土壤的离子交换

(二) 土壤电荷的密度 土壤电荷的密度，是指单位面积上的电 荷数量。 根据这个定义，凡是影响电荷数量的因 素，以及影响土壤表面积的因素，都能影响 土壤的电荷密度。
土壤的电荷密度具有不均匀性，不仅在不
同种类的胶体表面电荷密度不同，而且同一胶
体颗粒的不同部位上，电荷密度也不相同。
土壤胶体的表面积，可分为外表面积和内
大。大于2微米的粉砂或砂粒，其电荷较少。
2、
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有机胶体
无机胶体
200～500 m· e/100g
平均10～80 m· e/100g
高岭石
伊利石 蒙脱石
5～15 m· e/100g
20～40 m· e/100g 60～120 m· e/100g
3、土壤pH 土壤pH值的高低，主要影响可变电荷的数量， 从而影响总电荷量。
由无机胶体和有机胶体等分子群组成。
（二）决定电位离子层
是固定在微粒核表面的一层离子，由微
粒核表面分子解离，或从溶液中吸附的离子
构成，使微粒核带电。
（三）补偿离子层 由于微粒核表面带电，它能从土壤溶液中 吸附与决定电位离子层电荷符号相反，数量相 等的离子，形成补偿离子层。
补偿离子层可分为非活性层和扩散层。其
荷密度越大，吸附力越强。
土壤对离子的吸附数量和吸附强度，对 保存和供给植物速效养分都有重要影响。
(一 )
土壤电荷的数量，以单位重量土壤所带电 1、土壤质地 一般说来，土壤质地越细，其电荷数量愈 大。大于2微米的粉砂或砂粒，其电荷较少。
(一 )
土壤电荷的数量，以单位重量土壤所带电
1、土壤质地
一般说来，土壤质地越细，其电荷数量愈
4
在土壤中，有机胶体和无机胶体很难长期 单独存在，总要形成复合体，这种复合对胶体 电荷来讲，是非加和性的，即形成复合体的负 电荷，小于结合前各自电荷的总和。
原因：
(1) 带负电荷的有机胶体与带正电荷的铁铝氧 化物的复合作用，消耗了一部分负电荷。 (2) 有机胶体被多价阳离子凝聚在无机胶体表 面。
表示电荷密度的方法
1、每平方厘米的毫摩尔数：mmol· cm-2 2、每平方厘米的微库仑：微库仑cm-2 3、每平方厘米的静电单位：静电单位cm-2 4、每个交换点占有的面积：nm2
三、土壤胶体的构造
胶核 胶体微粒
胶粒
决定电位离子层（内） 双电层 非活性离子层
补偿离子层（外）
扩散层
（一）微粒核（胶粒）
2、了解土壤的肥力特性，指导土壤管理和对农
作物施肥。
第一节 土壤胶体的带电性
土壤胶体：
是指那些粒径大小在0.001—0.1微米的固体
颗粒。
当粒径小到这个范围时，呈现胶体性质。
关于土壤胶体的范围，有不同的观点，5微
米、2微米、1微米、0.5微米也被当作上限。
土壤能够进行离子交换，根本原因是土壤 胶粒具有带电性。土壤胶粒一般是带负电荷, 有 的带正电荷，有的因环境不同，即可带正电荷， 又可带负电荷。
土壤胶体带电荷的种类及数量，直接关系
到吸附离子的种类和数量，因此，首先必须了
解土壤胶体电荷性质及其变动的原因 。
一、土壤电荷的种类和来源 土壤的电荷主要集中在土壤胶体上。
土壤胶体可分为3类。
第一类
无机胶体，如铝硅酸盐粘土矿物， 金属氧化物和硅酸等；
第二类
第三类
有机胶体，即腐殖质颗粒；
有机无机复合胶体，是胶体存在的
表面积。内表面积指膨胀性粘粒矿物晶层之间
的表面积。
表 3-1土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2· g-1） 胶体种类 蒙脱石 蛭 石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石 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
较恒定。
(二) 可变电荷 (pH-dependent charge ， variable charge ） 土壤可变电荷，是数量随介质pH值升降而改
1、胶核表面分子的解离
如腐殖质具有羧基、酚羟基和羟基，这些功
能团若存在于腐殖质胶粒的表面，可产生解离，
使胶粒上负电荷增加。
四面体边面上同Si连接的—OH基，可在碱 性条件下，解离出H+，使胶核上负电荷增加： ≡Si-OH + OH- → ≡Si-O- + H2O
中扩散层中的离子活性大，可与土壤溶液中的
离子互相交换。
第二节 土壤的阳离子交换
吸附过程：离子从土壤溶液中转移到胶体上，称
为离子的吸附过程；
解吸过程：胶体上吸附的离子转移到土壤溶液中
土壤的离子交换现象，是重要的土壤电
化学性质之一，一般用交换容量大小和离子
吸附力的强弱两个指标来衡量。
这两个指标，同土壤胶体的种类、数
量、构造以及介质中的离子种类，浓度和
pH值等环境条件有关，因而十分复杂，不
研究土壤的离子交换，有两方面的重要意义：
1、可以阐明土壤类型的发生学特征，做为土壤
分类的根据；
铝八面体上-OH解离，释放出H+，使胶核
=Al-OH → =Al-O-+H+
产生正电荷： Fe(OH)3 → Fe(OH) 2+ + OH-
Al(OH)3 → Al(OH)2+ + OH-
2 粘土矿物经过研磨后，能增加负电荷。各 种粘土矿物晶格的边缘上或面角上，都可发生 断碎，使四面体上Si—O键，或八面体上Al-O 键断裂，造成“Si—”、“Al—”、“O—”断 键，产生可变电荷。
(三) 零点电荷（Zero point charge, ZPC） 如果在某个pH值时，粘土矿物表面上既 不带正电荷，也不带负电荷，其表面电荷等于 零，此时的pH值称为零点电荷。
二、土壤电荷的数量和密度
土壤电荷的数量决定吸附离子的数量。单
位重量土壤的负电荷愈多，对阳离子的吸附量
越大。
土壤电荷的密度则决定离子吸附强度，电
主要形式。
(一) 永久电荷 (Permanent charge)
铝硅酸盐粘土矿物的基本结构单位，是硅
氧四面体和铝氧八面体。硅氧四面体中的硅和
铝氧八面体中的铝，都可被离子半径相近而离 子价不同的其他离子所代替，从而使粘土矿物 的晶格中出现剩余电荷。
由同晶异质代替作用而产生的电荷，称为永
久电荷。
永久电荷不受介质pH的影响，因而电荷量比