颗粒都是在不 断破碎,粒径逐渐变小,比面积都是在不断增加的。如 高岭石比面积的典型值是10-20m2/g,蒙脱石是600- 800m2/g,
由于表面的存在而产生的能量,叫做表面能。物质 的比面积越大,吸附能力也越强,由于土壤胶体具有巨 大的表面积,因而具有巨大的表面能。


(三)土壤胶体凝聚与分散
土壤胶体由两种存在的 状态,一种是胶体微粒 相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似 溶液的胶体溶液,称为溶胶。 另一种是在外因作用下,胶体微粒聚合在一起 形成的 处于凝聚状态的胶体,称为凝胶。 溶胶转变为凝胶,这一过程称为凝聚;凝胶也 可以转变为溶胶,这一过程称为分散。



土壤的保肥性与供肥性
第一节 土壤保肥性与供肥性含义 第二节 土壤胶体及其基本特性
第三节 土壤的吸附保肥作用
第四节 土壤的供肥性 第五节 影响土壤供肥性的化学条件
第一节 土壤保肥性与供肥性的含义 土壤保肥性:土壤吸持、保存植物养分的 能力。 土壤供肥性:土壤向植物提供有效养分的 能力。
第二节 土壤胶体及其基本特性
我国粘土矿物的分布规律
1、水云母区: 水云母为主,其次蒙脱石 绿泥石。 新疆、内蒙高原西部、柴达木盆地、青 藏大部 2、水云母蒙脱石区 蒙脱石增加,内蒙高原东部、东北 3、水云母蛭石区 青藏高原东南边缘山地、黄土高原、华北平原西部有绿泥石,东部有蛭石、 蒙脱石 4、水云母——蛭石——高岭石区 秦岭山地、长江中下游平原狭长地带、适宜条件都可单独为主要成分。 5、蛭石——高岭石区 四川盆地、云贵高原、喜玛拉雅东南 东部蛭石多,三水铝石多 西部蛭石少,氧化物多 6、高岭石——水云母区 浙、闽、湘、赣及奥、桂大部 7、高岭区 贵州南部、闽、奥东南沿海、南海诸岛、台湾
二、土壤阳离子吸附与交换作用 1.阳离子的静电吸附 2.阳离子的交换作用 ①概念 是指土壤胶体表面能吸附的阳离子(主要是扩 散层中的阳离子)与土壤溶液中的阳离子相互交 换的作用。 ②阳离子的交换能力 是指一种阳离子将胶体另一种阳离子交换出 来的能力。
影响阳离子交换能力的因素: a. 离子电荷数量的影响 b. 离子的半径及水化程度 c. 离子浓度


一般规律是:离子价越大,其凝聚作用越强, 同价阳离子中,离子半径大的,水膜厚度小的 离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶 体凝聚作用大小的顺序为: Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+

第三节
土壤的吸附保肥性能
一、土壤的吸附性能的一般概念 1.土壤吸附 土壤是一个多孔体,同时在土壤表面具有大的表 面能及电荷,是土壤具有明显的吸附性能,表现在土 壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体、液体等物 质的能力,称土壤的吸附性能。
(二)胶体带有电荷



1、胶体带电的原因 (1)同晶代换 (2)断键 (3)表面分子的解离 (4)胶体表面从介子中吸附离子 酸胶基或负胶体; 碱胶基或正胶体, 两性胶体。
2.土壤胶体电荷的种类

(1)永久电荷 由于同晶代换的作用产生的电 荷,叫永久负电荷。 (2)可变电荷 指胶体随土壤溶液pH值的 变 化而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。 其主要是由胶体表面分子的电离引起的,其次 来自矿质胶体晶格的断键。
例如:硅酸盐体系, Mg2SiO4+4H+=Mg2++Si(OH)4
2)土壤胶体作用 胶体-Ca2++ 2H+ = 胶体-2H+ +Ca2+
胶体-H+ + NaOH= 胶体-Na+ + H2O 盐基饱和度大对酸缓冲作用强;盐基饱和
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度小对碱缓冲作用强。
3)铝缓冲作用 在pH<5.0酸性土壤中,Al3+对 碱具有缓冲能力。
B:硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性 a、高岭组: [Al4Si4O10(OH)8]
1:1型非膨胀型粘土矿物,高岭石、珍珠陶土、迪 恺石、埃洛石,热带、亚热带土壤中多。华中、华南、 西南。 1)1:1型 2)无膨胀性,氢键作用,膨胀性小于5% 3)电荷数量少,同晶替代弱或无,负电荷来源断 键,CEC:3-15cmol(+)/kg 4) 胶体性较弱,较其它粘土矿物粗,塑性,粘结 性,吸湿性弱。
②土壤中易分解的有机质
③土壤中易氧化物质或易还原物质
④植物根系的代谢作用
总碱度=CO32-+HCO3-[cmol(+)/L]
CaCO3+H2O=H++ HCO3-
不同碳酸盐和重碳酸盐对碱度的贡 献不同:
CaCO3、MgCO3
难溶,石灰性土壤 pH 7.5 - 8.5,
Na2CO3
pH >10,
NaHCO3、Ca(HCO3)2 pH 7.5 - 8.5
土 壤 胶 体 上 吸 附 阳 离 子 ( Na+ 、 K+ 、
OH-
由R.K.Schofield 提出的模型(条件:pH<5)
OH-
四、土壤氧化还原反应
(一)土壤的氧化还原电位体系
(二)土壤氧化还原电位 Eh(mv):土壤中氧化态物质和还原态
物质在氧化还原电极(铂电极)上达到平 衡时的电极电位,称氧化还原电位。
(四)影响土壤氧化还原电位的因素
①土壤的通气性
可交换 阳离子
致酸阳离子(Al3+、H+) 盐基阳离子 (Ca2+、Mg2+、K+、Na+等)
4、盐基饱和度(BS) 土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量的百分 数称为盐基饱和度。
交换性盐基 盐基饱和度% 100 % CEC 代换性H 、Al3+
盐基不饱和度%
CEC
100%
第四节
O3Si2O2· OHAl2OH· 2Si2O3·· O3Si2O2· O ·· ·· OHAl2OH· 2Si2O3 O
c、水化云母组:[(OH)4 K9(AI4 Fe4 Mg4 Mg6)(Si8-y Al9)O20]
2:1型非膨胀性粘土矿物,青藏高原 东北 西北 华北 1)2:1型 2)无膨胀性:k+位六边形晶六中,起键联作用,层 3)电荷数量较多:同晶替代普遍,发生硅片Si4+被 Al3+替代,CEC:20-40cmol(+)/kg 4)胶体特性:大小介于前二者之间,力学性质介于 前二者之间。
三、 土壤的缓冲性
土壤溶液的缓冲性能:土壤中加入少量酸或碱时,
土壤pH不做相应改变,土壤这种抗拒酸碱改变的能
力。
缓冲量:单位质量土壤改变pH单位所需酸或碱的 数量(mol/L)。
产生的原因
1)弱酸及其盐类,构成一个缓冲系
例如:碳酸盐体系,在通常CO2浓度下,CaCO3
石灰性土壤pH在7.5-8.5
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