第六章 土壤的保肥性与供肥土壤的基本化学性质及过程

（五）生物吸收作用 生物吸收作用——是指土壤借助生活于 其中的微生物、植物根系以及一些小动 物的生命活动，把植物营养元素积累保 存于土体中的作用。 生物吸收具有三个特点： （1）选择性（2）表聚性（3）创造性
五、土壤阳离子交换作用
（一）概念：
土壤阳离子交换——是指土壤胶体表面所吸附的阳离子，
以上顺序中H+的情况是特殊的，可能与它半径小，



电场强度大有关。 电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其 凝聚作用也增强。 胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。 由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用 水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚。 由二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能 再变成溶胶的凝聚称为不可逆凝聚。 土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进 而影响土壤的肥力状况。一些农业技术措施，如施 肥、中耕、浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发 生变化，从而使胶体的状态发生改变，或局部发生 改变，尤其是施用钙质肥料，由促进土壤形成不可 逆凝聚的显著作用。
第
六
章
土壤的基本化学性质与过程
第一节 土壤的离子吸附与交换 第二节 土壤的酸碱性 第三节 土壤的氧化还原反应 第四节 土壤的保肥供肥性
第一节 土壤的离子吸附与交换
一、土壤胶体的概念及种类 二、土壤胶体的构造 三、土壤胶体的性质 四、 土壤的吸收的性能 五、土壤阳离子交换作用 六、土壤中的阴离子吸附
三、土壤胶体的性质
土壤胶体特性对土壤理化性质和 肥力状况起着巨大影响，其中影响最 大的特性有三个： （一）土壤胶体的比表面积和表面能 （二）胶体带有电荷 （三）土壤胶体存在可改变的状态 ――凝聚与分散
（一）土壤胶体的比表面积和表面能
比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或 体积）物体的总表面积：比面积＝表面积/重量 单位为m2/g、cm2/g；（相同重量的物体，颗粒 分得越小，其比面积越大）
与土壤溶液中的其他阳离子相互交换的过程。
土壤阳离子交换是土壤中普遍存在的一种胶体现象，是土 壤能保存养分并且向植物提供养分的主要原因。 土壤胶体一般带负电，能吸附土壤溶液中的阳离子于胶体的 周围，叫做离子吸附；这些被吸附的阳离子在一定条件下可以
和土壤溶液中的阳离子互相交换，从胶体表面进入溶液，叫做
解吸，这种通过吸附和解吸，引起离子位置相互交换的作用叫 阳离子交换作用。被吸附的阳离子称为交换性阳离子.
2．土壤胶体电荷的种类 （1）永久电荷 由于同晶代换的作用产生的电 荷，叫永久电荷。这种电荷的数量值决定于矿 物晶格中的同晶代换离子的多少，与其他土壤 条件无关，只有当该种矿物遭受化学风化转变 为另一种矿物时其电荷才会变化。这种电荷发 生的方式以蒙脱石居多，伊利石较少，高岭石 很少。 （2）可变电荷 指胶体随土壤溶液pH值的 变化 而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。其 主要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来 自矿质胶体晶格的断键。
盐基饱和度（%）= 交换性盐基离子总量（cmol/kg±） 阳离子交换量（cmol/kg±） ×100%

它与土壤酸碱反应关系密切。
六、土壤中的阴离子吸附
土壤溶液中的阴离子可以被带正电胶体吸附， 但是土壤对阴离子吸附和保持机理比阳离子更为复 杂，往往和化学固定专性吸附等交织在一起。一般
土壤中存在的阴离子常按被土壤吸附保持的难易程
度分为三类：
（1）易于被土壤吸附的阴离子 如磷酸根 （H2PO4- HPO42- PO43-）、硅酸根（HSiO3-、 SiO32-）和某些有机酸的阴离子（如草酸根）。 （2）吸附作用很弱或进行负吸附的离子 如Cl-、 NO3- NO2-出现负吸附（固体表面浓度低于溶液中浓 度）极易随水流失。 （3）中间类型的阴离子 如SO42-、CO32-、 HCO3-、及某些有机酸（如醋酸根）的阴离子，土 壤吸收它们的能力介于以上两类之间。
因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，
所以加入阳离有使胶体凝聚的 作用。但多 种阳离子促使胶体凝聚作用的大小并不同。 一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强， 同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小 的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引 起胶体凝聚作用大小的顺序为: Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+
土壤胶体颗粒的构造
胶核 土壤胶团 土壤胶体分散系 土壤溶液 双电层 补偿离子层 定位离子层（内层） 胶粒
非活性层
扩散层
反离子 层
胶体微粒核也称作胶核，是胶体的固相部分，由粘
粒或腐殖质等所组成。 在胶核表面因为分子的解离而产生一层离子并带有 某种电荷，这个离子层称为决定电位离子层或双电 层内层。 由于决定电位离子层的存在，必然吸附介质中与其 电荷相反的离子围绕在其周围，形成补偿离子层。 补偿离子层按其被决定电位离子层吸引的力的大小 和活动力的强弱又可分为两部分：非活性层和扩散 层。 因此，胶体微粒是由微粒核和双电层构成的。胶体 微粒是电中性的。胶体通常所说的胶体带电，是指 胶粒带电，而胶粒是由微粒核、决定电位离子层和 非活性层一起构成的。微粒核与决定电位离子层一 起组成微粒团，其也带电。
四、 土壤的吸收性能 1、土壤吸收性能的类型 土壤吸收性能——是指土壤能吸收 和保持土壤溶液中的分子和离子悬液中 的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。 （一）机械吸收作用 机械吸收作用——是指土壤对进入 其中的固体物质的机械阻留作用。 机械吸收作用对养分的保存只能起部 分极其有限的作用。
（二）物理吸收作用 物理吸收作用——是指土壤对分子态 物质的吸附保持作用。 它是由土壤颗粒界面上表面能引起的， 有机肥料中一些液态的分子物质如尿酸、 氨基酸、醇类、有机碱类及农药中的一些 分子等以这种吸收方式而保存在土壤中， 一些气体 分子如NH3、CO2也属于这种吸 收类型。
土壤胶体对所吸附的物质是选择ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，它
只吸附那些可以降低其表面能的物质， 有些物质不能降低其表面能，土粒则不 吸附它们甚至表现为排斥它们，即所谓 负吸附，如无机盐类和无机酸类在土壤 中常常是负吸附作用。 由于土壤 的物理吸附作用，使根际土壤 溶液浓度不一，为根系选择适宜的浓度 进行吸收创造了条件。
土壤及地下水，使土壤向碱化方向演化。即“南酸北碱”。 （二）母质因素 母岩母质的组成性质对土壤酸碱度具有深刻的影 响。如酸性岩上发育的土壤容易向酸性发展，而基性岩相反。 （三）生物因素 生物产生的CO2溶于水产生的H+对于土壤酸化有 如酸性肥（NH4）2SO4、 KCl长期使用
重要作用。另外植被不同，残体成分不同，影响土壤酸碱性。
由于表面的存在而产生的能量， 叫做表面能。 表面能可以做功，能够吸附其他 物质，物质的比面积越大，吸附能力 也越强，由于土壤胶体具有巨大的表 面积，因而具有巨大的表面能。
（二）胶体带有电荷
1、胶体带电的原因 土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学 特性。造成胶体带电的原因主要有以下三种： （1）同晶代换 （2）断键 （3）表面分子的解离 土壤胶体能解离出H+而带负电的胶体称为酸胶 基或负胶体； 能解离出OH-而带正电的胶体称为碱胶基或正 胶体， 能解离出H+也能解离出OH-的则称为两性胶体。
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。
（五）盐基饱和度
盐基饱和度 ——指土壤中交换性盐基离子（K+、
Na+、NH4+、Ca2+ 、Mg2+等）总量占阳离子交换量 的百分数
离子价： 高价离子交换能力＞低价离子 离子半径和离子水化半径： 同价离子，离子半径大 的、水化半径小的交换能力大 离子的运动速度： H+水化很弱只与1个水分子结合， H3O+半径很小，运动速度快，因此交换能力大于二 价离子 离子浓度 ： 交换能力弱的离子在浓度足够大的情 况下，可以交换吸附浓度低高价离子。综上所述， 阳离子交换能力顺序为：
Fe3+ 、Al3+ ＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞
Na+
（四）阳离子交换量
阳离子交换量（CEC）（Cation Exchange Capacity—
—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。
土壤CEC大小受这些因素影响：
1、胶体含量 质地粘重CEC大。
一、土壤胶体的概念及种类
土壤胶体：大小在1-100nm（在长、宽和高三个方向上，至少
有一个方向在此范围内）的土壤固体颗粒。分三种类型：
（一）土壤无机胶体 1、层状硅酸盐粘土矿物 有 1：1型如高岭石，2：1型如 蒙脱石； 2、氧化物及其水合物 Al Fe Si Ca Mn Ti的氧化物及水
合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒表面。 （二）土壤有机胶体 主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋
（三）化学吸收作用 化学吸收作用——是指易溶性盐在土壤 中转变为难溶性盐而保存在土壤中的过 程。这种吸收是化学反应为基础的，也 称为化学固定。 化学吸收虽然减少了一些养分的流失， 但同时却降低了它们的有效性。因此， 对供给植物养分是不利的，应加以人为 控制，避免其发生。
（四）物理化学吸收作用 土壤的物理化学吸收作用——也叫离子 交换作用，是指土壤胶体补偿离子层中 的离子与土壤溶液中的离子进行交换的 作用。 土壤的物理化学吸收作用是由于土壤胶 体带电而引起的，土壤中胶体的物质越 多，带电量越多，其物理化学吸收性能 也就越强。
白质或氨基酸，多肽，多糖类化合物。
（三）土壤有机矿质复合体
二、土壤胶体的构造
土壤胶体是一种分散系统。土壤胶体分散 系统由胶体微粒（分散相）和微粒间溶液 （分散介质）两大部分构成。
胶体微粒在构造上可分为微粒核（胶核）、 决定电位离子层和补偿电位离子层三部分， 决定电位离子层与补偿电位离子层共同组 成胶体微粒的双电层。
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 胶粒
Ca2+ +3K+ NH4+
土壤 胶粒
K+ K+ K+
+ Ca2+ +NH4+
（二）阳离子交换作用的基本特征
可逆反应 等价交换
受质量作用定律的支配
（三）影响阳离子交换的因素
第二节 土壤酸碱性
一、土壤酸碱性产生的原因 二、土壤酸碱的存在形式和表示方法 三、土壤酸碱度的肥力意义 四、土壤缓冲性与缓冲容量
一、土壤酸碱性产生的原因
（一）气候因素 它决定成土过程的淋溶强度。气温高、降雨量大 的气候条件，母质、土壤中的盐基成分易于遭受淋失，使土壤逐渐
酸化。反之，干旱气候，降雨量远远低于蒸发量，盐基成分积累于
土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是 在不断破碎，粒径逐渐变小，比面积都是在不断 增加的。此外，土壤胶体，尤其是2：1型的粘粒 矿物和腐殖质内部的特殊构造也造成了很大的内 表面。如只考虑外表面积，高岭石比面积的典型 值是10－30m2/g，蒙脱石是40－100m2/g，但若 将那表面计算在内，蒙脱石的比面积则高达 800m2/g。
pH值对土壤胶体带电状况影响很大，通常自
然界中土壤pH值大多在5－9之间，高于土壤 胶体大部分组分的 等电点，所以大部分土壤 胶体在通常条件下带负电，但强酸性条件下 的土壤及某些两性胶体的某些部位也会出现 正电荷。
（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚与分散
土壤胶体由两种存在状态，一种是胶体微粒相当充分的分散 在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。 另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的 处于凝 聚状态的胶体，称为凝胶。 胶体的两种存在状态，在一定条件才可以进行某种程度的转 化即溶胶可以转变为凝胶，凝胶也可以转变为溶胶，这一过 程称为分散。 土壤胶体之所以能成为溶胶状态，是由于其带电荷和胶体微 粒表面水膜的存在，因土壤胶粒在同样的 土壤环境中带有同 种电荷促使胶粒互相排斥与分散状态，而水膜的存在能阻止 胶粒的互相碰撞，较少凝聚的机会。由此可见，若向溶液中 加入电解质以中和胶粒上的电性，并减少土壤水分，可促使 溶液凝聚。