第八章 土胶体及其对离子的吸附交换作用
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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。
（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 可变电荷
1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的 电荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电 荷。 同晶替代是产生永久电荷的原因。
交 换 性 盐 基 离 子 总 量 （ c m o l / k g ± ） 盐 基 饱 和 度 （ % ） = × 1 0 0 % 阳 离 子 交 换 量 （ c m o l / k g ± ）
它与土壤酸碱反应关系密切
当土壤胶体吸附的阳离子全部或大部分为盐基离子时， 则土壤呈盐基饱和状态，这一土壤称为盐基饱和土壤。 （呈中性或碱性反应） 当土壤胶体所吸附的阳离子仅部分地为盐基离子，而其余 一部分为H+和Al3+时, 则这一土壤胶体呈盐基不饱和状态,
二、阳离子交换量
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。 影响土壤CEC大小的因素： • 1、胶体含量 质地粘重CEC大。 • 2、胶体类型 有机胶体CEC远比矿质胶 体大，施有机肥可大幅度提高土壤保肥 能力。 • 3、土壤pH值 影响可变电荷的多少，一 般pH值升高，H+解离，可变负电荷逐渐 增多，CEC也随之增加。
3.阳离子交换作用：通过吸附和解吸，引起离 子位置相互交换的作用。 4.交换性阳离子：被吸附的阳离子。 交换性阳离子可分两种： ①致酸离子 H+ Al3+ ②盐基离子Ca2+ 、Mg2+、K+、NH4+、Na+ 交换反应示意图如下：
土壤学教案-第八章.土壤胶体和土壤离子交换(下)
土壤学课程教案课程编号： _______________________ 章节名称及内容：土壤胶体和土壤离子交换（下）所在课程顺序号：第14个教案授课学时与时长： 1.75学时授课教师：王聪课程类型：学类核心巡一、教学目标1、熟练掌握阳离子交换量和盐基饱，深刻理解离子交换在土壤肥力上的意义二、教学内容1、土壤吸附能力三、教学重点1、阳离子交换量、盐基饱和度、土壤养分离子有效性的影响因素四、教学难点1、影响土壤养分离子有效性的因素五、教学方法课堂讲授、多媒体辅助和板书相结合。
六、教学过程开始课堂讲授前播放一段相关的视频或则提出与本次课程相关的几个问题进行提问并讲解上次课堂留下的问题和作业，然后开始进行课堂讲授，讲授过程穿插问题提问，本次课程结束时布置作业或则留下几个问题进行下次课堂的提问主要内容8.2土壤吸附能力8.2土壤吸附能力8.2.1土壤吸附的概念1概念：土壤的吸附性能：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。
土壤吸附性能是土壤的重要特性，由于具有吸附性能，使土壤起到“库”的作用，避免了土壤养分的淋失，从而达到保蓄养分的能力，这对于植物营养、±壤肥力以及污染土壤的自净能力等方面起极其重要的作用O8.2.2土壤吸附的类型交换性吸附：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。
土壤固相从溶液中吸附离子的同时，也伴随着固相表面上交换离子的解吸。
（最主要的吸附类型）专性吸附：非静电因素引起的土壤对离子的吸附作用。
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。
负吸附：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。
8. 2.3土壤阳离子交换与吸附作用1.概述土壤阳离子交换作用：指土壤胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的作用。
交换性阳离子：被土壤胶体表面所吸附，能被土壤溶液中的阳离子所交换的阳离子。
第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor
第八章土壤阳离子交换性能的分析P152第一节概述土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。
当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。
在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。
Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子，因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。
土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。
土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。
土壤交换性能是土壤胶体的属性。
土壤胶体有无机胶体和有机胶体。
土壤有机胶体腐殖质阳离子交换量200～400cmol·kg -1。
无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。
因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。
例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1：这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。
阳离子交换量的测定受多种因素影响。
例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。
作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。
各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。
土壤胶体中离子的吸附和交换过程,保肥作用
土壤胶体中离子的吸附和交换过程,保肥作用土壤胶体就像一个超级神秘又有趣的魔法世界。
那些离子呢，就像是一群调皮的小精灵，在这个世界里玩着独特的游戏。
你看啊，土壤胶体这个魔法世界里有好多“小房子”，专门用来收留那些离子小精灵。
当阳离子小精灵们在土壤里游荡的时候，土壤胶体就像一个热情好客的大房东，伸出它那无形的“大手”，把阳离子小精灵们吸附过来。
这就好比是在寒冷的冬天，一个温暖的小屋对瑟瑟发抖的路人有着巨大的吸引力。
而这个吸附的过程可不得了，它就像是一场精心编排的舞蹈。
阳离子小精灵们一个个有序地被土壤胶体邀请进“房子”里。
这时候，土壤胶体就像一个超级收纳盒，把这些离子整整齐齐地放好，可别小看这个过程，这就是土壤保肥的开始呢。
保肥就像是土壤胶体这个魔法世界的伟大使命。
如果把土壤比作一个大银行，那土壤胶体就是银行里最安全的保险柜。
肥料中的离子就像是人们存在银行里的财宝，土壤胶体把这些财宝紧紧锁住，防止它们流失。
说到离子交换，那就更有趣了。
就好像这些离子小精灵们在土壤胶体这个大社区里玩换房子的游戏。
当一种阳离子小精灵被吸附得多了，土壤胶体就会像一个公平的管理员，协调着让一些小精灵和别的小精灵交换“房子”。
这一交换，就像是魔法棒一挥，让土壤里的营养成分重新分配，变得更加合理。
有时候，我觉得土壤胶体像一个超级智能的厨师。
离子就是各种食材，它吸附和交换离子的过程就像是厨师精心调配菜肴。
它把各种离子小食材按照合适的比例搭配起来，做出最适合植物生长的“大餐”。
如果没有土壤胶体这个神奇的存在，那土壤就像是一个漏勺，肥料就会像沙子一样轻易地溜走。
植物就只能可怜巴巴地望着天，祈求老天降下更多的养分。
土壤胶体的保肥作用简直就是大自然给予植物的超级福利。
它就像一个永远不知疲倦的守护者，不管白天黑夜，不管风吹雨打，都紧紧地看守着那些对植物生长至关重要的离子。
我们可不能小看这个小小的土壤胶体啊，它虽然微观得我们肉眼都看不见，但它却像一个巨人一样，撑起了植物生长的一片天。
土壤胶体的离子交换作用
土壤胶体的离子交换作用离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。
一、土壤阳离子交换吸附作用的概念1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。
2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。
二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1. 可逆反应：在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。
同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。
在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。
2. 等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。
3. 速度受交换点位置和温度的影响：①位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。
高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。
（高岭石〉蒙脱石〉水云母）②温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。
三、影响阳离子交换作用的因素1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。
）主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。
a.离子电荷价：M3+> M2+> M+（M表示阳离子）b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。
第八章__土壤胶体化学和表面反应
氮气、水蒸气、甘油、乙二醇乙醚(EGME)
比表面=单个分子面积×土壤颗粒表面吸附单分子层所需分子数
三、土壤表面电荷和电位
Electric Charge and potential in soil particle surface
电荷数量：决定土壤吸附离子的多少
土 电荷密度：决定离子吸附的牢固程度 壤 电 影响土壤中离子移动和扩散，有机—无机复合 荷 体形成，土壤分散、絮凝和膨胀、收缩等性质
可变电荷 Variable or pH-dependent charge
来源: 土壤固相表面从介质中吸附离子或向介质中释
放离子。
Dissociation of exposed hydroxyl groups.
Alkaline medium: -M-OH + OHAcid medium: -M-OH + H+ -M-O- + H2O -M-OH2+
水合氧化物型表面
Oxy-hydroxide surface
M—OH
无定形的氧化铁、 铝等胶体表面
有机物表面 Organic material surface
腐殖物质为主的表面，表面羧基(—COOH)、酚羟基(— OH)、氨基(—NH2)等活性基团。离解H+ 或缔合H+ 产生表面 电荷。
R—COOH· 2O H
净电荷：土壤的正电荷和负电荷的代数和； 大多数土壤带净负电荷。
土壤电荷种类和来源
Type and origin of charge in soils
永久电荷 Permanent charge
来源: 粘土矿物晶层中核心离子的同晶替代 特点：不受介质pH值和电解质浓度的影响
土壤胶体和土壤离子交换森林土壤
2:1型单位晶层
由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。
铝
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。
粘土矿物类型 土壤中最主要的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石，还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。
胶体成分
内表面积
外表面积
总表面积
蒙脱石
700—750
15—150
700—850
蛭 石
400—750
1—50
400—800
水云母
0—5
90—150
90—150
高岭石
0
5—40
5—40
埃洛石
0
10—45
10—45
水化埃洛石
400
25—30
430
水铝英石
130—400
130—400
260—800
土壤中常见矿物的比表面积（ m2/g）
主要有: 褐铁矿 2Fe2O3·3H2O 针铁矿Fe2O3·H2O 多水针铁矿3FeO3·4H2O 一水赤铁3Fe2O3·H2O等。
02
含水氧化铁
01
含水氧化铝 主要有水铝石Ai2O3·H2O和三水铝石Al2O3·3H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。
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。
--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。
第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用案例
第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用案例土壤胶体是土壤中非常重要的组分，对土壤的肥力、水分保持能力以及离子的吸附与交换起着重要作用。
本文将通过几个案例来说明土壤胶体的性质以及其对离子的吸附交换作用。
案例一：土壤胶体的类型及性质土壤胶体是土壤中40% ~ 60% 的固相组分，主要由胶体颗粒组成。
根据颗粒的粒径大小，土壤胶体可以被分为黏粒、胶粒和微胶粒。
黏粒的粒径最大，一般大于0.02 mm；胶粒的粒径介于0.02 mm ~ 0.001 mm 之间；微胶粒的粒径最小，一般小于0.001 mm。
土壤胶体具有很强的吸附能力和交换能力。
由于其表面上带有电荷，可以吸附并固定住许多阳离子和有机物质。
此外，土壤胶体还能与溶液中的离子进行交换，释放出其中的离子并吸附其他离子。
这种吸附交换作用对土壤肥力和养分的供应起着至关重要的作用。
案例二：土壤胶体对阳离子的吸附作用土壤胶体对阳离子的吸附作用是通过电荷相互作用和化学吸附来实现的。
土壤胶体表面带有负电荷，而阳离子带有正电荷，因此它们之间会发生吸引作用。
吸附机制包括静电吸附、配位吸附和离子交换吸附等。
以钙离子（Ca2+）为例，由于钙离子具有较高的电荷密度和较大的水合半径，可以与土壤胶体表面的负电荷进行静电吸附。
此外，钙离子还可以与胶体表面上的氧化物进行配位吸附，形成较稳定的络合物。
这些吸附作用使得土壤胶体能够有效地保持土壤中的钙元素，并在需要时释放出来。
案例三：土壤胶体对阴离子的吸附交换作用土壤胶体对阴离子的吸附交换作用主要是通过离子交换机制实现的。
由于土壤胶体表面带有负电荷，可以吸附和交换一些带有正电荷的离子，如氢离子（H+）、铝离子（Al3+）以及其他多价离子。
以磷酸盐离子（PO43-）为例，磷酸盐离子在土壤中很容易被吸附并固定在土壤胶体上。
一方面，磷酸盐离子可以与土壤胶体表面的氧化铝和氧化铁形成较稳定的络合物，进行配位吸附。
另一方面，磷酸盐离子还可以与土壤胶体表面的负电荷进行离子交换，取代其中的其他阴离子。
土壤胶体离子的吸附和交换过程
土壤胶体离子的吸附和交换过程1. 引言嘿，朋友们，今天咱们聊聊一个看似不起眼但却超级重要的主题——土壤胶体离子的吸附和交换过程。
听起来是不是有点专业？别担心，我会把它讲得通俗易懂，让你在聚会上也能跟别人侃侃而谈。
2. 什么是土壤胶体？2.1 胶体的基本概念首先，什么是土壤胶体呢？简单来说，土壤胶体就像是土壤里的小魔术师，负责在土壤里“吸附”各种养分。
它们非常小，肉眼根本看不见，但却对植物的生长至关重要。
想象一下，胶体就像一个个小海绵，能吸收水分和养分，给植物提供“营养快线”。
2.2 胶体的种类土壤胶体主要分为有机胶体和无机胶体。
有机胶体来自腐烂的植物和动物残骸，而无机胶体则是来自矿物质的。
就像我们的饮食，荤素搭配，才能保持健康的生活。
土壤也是一样，需要这两种胶体共同作用，才能维持生态平衡。
3. 吸附过程3.1 吸附的概念好了，接下来咱们说说吸附。
听上去好像高大上，其实就是土壤胶体如何“攫取”周围的离子。
就像你在聚会上看到一盘好吃的零食，忍不住想去“抢”一样。
胶体能通过其表面带的电荷来吸附土壤中的阳离子，比如钾、钙、镁等，这些都是植物成长的必需品。
3.2 吸附的机制胶体吸附离子的过程其实挺复杂的，但我给你简单总结一下。
首先，胶体表面是带电的，这种电荷吸引了带反电荷的阳离子。
就好比你有一块磁铁，能吸引小铁屑。
吸附后，胶体就把这些离子“锁”在身边，等植物需要的时候再“放”给它们。
这个过程就像是胶体在做“储蓄”，等到植物开口要东西时，它们就会慷慨地“支取”出来。
4. 交换过程4.1 交换的含义再来说说交换过程。
什么叫做离子的交换呢？简单地说，就是土壤胶体和植物之间的一种“买卖”关系。
植物需要营养，胶体就像个“经纪人”，帮忙转移养分。
有点像你去超市买东西，手里有钱，才能把需要的东西带回家。
4.2 交换的机制交换的过程也不简单。
首先，植物的根部会释放一些酸，帮助“解锁”胶体上的养分。
就像你用钥匙打开一扇门，把里面的东西拿出来。
第八章 土壤胶体化学和表面反应.
第一节 土壤胶体的表面性质
二、土壤胶体的比表面
4、测定方法 1）仪器法：用电子显微镜或X射线衍射仪测定颗粒大小、形状，计算出理 论比表面积。 适用于：结晶良好，组成一定的纯矿物，不适用于土壤。 2）吸附法：用分子大小已知的指示吸附物质，在土粒表面形成单分子层， 计算出比表面，常用吸附物质有：（N2、H2O、溴化十六烷基吡啶、甘油、 乙二醇乙醚）。
第二节 土壤胶体对阳离子的吸附
三、阳离子交换作用
4、盐基饱和度（BS） 土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类致酸离子H+、Al3+，其它为盐基 离子。 盐基饱和度：指交换性盐基离子占阳离子交换量的百分数。
盐基饱和度%
交换性盐基 100% CEC 代换性H 、Ａl３＋ 盐基不饱和度% １００％ ＣＥＣ
第一节 土壤胶体的表面性质
三、土壤表面电荷和电位
5、土壤胶体的分散和凝聚 土壤胶体分散状态为溶胶，发生凝聚作用，形成凝胶。 原理：当电动电位大时，两个胶粒之间电荷斥力大，胶体处于分散状态。 当扩散层变薄，电动电位降电，两胶粒碰撞，其分子间引力大于静电斥力时， 胶体发生凝聚。电动电位减小，胶体发生凝聚。 1）补偿离子改变：土壤中Na+多，分散； 土壤中Ca2+多，结构好。 2）溶液中电解质增加，阳离子浓度大，扩散层薄，发生凝聚作用。 一价离子Na+ H+ K+引起胶体凝聚是可逆的。水分增加，阳离子浓度下 降，凝胶—溶胶。 二、三价离子产生凝聚不可逆，形成水稳性团聚体。 3）带相反电荷胶体，相遇发生凝聚作用。
第二节 土壤胶体对阳离子的吸附
三、阳离子交换作用
3、阳离子交换量（CEC） 阳离子交换量（CEC）是指pH=7时，每kg土吸附交换阳离子的厘摩尔 数。Cmol(+)/kg 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 反映土壤的保肥能力： ＞20 Cmol(+)/kg高 20-10 Cmol(+)/kg中 ＜10 Cmol(+)/kg低
8土壤胶体和土壤离子交换
胶粒（0.00005） 50nm
胶粒（0.00001） 10nm
比表面积 （cm2·g-1）
45,200
226,000
452,000
2,260,000
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。
土壤胶体的结构和性质
(二) 双电层
1、 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。
2、 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:非活性离子层和扩 散层（发生离子交换）。
土壤胶体的结构和性质
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。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.
土壤胶体的结构和性质
层状黏土矿物胶体的构造示意图
土壤胶体的结构和性质
三 、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·g-1或cm2·cm-3。 物体分割得愈细小，单体数愈多，总面积愈大， 比面也愈大。
土壤胶体的结构和性质
1 cm3物质表面积随分散度变化的情况
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
土壤胶体离子的吸附和交换过程
土壤胶体离子的吸附和交换过程土壤，是地球表面能够生长植物的疏松表层，它就像是一个巨大的“宝库”，其中包含着无数微小但极其重要的成分，土壤胶体离子就是其中之一。
土壤胶体离子是指土壤中直径在 1 到 100 纳米之间的微小颗粒，它们带有电荷，能够对周围的离子进行吸附和交换。
这个过程对于土壤的肥力、结构和生态功能都有着至关重要的影响。
让我们先来了解一下土壤胶体离子的吸附过程。
想象一下，土壤胶体离子就像是一个个微小的“磁铁”，它们能够吸引周围带有相反电荷的离子。
比如，带负电荷的土壤胶体离子可以吸附带正电荷的离子，像铵离子（NH₄⁺）、钾离子（K⁺）等。
这些吸附过程主要有物理吸附和化学吸附两种方式。
物理吸附就像是用胶水把东西粘住，比较容易发生，也比较容易解吸。
比如说，一些离子只是因为靠近胶体表面而被暂时吸附住，没有发生强烈的化学作用。
而化学吸附则像是把两个东西焊接在一起，吸附力更强，也更难让被吸附的离子脱离。
土壤胶体离子的吸附能力还受到很多因素的影响。
比如胶体离子的种类和数量，不同类型的胶体离子吸附能力有所不同。
有机胶体通常比无机胶体具有更强的吸附能力。
另外，土壤的酸碱度（pH 值）也很关键。
在酸性条件下，土壤胶体离子对阳离子的吸附能力会增强；而在碱性条件下，对阴离子的吸附能力可能会提高。
接下来，我们再看看土壤胶体离子的交换过程。
这就像是一场“离子的换位游戏”。
当土壤溶液中的离子与已经被吸附在胶体表面的离子具有相同的电荷时，它们就有可能发生交换。
比如说，土壤溶液中的钙离子（Ca²⁺）可能会与已经被吸附的钾离子（K⁺）进行交换。
这种交换是动态平衡的，也就是说，一边在进行交换，另一边也在不断地调整，以达到一个相对稳定的状态。
离子交换对于土壤中的养分供应和保持起着重要作用。
通过交换，植物能够从土壤中获取所需的营养离子。
同时，这也有助于调节土壤溶液中离子的浓度和比例，维持土壤的化学平衡。
土壤胶体离子的吸附和交换过程还与土壤的肥力密切相关。
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第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用【教学目标】●土壤胶体1、掌握土壤胶体的含义、类型和基本构造。
2、重点了解土壤胶体的性质及其在土壤物理、化学和生物学过程中的重要作用。
3、了解土壤的保肥供肥性与土壤胶体组成的关系，为什么说土壤腐殖质含量高的其保肥性强？●土壤离子交换作用1、解土壤产生吸收（吸附）性的根本原因、吸收类型及其产生的机理。
2、重点掌握阳离子交换作用产生的机理以及对土壤性状产生的影响。
土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分，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。
土壤肥力的高低与土壤胶体的组成、数量和性质密切相关，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；同时，土壤胶体的形成过程也是土壤形成过程的反映，由于土壤形成条件的不同，土壤的胶体类型、含量和性质均有较大的差异。
所以，要了解土壤的形成过程和土壤肥力的实质，必须弄清土壤胶体的性质。
本章将着重讨论对土壤肥力影响较大的土壤胶体的组成、结构、性质及其相关的离子交换性的一般规律。
8.1 土壤胶体8.1.1 土壤胶体的概念8．1. 1. 1 土壤胶体是一种分散系统任何胶体系统都是一种分散系统，而分散系统通常由两种物质所组成，一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介质；另一种物质的分子是不连续的，称为分散相，分散相均匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。
在自然界中这种分散系统是很多的，如烟是微细的碳粒分散在空气里，云雾是小水滴分散在大气里，豆浆是大豆蛋白分子分散在水里等。
土壤本身就是一个复杂的多元分散系统。
在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散相，而把土壤溶液和土壤空气看做分散介质。
8．1. 1. 2 土壤胶体的大小范围一般胶体是指作为分散相的那些细小颗粒，其大小的上限是0.1 μm, 下限为 1nm(<1 nm属于溶液范围)。
但是胶体大小的界限也不是绝对的，而主要应根据表现出的胶体性质而定，如光学、电学性质等。
根据以上这种认识，土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同。
一般将其上限规定为0.001 mm, 即1 μm，这比一般胶体大10倍，因为这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质，如黏粒又称为胶粒。
8.1.2 土壤胶体的种类土壤胶体从形态上可分为无机胶体(也称矿质胶体)、有机胶体和有机-无机复合胶体。
8．1. 2. 1 有机胶体土壤中的有机物质, 尤其是腐殖质，是土壤中含有的一类分子量大、结构复杂的高分子化合物，具有明显的胶体性质，故称之为土壤有机胶体。
土壤腐殖物质是土壤有机胶体的主体，此外，土壤中还有少量的蛋白质、多肽、氨基酸以及多糖类高分子化合物也具有胶体的性质。
值得注意的是，土壤中还有大量的微生物，它们本身也具有胶体性质，是一种生物胶体。
土壤中大量的微生物对增加土壤的表面积和吸附性，促进土壤结构的形成有很大的作用。
土壤有机胶体在土壤中的含量同其他胶体相比并不多，但其性质却极为活跃，因为它带有大量的活性功能团，尤其是表面的酸性功能团如H+解离后, 使其带有大量的负电荷，阳离子代换量可高达300～500 cmol(M+)/kg。
大多数土壤的有机胶体是非晶质的，有很高的亲水性，虽然数量不多，但起的作用却很大。
8．1. 2. 2 无机胶体无机胶体又称矿质胶体, 主要是层状铝硅酸盐矿物和无定形氧化物组成。
一般为极细微的黏粒，在数量上，无机胶体比有机胶体高几倍到几十倍。
通常用土壤中黏粒(d<0.001mm)的含量来反映土壤无机胶体的数量。
不同的土壤, 无机胶体的含量差异很大, 沙性土无机胶体的含量要比黏性土少得多。
土壤中无机胶体的数量和组成对土壤的理化性质影响较大。
土壤无机胶体主要包括：(1)层状硅酸盐矿物它是无机胶体的主要组分, 大都是呈结晶态的次生矿物, 主要有1∶1型的高岭石类、2∶1型的蒙脱石类及水化云母类。
有关矿物的一般特性已在土壤矿物质一章中介绍过。
值得注意的是，不同类型的黏粒矿物表现出的胶体性质差异较大。
1∶1型的高岭石矿物单位晶胞小，形成的颗粒较大, 其胶体的分散度低, 胀缩性、黏性和吸收容量都不如2∶1型矿物大。
2∶1型蒙脱石类矿物结晶的晶胞较大, 而形成的颗粒较小, 其胶体分散度高,胀缩性、黏性和吸收容量都较大。
电荷来源主要是由于同晶替代作用，其中以2∶1型矿物的同晶替代较多, 电荷数量也多； 1∶1型的同晶替代少, 电荷也较少,因为它是边角-OH的解离产生的电荷，其数量一般很少。
(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(SiO2·nH2O)＝ H+ + HSiO3-＝ H+ + SiO32-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, 即从单体—水溶胶—水凝胶—干凝胶—最终形成类似蛋白石的脆性物质。
不论溶胶或凝胶，都是一种活性很高的吸附剂。
尤其是氧化硅凝胶，它具有很大的表面积和孔隙度，在pH值3.5以上, 带负电荷,能吸附阳离子或极性物质或其他带正电的溶胶。
在一定条件下，凝胶也可转化为溶胶，随水流动、迁移。
土壤中氧化硅胶体的存在和集聚，对土壤的形成和理化性质都有重要影响。
一般把无定形氧化硅看做酸胶基，它与氧化铁、铝等碱胶基相互作用是形成土壤黏粒矿物的途径之一，氧化硅溶解随水流动沉积，不仅可填充土壤空隙，有利于细孔隙的形成，同时沉积的氧化硅凝胶可使土壤松脆。
如形成脆盘。
氧化硅胶体带有一定的负电荷，随pH值升高, 负电荷数增加, 但总的来说, 其交换量很有限。
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，还有磁赤铁矿、磁铁矿、纤铁矿和氢氧化铁或水铁矿等。
各种铁氧化物在不同土壤中的种类和含水数量不同，各种氧化铁的颜色也不同，因此对土壤的染色也不同。
土壤中的氧化铁一般以两种以上的形态混合存在，它可以形成黏膜包被在土壤颗粒的外面，也可以形成溶胶沿剖面移动或者结晶形成小的颗粒存在于土壤中，还有部分形成络合物或者被吸附在黏土矿物表面。
氧化铁普遍存在于黏粒和非黏粒之中，但一般在黏粒中较多。
土壤中氧化铁的形态可以相互转化，受土壤pH、温度、有机质和Fe2+的浓度的影响,如当pH>7时, 可形成Fe(OH)3生成针铁矿。
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，Al2O3Al(OH)3、AlOOH是晶态, 无定形铝主要是羟基铝及其聚合物，Al3+在溶液中可形成较大的OH-Al聚合物呈溶胶状。
氧化铝的形态和数量对土壤结构、土壤酸碱性、土壤缓冲性等都有重要影响。
氧化铁、氧化铝胶体都是两性胶体，其带电性随环境的酸碱度变化而改变，在酸性条件下(一般pH<5)带正电, 而碱性条件下可带负电。
Al(OH)3+ H+＝ Al(OH)2+ + H2O 带正电Al(OH)3+ OH-＝ Al(OH)2O-+ H2O 带负电8．1. 2. 3 有机—无机复合胶体土壤中的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—无机复合体。
在复合的过程中，很多有机化合物可以和黏粒形成稳定性不等的各种复合体。
实际上，土壤有机质因其性质极为活跃，绝大部分是以有机-无机复合体的形式存在的。
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。
据资料(熊毅，1975), 土壤有机无机复合度可达50%～70％，不同土壤类型差异很大。
土壤有机-无机胶体的形成对改善土壤的理化性质有重要作用, 有机-无机复合体的稳定性比单纯的有机胶体高, 实际上土壤腐殖质的稳定性正是由于形成有机-无机复合体所造成的。
在很多情况下，有机质在矿质胶体的表面形成一层胶膜，可以改变(或改善)无机胶体的表面性质,由于胶膜的作用使一些原来颗粒较大而胶体性质较差的矿质颗粒, 也表现出胶体的性质, 使土壤胶体颗粒的大小, 最大可达黏粒的上限, 甚至达到细粉粒的范围(1 μm)。
有机-无机复合胶体的黏性、塑性要比黏粒弱，其表面积和代换量一般比复合前有机胶体和无机胶体两者之和小，不具有加和性。
土壤有机-无机复合体是形成良好的稳定性团聚体的基础，其水稳性要比单纯的矿质团聚体高，从而对土壤的结构性、通透性、耕性等产生重要影响。
一般把有机无机复合体分为G0、G1、G2组。
关于土壤有机无机复合体分组最早始于丘林（1937），他提出土壤有机矿质结构的假说，进而将土壤复合体分为两组：G1组和G2组。
但是在G1组中往往混有一部分能直接分散于水中的“非团聚化细土”，实际上它是一组水分散的复合体，故把它称为G0组。
G1组是通钙离子为键桥把有机质和矿物质连接起来的。
如：３Si—O—Ca—OOC COO—Ca—O—Si３R３Si—O—Ca—OOC COO—Ca—O—Si３但这种连结并不牢固，可用中性NaCl溶液拆开。
G1组复合体主要是胡敏酸钙凝聚的。
它主要分布在离根较远，通气性良好的地方。
其特点是腐殖质和活性氧化物含量较低，有机物质中的木质素和半纤维素较少。
由于G1组缺乏活泼的胶体表面，若要使它黏结体变大，需要靠游离胶体的胶结。
另一种是由铁、铝氧化物的胶结作用连接起来的。
这种有机质胶结作用可用下式表示（其中的Al也可换成Fe）。
３Si O Fe(OH) OOC COO Fe(OH) O Si３如： R３Si O Fe(OH) OOC COO Fe(OH) O Si３这种连接比较牢固，不能用NaCl拆开，只能用稀碱溶液或研磨处理才能分开。
近根的团聚体主要由G2构成。
由于这里的水分状况比较好，根际微生物活动旺盛，有机质丰富，在微生物的参与下，大量粗有机质分解，造成氧气不足，使氧化铁还原成亚铁，提高了铁的活性，有利于在矿物颗粒表面凝聚生成。
它的特点是：腐殖质和活性二三氧化物含量较高，在有机物质中，同时包含腐殖质和未腐化物质（木质素、纤维素和半纤维素）。
8.1.3 土壤胶体的基本构造土壤胶体分散系包括胶体微粒(分散相)和微粒间溶液(分散介质)两部分。
描述胶体微粒的构造，通常用双电层理论。
根据双电层理论，胶体微粒在构造上，可分为微粒核和双电层两部分(如图8-1)。
8．1. 3. 1 微粒核(胶核)它是胶体微粒的核心物质,主要由腐殖质、硅酸盐矿物、土壤氧化物、蛋白质分子以及有机-无机复合胶体的分子群组成。
8．1. 3. 2 双电层结构作为胶粒微粒核的物质在溶液中通常是带电荷的, 由于静电引力的作用,在微粒核的外围形成一个反号电荷的离子层，这样就构成了双电层。