第八章 土胶体及其对离子的吸附交换作用

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 1

nm(<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。