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1、土壤的结构土壤的结构1 土壤孔性的概念bb土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙。bb土壤孔性包括孔隙度（孔隙的数量）和孔隙类型（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。Chap.11 土壤孔性2 土壤孔隙度bb土壤孔隙度是单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和土壤密度来计算。bb土壤孔隙度=1-（容重）/相对密度 100%Chap.11 土壤孔性土壤孔隙度=孔隙容积/土壤容积 100%=（土壤容积-土粒容积）/土壤容积 100%=1-（土粒容积/土壤容积）100%=1-（土
2、粒重量/土粒密度）/（土壤重量/容重）100%=（1-容重/土粒密度）100%Chap.11 土壤孔性bb土粒密度：单位容积（无粒间孔隙）的固体土粒的干重。单位为：g/cm3bb土粒相对密度：与4 时水的密度的比值。bb土粒密度的大小主要决定于土壤矿物的密度和有机质的密度。有机质的密度为 1.25-1.40 g/cm3；矿物密度大多在2.6-2.7之间；一般取土粒（土壤）密度为2.65 g/cm3Chap.11 土壤孔性Chap.11 土壤孔性bb土壤容重：是指单位容积土体（包括孔隙在内的原状土）的干重。单位为g/cm3或t/m3。一般旱地土壤容重大体在1.001.80 g/cm3之间。bb土
3、壤容重是一个重要的参数：bb反映土壤松紧度反映土壤松紧度bb计算土壤的重量计算土壤的重量bb计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分和盐计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分和盐分等）的含量分等）的含量bb土壤孔隙比土壤孔隙比Chap.11 土壤孔性3 土壤孔隙类型bb当量孔径:是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,它与孔隙的形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为：d=3/T d为孔隙的当量孔径（mm）、T为土壤水吸力（100Pa）bb当量孔径与土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，则当量孔径愈小。Chap.11 土壤孔性3 土壤孔隙类型非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。这是土壤中最细
4、微的孔隙，当量孔径一般1.5105Pa。毛管孔隙：当量孔径约为0.2-0.02mm,土壤水吸力1.5104Pa-1.5105Pa,具有毛管作用。通气孔隙：当量孔径0.2mm,相应的土壤水吸力17,塑性土（壤土）17-7，弱塑性土（砂壤）7，无塑性土（砂土）0。Chap.13 土壤耕性影响土壤可塑性的因素：代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝聚作用可减少土壤的可塑性。土壤有机质：有机质能提高土壤上、下塑限，但一般不改变其塑性值。Chap.13 土壤耕性3.胀缩性bb土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积收缩的特性称为土壤胀缩性。bb土壤胀缩性强会对植物根
5、系产生机械损伤，易拉断植物根系。bb影响土壤胀缩性的主要因素是土壤胶体，蒙脱石由于晶层间结合不紧，水分容易进入而使晶层间距拉开，其胀缩性远较晶层结合紧密的高岭石大。Chap.13 土壤耕性3 注意土壤耕作、改良土壤耕性（1）防止压板土壤：耕作土壤在降雨，灌溉，人、畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为土壤压板过程。（2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期：（3）改良土壤耕性：可通过增施有机肥料、合理排灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。（4）少、免耕技术Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能1 土壤胶体的概念bb土壤胶体：土壤中粒径1 m或2 m的矿物质颗粒和腐殖质（分散相）分散在土壤溶液（分散介质）中
6、的分散体系。粗分散体系胶体分散体系分子、离子分散体系Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能2 土壤胶体的类型 无机胶体；有机胶体；有机无机复合体 含水氧化物无机胶体 层状硅酸盐矿物Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能bb硅氧片和硅四面体：硅四面体硅四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。是由四个氧原子和一个硅原子所组成。许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。氧原子许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。氧原子排列成为中间有空的六角形，称为排列成为中间有空的六角形，称为硅氧片硅氧片。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能SiAlOxygensSiliconTetrahedronAluminumOct
7、ahedronSiAlOxygensChap.14 土壤胶体与土壤吸收性能ShareShare1 oxygen1 oxygenChap.14 土壤胶体与土壤吸收性能bb铝氧片和铝八面体铝八面体铝八面体为为6 6个氧原子围绕一个铝原子而构成。个氧原子围绕一个铝原子而构成。许多个铝八面体相互连接成片称为许多个铝八面体相互连接成片称为铝氧片铝氧片。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能SiAlOxygensSiliconTetrahedronAluminumOctahedronSiAlOxygensOctahedral SheetShare2 oxygensSilica Tetrahedral Sh
8、eetAluminum Octahedral SheetKaoliniteNon-Expanding 10 cmol(+)/kg1:1 ClaySi Tetra.Al Oct.Si Tetra.2:1 ClayMontmorilloniteExpanding100 cmol(+)/kgHH2OOHH2OOHH2OOHH2OOHH2OOKInterlayer K+KKKKK2:1 ClayIlliteNon-expanding40 cmol(+)/kgChap.14 土壤胶体与土壤吸收性能3 土壤胶体的构造bb土壤胶体分散系包括胶体微粒（为分散相）和微粒间溶液（为分散介质）两大部分。胶体微粒在构
9、造上可分为微粒核、决定电位离子层和补偿离子层三部分组成。（1）微粒核：主要由腐殖质、无定形的SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能3 土壤胶体的构造（2）双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离子，形成一层离子层（决定电位离子层）；通过静电引力，在其外围形成一层符号相反而电量相等的离子层（补偿离子层）。又称之为双电层。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性（1 1）土壤胶体比表面和表面能）土壤胶体比表面和表面能bb比表面（比面）比表面（比面）是指单位重
10、量或单位体积的总是指单位重量或单位体积的总表面积（表面积（cmcm2 2/g/g，cmcm3 3/cm/cm3 3）。）。bb由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触，由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面，故称为能量产生于物体表面，故称为表面能表面能。胶体数。胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。也就愈强。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤
11、胶体的特性Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性（2 2）土壤胶体带有电荷）土壤胶体带有电荷bb永久电荷永久电荷：它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代：它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电荷不受介质的所产生的电荷。这种电荷不受介质的pHpH值的影值的影响，主要发生在响，主要发生在2 2：1 1型粘粒矿物中，在型粘粒矿物中，在1 1：1 1型矿型矿物中极少。物中极少。bb可变电荷可变电荷：电荷的的数量和性质随介质电荷的的数量和性质随介质pHpH而改而改变的电荷。变的电荷。bb土壤的土壤的pHpH0 0值值是表征其可变电荷特点的一个重要是表征其可变电荷特点的一个重要指
12、标，它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相指标，它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的等时的pHpH值，或称为值，或称为可变电荷零点、等电点可变电荷零点、等电点。SiliconTetrahedronAluminumOctahedronMgAlExamples of Isomorphic SubstitutionProduces a Net Negative ChargeAl3+for Si4+Mg2+for Al3+Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性bb产生可变电荷可的主要原因有：产生可变电荷可的主要原因有：粘粒矿物晶面上粘粒矿物晶面上-OH-OH 基的解离基的解离含水
13、铁、铝氧化物的解离含水铁、铝氧化物的解离腐殖质上某些原子团的解离腐殖质上某些原子团的解离含水氧化硅的解离含水氧化硅的解离粘粒矿物晶层上的断键等。粘粒矿物晶层上的断键等。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性可变电荷土壤：指含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH变化而变化的土壤。（主要是酸性土壤）如：三水铝石pH低于pH0时，Al2O33H2O 2Al(OH)2+2OH-pH高于pH0时，Al2O33H2O 2Al(OH)2O-+2H+Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性bb产生可变电荷可的主要原因有：产生可变电荷可的主要原因有：腐殖质上某些原子团的解离腐殖
14、质上某些原子团的解离 COOH COOCOOH COO-OH O-NH NH3 3 +NH2Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性（3 3）土壤胶体有凝聚和分散作用）土壤胶体有凝聚和分散作用bb土壤胶体溶液如受到某些因素的影响，使胶体微土壤胶体溶液如受到某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做胶体的胶体的凝聚作用凝聚作用；反之，由凝胶分散成溶胶，叫做；反之，由凝胶分散成溶胶，叫做胶体胶体的分散作用的分散作用。bb促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电电动电位位的高低。而电动电位的高
15、低又取决于的高低。而电动电位的高低又取决于扩散层扩散层的的厚度厚度.Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能4 土壤胶体的特性bb凡电荷数量少而水化度大的离子凡电荷数量少而水化度大的离子(如如NaNa+)，形成形成的扩散层厚，电动电位高。使胶体分散；电荷数的扩散层厚，电动电位高。使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子量多，水化度小的离子(如如CaCa2+2+)，形成的扩散层形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶体即可凝聚。薄，电动电位降至一定程度时，胶体即可凝聚。bb电解质种类对胶体的凝聚作用有影响：一般是一电解质种类对胶体的凝聚作用有影响：一般是一价离子价离子 二价离子二价离子 Al Al
16、3+3+Ca Ca2+2+Mg Mg2+2+H H+NH NH4 4+K K+Na Na+bb电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响:浓度大浓度大,可促使凝胶形成。可促使凝胶形成。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用土壤吸收性能土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留土壤溶液中是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体以及微的分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性生物的能力。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性能。能。1.1.土壤吸收性能类型土壤吸收性能类型（1 1）机械吸收性：）机
17、械吸收性：是指土壤对是指土壤对固体物体固体物体的的机械阻机械阻留留，如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，均，如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤中。可被保留在土壤中。这种吸收作用取决于土壤的孔隙状况。这种吸收作用取决于土壤的孔隙状况。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2 2）物理吸收性：）物理吸收性：这种吸收性能是指土壤对这种吸收性能是指土壤对分子分子态物质态物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附较少而溶液中浓度较
18、大，前者称为胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者称为正吸附正吸附，后者称为，后者称为负吸附负吸附。产生这种作用的原因是由于固体颗粒界面上的产生这种作用的原因是由于固体颗粒界面上的表表面自由能面自由能的作用。的作用。气态物质（水气、气态物质（水气、COCO2 2、NHNH3 3等）和细菌的吸附也是等）和细菌的吸附也是物理吸附。物理吸附。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（3 3）化学吸附性：）化学吸附性：是指易溶性盐在土壤中转变为是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。这种吸收是纯化学作用过程。这种吸收是纯化学
19、作用过程。（4 4）物理化学吸收性：）物理化学吸收性：是指土壤对可溶性物质中是指土壤对可溶性物质中离子态离子态养分的保持能力。养分的保持能力。这种吸收是以物理吸收为基础，又呈现出化学反这种吸收是以物理吸收为基础，又呈现出化学反应相似的特性。应相似的特性。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（5 5）生物吸收性：）生物吸收性：是指土壤中植物根系和微生物是指土壤中植物根系和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是选择对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是选择性，并且具有累积和集中养分的作用。性，并且具有累积和集中养分的作用。上述五种吸收性不是孤立的，而是相互联系、相
20、上述五种吸收性不是孤立的，而是相互联系、相互影响的，都具有重要的意义。互影响的，都具有重要的意义。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用2.2.土壤物理化学吸收性能土壤物理化学吸收性能土壤物理化学吸收性能土壤物理化学吸收性能即是土壤离子交换作用。即是土壤离子交换作用。分为土壤阳离子交换作用和阴离子交换作用分为土壤阳离子交换作用和阴离子交换作用（1 1）土壤阳离子交换作用）土壤阳离子交换作用 K K+Ca Ca2+2+2KCl =K+2KCl =K+CaCl+CaCl2 2bb离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的吸附过程吸
21、附过程；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的过程，称为离子的中的过程，称为离子的解吸过程解吸过程。土壤胶体土壤胶体Cation Exchange Capacity -SOILCa+2Mg+2Al+3K+Ca+2Mg+2H+Ca+2H+CaCa+2MgMg+2KK+AlAl+3CaCa+2HH+MgMg+2HH+MgMg+2CaCa+2KK+Ca+2CaCa+2Exchangeable CationsAlAl+3H+K+HH+Mg+2Ca+2MgMg+2ReserveActiveActiveChap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用 阳离子
22、交换作用特点：a.可逆反应 b.反应迅速 c.等量交换 它是等量电荷对等量电荷的反应。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用 阳离子交换能力阳离子交换能力 阳离子交换能力阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体上另一种是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳离子交换能力大阳离子交换出来有能力。各种阳离子交换能力大小的顺序为：小的顺序为：FeFe3+3+Al Al3+3+H H+Ca Ca2+2+Mg Mg2+2+NH NH4 4+K K+Na Na+bb影响阳离子交换能力的因素有：影响阳离子交换能力的因素有：a.a.电荷的数量电荷的数量 b.b.离子半径和离
23、子水化半径离子半径和离子水化半径c.c.离子浓度离子浓度Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用 阳离子交换能力 b.离子半径和离子水化半径同价离子的半径增大，则单位表面积的电荷量（电荷密度）减少，电场强度减弱，故对极性水分子的吸引力小，离子外围的水膜薄，水化半径减少，因而离负电胶体的距离较近，相互吸引力较大，具有较强的交换能力。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用土壤阳离子交换量（土壤阳离子交换量（CationCation Exchange Exchange Capacity
24、CECCapacity CEC）阳离子交换量（或吸收容量）阳离子交换量（或吸收容量）是指在一定是指在一定pHpH值条值条件下每件下每1000g1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数（的厘摩尔数（cmolcmol/kg/kg）。）。土壤阳离子交换量可以作为土壤保肥力的指标，土壤阳离子交换量可以作为土壤保肥力的指标，CECCEC的大小，受下述因素的影响：的大小，受下述因素的影响：a a、胶体数量胶体数量 b b、胶体类型胶体类型c c、土壤土壤pHpH值值Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能Structure of Humic AcidR-C00-R-C
25、00-R-C00-R-C00-R-C00-Contributes to high CEC 200 cmol(+)/kgChap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用土壤的盐基饱和度土壤的盐基饱和度bb土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是盐基离盐基离子子，包括，包括CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+、NaNa+、NHNH4 4+等；另一类等；另一类是是致酸离子致酸离子，即，即H H+、AlAl3+3+。土壤中交换性盐基离土壤中交换性盐基离子总量子总量cmolcmol/kg/kg占阳离子交换量占阳离子交换量cmolcmol/kg/kg
26、的百分数的百分数称为土壤的盐基饱和度，即：称为土壤的盐基饱和度，即：bb盐基饱和度盐基饱和度 =交换性盐基总量交换性盐基总量/阳离子交换量阳离子交换量 100%100%Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用影响交换性阳离子有效度的因素影响交换性阳离子有效度的因素a.a.交换性阳离子的饱和度交换性阳离子的饱和度离子饱和度：土壤吸附的某离子量占土壤全部阳离子饱和度：土壤吸附的某离子量占土壤全部阳离子量的百分数。离子量的百分数。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用b.b.陪伴（补）离子效应陪伴（补）离子效应土壤胶体上同时吸附着多种阳离子，对其中某
27、种土壤胶体上同时吸附着多种阳离子，对其中某种离子来说，其余的各种离子都称为它的陪补离子。离子来说，其余的各种离子都称为它的陪补离子。Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用c.阳离子的非交换性吸收（专性吸附）专性吸附的阳离子均为非交换性离子，其反应也不完全遵循可逆反应和等量交换的规则。1）阳离子与氧化铁、铝及其水合物胶体表面氧的结合作用Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用 OH-1 O-M 0Fe +M2+Fe +H+OH OH OH -1 O-MOH -1Fe +MOH Fe +H+OH OHChap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶
28、体的交换吸附作用c.阳离子的非交换性吸收（专性吸附）2）矿物固定、晶穴固定：NHNH4 4+、K K+离子离子被固被固定在硅氧四面体联成的六边型晶穴中，不能被定在硅氧四面体联成的六边型晶穴中，不能被交换出来的现象。交换出来的现象。阳离子专性吸附的意义：富集作用地球化学探矿调控金属元素的生物毒性和生物有效性Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2）阴离子的交换吸附阴离子的交换吸附是指土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子相互交换的作用。这种交换作用与阳离子交换作用一样，服从质量作用定律，但土壤中的阴离子往往与化学固定等交织在一起，很难分开。Chap.14
29、 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2）阴离子的交换吸附 阴离子吸附类型阴离子吸附类型a a、易于被土壤吸附的阴离子（磷酸根、易于被土壤吸附的阴离子（磷酸根、H H2 2POPO4 4-、HPOHPO4 42-2-、POPO4 43-3-，硅酸根硅酸根HSiOHSiO3 3-、SiOSiO3 32-2-），），这些离这些离子也易与阳离子反应产生难溶性化合物；子也易与阳离子反应产生难溶性化合物；b b、很少或根本不被吸附的阴离子（很少或根本不被吸附的阴离子（ClCl-、NONO3 3-、NONO2 2-）这些离子常常出现负吸附；这些离子常常出现负吸附；c c、介于上述两者之间的阴
30、离子（介于上述两者之间的阴离子（SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-、HCOHCO3 3-）Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2）阴离子的交换吸附影响土壤对阴离子吸收的因素影响土壤对阴离子吸收的因素a a、阴离子的价数阴离子的价数ClCl-、NONO3 3-SO SO4 42-2-PO PO4 43-3-OHOH-b b、胶体组成成分（铁铝氧化物）胶体组成成分（铁铝氧化物）c c、土壤土壤pHpH值（酸性条件带正电荷多）值（酸性条件带正电荷多）Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2）阴离子的交换吸附阴离子的专性吸附（又称配
31、位体交换吸附）某些含氧酸的阴离子（H3SiO4-,H2PO4-,HMoO4-等）以及氟离子（F-）进入黏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胶体表面的现象Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2）阴离子的交换吸附 OHOH2 2 +OPO OPO3 3H H2 2 0 0Fe +HFe +H2 2POPO4 4 -Fe +H Fe +H2 2O O (pHZPC)(pHZPC)(pHZPC)OH OH OH OH ZPCZPC=zero point of charge (=zero point of charge (电荷零点电荷零点)IEPIEP=isoelectricisoelectric point (point (等电点等电点)Chap.14 土壤胶体与土壤吸收性能5 土壤胶体的交换吸附作用（2）阴离子的交换吸附