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1、第六章土壤胶体与土壤交换性能第1页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造土壤胶体土壤胶体：是指土壤中最细微的颗粒，：是指土壤中最细微的颗粒，胶体颗粒的直径在胶体颗粒的直径在1 11000nm1000nm之间的之间的土粒（至少在长、宽、高三者中有一土粒（至少在长、宽、高三者中有一个方向在此范围内）都可归属于土壤个方向在此范围内）都可归属于土壤胶粒的范围。胶粒的范围。第2页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造一、土
2、壤胶体的种类一、土壤胶体的种类1.1.有机胶体有机胶体2.2.无机胶体无机胶体层状铝硅酸盐矿物、无定形氧化物层状铝硅酸盐矿物、无定形氧化物通常用土壤中粘粒（通常用土壤中粘粒（0.001mm0.001mm）的含量来反映）的含量来反映土壤无机胶体的数量。土壤无机胶体的数量。第3页，本讲稿共35页层状硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性层状硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性种类：种类：高岭组高岭组 蒙蛭组蒙蛭组 水化云母组水化云母组 绿泥石组矿物绿泥石组矿物第4页，本讲稿共35页第5页，本讲稿共35页第6页，本讲稿共35页第7页，本讲稿共35页第8页，本讲稿共35页单位晶层单位晶层 1:11:1型单位晶层型单
3、位晶层:由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样这样1:11:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。个是由氢氧构成的层面。第9页，本讲稿共35页高岭石的矿物结构高岭石的矿物结构第10页，本讲稿共35页第11页，本讲稿共35页2:12:1型单位晶层型单位晶层由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端由两个硅片夹一个铝片
4、构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样样2:12:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。是氧原子面。单位晶层单位晶层 第12页，本讲稿共35页蒙脱石的矿物结构蒙脱石的矿物结构第13页，本讲稿共35页伊利石的结构示意图第14页，本讲稿共35页绿泥石粘粒矿物结构示意图绿泥石粘粒矿物结构示意图由两层四面体与两层八面体构成由两层四面体与两层八面体构成2 2：2 2型矿物型矿物第15页，本讲稿共35页各类粘粒矿物的构造和主要性质
5、构造和性质构造和性质粘粒矿物类型粘粒矿物类型蒙脱石蒙脱石水云母水云母高岭石高岭石结晶类型结晶类型硅铝铁率硅铝铁率晶层顶、底基面情况晶层顶、底基面情况晶层厚度晶层厚度(nm)晶层间吸力晶层间吸力颗粒大小颗粒大小比表面（比表面（m2/g)外表面外表面内表面内表面阳离子交换量阳离子交换量mol(+)/kg膨胀度（）膨胀度（）2:14-O层相接层相接0.962.14弱弱小小700800高高高高60100901002：134-O层相接，中间有钾层相接，中间有钾1.0较强较强中中100200中中中中2040251：12OH层与层与O层相接层相接0.72强强大大520低低无无315 5第16页，本讲稿共35
6、页含水氧化物类胶体含水氧化物类胶体（1 1）含水氧化硅胶体）含水氧化硅胶体土壤中氧化硅的含量很多，只有无定形的氧化硅才可能具有土壤中氧化硅的含量很多，只有无定形的氧化硅才可能具有胶体性质，是一种活性很高的吸附剂。氧化硅胶体带有一定的负胶体性质，是一种活性很高的吸附剂。氧化硅胶体带有一定的负电荷，随电荷，随pHpH值升高，负电荷数增加，但总的来说，其交换量很有值升高，负电荷数增加，但总的来说，其交换量很有限。限。（2 2）含水氧化铁、铝胶体）含水氧化铁、铝胶体氧化铁、氧化铝胶体都是两性胶体，其带电性随环氧化铁、氧化铝胶体都是两性胶体，其带电性随环境的酸碱度变化而改变，在酸性条件下（一般境的酸碱度
7、变化而改变，在酸性条件下（一般pH5pH5）带正）带正电，而碱性条件下可带负电。电，而碱性条件下可带负电。第17页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造一、土壤胶体的种类一、土壤胶体的种类1.1.有机胶体有机胶体2.2.无机胶体无机胶体3.3.有机无机复合胶体有机无机复合胶体（1 1）水分散复合体）水分散复合体（2 2）钠分散复合体）钠分散复合体（3 3）钠质研磨分散复合体）钠质研磨分散复合体第18页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类
8、、构造土壤胶体的种类、构造一、土壤胶体的种类一、土壤胶体的种类二、土壤胶体的构造二、土壤胶体的构造第19页，本讲稿共35页第20页，本讲稿共35页 胶体微粒胶体微粒 胶粒胶粒 胶核胶核 双电层双电层 决定电位离子层（内）决定电位离子层（内）补偿离子层（外）补偿离子层（外）非活性离子层非活性离子层扩散层扩散层 第21页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造第二节第二节 土壤胶体的特性土壤胶体的特性一、具有巨大的比表面和表面能一、具有巨大的比表面和表面能比表面比表面 总面积总面积 质量质量球形土粒比表面球形
9、土粒比表面4 4r r2 2(4/3(4/3 r r3 32.65)2.65)1.13/r(cm3/g)1.13/r(cm3/g)表面能表面能是指界面上的物质分子（表面分子）所是指界面上的物质分子（表面分子）所具有的多余的不饱和能量。具有的多余的不饱和能量。第22页，本讲稿共35页土壤中常见粘土矿物的比表面积（土壤中常见粘土矿物的比表面积（m m2 2gg-1-1）胶体成分胶体成分内表面积内表面积外表面积外表面积总表面积总表面积蒙脱石蒙脱石蛭蛭 石石水云母水云母高岭石高岭石埃洛石埃洛石水化埃洛石水化埃洛石水铝英石水铝英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-
10、5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800第23页，本讲稿共35页我国几种主要土壤的比表面积：我国几种主要土壤的比表面积：砖红壤砖红壤 6080m2 g-1 红红 壤壤 100150m2 g-1 黄棕壤黄棕壤 200300m2 g-1 总之：总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。土壤的比表面积越大。第24页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造第二节第二节
11、土壤胶体的特性土壤胶体的特性一、具有巨大的比表面和表面能一、具有巨大的比表面和表面能二、土壤胶体的带电性二、土壤胶体的带电性永久电荷永久电荷(permanentcharge):由于粘粒矿物晶层内由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。的同晶替代所产生的电荷。可变电荷可变电荷(variablecharge):由于胶核表面分子或原由于胶核表面分子或原子团的解离而产生的电荷。其数量和性质随介质子团的解离而产生的电荷。其数量和性质随介质pHpH而而改变。改变。第25页，本讲稿共35页可可变变电电荷荷的的成成因因主主要要是是胶胶核核表表面面分分子子或或原原子子团的解离：团的解离：A.含水氧化硅的解离含
12、水氧化硅的解离B.粘粒矿物的晶面上的粘粒矿物的晶面上的OH和和H的解离的解离C.腐殖质上某些官能团的解离腐殖质上某些官能团的解离D.含含水水氧氧化化和和水水铝铝石石表表面面的的分分子子中中OH的解离；的解离；pH 3.2从上述四种情况来看，土壤胶体所带的从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和性质与介质的电荷数量和性质与介质的pH值有密切关系。值有密切关系。第26页，本讲稿共35页*影响土壤电荷数量的因素主要有：影响土壤电荷数量的因素主要有：C.pHpH值值 主要影响可变电荷的数量。主要影响可变电荷的数量。B.土壤胶体的种类土壤胶体的种类 土壤质地完全相同的两种土土壤质地完全相同的两种土壤
13、，它们所带的电荷数量可以完全不同。这是由壤，它们所带的电荷数量可以完全不同。这是由于胶体类型不同所导致的。于胶体类型不同所导致的。A.质地一般来说，土壤的质地越粘，土粒越细，质地一般来说，土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量也越多。所以粘土的电荷数量要比壤其电荷总量也越多。所以粘土的电荷数量要比壤土类和砂土类高得多。土类和砂土类高得多。第27页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造第二节第二节 土壤胶体的特性土壤胶体的特性一、具有巨大的比表面和表面能一、具有巨大的比表面和表面能二、土壤胶体的带电性二、土
14、壤胶体的带电性三、土壤胶体的凝聚和分散三、土壤胶体的凝聚和分散胶体由溶胶状态变成凝胶的过程称为胶体由溶胶状态变成凝胶的过程称为胶体的凝聚胶体的凝聚；反之，由凝胶转化为溶胶的过程，称为反之，由凝胶转化为溶胶的过程，称为胶体的分散胶体的分散。第28页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造第二节第二节 土壤胶体的特性土壤胶体的特性一、土壤吸附性能类型一、土壤吸附性能类型1、机械吸附、机械吸附2、物理吸附、物理吸附3、化学吸附、化学吸附4、生物吸附、生物吸附第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子
15、交换5、物理化学吸附、物理化学吸附第29页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能一、土壤吸附性能类型一、土壤吸附性能类型1、机械吸附：、机械吸附：第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换 是指土壤对进入其中的固体物质的机械是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。阻留作用。第30页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能一、土壤吸附性能类型一、土壤吸附性能类型1、机械吸附：、机械吸附：第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换 是指借助于土壤表面张力而吸附在土壤是指借助于土壤表面张力而吸附
16、在土壤颗粒表面的物质分子。颗粒表面的物质分子。2、物理吸附、物理吸附第31页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能一、土壤吸附性能类型一、土壤吸附性能类型1、机械吸附：、机械吸附：第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换 是指进入土壤溶液的某些成分经过化学是指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用，生成难溶性化合物或沉淀，因而保存作用，生成难溶性化合物或沉淀，因而保存于土壤中的现象。于土壤中的现象。2、物理吸附、物理吸附3、化学吸附、化学吸附第32页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能一、土壤吸附性能类型一
17、、土壤吸附性能类型第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换 是指借助于生活在土壤中的生物（包括植物、是指借助于生活在土壤中的生物（包括植物、微生物和一些小动物）的生命活动，把有效性养分微生物和一些小动物）的生命活动，把有效性养分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称为养分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称为养分生物固定。具有选择性、表聚性和创新性。生物固定。具有选择性、表聚性和创新性。1、机械吸附、机械吸附2、物理吸附、物理吸附3、化学吸附、化学吸附4、生物吸附、生物吸附第33页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能一、土壤吸附性能类型
18、一、土壤吸附性能类型第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换 是指发生在土壤溶液与土壤胶体界面上的离子是指发生在土壤溶液与土壤胶体界面上的离子交换吸附。交换吸附。1、机械吸附、机械吸附2、物理吸附、物理吸附3、化学吸附、化学吸附4、生物吸附、生物吸附5、物理化学吸附、物理化学吸附第34页，本讲稿共35页第六章第六章 土壤胶体和土壤吸收性能土壤胶体和土壤吸收性能 第一节第一节 土壤胶体的种类、构造土壤胶体的种类、构造第二节第二节 土壤胶体的特性土壤胶体的特性一、土壤吸附性能类型一、土壤吸附性能类型第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用第35页，本讲稿共35页