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1、土壤的化学性质第1页，共99页，编辑于2022年，星期五第一节第一节 土壤胶体土壤胶体土壤胶体：土壤胶体：土壤胶体微粒直土壤胶体微粒直径的上限一般取径的上限一般取20002000毫微米毫微米（在胶体化学中，一般指在胶体化学中，一般指分散相物质的粒径在分散相物质的粒径在1-1001-100毫微米之间的为胶体物质毫微米之间的为胶体物质）。是土壤中高度分散的物质土壤中高度分散的物质1.土壤胶体的种类、土壤胶体的种类、构造构造2.土壤胶体的性质土壤胶体的性质3.土壤的离子交换土壤的离子交换第2页，共99页，编辑于2022年，星期五1.1.土壤胶体的种类和构造土壤胶体的种类和构造1.1土壤胶体的种类土壤
2、胶体的种类 土壤矿质胶体土壤矿质胶体 有机胶体有机胶体 有机有机-无机复合胶体无机复合胶体第3页，共99页，编辑于2022年，星期五1.2土壤胶体的构造土壤胶体的构造晶形胶粒：晶形胶粒：胶体内部组成的分子或离子排列胶体内部组成的分子或离子排列组合有严格的规律。（无机胶体）组合有严格的规律。（无机胶体）非晶形胶粒非晶形胶粒：胶体内部组成的分子或离子排：胶体内部组成的分子或离子排列无严格的规律。（有机胶体）列无严格的规律。（有机胶体）第4页，共99页，编辑于2022年，星期五 非晶形胶粒非晶形胶粒 晶形晶形胶粒胶粒第5页，共99页，编辑于2022年，星期五（1）微粒核（胶核）微粒核（胶核）微粒核是
3、土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成微粒核是土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成。胶核胶核（2 2）扩散双电层）扩散双电层 扩散双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离扩散双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，在固相界面正负电荷分别排成两层，在电解子，在固相界面正负电荷分别排成两层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。扩散双质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。扩散双电层分以下两层电层分以下两层。双电层双电层第6页，共99页，编辑于2022年，星期五决定电位离子层决定电位离子层 是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正是吸附在胶粒核表面，决定
4、胶粒电荷正负及大小的一层离子。负及大小的一层离子。补偿离子层补偿离子层 分为两个层次：分为两个层次：非活性补偿离子层非活性补偿离子层活性补偿离子层活性补偿离子层（3）胶团间溶液：胶团间溶液：胶体分散体系中的分散介质，胶粒之间的土胶体分散体系中的分散介质，胶粒之间的土壤溶液。壤溶液。第7页，共99页，编辑于2022年，星期五胶胶体体微微粒粒的的扩扩散散双双电电层层构构造造图图式式第8页，共99页，编辑于2022年，星期五胶胶团团双双电电层层胶胶核核补偿补偿层层（双（双电外电外层）层）定位离子层定位离子层（双电内层）（双电内层）不活动层不活动层扩散层扩散层胶核胶核微微粒粒团团胶胶粒粒第9页，共99
5、页，编辑于2022年，星期五2.2.土壤胶体的性质土壤胶体的性质2.1巨大的比表面和表面能巨大的比表面和表面能 比表面比表面是指单位重量固体颗粒的表面积是指单位重量固体颗粒的表面积。在物体的表面，由于表面分子的四周不都是在物体的表面，由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力就不均衡，使表面分相同的分子，受到的力就不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表面的存在而产生，所以叫做面的存在而产生，所以叫做表面能表面能。第10页，共99页，编辑于2022年，星期五2.2 2.2 带电性带电性 土壤胶体微粒都带有一定的电荷，在多数情土壤胶体微粒都带
6、有一定的电荷，在多数情况下带负电荷，但也有带正电荷的，还有因环境况下带负电荷，但也有带正电荷的，还有因环境条件不同而带不同电荷的两性胶体。土壤胶体微条件不同而带不同电荷的两性胶体。土壤胶体微粒带电的主要原因是由于微粒表面分子本身的解粒带电的主要原因是由于微粒表面分子本身的解离所致。离所致。第11页，共99页，编辑于2022年，星期五（2）腐殖质胶体带电腐殖质胶体带电COOHCOOHOHOH由于腐殖质分子量大、官能团多，解离后带由于腐殖质分子量大、官能团多，解离后带电量大，对土壤保肥供肥性有重要影响。电量大，对土壤保肥供肥性有重要影响。（1）含水二氧化硅（）含水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO
7、3SiO322H第12页，共99页，编辑于2022年，星期五同晶置换作用同晶置换作用粘粘土土矿矿物物晶晶质质中中的的一一种种离离子子被被另另一一种种离离子子取取代代的的过过程程。在在这这个个过过程程中中，只只改改变变了了矿矿物物质质的的化化学学成成分分，而而矿矿物物的的结结晶晶构构造造不变，故叫做同晶置换作用。不变，故叫做同晶置换作用。（3）粘土矿物胶体带电）粘土矿物胶体带电土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，其电荷来源有以下几个方面：其电荷来源有以下几个方面：第13页，共99页，编辑于2022年，星期五 永久电荷：永久电荷：在岩石化学风化过程中，因粘在岩石化学
8、风化过程中，因粘土矿物晶格内发生同晶置换而产生的电荷。土矿物晶格内发生同晶置换而产生的电荷。第14页，共99页，编辑于2022年，星期五晶格破碎边缘带电晶格破碎边缘带电矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离子一部矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离子一部分电荷未被中和而产生剩余电荷，使晶体边缘带分电荷未被中和而产生剩余电荷，使晶体边缘带电。电。晶格表面分子的解离晶格表面分子的解离当土壤溶液当土壤溶液pH值变化时，晶格表面的值变化时，晶格表面的OH基发生解离。基发生解离。第15页，共99页，编辑于2022年，星期五 可变电荷：可变电荷：随土壤随土壤pH值条件而改变的电荷，值条件而改变的电荷，是由于胶体颗粒
9、表面基团的解离或质子化是由于胶体颗粒表面基团的解离或质子化而引起的。而引起的。第16页，共99页，编辑于2022年，星期五表面既带负电荷，亦带正电荷的土壤表面既带负电荷，亦带正电荷的土壤胶体称两性胶体胶体称两性胶体,随溶液土壤反应的变化随溶液土壤反应的变化而变化（三水铝石、腐殖质上的某些原子而变化（三水铝石、腐殖质上的某些原子团在不同团在不同pH条件下等）。条件下等）。4两性胶体带电两性胶体带电第17页，共99页，编辑于2022年，星期五以以Al（OH）3为例说明如下：为例说明如下：在碱性环境中带负电：在碱性环境中带负电：Al（OH）3NaOHAl（OH）2ONaH2OAl（OH）3HClAl
10、（OH）2ClH2O在酸性环境中带正电：在酸性环境中带正电：第18页，共99页，编辑于2022年，星期五 等电点等电点：在某一：在某一pH条件下，当负电荷和条件下，当负电荷和正电荷的数量相等时，胶体的净电荷为零，正电荷的数量相等时，胶体的净电荷为零，这就是该胶体的等电点这就是该胶体的等电点pH值。值。第19页，共99页，编辑于2022年，星期五2.3 2.3 土壤胶体的分散性和凝聚性土壤胶体的分散性和凝聚性 胶胶体体微微粒粒均均匀匀分分散散在在土土壤壤溶溶液液中中成成为为胶胶体溶液状态，称为溶胶。体溶液状态，称为溶胶。（1）土壤胶体溶液（溶胶）土壤胶体溶液（溶胶）（2）土壤中无定形的凝胶体（凝
11、胶）土壤中无定形的凝胶体（凝胶）微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶体，称凝胶。型絮状凝胶体，称凝胶。第20页，共99页，编辑于2022年，星期五（3）分散和凝聚作用分散和凝聚作用 由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体的凝聚作用。凝聚的速度和强度与两个因素有的凝聚作用。凝聚的速度和强度与两个因素有关：关：一是电解质浓度；一是电解质浓度；二是电解质种类。二是电解质种类。第21页，共99页，编辑于2022年，星期五 土壤胶体分散的原因主要是胶粒间带同土壤胶体分散的原因主要是胶粒间带同电荷，互相排斥，不易凝聚。土壤溶液发生
12、电荷，互相排斥，不易凝聚。土壤溶液发生凝聚而变成凝胶，主要是通过给胶体溶液增凝聚而变成凝胶，主要是通过给胶体溶液增加电解质或加入带相反电荷的胶体或离子。加电解质或加入带相反电荷的胶体或离子。电解质对溶胶的凝聚作用最重要。电解质对溶胶的凝聚作用最重要。第22页，共99页，编辑于2022年，星期五 一一般般地地，离离子子的的价价数数越越高高，离离子子半半径径越越大大，所所产产生生的的凝凝聚聚能能力力越越强强。常常见见阳离子凝聚力的排列顺序是：阳离子凝聚力的排列顺序是：Fe3Al3Ca2Mg2KNH4Na第23页，共99页，编辑于2022年，星期五 凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分凝胶分散成溶胶的
13、作用，叫做胶体的分散作用。散作用。胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。是不可逆的。当当土土壤壤干干燥燥时时，土土壤壤溶溶液液中中的的电电解解质质浓浓度度相相应应增增大大，土土壤壤胶胶体体易易成成凝凝胶胶状状态态。相相反反，当当土土壤壤水水分分增增多多土土壤壤溶溶液液浓浓度度相相应应降降低低，土土壤壤胶胶体体便便会会带有多余的负电荷，互相排斥而成溶胶状态。带有多余的负电荷，互相排斥而成溶胶状态。第24页，共99页，编辑于2022年，星期五 一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍水过多，或胶体吸附的阳离子主要是水过多，或胶体
14、吸附的阳离子主要是NH4、Na，而且又处于稀溶液中，土壤胶体才呈溶而且又处于稀溶液中，土壤胶体才呈溶胶状态。胶状态。第25页，共99页，编辑于2022年，星期五 第二节第二节 土壤的离子交换作用土壤的离子交换作用 土壤的离子交换作用是由土壤胶体引土壤的离子交换作用是由土壤胶体引起的。起的。土壤胶体的交换作用是指土壤胶体微土壤胶体的交换作用是指土壤胶体微粒扩散层中的离子与土壤溶液中的离子相粒扩散层中的离子与土壤溶液中的离子相互交换过程。互交换过程。可可分分为为阳阳离离子子交交换换作作用用和和阴阴离离子子交交换作用两种。换作用两种。第26页，共99页，编辑于2022年，星期五 一、土壤的阳离于交换
15、作用一、土壤的阳离于交换作用（一）阳离子交换作用的过程（一）阳离子交换作用的过程 是指酸胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶是指酸胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的过程。液中的阳离子相互交换的过程。土壤胶体是带有负电荷的，因而具有一定的阳离子土壤胶体是带有负电荷的，因而具有一定的阳离子吸附能力，胶体所吸附的一部分阳离子在一定条件下可吸附能力，胶体所吸附的一部分阳离子在一定条件下可以与土壤溶液中的阳离子相互代换。以与土壤溶液中的阳离子相互代换。第27页，共99页，编辑于2022年，星期五可用下式来表示：可用下式来表示：土壤土壤Mg2胶粒胶粒AI3KCa2土壤土壤10NH4 胶粒胶粒2
16、H10NH4Ca2、Mg2、Al3、K、2H第28页，共99页，编辑于2022年，星期五1.可逆反应，迅速平衡可逆反应，迅速平衡 （二）土壤阳离子交换作用的特点（二）土壤阳离子交换作用的特点2.交换反应是等量电荷对等量电荷的交换反应是等量电荷对等量电荷的交换交换 3.交换反应的速度受交换点的位置和温度交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响的影响第29页，共99页，编辑于2022年，星期五（三）影响阳离子交换作用的因素（三）影响阳离子交换作用的因素1阳离子交换能力阳离子交换能力一种阳离子将它种阳离子从胶粒上交换下一种阳离子将它种阳离子从胶粒上交换下来的能力叫做该种阳离子的交换能力。来的能力叫做
17、该种阳离子的交换能力。（1）离子电荷价三价二价一价）离子电荷价三价二价一价（2）离子半径及水化程度）离子半径及水化程度第30页，共99页，编辑于2022年，星期五1 1.008 1 H 21.0000.106 40.08 2 Ca2 31.330 0.07824.23 2 Mg2 40.537 0.13339.10 1 K 50.532 0.143 18.01 1 NH4 60.790 0.093 23.00 1 Na 水化水化未水化未水化交换力交换力顺序顺序离子半径（离子半径（A）原子量原子量价数价数离子离子离子半径及水化程度与交换力的关系离子半径及水化程度与交换力的关系1 1.008 1
18、H 21.0000.106 40.08 2 Ca2 31.330 0.07824.23 2 Mg2 40.537 0.13339.10 1 K 50.532 0.143 18.01 1 NH4 60.790 0.093 23.00 1 Na 水化水化未水化未水化交换力交换力顺序顺序离子半径（离子半径（A）原子量原子量价数价数离子离子1 1.008 1 H 21.0000.106 40.08 2 Ca2 31.330 0.07824.23 2 Mg2 40.537 0.13339.10 1 K 50.532 0.143 18.01 1 NH4 60.790 0.093 23.00 1 Na 水化
19、水化未水化未水化交换力交换力顺序顺序离子半径（离子半径（A）原子量原子量价数价数离子离子第31页，共99页，编辑于2022年，星期五 土壤中常见的离子交换能力排列顺序是：土壤中常见的离子交换能力排列顺序是：Fe3Al3HCa2Mg2KNH4Na 凡运动速度快的其交换能力也大。凡运动速度快的其交换能力也大。H半半径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置。因此它在交换能力上具有特殊位置。第32页，共99页，编辑于2022年，星期五2阳离子的相对浓度及交换生成物的性质阳离子的相对浓度及交换生成物的性质KCa2K2SO4KCaSO4有利
20、于向生成物方向进行的条件有利于向生成物方向进行的条件生成物不断被移走（生物吸收、淋溶）生成物不断被移走（生物吸收、淋溶）形成沉淀（矿物固定）不溶物或难溶物形成沉淀（矿物固定）不溶物或难溶物形成气体形成气体土壤胶粒土壤胶粒第33页，共99页，编辑于2022年，星期五 3.胶体性质胶体性质 交换量大的胶体交换量大的胶体 结合两价离子的能力强。结合两价离子的能力强。第34页，共99页，编辑于2022年，星期五影响因素：影响因素：（1 1）土壤质地）土壤质地 一般是胶体物质越多，阳离子交换量越大；一般是胶体物质越多，阳离子交换量越大；胶体粒子越少交换量越小；土壤质地愈细，矿质胶体粒子越少交换量越小；土
21、壤质地愈细，矿质胶体数量愈多，交换量也愈高。胶体数量愈多，交换量也愈高。1 1土壤的阳离子交换量土壤的阳离子交换量 指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的厘摩尔数，单位为阳离子的厘摩尔数，单位为c molc molkgkg土。土。（四）土壤的阳离子交换量和盐基饱和度（四）土壤的阳离子交换量和盐基饱和度第35页，共99页，编辑于2022年，星期五不同质地土壤的阳离子交换量不同质地土壤的阳离子交换量 25307187815阳阳 离离 子子 交换量交换量 粘粘 土土壤壤 土土砂壤土砂壤土砂砂 土土土土 壤壤单位：单位：cmol(+)kg第36页，共99页
22、，编辑于2022年，星期五（2）腐殖质含量）腐殖质含量腐殖质胶体阳离子交换量远大于矿质胶体。腐殖质胶体阳离子交换量远大于矿质胶体。（3）胶体种类）胶体种类有有机机胶胶体体交交换换量量最最大大；矿矿质质胶胶体体中中交交换换量量大大小小是：蒙脱石伊利石高岭石。是：蒙脱石伊利石高岭石。（4）土壤酸碱反应）土壤酸碱反应一一般般来来说说，随随土土壤壤碱碱度度增增加加(pH值值增增高高)解解离离度度增增高高，带带电电量量多多，反反之之，随随土土壤壤酸酸度度增增加加(pH值值降降低低)解离度降低，带电量减少。解离度降低，带电量减少。第37页，共99页，编辑于2022年，星期五 我国土壤阳离子交换量，由南向北
23、，由西我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐渐增多的趋势。向东有逐渐增多的趋势。阳离子可分为两大类：阳离子可分为两大类：阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量。阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量。盐基离子盐基离子（Ca2、Mg2、K、Na、NH4等）等）H与与Al3第38页，共99页，编辑于2022年，星期五2 盐基饱和度盐基饱和度 就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。阳离子总量的百分数。交换性盐基离子总量（交换性盐基离子总量（cmolkg）阳离子交换量（阳离子交换量（cmolkg）盐基饱和度盐基饱和度（）（）=盐基饱和度的大小
24、常与雨量、母质、植被等自盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等自然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大，然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则小。多雨地区则小。第39页，共99页，编辑于2022年，星期五（五）交换性阳离子的活度及影响因素五）交换性阳离子的活度及影响因素交换性阳离子活度指实际能解离的交换交换性阳离子活度指实际能解离的交换性阳离子的数量。性阳离子的数量。影响因素：影响因素：A交换性离子饱和度：胶体上某种阳离子交换性离子饱和度：胶体上某种阳离子占整个阳离子交换量的百分数。占整个阳离子交换量的百分数。B陪补离子的种类陪补离子的种类离子相互抑制的能力顺序
25、离子相互抑制的能力顺序NaNa KKMgMg2 2CaCa2 2HHAlAl3 3第40页，共99页，编辑于2022年，星期五 C 无机胶体的种类无机胶体的种类 饱和度相同的条件下，高岭石蒙脱石饱和度相同的条件下，高岭石蒙脱石水云母水云母 D 离子半径大小与晶格孔隙大小离子半径大小与晶格孔隙大小 钾的离子半径和铵的离子半径的大小钾的离子半径和铵的离子半径的大小都接近于晶格孔隙的大小，晶格固定。都接近于晶格孔隙的大小，晶格固定。第41页，共99页，编辑于2022年，星期五 二、土壤阴离子交换作用二、土壤阴离子交换作用 被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液中阴离被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液中阴
26、离子的交换，称为阴离子交换。子的交换，称为阴离子交换。第42页，共99页，编辑于2022年，星期五根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同，可分根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同，可分为为3种类型：种类型：l易被土壤胶体吸附的阴离子如易被土壤胶体吸附的阴离子如H2PO4、HPO42、PO43、HSiO3、SiO32及某些有机酸根。及某些有机酸根。l很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子，如很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子，如NO3、NO2、Cl等。等。l介于上述两者之间的阴离子，如介于上述两者之间的阴离子，如SO42、CO32、HCO3以及某些有机酸根以及某些有机酸根阴离子吸附的相对顺序为：阴离子吸附的相对顺
27、序为：PO43SiO42CO22SO32ClNO3第43页，共99页，编辑于2022年，星期五第三节第三节 土壤溶液土壤溶液1.1.土壤溶液的组成土壤溶液的组成1.1土壤溶液概念土壤溶液概念土壤溶液土壤溶液是指土壤水分及其所含溶质、悬浮物是指土壤水分及其所含溶质、悬浮物与可溶性气体的总称。与可溶性气体的总称。土壤溶液是一个极为复杂的体系，既有分子，土壤溶液是一个极为复杂的体系，既有分子，又有离子与胶体；既有无机物，又有有机物。又有离子与胶体；既有无机物，又有有机物。土壤的很多性质都是通过土壤溶液表现出来土壤的很多性质都是通过土壤溶液表现出来的。的。第44页，共99页，编辑于2022年，星期五1
28、.2土壤溶液的组成土壤溶液的组成（1）无无机机胶胶体体：铁铁铝铝氧氧化化物物、氢氢氧氧化化物物等等可可形成无机胶体形成无机胶体（2）无机盐类：是溶质的主要来源。）无机盐类：是溶质的主要来源。（3）有有机机化化合合物物：腐腐殖殖质质、有有机机酸酸、碳碳水水化化合物、蛋白质等合物、蛋白质等（4）络合物：无机离子与有机物形成络合物。）络合物：无机离子与有机物形成络合物。（5）溶解性气体：）溶解性气体：O2、CO2、N2、NH3。第45页，共99页，编辑于2022年，星期五2 土壤溶液的浓度土壤溶液的浓度2.1 土壤溶液浓度的特点土壤溶液浓度的特点土壤溶液浓度的特点是不均一性。土壤溶液浓度的特点是不均
29、一性。（1）土壤胶体的离子代换）土壤胶体的离子代换土壤胶体表面不断进行着离子的吸附与释放，土壤胶体表面不断进行着离子的吸附与释放，使土壤溶液浓度处于变化之中。使土壤溶液浓度处于变化之中。（2）土壤中根系与微生物分布不均）土壤中根系与微生物分布不均根系和微生物吸收矿物养分，增加了浓度的不根系和微生物吸收矿物养分，增加了浓度的不均一性。均一性。第46页，共99页，编辑于2022年，星期五（4）湿度的变化：硝酸盐、氯化物等随水分增加，浓度降）湿度的变化：硝酸盐、氯化物等随水分增加，浓度降低。磷酸盐变化不明显，一价阳离子降低比钙离子明显。低。磷酸盐变化不明显，一价阳离子降低比钙离子明显。（3）温度的变
30、化）温度的变化温度变化引起物质溶解度的变化。温度变化引起物质溶解度的变化。不同温度不同温度()下的溶解度下的溶解度(g/100g)温度010502850KNO3138209855Ca(H2PO4)2154170.5温度02030020CaCl25957451020Ca(HCO3)2161166第47页，共99页，编辑于2022年，星期五（5）溶液中各成分之间的相互作用）溶液中各成分之间的相互作用碱碱土土金金属属与与CO32-、SO42-、PO4-发发生生沉沉淀淀，硫酸钠可以降低磷酸钙的溶解度。硫酸钠可以降低磷酸钙的溶解度。（6）生物活动对养分吸收的不平衡）生物活动对养分吸收的不平衡生生物物选选
31、择择性性吸吸收收矿矿质质养养，生生长长阶阶段段不不同同，植植物对养分吸收也不同。物对养分吸收也不同。（7）外界环境因素的影响）外界环境因素的影响降雨、灌溉、干旱、施肥、耕作等降雨、灌溉、干旱、施肥、耕作等土土壤壤溶溶液液浓浓度度的的不不均均一一，才才导导致致了了养养分分的的迁迁移运动，有利于吸收。移运动，有利于吸收。第48页，共99页，编辑于2022年，星期五 2.2土壤溶液浓度范围土壤溶液浓度范围土壤溶液浓度一般在土壤溶液浓度一般在0.5-1.0g/kg，但是不同气，但是不同气候条件下不同，干旱地区可在候条件下不同，干旱地区可在1.0-3.0g/kg，盐土有时可达盐土有时可达6.0g/kg。
32、大于大于2.0g/kg时植物吸收水分受到影响。时植物吸收水分受到影响。由于土壤溶液浓度过高，使植物不能吸收水分而由于土壤溶液浓度过高，使植物不能吸收水分而导致的植物萎焉或枯死的现象称之烧苗导致的植物萎焉或枯死的现象称之烧苗。第49页，共99页，编辑于2022年，星期五3 3土壤溶液中离子存在形态土壤溶液中离子存在形态3.1离子存在形态离子存在形态（1）自由离子：以单个离子存在。）自由离子：以单个离子存在。（2）水水合合离离子子：离离子子与与不不同同数数目目的的水水分分子子结结合成水合物。如合成水合物。如H3O+（3）离离子子对对：带带相相反反电电荷荷的的离离子子由由于于库库仑仑力力的作用而松弛
33、地结合在一起。的作用而松弛地结合在一起。（4）络络离离子子：有有有有机机络络离离子子和和无无机机络络离离子子，络离子是配位键结合。络离子是配位键结合。第50页，共99页，编辑于2022年，星期五3.23.2养分离子的有效性养分离子的有效性（1）离离子子活活度度：溶溶液液中中有有效效离离子子数数并并不不等等于于浓度，主要是离子间的相互作用引起的。浓度，主要是离子间的相互作用引起的。把把实实际际有有效效离离子子的的浓浓度度称称为为活活度度(a)，活活度度与与浓浓度度的的比比值值称称为为活活度度系系数数(f=a/c)。f总总是是大于大于pH盐盐pH水与水与pH盐差值可反映土壤盐基饱和度，盐差值可反映
34、土壤盐基饱和度，盐基饱和度高的土壤，盐基饱和度高的土壤，pH水与水与pH盐的差值小；盐的差值小；盐基饱和度低的土壤，盐基饱和度低的土壤，pH水和水和pH盐的差值就大。盐的差值就大。测定土壤测定土壤pH值时的水土比，按国际土壤学值时的水土比，按国际土壤学会推荐用会推荐用2.5:1，水土比大时，测出的，水土比大时，测出的pH值稍偏值稍偏大。大。第61页，共99页，编辑于2022年，星期五1强酸性土强酸性土交换性交换性Al3+与溶液与溶液Al3+平衡平衡,溶液中溶液中Al3+水解显示酸性：水解显示酸性：Al3+3H2OAl(OH)3+3H+强酸性土中，强酸性土中，Al3+大大多于交换性大大多于交换性
35、H+,是活性酸（溶液是活性酸（溶液H+离子）的主要来源。离子）的主要来源。如：如：pH4.8的红壤，交换性的红壤，交换性Al3+占总占总酸度的酸度的95%以上以上第62页，共99页，编辑于2022年，星期五2酸性和弱酸性土酸性和弱酸性土盐基饱和度高，交换性铝以盐基饱和度高，交换性铝以Al(OH)2+、Al(OH)2+等形态存在。其代入溶液后同等形态存在。其代入溶液后同样水解产生样水解产生H+离子：离子：Al(OH)2+2H2OAl(OH)3+2H+土壤交换性土壤交换性H+的离解也是溶液的的离解也是溶液的H+来源。来源。第63页，共99页，编辑于2022年，星期五（三）活性酸与潜性酸的关系（三）
36、活性酸与潜性酸的关系土壤活性酸是土壤酸度的根本起点，没有活土壤活性酸是土壤酸度的根本起点，没有活性酸就没有潜性酸；性酸就没有潜性酸；先有活性酸，再转化为潜性酸；先有活性酸，再转化为潜性酸；潜性酸决定着土壤的总酸度（以强碱滴定的潜性酸决定着土壤的总酸度（以强碱滴定的土壤酸度）。土壤酸度）。酸性强弱决定于潜性酸，主要是交换性酸性强弱决定于潜性酸，主要是交换性Al3+；活性酸与潜性酸是土壤胶体交换体系中两种活性酸与潜性酸是土壤胶体交换体系中两种不同的形式，可以互相转化。不同的形式，可以互相转化。活性酸是潜性酸的表现。活性酸是潜性酸的表现。第64页，共99页，编辑于2022年，星期五1 1、概念及概念
37、及土壤碱性的形成机理土壤碱性的形成机理 由由碳碳酸酸盐盐和和重重碳碳酸酸盐盐导导致致土土壤壤碱碱性性的的程程度度称称土土壤壤碱碱度度。形形成成碱碱性性反反应应的的主主要要机机理理是是碱碱性性物物质质的水解反应的水解反应 。主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及交换性酸钙以及交换性Na的含量。的含量。三、土壤碱性及其影响因素三、土壤碱性及其影响因素第65页，共99页，编辑于2022年，星期五(1)碳酸钙水解碳酸钙水解CaCO3+H2O+CO2Ca2+HCO3-+OH-(2)碳酸钠水解碳酸钠水解Na2CO3+2H2O2Na+H2CO3-+2OH-碳酸钠的来
38、源：碳酸钠的来源：土壤矿物质中钠的碳酸化。风化产物硅土壤矿物质中钠的碳酸化。风化产物硅酸钠与碳酸作用酸钠与碳酸作用(析出析出SiO2):CaCO3+NaClCaCl2+Na2CO3(3)交换性钠的水解交换性钠的水解当土壤胶体的交换性当土壤胶体的交换性Na+积累到一定数量，土积累到一定数量，土壤溶液盐浓度较低时，壤溶液盐浓度较低时，Na+离解进入溶液，水解产离解进入溶液，水解产生生NaOH，并进一步形成碳酸盐，并进一步形成碳酸盐Na2CO3、NaHCO3。第66页，共99页，编辑于2022年，星期五2、影响土壤碱化的因素、影响土壤碱化的因素(1)气候因素气候因素(干湿度干湿度)碱碱性性土土分分布
39、布在在干干旱旱、半半干干旱旱地地区区。在在干干旱旱、半半干干旱旱条条件件下下，蒸蒸发发量量大大于于降降雨雨量量，土土壤壤中中的的盐基物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。盐基物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。(2)生物因素生物因素Na、K、Ca、Mg等盐基生物积累。一些植物等盐基生物积累。一些植物适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质的作用。适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质的作用。如如:海蓬子含海蓬子含Na2CO33.75%，碱蒿含，碱蒿含2.76%，盐蒿含，盐蒿含2.14%，芦苇含，芦苇含0.49%。第67页，共99页，编辑于2022年，星期五(3)母质母质碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩
40、富碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含碱性物质，含盐基物质多，形成的土壤为碱性。含碱性物质，含盐基物质多，形成的土壤为碱性。(4)施肥和灌溉施肥和灌溉 施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。碱化。如都江堰水质偏碱，长期用都江如都江堰水质偏碱，长期用都江堰水灌溉的水稻田土壤堰水灌溉的水稻田土壤pH有所提高。有所提高。第68页，共99页，编辑于2022年，星期五四四土壤酸碱度的指标土壤酸碱度的指标（一）、土壤酸度的强度指标一）、土壤酸度的强度指标1、土壤、土壤pHpH=-lg(H+)（土壤平衡溶液）（土壤平衡溶液）中性溶液：中性溶液：(H+)=(OH-)=1
41、0-7mol/L，pH=pOH=7土壤土壤pH表示法：表示法：pH(H2O)水浸提；水浸提；pH(KCl)中性盐中性盐1mol/LKCl溶液浸提。溶液浸提。一般土壤一般土壤pH(H2O)pH(KCl)。地理分布。我国土壤大部分地理分布。我国土壤大部分pH在在4.58.5之间。之间。“南酸南酸北碱，沿海偏酸，内陆偏碱北碱，沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。的地带性特点。第69页，共99页，编辑于2022年，星期五（二）土壤酸度的数量指标（二）土壤酸度的数量指标1、交换酸、交换酸土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入溶液后土壤胶体吸附的氢离子或铝离子通过交换进入溶液后所反映出的酸度。所反映出的酸
42、度。Al3+3H2OAl(OH)3+3H+第70页，共99页，编辑于2022年，星期五用过量的中性盐，用过量的中性盐，1mol/L的的KCl溶液溶液(pH5.56.0)与与土壤胶体发生代换，土壤胶体发生代换，K+交代换性氢或铝离子进入土壤交代换性氢或铝离子进入土壤溶液所表现的酸度（通过滴定得到的酸度）。溶液所表现的酸度（通过滴定得到的酸度）。交换性酸是酸度的容量因素，单位交换性酸是酸度的容量因素，单位Cmol/kg。H+KCl土土土土K+HCl第71页，共99页，编辑于2022年，星期五2、水解酸、水解酸具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离子后所产具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离子后所
43、产生的酸度。生的酸度。CH3COONa+H2OCH3COOH+NaOH水解酸的测定是用水解酸的测定是用1mol/L的的CH3COONa(pH8.3)处处理土壤。理土壤。第72页，共99页，编辑于2022年，星期五交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的实际交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的实际测定，因用测定，因用pHpH 8.38.3的的CHCH3 3COONaCOONa，既测定出羟基化表面，既测定出羟基化表面解离的解离的H H+，也测出了因，也测出了因NaNa+交换出的氢离子和铝离子产交换出的氢离子和铝离子产生的交换酸度，还包括了土壤溶液中的活性酸，因生的交换酸度，还包括了土壤溶液中的活性
44、酸，因此测定结果是土壤总酸度。此测定结果是土壤总酸度。第73页，共99页，编辑于2022年，星期五 （四）影响土壤酸度的因素（四）影响土壤酸度的因素 1、气候气候 高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量大而高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量大而蒸发势较弱地区，矿物岩石风化所产生的盐基物质大量蒸发势较弱地区，矿物岩石风化所产生的盐基物质大量淋失，使土壤酸化。淋失，使土壤酸化。我国大陆以北纬我国大陆以北纬3030为界，形成为界，形成“南酸北碱南酸北碱”局面，局面，与气候条件有关密切相关。与气候条件有关密切相关。2、生物生物 植物根系和微生物通过呼吸作用产生植物根系和微生物通过呼吸作用产生C
45、OCO2 2，有机质，有机质矿质化也产生矿质化也产生COCO2 2，COCO2 2溶解于水成碳酸。溶解于水成碳酸。第74页，共99页，编辑于2022年，星期五 土壤中专性微生物如硫化硝化细菌，将含硫含氮有机物转土壤中专性微生物如硫化硝化细菌，将含硫含氮有机物转化成硫酸和硝酸，增强了土壤酸度。化成硫酸和硝酸，增强了土壤酸度。3、施肥和灌溉施肥和灌溉 施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。4、母质母质 母质中含酸性物质使土壤酸化。母质中含酸性物质使土壤酸化。5、酸雨酸雨6、土壤空气的土壤空气的COCO2 2分压分压 石石灰灰性性土土壤壤pHpH随随PcoPco
46、2 2增增大大而而降降低低，变变化化于于7.58.57.58.5之之间间(田间田间)。CaCO CaCO3 3-CO-CO2 2-H-H2 2O O体系：体系：pH=6.03-2/3lgPcopH=6.03-2/3lgPco2 2 第75页，共99页，编辑于2022年，星期五7、土壤水分含量土壤水分含量 土壤土壤pHpH测定时的稀释效应，应控制土水比测定时的稀释效应，应控制土水比(一般一般1:2.5)1:2.5)。8、土壤氧化还原条件土壤氧化还原条件 土壤淹水还原土壤淹水还原pHpH向中性点趋近，即酸性土向中性点趋近，即酸性土pHpH升高，升高，碱性土碱性土pHpH降低。降低。酸酸性性土土还还
47、原原pHpH升升高高，由由于于FeFe2 2O O3 3、MnOMnO2 2还还原原溶溶解解度度增增大大，显示碱性，有机质加快还原过程。显示碱性，有机质加快还原过程。碱性土还原碱性土还原pHpH下降，主要由于在嫌气条件下有机酸和下降，主要由于在嫌气条件下有机酸和COCO2 2的积累过程及其综合作用。的积累过程及其综合作用。第76页，共99页，编辑于2022年，星期五五土壤缓冲性五土壤缓冲性（一）土壤缓冲性概念（一）土壤缓冲性概念 土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵抗土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵抗变酸和变碱而保持变酸和变碱而保持pHpH稳定的能力，称土壤缓冲作用，稳定的能力，称土壤
48、缓冲作用，或缓冲性能。或缓冲性能。（二）土壤酸碱缓冲性（二）土壤酸碱缓冲性 1 1、土壤酸、碱缓冲原理、土壤酸、碱缓冲原理 (1)(1)土土壤壤中中有有许许多多弱弱酸酸碳碳酸酸、硅硅酸酸、磷磷酸酸、腐腐殖殖酸酸等等，当当这这些些弱弱酸酸与与其其盐盐类类共共存存，就就成成为为对对酸酸、碱物质具有缓冲作用的体系。碱物质具有缓冲作用的体系。第77页，共99页，编辑于2022年，星期五如如Hac+NaAc体系体系当加入当加入HCl：NaAc+HClHac+NaCl当加入当加入NaOH:Hac+NaOHNaAc+H2O(2)土壤具有阳离子交换作用土壤具有阳离子交换作用土壤土壤Ca2土壤土壤H胶粒胶粒2H
49、Cl胶粒胶粒HCaCl2土壤土壤H土壤土壤Na胶粒胶粒NaOH胶粒胶粒H2O(3)土壤中有两性物质土壤中有两性物质第78页，共99页，编辑于2022年，星期五2、土壤酸碱缓冲容量和滴定曲线土壤酸碱缓冲容量和滴定曲线 缓冲容量缓冲容量(BufferingCapacity)使单位使单位(质量或容积质量或容积)土壤改变土壤改变1个个pH单位所需的酸或碱量。单位所需的酸或碱量。用酸碱滴定获得绘制滴定曲线，称缓冲曲线。不同土用酸碱滴定获得绘制滴定曲线，称缓冲曲线。不同土壤缓冲容量壤缓冲容量(曲线曲线)不同，同一土壤缓冲容量不同，同一土壤缓冲容量(曲线斜曲线斜率率)也有变化。也有变化。土壤组分酸碱缓冲量的
50、一般顺序是：土壤组分酸碱缓冲量的一般顺序是：有机胶体无机胶体；蒙脱石伊利石高岭有机胶体无机胶体；蒙脱石伊利石高岭石含水氧化铁、铝；腐殖质粘土壤土砂石含水氧化铁、铝；腐殖质粘土壤土砂土。土。第79页，共99页，编辑于2022年，星期五（四）土壤酸碱性对土壤肥力和植物生（四）土壤酸碱性对土壤肥力和植物生长的影响长的影响1对土壤养分有效性的影响对土壤养分有效性的影响2对土壤微生物的影响对土壤微生物的影响一一般般土土壤壤细细菌菌和和放放线线菌菌适适宜宜中中性性和和微微碱碱性性的的环环境境，强强酸酸性性土土壤壤中中真真菌菌占占优优势势（真真菌菌可可在酸性和碱性条件下活动）。在酸性和碱性条件下活动）。第8