土壤肥料学 第3章.ppt

D. 含水氧化和水铝石表面的分子中 OH的解离； pH< 3.2
土壤的电荷数量 1、土壤电荷主要集中在胶体部分。 2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。 3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。
影响土壤电荷数量的因素：
质地
土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量也 越多。 土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土壤，它们所带的电 荷数量可以完全不同。 pH值 主要影响可变电荷的数量。
A B C
40%Ca+60%H 40%Ca+60%Mg 40%Ca+60%Na
2.80 2.79 2.34
11.15 7.83 4.36
阴离子的负吸附
所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的 胶体表面越近，阴离子数量越少的现象。 负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳离子代 换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价数的 增加而减少。不同的粘粒矿物对负吸附的影 响也不同，他们递减的次序为：
土壤的阳离子交换量也增加。
不同类型土壤胶体的阳离子交换量
土壤胶体 CEC[cmol(+).kg-1]
腐殖质 蛭 石 蒙脱石 伊利石 高岭石 倍半氧化物
200 100-150 70-95 10-40 3-15 2-4
影响阳离子交换能力的因素
（1）电荷的影响；
阳离子的价数越高，交换能力也越大。
（2）离子的半径及水化程度
阳离子交换量Cmol(+)/kg
0.1—2.0
无规则片状
0.01—1.0
卷形薄片状
低 无 低 低 3—15
100—120 中等 中等 中等 中等 15—40
700—800 高 很高 高 高 60—100
土壤胶体的比表面和表面积（m · g
2
-1）
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
４．土壤氧化还原条件对pH的影响
酸性土淹水后pH升高的原因主要是由于在嫌气条 件下形成的还原性碳酸铁、锰呈碱性，溶解度较大， 因之pH值升高。
硫化物（在硫化细菌的作用下）可氧化为硫酸， 使土壤pH值急剧下降
土壤氧化还原反应
土壤氧化还原反应是发生在土壤溶 液中的一个重要的化学性质之一。
土壤氧化还原指标
１．土壤酸性的成因
气候因素、生物因素、施肥和灌溉的影响
２．氢离子的来源：
（1）水的解离： （2）碳酸解离： （3）有机酸的解离： （4）酸雨：
（5）其它无机酸
土壤酸度的类型
1．活性酸(soil active acidity) 土壤活性酸是自由扩散于土壤溶液中的氢离 子浓度直接反应出来的酸度。
2．潜性酸 土壤胶粒上吸附着氢离子和铝离 子所造成的显出酸性，它是土壤酸的潜在来源， 故称为潜性酸(soil potential acidity)。 土壤胶体上吸附的氢、铝离子所反映的潜性 酸量，可用交换性酸度和水解酸度表示。 （1）交换性酸度(soil exchangeable acidity)
盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应；
而盐基不饱和的土壤则具有酸性反应；
交换性盐基总量（毫克
盐基饱和度

阳离子交换量（毫克当
100%
当量 / 100 克土） 量 / 100 克土）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
阳离子交换
在土壤中，被胶体静电吸附的阳离子，一般 都可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面 解吸。对这种能相互交换的阳离子叫做交换性
交换能力
弱
强
盐基离子与致酸离子 第一类是氢离子和铝离子，它们是致酸 离子，与土壤的酸度有密切关系。
第二类是其他的一些金属离子，如Ca+2、 Mg+2 、K+ 、NH4+……等，在古典化学 上，它们都称为盐基离子。
盐基饱和度(base
saturation percentage)BSP
在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子 的数量占所有吸附的阳离子的百分比，叫 盐基 饱和度。
Eh和pH的关系
式中m是参与反应的质子数，Eh随pH增加而降低。
影响土壤氧还原的因素 1．微生物的活动
2．易分解有机的含量
有机质的分解主要是耗氧的过程，在一定的通气条 件下，土壤中的易分解的有机愈多，耗氧也愈多，其氧 化还原电位就较低。
3．土壤中易氧化和还原的无机物的含量
4．植物根系的代谢作用
5．土壤的pH值
土壤缓冲性 (soil buffering)
土壤缓冲性的概念 狭义：把少量的酸或碱加入到水溶液中，则溶液 的pH值立即发生变化；可是把这些酸碱加入到土 壤里，其pH值的变化却不大，这种对酸碱变化的 抵抗能力，叫做土壤的缓冲性能或缓冲作用。 广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、 污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡 外界环境变化的能力。
用中性盐溶液如1mol Kcl或0.06mol BaCl溶液 (pH=7)浸提土壤时,土壤胶体表面吸附的铝离子与 氢离子的大部分被浸提剂的阳离子交换进入溶液， 用标准碱液滴定, 换算为交换性氢与交换性铝的总 量,即为交换性酸量，它是土壤酸度的数量指标。
（2）水解性酸度(soil hydrolytic acidity)
蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
３．１土壤酸碱性和缓冲性
土壤酸碱性反应 我国土壤的酸碱性反应，大多数在 pH4.5～8.5之间。
在地理分布上有“东南酸西北碱” 的规律性 。大致可以长江为界 （北纬 33），长江以南的土壤为酸性或强酸性， 长江以北的土壤多为中性或碱性。
土壤酸度(soil acidity)
离子吸附的概念
根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不 均一的分布状态，固体颗粒表面的离子浓度与 溶液内部不同的现象称为吸附作用。
凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部 浓度的作用称为正吸附，反之则称为负吸附.
阳离子吸附
土壤胶体表面所带的负电荷愈多，吸附 的阳离子数量就愈多； 土壤胶体表面的电荷密度愈大，阳离子所 带的电荷愈多，则离子吸附得愈牢。
土壤酸、碱缓冲作用的原理
１．土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在
碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸及其盐类。
２．土壤胶体的阳离子交换作用
土壤酸碱缓冲体系
1、碳酸盐体系 缓冲的pH范围在pH8.5-6.7之间
2、硅酸盐体系
3、交换性阳离子体系 土壤阳离子交换量愈大，缓冲能力愈大。 4、铝离子体系 在土壤pH<4.0时,铝离子以Al(H2O)63+形态存在 5.有机酸体系
黄棕壤（安徽）
黄棕壤（湖北） 红 壤（广西）
0.20
0.01 1.48
1.97
0.44 9.14
活性酸和潜性酸的关系
活性酸和潜酸的总和，称为土壤总酸度。它是土 壤 的 酸度的 容 量指标 。 它与 pH值 在 意义 上 是不同 的。
土壤总酸度＝活性酸度＋潜在酸度
土壤碱性指标
总碱度
总碱度是指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根 的总量。即
阳离子，而把发生在土壤胶体表面的阳离子交 换反应称之为阳离子交换作用。
阳离子交换作用的特征
（1）阳离子交换作用是可逆反应。
（2）交换是等当量进行的。
（3）受质量作用定律的支配。
土壤阳离子交换量(cation exchange capacity)-CEC
是指土壤溶液为中性（pH = 7）时，每 千克土所含 的全部交换性阳离子的厘 摩尔数称为土壤的阳离子交换量。 （cmol(+)kg-1 ）
土壤的氧化还原电位（soil redox potential) 在土壤里普遍存在着各种氧化还原反应，氧化反 应和还原反应的实质是电子转移，氧化还原反应的电 极反应可表示如下： 氧化态 ＋ ne ==== 还原态 氧化还原反应中的氧化态和还原态同时在电极上 达到平衡，其平衡电位，称为氧化还原电位，通常以 Eh表示。
２．土壤吸附性阳离子组成和盐基饱和度对pH的影响
氢－铝质土壤是酸性； 钙质土 pH值大多数在7左右，呈中性反应；
钠质土壤 pH值可达8.5以上，呈碱性反应。
３．土壤含水量对土壤pH的影响
土壤的pH值随土壤含水量增加有上升的趋势。因此， 在测定土壤pH值时,应注意土水比。土水比愈大，所 测得的pH值愈大。
同价的离子，其离子半径及离子的水化程度的不 同而不同的。
（3）离子浓度。
影响交换离子有效度的因素
（1）盐基饱和度
离子的饱和度越大，被解吸的机会就越大，有 效度就越大
（2）土壤中的互补离子效应
（3）粘土矿物类型的影响
（4）由交换性离子变为非交换性离子的有效 度问题
互补离子与交换性钙的有效性
土壤 交换性阳离子 组成 小麦幼苗干 重(g) 小麦幼苗吸钙量 (mg)
内表面积 700-750 400-750 0-5 0 0 400 130-400
外表面积 15-150 1-50 90-150 5-40 10-45 25-30 130-400
总表面积 700-850 400-800 90-150 5-40 10-45 430 260-800
土壤表面电荷和电位
土壤电荷的起因和种类
M3+>M2+>M+
Al3＋>Mn2＋>Ca2＋>K+
Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
离子半径与吸附力
一价离子 Li+ Na+ K+ NH+4 Rb+
离子的真实半径(nm)
0.078
0.098
0.133
0.143
0.149
离子的水合半径(nm)
1.008
0.790
0.537
0.532
0.509
阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。 CEC <10 10~20 >20
保肥能力
低
中
高
影响土壤阳离子交换量的因素
（1）质地
质地 CEC 砂土 1~5 砂壤土 7~8 壤土 15~18 粘土 25~30
质地越粘重，阳离子交换量也越大。
（2）有机质 （3）胶体的性质及构造蒙脱石 ＞ 高岭石 （4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，
土壤胶体的类型
土壤胶体的类型，土壤中的高岭石、水 铝英石和铁铝氧化物等的表面以外表面为主。 蒙脱石、蛭石等以内表面为主。有机胶体虽 有相当多的内表面，但由于其聚合结构不稳 定，难以区分内表面和外表面。 根据土壤胶体的结构特点，土壤中胶体 物质按化学成分和来源，大致可将土壤胶体 分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶 体三种类型。
用 弱 酸 强 碱 的 盐 类 溶 液 （ 常 用 的 为 pH8.2 的 1mol NaOAc溶液）浸提, 再以NaOH标准液滴定浸出液, 换算为 土壤酸量。
土壤中的交换性酸量和水解性酸量的比较
交 土 黄 黄 壤 壤（广西） 壤（四川） 3.62 2.06 换 性 酸 水 解 性 酸
cmol(+)/kg土 6.81 2.94
总 碱 度 ＝ CO3
2
HCO3

(厘 摩 尔 () / 升 )
影响土壤pH值的因素
１．土壤胶体类型和性质对pH值的影响 • 土壤胶体的极限pH值
当土壤胶体上吸附的阳离子全部是致酸离子， 称为盐基完全不饱和态。此时土壤的pH值，称为土 壤的极限pH值。
• 土壤胶体酸基的解离常数K对pH值影响 不同类型土壤胶体的pK值就各异。有机胶体 pK值为4.5~5.0，硅酸盐类粘粒为5.2~5.8；含水氧化 铁为6.0~7.0。致酸离子解离度的大小的排列顺序： 有机胶体 ＞蒙脱石 ＞含水云母和拜来石 ＞高 岭石 ＞含水氧化铁、铝
第3章 土壤的基本性质
本章提要
本章中，主要阐述了土壤的吸附性能、 酸碱性、孔隙性、结构性、土壤的热性 质、土壤生产性能等基本性质。通过学 习，重点掌握土壤的组成与土壤基本性 质的相互关系。
３．１土壤的吸附性能
分为五种类型；
具有多孔体系的土壤，能够机械的阻拦进入 土壤的比其孔隙大的固体颗粒，保留而不致 流失的作用，叫做机械吸收； 土壤能保留分子态物质的作用叫物理吸收； 土壤能保留离子态物质的作用叫做物理化 学吸收， 土壤溶液中阴、阳离子相互作用形成难溶 性沉淀化合物的作用叫做化学吸收 生物吸收营养物质的作用叫做生物吸收。
1、永久电荷(permanent charge)
起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。
2、可变电荷(variable charge)***
随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电 荷 称为可变电荷。
可变电荷的成因
A. 含水氧化硅的解离 B. 粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离 C. 腐殖质上某些官能团的解离

硅四面体互相连接方式图
铝氧八面体互相连接方式图
1：1型层状硅酸盐（高岭石）晶体结构示意图
2：1型层状硅酸盐（蒙脱石）晶层结构示意图
三种主要硅酸盐粘土矿物性质
性质 高岭石
0.1—5.0 六方形晶片 5—２.０
伊利石
蒙脱石
大小（um） 形状 比表面积(m2/g) 外表面 内表面 内聚力可塑性 膨胀度