7.第4节土壤吸附性能

而盐基不饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤；
交换性盐基总量（毫克 当量 / 100克土） 盐基饱和度 100% 阳离子交换量（毫克当 量 / 100克土）
盐基饱和度的大小受pH的影响较大, 酸性土壤，BSP低。 另外BSP还受植被、气候、母质、施肥等的影响。
一般认为；BS <50 % 50%~80 %
SO42CO32-
常见的阴离子被土壤吸附的次序如下：
F- > 草酸根 > 柠檬酸根 > H2PO4- > HCO3- > HBO3- > SO42- > Cl - > NO3-
（二）阴离子的非专性吸附
即一般的物理化学吸附，是由于胶体表面吸附了 过多的阳离子而使土壤胶体带正电，阴离子作为 平衡离子居于双电层的外层，以中和决定电位离 子层的正电荷。它也具有可逆反应，很快达到平 衡，等电量交换及符合质量作用定律等特征。
这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同的缘故。
带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子的排斥作用愈 强，负吸附作用愈明显。
（四）阴离子专性吸附
阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿物或氧化物表面
的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新配
位，并直接通过共价键或配位键结合在固体的表面。这种吸 附发生在胶体双电层的内层，也称为配位体交换吸附。 产生专性吸附的阴离子有：F-离子、磷酸根、硫酸根、 钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。
（二）阳离子交换能力 影响阳离子交换能力的因素**
（1）电荷价的影响
根据库仑定律，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
同价的离子，其交换能力的大小是依据其离子半径及离 子的水化程度的不同而不同的。
（3）离子浓度或数量因子。
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+
第二类是其他的一些金属离子，如 Ca2+ 、 Mg2+、K+、NH4+……等，在古典化学上，它 们都称为盐基离子。
2.盐基饱和度(base saturation percentage)BSP ***
在土壤胶体所吸附的阳离子中，交换性盐基离子 占阳离子交换总量（CEC)的百分比称盐基饱和度。 盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应；
2、互补离子效应（陪补离子效应） （effect of complementary ion or associated ions）
K+ K+ Ca 2 + Ca 2 + H+ H+ 土壤胶体 NH4+ H+ K+ NH4+ K+ Ca 2 + NH4+ 一般来说，互补离子与土壤胶粒结合得愈牢固（吸附力愈 大），则愈能提高被陪补的那种离子的有效性。
五、土壤阴离子吸附与交换（P93）
（一）土壤吸附阴离子的分类
土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类： 1．易被吸附的阴离子 最重要是：
H2PO4- ， HPO42- ，PO43- ； HsiO3- ，SiO32- ； C2O42-
2．吸附作用很弱或进行负吸附的阴离子
ClNO3- NO2-
3．中间类型的离子
土
K+ K+
H+ H+
根
H+ 土 H+
K+ 根 K+
**影响交换阳离子有效度的因素主要有：
（1）离子饱和度效应
（2）土壤中的互补离子效应
（3）粘土矿物类型（活度效应）
1、离子的饱和度（percent of ion saturation)效应 某交换性阳离子占阳离子交换量的百分数。
离子饱和度效应：
以K+为例，如果Ca2+为陪补离子，则K+的有效性大。 如果以Na+为陪补离子，则其有效性小。
陪补离子对交换性钙有效性的影响（小麦盆栽试验）
土 壤 甲土 乙土 丙土 交换性阳离子 组 成 40%Ca+60%H 40%Ca+60%Mg 40%Ca+60%Na 盆中幼苗 干重（g） 2.80 2.79 2.34 盆中幼苗吸 钙量（mg） 11.15 7.83 4.36
（一）阳离子专性吸附的机理 过渡金属元素的原子结构的特点是导致 金属离子产生专性吸附，而不同于胶体表面 碱金属和碱土金属静电吸附的根本原因。 产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主 要是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物。
层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金 属离子也可以产生专性吸附作用
反应的结果使体系的pH值下降 ！
保肥能力
低
中
高
ESP—exchangeable sodium percentage 指交换 性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。 ESR—exchangeable sodium ratio 指溶液中交
换性钠与交换性Ca2+、Mg2+离子浓度之 和的比值。
SAR—sodium adsorption ratio 指溶液中Na+
（三）阴离子的负吸附
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。
负吸附现象也受土壤特性影响，其它条件相 同，则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： 蒙脱石 ＞ 伊利石 ＞ 高岭石
浓度与Ca2+、Mg2+浓度之和的平方根的 比值。
***影响土壤阳离子交换量的因素有：
（1）质地 质地越粘重的土壤，含粘粒越多， 其阳离子交换量也越大。
质地 砂土 砂壤土 壤土 粘土
CEC
1~5
7~8
15~18
25~30
（2）有机质含量 OM % ∝ CEC
（3）胶体的性质及构造
蒙脱石 ＞ 伊利石（水云母）＞高岭石
（4）pH值 在一般情况下，随着pH的升高，土壤的 可变负电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。
不同土壤胶体的阳离子交换量（cmol（+）/1000g）
胶体类型 蒙脱石 水化云母 高岭石 含水氧化铁、铝 有机胶体 一般范围 60~100 20~40 3~15 极微 200~500 平均 80 30 10 — 350
M3+>M2+>M+
Al3＋>Mn2＋>Ca2＋>K+
Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
表3-1 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
胶粒
（三） ***土壤阳离子交换量(CEC)
—— cation exchange capacity
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。（CEC：cmol(+)kg-1 ） 阳离子交换量是评价土壤肥力的指标之一。它直 接反应土壤可以提供速效养分的数量，也能表示土 壤保肥能力、缓冲能力的大小。 CEC <10 10~20 >20
能进行专性吸附的胶体主要是：氧化铁、铝的凝胶，水
铝石，三水铝石，水铝英石和其它水化氧化物。
如：磷酸根在氧化铁表面的专性吸附
ZPC=zero point of charge (电荷零点)
离子的饱和度愈大,被交换解吸的机会愈多,有效性愈高。
例如:有甲乙两种土壤,CEC分别为8、30cmol（+）/1000g,交换性
Ca2+ 分别为6、10 cmol（+）/1000g,问哪种土壤Ca2+ 的有效性高？
提问？
①砂、粘两种不同的土壤，施用同样多的钾肥时，哪种 土壤钾的有效性高？ ②解释“施肥一大片，不如一条线”？
第四节 土壤吸附性能(P89-94)
一、离子吸附的一般概念
根据物理化学的反应，溶质在溶剂中呈不均
一的分布状态，溶剂表面层中的浓度与溶液内部
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.
二、阳离子静电吸附
由库仑定律可知:
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。
不同土类在不同pH值时的阳离子交换量比例
土类 pH4.5时的交换量 pH10-10.9时的交换量 栗钙土 100 188 黑土 100 280 生草灰化土 100 480 红壤 100 493
（四）盐基离子与盐基饱和度
1.盐基离子与致酸离子***
在土壤里，被胶体吸附着的阳离子，可 以分为两类： 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。
0.509
弱
强
三、阳离子交换
（一）阳离子交换作用*** 及其特征
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）可逆性 （2）快速性 （3）等电量交换 （4）受质量作用定律的支配。
3、粘粒矿物类型（活度效应） 粘粒矿物类型与交换性阳离子活度系数的关系
粘粒 矿物类型 离子 Na+ K+ NH4+ H+ Ca 2 +
高岭 石
伊利石
0.34
0.21 0.10
0.38
0.25 0.15
0.25
0.21 0.18
0.008
0.036 0.058
0.080
0.040 0.022
蒙脱石
四、阳离子的专性吸附
中等
>80%
较高
土壤肥力 较低
考虑土壤保肥能力时，应从CEC和BS 两个方面进行。
（五）交换性阳离子的有效度
被土壤吸附的阳离子可通过下面两种途径被植物吸收。
① 交换性盐基离子先被土壤溶液中的H+交换到溶液中来， 然后由植物吸收。
土壤胶体
K+ + 2H+ K+
土壤胶体
H+ + 2K+ H+
Байду номын сангаас
② 植物的根毛直接和土壤胶体接触交换。
阳离子专性吸附的实际意义:
土壤和沉积物中的锰、铁、铝、硅等氧化物 及其水合物，对多种微量重金属离子起富集作用， 其中以氧化锰和氧化铁的作用更为明显。 土壤是重金属元素的一个汇，对水体中的重金 属污染起到一定的净化作用，并对这些金属离子从 土壤溶液向植物体内迁移和累积起一定的缓冲和调 节作用。另一方面，专性吸附作用也给土壤带来了 潜在的污染危险。