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1、第六章土壤第六章土壤本讲稿第一页，共四十二页一、土壤胶体的构造及电位一、土壤胶体的构造及电位（一）胶体的构造模式（一）胶体的构造模式通常所说的土壤胶体，准确地说应叫土壤胶体颗粒，其组成主要分两部分：微粒核；双电层。1、微粒核（胶核）、微粒核（胶核）主要是晶体颗粒及无定形颗粒构成的，其成分为晶质非晶质的含水氧化物有机物质的腐殖质、蛋白质等。上述这些都是固态物质。本讲稿第二页，共四十二页2、双电层、双电层（1）决定电位离子层）决定电位离子层（又称：双电层内层、内离子层）是固定在微粒核表面，并决定其胶体的电荷和电位的一层离子。其带电的符号决定于胶核的性质。（也就是说，带正/负电是由胶核性质决定的。本
2、讲稿第三页，共四十二页（2）补偿离子层）补偿离子层（又叫双电层外层，反离子层）由于微粒核表面带电，产生强大的静电引力（同电性相斥，异电相吸）吸附带相反电荷的离子，形成补偿离子层。补偿离子层分布着与决定电位离子层符号相反，数量相等的电荷。本讲稿第四页，共四十二页非活性补偿离子层非活性补偿离子层由于受决定电位离子层的引力强，被胶核由于受决定电位离子层的引力强，被胶核牢固地吸附而不能自由活动，它是随着牢固地吸附而不能自由活动，它是随着胶核运动，称为非活性补偿离子层。胶核运动，称为非活性补偿离子层。扩散层扩散层（活性补偿离子层，离子扩散层）（活性补偿离子层，离子扩散层）在非活性补偿离子层外层有一层疏散
3、在非活性补偿离子层外层有一层疏散（不紧密）地分布着的离子，受内层引（不紧密）地分布着的离子，受内层引力小，活动度大，呈扩散分布的状态，力小，活动度大，呈扩散分布的状态，并逐渐向介质溶液中过渡，成为扩散层。并逐渐向介质溶液中过渡，成为扩散层。扩散层的离子具有代换能力，能被溶液中扩散层的离子具有代换能力，能被溶液中其它离子代换出来。其它离子代换出来。本讲稿第五页，共四十二页可见，胶体的基本构造为微粒和双电可见，胶体的基本构造为微粒和双电层。微粒核和双电层的内层（即决定层。微粒核和双电层的内层（即决定电位离子层）一起合称为微粒团；微电位离子层）一起合称为微粒团；微粒团和非活性补偿离子层一起合称为粒团
4、和非活性补偿离子层一起合称为胶粒，胶粒加上扩散层总称为胶体微胶粒，胶粒加上扩散层总称为胶体微粒。粒。本讲稿第六页，共四十二页(二二)胶体的电位及影响因素：胶体的电位及影响因素：1、胶体的电位、胶体的电位（1）热力学电位（全电位）热力学电位（全电位）是指决定电位离子层（或微粒团）与溶液介质间的电位差，以表示。在一定的胶体体系内，它的大小是不变的。本讲稿第七页，共四十二页（2）电动电位）电动电位是指非活性补偿离子层（或胶粒）是指非活性补偿离子层（或胶粒）与溶液介质间的电位差，以与溶液介质间的电位差，以表示，表示，它的大小依扩散层的厚度而定，一般它的大小依扩散层的厚度而定，一般随扩散层厚度的增加而增
5、大（即扩散随扩散层厚度的增加而增大（即扩散层比较厚，带电荷多，层比较厚，带电荷多，故电位大），胶体所显示的电性强弱，故电位大），胶体所显示的电性强弱，就是决定于这个电动电位。就是决定于这个电动电位。本讲稿第八页，共四十二页2、影响电动电位的因素、影响电动电位的因素（1）电解质浓度的增大，则可压缩双电）电解质浓度的增大，则可压缩双电层的厚度，有效的补偿胶粒表面的电荷，层的厚度，有效的补偿胶粒表面的电荷，降低电动电位，溶液中溶质浓度大，对胶降低电动电位，溶液中溶质浓度大，对胶体挤压，使厚度变小了，电位下降了。体挤压，使厚度变小了，电位下降了。（2）补偿离子层中的高价离子增加，也强）补偿离子层中的高
6、价离子增加，也强烈的降低电动电位，特别是某些高价离子被烈的降低电动电位，特别是某些高价离子被胶核吸附后，迅速降低电动电位，甚至改变胶核吸附后，迅速降低电动电位，甚至改变了电动电位的符号。了电动电位的符号。本讲稿第九页，共四十二页（3）胶体吸附水化度高的低价离子）胶体吸附水化度高的低价离子例如钠，因水膜加厚，不易靠近决定例如钠，因水膜加厚，不易靠近决定电位离子层，扩散层加大，虽然全电位电位离子层，扩散层加大，虽然全电位不变，而电动电位加大。不变，而电动电位加大。由（由（1）、（）、（2）、（）、（3）我们可以看出，）我们可以看出，电动电位主要与双电层厚度电动电位主要与双电层厚度（扩散层厚度）相关
7、，扩散层厚度大，（扩散层厚度）相关，扩散层厚度大，电动电位也大。电动电位也大。本讲稿第十页，共四十二页二、土壤胶体的性质二、土壤胶体的性质（一）胶体表面性质（一）胶体表面性质1、胶体有极大的比表面和巨大的表面能比、胶体有极大的比表面和巨大的表面能比表面越大，表面能越大，所以表面能的大表面越大，表面能越大，所以表面能的大小与比表面呈正相关，因此胶体具有巨大小与比表面呈正相关，因此胶体具有巨大的表面能。的表面能。2、胶体的带电性、胶体的带电性土壤胶体的电荷产生原因很多，土壤胶体的电荷产生原因很多，主要原因有以下个主要原因有以下个本讲稿第十一页，共四十二页（1）同晶置换作用）同晶置换作用土壤粘土矿物
8、中的铝硅酸盐矿物，晶层土壤粘土矿物中的铝硅酸盐矿物，晶层的的SiO片和片和 AlO片中硅离子被铝离片中硅离子被铝离子或铝离子被二价铁离子、镁离子所置子或铝离子被二价铁离子、镁离子所置换，都产生过剩的负电荷。反之，使胶换，都产生过剩的负电荷。反之，使胶体带正电，因为置换的电荷与体带正电，因为置换的电荷与PH无关无关（即酸碱条件无关），故成为永久电荷，（即酸碱条件无关），故成为永久电荷，一般同晶置换的电荷多带负电荷，故又一般同晶置换的电荷多带负电荷，故又称为永久负电荷。称为永久负电荷。本讲稿第十二页，共四十二页（2）晶格破碎边缘和棱角面的断键）晶格破碎边缘和棱角面的断键我们知道矿物在物理、化学、生
9、物同化作用后产生我们知道矿物在物理、化学、生物同化作用后产生破碎，在破碎的过程中，晶体晶格边缘的离子有一破碎，在破碎的过程中，晶体晶格边缘的离子有一部分电荷未得到中和，而产生剩余价键，使晶层带部分电荷未得到中和，而产生剩余价键，使晶层带电。电。例如例如:晶格在晶格在Si层或层或Al层截面上断裂，层截面上断裂，SiOSi或或AlOAl.在断裂后，断面上留下在断裂后，断面上留下SiO，AlO从而带负电。也可能是从而带负电。也可能是SiO键或键或AlO键断裂产生边角上，键断裂产生边角上，Si或或Al等价键不饱合，等价键不饱合，而带正电。而带正电。本讲稿第十三页，共四十二页（3）胶体向介质解离或吸附离
10、子而带电）胶体向介质解离或吸附离子而带电在碱性条件下在碱性条件下：PH7时，带负电Al（OH）3+NaOHAl（OH）2O+Na +H2O 解离氢离子Al（OH）3+OHAl（OH）2O（H2O）吸附OH在酸性条件下在酸性条件下：PHAl3+H+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+(书中65页有错误：H+在Ca2+之前)本讲稿第十九页，共四十二页阳离子浓度阳离子浓度阳离子达到一定浓度时，才能起凝聚作用。阳离子达到一定浓度时，才能起凝聚作用。阳离子浓度高，凝聚力强；阳离子浓度低，阳离子浓度高，凝聚力强；阳离子浓度低，凝聚力弱。因为浓度大，压缩双电层厚度，凝聚力弱。因为浓度大，压缩双电层厚度，电动电
11、位降低，而且胶体的凝聚作用是可逆电动电位降低，而且胶体的凝聚作用是可逆的，一价离子所引起的凝聚作用是可逆的的，一价离子所引起的凝聚作用是可逆的（一价离子的凝聚作用弱，所以是可逆的）；（一价离子的凝聚作用弱，所以是可逆的）；二价、三价离子则是不可逆的。二价、三价离子则是不可逆的。本讲稿第二十页，共四十二页（2）所带电荷相反的胶体相互作用时，则可）所带电荷相反的胶体相互作用时，则可发生凝聚作用。发生凝聚作用。（3）降低土壤溶液的）降低土壤溶液的PH，（越呈酸性，带，（越呈酸性，带的正电荷越多）减少胶体的负电荷。的正电荷越多）减少胶体的负电荷。由于H+置换胶体吸附的Na+和其它一价阳离子，从而降低了
12、电动电位，加速了胶体的凝聚，或用高价阳离子置换一价阳离子，因高价离子可被决定电位离子层紧密吸附，从而降低电动电位，加速凝聚。本讲稿第二十一页，共四十二页(4)在土壤干燥或冻结过程中，由于增在土壤干燥或冻结过程中，由于增加了土壤溶液中的电解质浓度加了土壤溶液中的电解质浓度（即浓度高，电动电位低）。同时也减少了扩散层厚度（使电动电位低），而引起胶体凝聚。本讲稿第二十二页，共四十二页三、土壤胶体的种类三、土壤胶体的种类土壤胶体物质是土壤形成过程中的产物，按其成分和特性，可以分为以下三类：（1）无机胶体（又称矿质胶体）无机胶体（又称矿质胶体）（2）有机胶体（腐殖质胶体）有机胶体（腐殖质胶体）（3）有机
13、）有机无机复合胶体无机复合胶体本讲稿第二十三页，共四十二页第二节第二节 土壤的吸收性能土壤的吸收性能土壤的吸收性能：土壤的吸收性能：指土壤能吸收和保留土壤溶液中分子和离子，悬浮液中的悬浮颗粒，气体以及微生物的能力。这种能力在土壤肥力和土壤性质上起着极为重要的作用。一、土壤吸收性能的种类一、土壤吸收性能的种类可分为以下五种：本讲稿第二十四页，共四十二页（一）土壤机械吸收作用（一）土壤机械吸收作用是指土壤对物质的机械阻留，也就是土壤能将大于孔隙的物质阻留下来。例如：将大的固体颗粒、有机质碎屑，藻类和其他粗的化学沉淀物阻留在土壤中，这种作用称为土壤机械吸收作用。本讲稿第二十五页，共四十二页（二）物理
14、吸收作用（二）物理吸收作用又称非极性吸收和分子吸收作用，主又称非极性吸收和分子吸收作用，主要是胶体借表面能而从溶液和空气中要是胶体借表面能而从溶液和空气中吸附和保持一些分子态物质（例如：吸附和保持一些分子态物质（例如：CO2、H2、H2O、NH3等）的作用。等）的作用。由胶体能量引起的吸附。由胶体能量引起的吸附。本讲稿第二十六页，共四十二页（三）土壤化学吸收作用（三）土壤化学吸收作用土壤溶液中可溶性物质生成难溶性物质土壤溶液中可溶性物质生成难溶性物质而沉淀的过程称为土壤化学吸收作用过而沉淀的过程称为土壤化学吸收作用过程。程。化学吸收作用的实质是养分的固定作用化学吸收作用的实质是养分的固定作用（
15、因为它变为沉淀而固定了）。（因为它变为沉淀而固定了）。它虽使养分固定在土壤中免于淋失。但它虽使养分固定在土壤中免于淋失。但对植物有效性养分供应不利，其害处较对植物有效性养分供应不利，其害处较多，多，应加以控制。应加以控制。本讲稿第二十七页，共四十二页（四）土壤生物吸收作用（四）土壤生物吸收作用指土壤中的微生物和绿色植物从土壤溶液中吸收各种营养元素，并以有机质的形式在土壤中积累的过程。这种作用使土壤中积累的灰分元素和含氮的有机质在通过微生物的分解，重新释放出来，供植物利用。本讲稿第二十八页，共四十二页（五）土壤物理化学吸收作用（五）土壤物理化学吸收作用又称极性吸收或代换吸收做用。带负电的胶体吸收
16、阳离子，称为阳离子吸收；带正电的胶体吸收阴离子，称为阴离子吸收。在吸收过程中，胶体微粒上原来吸收的离子与溶液中离子进行代换作用，把溶液中的离子吸收到胶粒上，而把胶体微粒上原来吸收的离子释放到溶液中去，所以，这种吸收作用又称为土壤胶体的代换吸收作用。本讲稿第二十九页，共四十二页二、土壤的离子代换二、土壤的离子代换土壤的物理化学吸附作用即土壤的离子交换作用，或称为土壤的离子代换作用。土壤的离子代换作用可分为两大类：类：阳离子的代换作用，即带负电的土壤胶体吸附的阳离子与溶液中的阳离子进行代换。类：阴离子的代换作用，即带正电的土壤胶体吸附的阴离子与溶液中的阴离子进行代换。本讲稿第三十页，共四十二页（一
17、）阳离子的代换作用（一）阳离子的代换作用1、阳离子代换的特点、阳离子代换的特点（1）是一种可逆反应，能迅速达到平衡，进行速度不受温度和土壤反应的影响。（2）阳离子代换按等摩尔关系进行：在代换的过程中，离子与离子之间是从以离子价为根据，作等价交换的。本讲稿第三十一页，共四十二页2、影响阳离子代换的因素、影响阳离子代换的因素主要有两个方面：影响阳离子代换能力的因素；影响阳离子代换速度的因素。（1）影响阳离子代换能力的因素）影响阳离子代换能力的因素阳离子的代换力阳离子的代换力：一种阳离子将其他阳离子从胶体微粒上代换下来的能力，称为阳离子的代换力。各种阳离子的代换力的大小顺序是Fe3+Al3+H+Ca
18、2+Mg2+NH4+K+Na+，阳离子代换力的大小受下列离子支配：本讲稿第三十二页，共四十二页离子交换能力随代换离子价数增加而增大：即Na+Ca2+Al3+Ti4+。因为价数高的阳离子电荷量大，电性强，所以交换能力也大。等价离子代换力一般随离子、原子序数的增加而增大。即：Li+Na+K+Rb+Cs+,Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+Ra2+.离子运动速度越快，代换力越强。阳离子代换力的大小受质量作用定律的支配，即：离子浓度越大，代换力越强。而代换力弱的离子在浓度很高的情况下，也能将代换力强而浓度小的离子交换出来。本讲稿第三十三页，共四十二页（2）影响阳离子代换量的因素）影响阳离子代换量的因素阳
19、离子交换量阳离子交换量：每千克土中所含全部阳离子总量，称为阳离子代换量，或称交换性阳离子总量。胶体的种类：胶体的种类：粘土矿物的交换量是：蒙脱石伊利石高岭石；含水氧化铁、铝的交换量极低；有机胶体的交换量很大，而腐殖质含量高的土壤，其交换量远高于粘土矿物。溶液的溶液的PH值：值：一般随PH值的增加，土壤负电荷随之增大，交换量增大。本讲稿第三十四页，共四十二页3、土壤的盐基饱和度、土壤的盐基饱和度（1）土壤代换性阳离子分两类：）土壤代换性阳离子分两类：类是：类是：Al3+、H+类是盐基离子（如：类是盐基离子（如：Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+等）等）盐基饱和度：就是代换性盐基离子总量占
20、代换盐基饱和度：就是代换性盐基离子总量占代换性阳离子总量的百分比称为盐基饱和度。性阳离子总量的百分比称为盐基饱和度。按下列公式计算：盐基饱和度（代换性盐按下列公式计算：盐基饱和度（代换性盐基离子代换性阳离子总量）基离子代换性阳离子总量）（代（代换量代换性换量代换性Al3+、H+/代换量）代换量）。本讲稿第三十五页，共四十二页在土壤吸收复合体中，代换性阳离子均在土壤吸收复合体中，代换性阳离子均为盐基离子，称为盐基饱和土壤，若其为盐基离子，称为盐基饱和土壤，若其中有中有Al3+、H+时，称为盐基不饱和土时，称为盐基不饱和土壤壤（二）土壤的阴离子代换作用（二）土壤的阴离子代换作用1、土壤阴离子吸附和
21、交换的机理、土壤阴离子吸附和交换的机理根据其吸附和代换的机理可分为两类：根据其吸附和代换的机理可分为两类：非专性吸附非专性吸附专性吸附。专性吸附。本讲稿第三十六页，共四十二页（1）非专性吸附）非专性吸附就是我们通常认为的阴离子代换作用。就是我们通常认为的阴离子代换作用。即由带正电荷的胶体吸附阴离子，作为即由带正电荷的胶体吸附阴离子，作为其平衡离子，这些被吸收的阴离子可为其平衡离子，这些被吸收的阴离子可为溶液中的其他阴离子所代换，并服从离溶液中的其他阴离子所代换，并服从离子代换的一般法则。阴离子对阴离子吸子代换的一般法则。阴离子对阴离子吸附，是可逆反应，很快达到平衡。附，是可逆反应，很快达到平衡
22、。本讲稿第三十七页，共四十二页（2）专性吸附）专性吸附它与非专性吸附相反，胶体表面不一定带它与非专性吸附相反，胶体表面不一定带有正电荷，或正电荷已为阴离子所中和，有正电荷，或正电荷已为阴离子所中和，甚至带有负电荷，被吸附的阴离子不是在甚至带有负电荷，被吸附的阴离子不是在扩散层，而是进入胶体双电层的内层，并扩散层，而是进入胶体双电层的内层，并与金属离子氧化物表面的配位阴离子进行与金属离子氧化物表面的配位阴离子进行交换，因此专性吸附又称为配位体交换。交换，因此专性吸附又称为配位体交换。本讲稿第三十八页，共四十二页2、土壤阴离子吸收代换的特点、土壤阴离子吸收代换的特点（1）阴离子吸收代换的特点）阴离
23、子吸收代换的特点有些阴离子的吸收代换是可逆反应，有些阴离子的吸收代换是可逆反应，并能很快的达到平衡，属非专性吸附。并能很快的达到平衡，属非专性吸附。阴离子的吸收代换常与化学吸收作用同阴离子的吸收代换常与化学吸收作用同时发生，二者不易区分清楚，因此阴离子时发生，二者不易区分清楚，因此阴离子的这种代换作用没有明显的当量关系。的这种代换作用没有明显的当量关系。（属专性吸附）（属专性吸附）本讲稿第三十九页，共四十二页（2）影响阴离子吸收代换的因素）影响阴离子吸收代换的因素胶体组成成分对阴离子吸收有很大影响溶液的PH值电解质的浓度3、土壤阴离子的代换力和代换量、土壤阴离子的代换力和代换量本讲稿第四十页，
24、共四十二页3、土壤阴离子的代换力和代换量土壤阴离子的代换力和代换量（）阴离子的代换力（）阴离子的代换力易被土壤胶体吸附的阴离子和某些有机酸的酸根，实质上它与土壤的化学吸收作用有关。很少吸收或根本不吸收的阴离子：介于上述两者之间的阴离子：本讲稿第四十一页，共四十二页（2 2）阴离子的代换量阴离子的代换量非专性吸附的代换量非专性吸附的代换量随土壤中胶体正电荷数量增加而增加，随土壤中胶体正电荷数量增加而增加，随随PH值的升高而降低。值的升高而降低。专性吸附的代换量专性吸附的代换量与土壤中含水氧化物呈正相关。土壤与土壤中含水氧化物呈正相关。土壤中含水氧化物含量越高，吸附越明显。中含水氧化物含量越高，吸附越明显。本讲稿第四十二页，共四十二页