土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)

1、土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng)土壤膠體化學(xué)和表面反應(yīng) 第一節(jié)土壤膠體的表面性質(zhì)第一節(jié)土壤膠體的表面性質(zhì) 一、土壤膠體表面類型一、土壤膠體表面類型 土壤膠體土壤膠體: 無(wú)機(jī)膠體（粘粒）和有機(jī)膠體（腐無(wú)機(jī)膠體（粘粒）和有機(jī)膠體（腐殖質(zhì)）殖質(zhì)）,多呈多呈有機(jī)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合膠體無(wú)機(jī)復(fù)合膠體。 按表面位置分：按表面位置分： 內(nèi)表面內(nèi)表面 膨脹性粘土礦物的層間表面和腐殖質(zhì)分膨脹性粘土礦物的層間表面和腐殖質(zhì)分子內(nèi)的表面，其表面反應(yīng)為緩慢滲入過程。子內(nèi)的表面，其表面反應(yīng)為緩慢滲入過程。 外表面外表面 粘粒的外表面和腐殖質(zhì)、游離鐵鋁氧化粘粒的外表面和腐殖質(zhì)、游離鐵鋁氧化物等包被的表面，表面反應(yīng)迅速。物等包被的表面，表面

2、反應(yīng)迅速。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)按表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為以下三類表面按表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為以下三類表面1、硅氧烷型表面、硅氧烷型表面硅氧片的表面硅氧片的表面 硅氧烷硅氧烷 SiOSi。2 1型粘粒的上、下兩面，型粘粒的上、下兩面，1 1型粘粒型粘粒1/2面。非極性的疏水表面。主要電荷來(lái)面。非極性的疏水表面。主要電荷來(lái)源為同晶置換（源為同晶置換（Al3+Si4+），少部分是邊角斷鍵。），少部分是邊角斷鍵。 2、羥基化表面、羥基化表面(ROH) M（金屬離子）（金屬離子）OH，鋁醇，鋁醇AlOH，鐵醇，鐵醇FeOH，硅醇，硅醇SiOH等。水鋁（鎂）片，鐵、鋁等。水鋁（鎂）片，鐵、鋁氧化物

3、及硅片邊角斷鍵。氧化物及硅片邊角斷鍵。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 極性親水表面。電荷來(lái)源為表面極性親水表面。電荷來(lái)源為表面OH基質(zhì)子基質(zhì)子的締合的締合OH2+或離解或離解OHO- + H+?？勺冸姾??？勺冸姾?。 3、有機(jī)物表面、有機(jī)物表面 腐質(zhì)物質(zhì)為主的表面，表面羧基、酚羥基、氨腐質(zhì)物質(zhì)為主的表面，表面羧基、酚羥基、氨基等活性基團(tuán)。離解基等活性基團(tuán)。離解H+或締合或締合H+產(chǎn)生表面電荷?？僧a(chǎn)生表面電荷?？勺冸姾伞Ｗ冸姾?。 以上以上3類表面往往相互交織。類表面往往相互交織。二、土壤膠體的比面二、土壤膠體的比面 1、土壤膠體的表面積、土壤膠體的表面積 比面：?jiǎn)挝恢亓浚w積）物體的總表面積。比面：?jiǎn)挝恢?/p>

4、量（體積）物體的總表面積。 物體顆粒愈細(xì)小，表面積愈大。物體顆粒愈細(xì)小，表面積愈大。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)土粒直徑（土粒直徑（mm） 總表面積（總表面積（cm2） 比面（比面（cm2/cm3） 10 3.14 6 1 31.42 60 0.05 628.32 1200 0.001 31416 60000 膨脹性膨脹性2 1型型粘土礦物總表面積大，以內(nèi)表面積粘土礦物總表面積大，以內(nèi)表面積為主為主 非膨脹性非膨脹性2 1型和型和1 1型型粘土礦物總表面積小，粘土礦物總表面積小，一般以外表面為主（水化埃洛石例外）。一般以外表面為主（水化埃洛石例外）。 水鋁英石水鋁英石比表面較大，內(nèi)、外表面各一半。比

5、表面較大，內(nèi)、外表面各一半。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 鐵、鋁氧化物鐵、鋁氧化物的比表面與其晶化程度有關(guān)，以外的比表面與其晶化程度有關(guān)，以外表面為主。表面為主。 土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)的比表面大，表觀比表面可達(dá)的比表面大，表觀比表面可達(dá)700 m2/g 2、比表面的測(cè)定方法、比表面的測(cè)定方法（1）儀器法）儀器法 （2）吸附法。）吸附法。三、土壤表面電荷三、土壤表面電荷 1、電荷種類和來(lái)源、電荷種類和來(lái)源 （1）永久電荷永久電荷 來(lái)源于來(lái)源于粘土礦物晶層中核心離子的同晶替代。粘土礦物晶層中核心離子的同晶替代。 不受不受介質(zhì)介質(zhì)pH值值的影響，也不受的影響，也不受電解質(zhì)濃度電解質(zhì)濃度的影響。的影響。土壤地

6、理學(xué)土壤地理學(xué)（2）可變電荷）可變電荷 在介質(zhì)酸堿度影響下產(chǎn)生的，其電荷類型和電在介質(zhì)酸堿度影響下產(chǎn)生的，其電荷類型和電荷數(shù)量均決定于介質(zhì)酸堿度，又稱荷數(shù)量均決定于介質(zhì)酸堿度，又稱pH依變電荷。依變電荷。 A、腐殖質(zhì)產(chǎn)生可變電荷、腐殖質(zhì)產(chǎn)生可變電荷 腐殖質(zhì)具有很多含氧功能團(tuán)，這些功能團(tuán)在介質(zhì)腐殖質(zhì)具有很多含氧功能團(tuán)，這些功能團(tuán)在介質(zhì)pH值發(fā)生變化時(shí)，可解離而帶電。值發(fā)生變化時(shí)，可解離而帶電。 羥基、酚羥基解離使腐殖質(zhì)帶負(fù)電，氨基質(zhì)子化羥基、酚羥基解離使腐殖質(zhì)帶負(fù)電，氨基質(zhì)子化使腐殖質(zhì)帶正電荷。使腐殖質(zhì)帶正電荷。 B、層狀鋁硅酸鹽產(chǎn)生可變電荷、層狀鋁硅酸鹽產(chǎn)生可變電荷 1:1型粘土礦物的晶面特點(diǎn)

7、是一面為硅氧烷型表型粘土礦物的晶面特點(diǎn)是一面為硅氧烷型表面，另一面則為羥基化表面，后者在介質(zhì)面，另一面則為羥基化表面，后者在介質(zhì)pH值發(fā)生值發(fā)生變化時(shí)，吸附或釋放一個(gè)變化時(shí)，吸附或釋放一個(gè)H+，使表面帶電，使表面帶電。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)C、氧化物帶可變電荷、氧化物帶可變電荷 氧化物不帶電時(shí)的氧化物不帶電時(shí)的pH值稱為電荷零點(diǎn)，簡(jiǎn)稱值稱為電荷零點(diǎn)，簡(jiǎn)稱ZPC。 介質(zhì)介質(zhì)pHZPC時(shí)時(shí)氧化物帶負(fù)電；氧化物帶負(fù)電； pHZPC時(shí)，時(shí)，氧化物帶正電氧化物帶正電 氧化物的電荷零點(diǎn)，與金屬的價(jià)數(shù)有關(guān)。氧化物的電荷零點(diǎn)，與金屬的價(jià)數(shù)有關(guān)。 土壤中的鐵、鋁氧化物，一般為土壤中的鐵、鋁氧化物，一般為M2O3形

8、態(tài)，其形態(tài)，其ZPC大于大于6.5而小于而小于10.4，故在酸性條件下，一般帶，故在酸性條件下，一般帶負(fù)電很少，甚至帶正電。負(fù)電很少，甚至帶正電。2、影響土壤電荷數(shù)量的因素、影響土壤電荷數(shù)量的因素 （1）土壤質(zhì)地）土壤質(zhì)地 土壤所帶電荷數(shù)量，土壤所帶電荷數(shù)量，80%集中在粒徑小于集中在粒徑小于2微微米的部分，故粘粒數(shù)量愈多的粘質(zhì)土，帶電愈多。米的部分，故粘粒數(shù)量愈多的粘質(zhì)土，帶電愈多。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)（2）膠體類型）膠體類型 有機(jī)膠體帶負(fù)電荷的量為有機(jī)膠體帶負(fù)電荷的量為150450cmol/kg,平均平均為為350cmol/kg；無(wú)機(jī)膠體為；無(wú)機(jī)膠體為5100 cmol/kg，平均為，平均

9、為1080cmol/kg。 2:1型粘土礦物帶負(fù)電量大于型粘土礦物帶負(fù)電量大于1:1型粘土礦物；型粘土礦物；2:1型粘土礦物中蒙脫石類粘土礦物帶負(fù)電量又大于水型粘土礦物中蒙脫石類粘土礦物帶負(fù)電量又大于水云母類粘土礦物帶負(fù)電荷量。云母類粘土礦物帶負(fù)電荷量。 土壤中氧化物類膠體，由于電荷零點(diǎn)較高，因此土壤中氧化物類膠體，由于電荷零點(diǎn)較高，因此一般帶負(fù)電荷很少。甚至帶正電荷。一般帶負(fù)電荷很少。甚至帶正電荷。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)（3）土壤酸堿度）土壤酸堿度 土壤土壤pH值大于膠體的電荷零點(diǎn)，則土壤帶負(fù)電荷，值大于膠體的電荷零點(diǎn)，則土壤帶負(fù)電荷，大得愈多帶負(fù)電荷也愈多；大得愈多帶負(fù)電荷也愈多； 土壤土

10、壤pH值小于膠體的電荷零點(diǎn)，則膠體帶正電荷。值小于膠體的電荷零點(diǎn)，則膠體帶正電荷。（4）有機(jī)無(wú)機(jī)膠體的結(jié)合）有機(jī)無(wú)機(jī)膠體的結(jié)合 土壤中有機(jī)膠體和無(wú)機(jī)膠體往往結(jié)合在一起成為土壤中有機(jī)膠體和無(wú)機(jī)膠體往往結(jié)合在一起成為有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，其復(fù)合膠體帶電量有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體，其復(fù)合膠體帶電量不是二者分散存不是二者分散存在時(shí)帶電量的加和而是負(fù)電荷減少在時(shí)帶電量的加和而是負(fù)電荷減少，存在非加和性。，存在非加和性。 帶負(fù)電荷的有機(jī)膠體與鐵（鋁）膠體結(jié)合后，消帶負(fù)電荷的有機(jī)膠體與鐵（鋁）膠體結(jié)合后，消耗了有機(jī)膠體帶負(fù)電荷的交換點(diǎn)耗了有機(jī)膠體帶負(fù)電荷的交換點(diǎn) ； 有機(jī)膠體沉淀在無(wú)機(jī)膠體上，掩蓋了無(wú)機(jī)膠體的有機(jī)膠體沉淀在

11、無(wú)機(jī)膠體上，掩蓋了無(wú)機(jī)膠體的交換點(diǎn)。交換點(diǎn)。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) （5）非交換性陽(yáng)離子的影響）非交換性陽(yáng)離子的影響 同晶替代所產(chǎn)生的永久電荷可能被粘土礦物晶層同晶替代所產(chǎn)生的永久電荷可能被粘土礦物晶層間所吸附的非交換性陽(yáng)離子所補(bǔ)償，使其帶電量降低。間所吸附的非交換性陽(yáng)離子所補(bǔ)償，使其帶電量降低。 如：如：伊利石單位晶胞的負(fù)電荷比蒙脫石高，但由伊利石單位晶胞的負(fù)電荷比蒙脫石高，但由于伊利石硅層晶穴中所固定的鉀離子（非交換性）補(bǔ)于伊利石硅層晶穴中所固定的鉀離子（非交換性）補(bǔ)償了同晶替代所產(chǎn)生的負(fù)電荷，故實(shí)際上伊利石所帶償了同晶替代所產(chǎn)生的負(fù)電荷，故實(shí)際上伊利石所帶負(fù)電荷低于蒙脫石所帶負(fù)電荷。負(fù)電荷

12、低于蒙脫石所帶負(fù)電荷。 （6）配位體交換的影響）配位體交換的影響 土壤中氧化物土壤中氧化物類膠體表面的類膠體表面的(-OH)或或(-OH2)基與陰基與陰離子進(jìn)行配位體交換后可使土壤所帶負(fù)電荷量增加離子進(jìn)行配位體交換后可使土壤所帶負(fù)電荷量增加 。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)3、土壤膠體表面電位土壤膠體表面電位 擴(kuò)散雙電層：擴(kuò)散雙電層：土壤帶電膠體與溶液界面的雙電土壤帶電膠體與溶液界面的雙電層層膠體表面的（負(fù)）電荷層緊靠表面溶液的反離膠體表面的（負(fù)）電荷層緊靠表面溶液的反離子或補(bǔ)償（陽(yáng)）離子層。子或補(bǔ)償（陽(yáng)）離子層。 兩者電荷數(shù)相等，符號(hào)相反，維持體系的電中性。兩者電荷數(shù)相等，符號(hào)相反，維持體系的電中性。

13、靜電引力使反離子靠近表面，熱運(yùn)動(dòng)又使其脫離表面靜電引力使反離子靠近表面，熱運(yùn)動(dòng)又使其脫離表面而形成具有擴(kuò)散特征的反離子層，又稱擴(kuò)散層。其中而形成具有擴(kuò)散特征的反離子層，又稱擴(kuò)散層。其中反離子呈不均勻分布，如同地球的大氣層。反離子呈不均勻分布，如同地球的大氣層。 擴(kuò)散層反離子分布和表面電位變化特征。擴(kuò)散層反離子分布和表面電位變化特征。 擴(kuò)散層中反離子的不均勻分布可用擴(kuò)散層中反離子的不均勻分布可用Boltzmann方方程表示：程表示：土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)CxCOexp(-ZFx/RT)(CO-本體溶液反離子濃度；本體溶液反離子濃度；exp-以以e=2.718282為底的指數(shù)函數(shù)為底的指數(shù)函數(shù)) （

14、CX/CO）(ZF/RT)x 雙電層中距表面雙電層中距表面x處的反離子濃度處的反離子濃度CX是是x處電位處電位x的指數(shù)函數(shù)，呈曲線降低。的指數(shù)函數(shù)，呈曲線降低。 xOexp（x） （O表面電位）表面電位） 常數(shù)與離子濃度、價(jià)數(shù)、介電常數(shù)和溫度有關(guān)。常數(shù)與離子濃度、價(jià)數(shù)、介電常數(shù)和溫度有關(guān)。在室溫下，在室溫下，3107ZCO 1/（的倒數(shù)）為擴(kuò)散雙電層的厚度，主要受離的倒數(shù)）為擴(kuò)散雙電層的厚度，主要受離子價(jià)子價(jià)Z和離子濃度和離子濃度CO的影響。的影響。 值大，雙電層壓縮，動(dòng)電位（值大，雙電層壓縮，動(dòng)電位（）0 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 第二節(jié)土壤的陽(yáng)離子交換第二節(jié)土壤的陽(yáng)離子交換 一、基本概念一、基

15、本概念 陽(yáng)離子交換作用：陽(yáng)離子交換作用：土壤溶液中的陽(yáng)離子與土壤土壤溶液中的陽(yáng)離子與土壤膠體表面吸附的陽(yáng)離子互換位置。膠體表面吸附的陽(yáng)離子互換位置。 交換性陽(yáng)離子：交換性陽(yáng)離子：被土壤膠體表面所吸附，能被被土壤膠體表面所吸附，能被土壤溶液中的陽(yáng)離子所交換的陽(yáng)離子。土壤溶液中的陽(yáng)離子所交換的陽(yáng)離子。 陽(yáng)離子吸附：陽(yáng)離子吸附：土壤溶液中的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移到土壤土壤溶液中的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移到土壤膠體表面，為土壤膠體所吸附。膠體表面，為土壤膠體所吸附。交換性陽(yáng)離子交換性陽(yáng)離子致酸離子：包括氫離子和鋁離子兩種致酸離子：包括氫離子和鋁離子兩種鹽基離子：除鋁以外的金屬離子鹽基離子：除鋁以外的金屬離子土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)

16、 陽(yáng)離子解吸：陽(yáng)離子解吸： 土壤膠體表面吸附的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移土壤膠體表面吸附的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)移到土壤溶液中。到土壤溶液中。 二、陽(yáng)離子吸附二、陽(yáng)離子吸附 土壤膠體一般帶負(fù)電荷，通過靜電力（庫(kù)侖力）土壤膠體一般帶負(fù)電荷，通過靜電力（庫(kù)侖力）吸附溶液中的陽(yáng)離子，在膠體表面形成擴(kuò)散雙電層。吸附溶液中的陽(yáng)離子，在膠體表面形成擴(kuò)散雙電層。 陽(yáng)離子靜電吸附的速度、數(shù)量和強(qiáng)度，取決于膠陽(yáng)離子靜電吸附的速度、數(shù)量和強(qiáng)度，取決于膠體表面電位體表面電位(電荷數(shù)和電荷密度電荷數(shù)和電荷密度)、離子價(jià)數(shù)和半徑等、離子價(jià)數(shù)和半徑等因素。因素。 表面負(fù)電荷愈多，吸附的陽(yáng)離子數(shù)量就愈多；表表面負(fù)電荷愈多，吸附的陽(yáng)離子數(shù)量就愈多；表面電

17、荷密度愈大，陽(yáng)離子價(jià)數(shù)愈高面電荷密度愈大，陽(yáng)離子價(jià)數(shù)愈高,就吸附愈牢固。就吸附愈牢固。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 不同價(jià)的陽(yáng)離子與膠體表面親合力的順序：不同價(jià)的陽(yáng)離子與膠體表面親合力的順序： M3+M2+M+ 紅壤、磚紅壤和膨潤(rùn)土對(duì)陽(yáng)離子吸附力的順序：紅壤、磚紅壤和膨潤(rùn)土對(duì)陽(yáng)離子吸附力的順序： Al3+Mn2+Ca2+K+ 膠體對(duì)同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力主要決定于離子的水膠體對(duì)同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力主要決定于離子的水合半徑，水合半徑較小的離子，與膠體表面的距離較合半徑，水合半徑較小的離子，與膠體表面的距離較近，彼此的作用較強(qiáng)。近，彼此的作用較強(qiáng)。一價(jià)離子一價(jià)離子 Li+ Na+ K+ NH4+ Rb+離子真

18、實(shí)半徑離子真實(shí)半徑(nm)離子水合半徑離子水合半徑(nm)離子在膠體的吸附力離子在膠體的吸附力 0.078 0.098 0.133 0.143 0.149 1.008 0.790 0.537 0.532 0.509 弱弱 強(qiáng)強(qiáng)土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力：同價(jià)陽(yáng)離子的吸附力： NH4+K+Na+（隨離子水合半徑增大而減小）（隨離子水合半徑增大而減?。?三、陽(yáng)離子交換三、陽(yáng)離子交換 （一）陽(yáng)離子交換作用的主要特征（一）陽(yáng)離子交換作用的主要特征 1、可逆反應(yīng)、可逆反應(yīng) 陽(yáng)離子交換作用是一種可逆反應(yīng)。這種交換作陽(yáng)離子交換作用是一種可逆反應(yīng)。這種交換作 用是動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)速度很快。用是動(dòng)態(tài)

19、平衡，反應(yīng)速度很快。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 2、以離子價(jià)為基礎(chǔ)的等價(jià)交換、以離子價(jià)為基礎(chǔ)的等價(jià)交換 二個(gè)一價(jià)銨離子，交換一個(gè)二價(jià)鈣離子，即二個(gè)一價(jià)銨離子，交換一個(gè)二價(jià)鈣離子，即36克克銨可交換銨可交換40克鈣；一個(gè)一價(jià)銨離子可交換一個(gè)一價(jià)克鈣；一個(gè)一價(jià)銨離子可交換一個(gè)一價(jià)鈉離子，即鈉離子，即18克銨可交換克銨可交換23克鈉?？蒜c。 3、受質(zhì)量作用定律支配、受質(zhì)量作用定律支配 溶液中某種離子濃度高時(shí)，其交換能力增大，可溶液中某種離子濃度高時(shí)，其交換能力增大，可將交換能力弱的離子交換出來(lái)，也可將交換能力強(qiáng)將交換能力弱的離子交換出來(lái)，也可將交換能力強(qiáng)的離子交換出來(lái)。的離子交換出來(lái)。 土壤中常見陽(yáng)離子交

20、換能力：土壤中常見陽(yáng)離子交換能力： Fe3+、Al3+H+Ca2+Mg2+K+Na+ H+例外，半徑小，水合度低，運(yùn)動(dòng)快，交換能力強(qiáng)。例外，半徑小，水合度低，運(yùn)動(dòng)快，交換能力強(qiáng)。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)（二）（二）陽(yáng)離子交換量陽(yáng)離子交換量（cation exchange capacity） 1、概念、概念 單位重量的土壤所含交換性陽(yáng)離子單位重量的土壤所含交換性陽(yáng)離子(一價(jià)一價(jià))的總量，的總量，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CEC。單位是。單位是cmol/kg。陽(yáng)離子交換量可作為土壤保肥能力的指標(biāo)陽(yáng)離子交換量可作為土壤保肥能力的指標(biāo) CEC （Cmol/kg） 10 1020 20 保肥力弱保肥力弱 中等強(qiáng)中等強(qiáng) 四川紫

21、色丘陵區(qū)由紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化而形成的石灰四川紫色丘陵區(qū)由紫色砂頁(yè)巖風(fēng)化而形成的石灰性紫色土和中性紫色土性紫色土和中性紫色土CEC一般均大于一般均大于20cmol/kg； 酸性紫色土酸性紫色土CEC為為15cmol/kg，紅壤、黃壤，紅壤、黃壤CEC一般在一般在13cmol/kg，甚至更低。，甚至更低。土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 2、影響土壤、影響土壤CEC的因素的因素 （1）土壤質(zhì)地）土壤質(zhì)地 質(zhì)地由砂質(zhì)向粘質(zhì)變化，陽(yáng)離子交換量逐漸增大。質(zhì)地由砂質(zhì)向粘質(zhì)變化，陽(yáng)離子交換量逐漸增大。 質(zhì)質(zhì) 地地 砂土砂土 砂壤土砂壤土 壤土壤土 粘土粘土 CEC(Cmol/kg) 1-5 7-8 7-18 25-30 （

22、2）有機(jī)質(zhì)含量）有機(jī)質(zhì)含量 有機(jī)膠體所帶負(fù)電荷量平均為有機(jī)膠體所帶負(fù)電荷量平均為350Cmol/kg，較無(wú)，較無(wú) 機(jī)膠體大得多，因而有機(jī)質(zhì)含量高的土壤陽(yáng)子交換量機(jī)膠體大得多，因而有機(jī)質(zhì)含量高的土壤陽(yáng)子交換量高，保肥力強(qiáng)。高，保肥力強(qiáng)。 （3）無(wú)機(jī)膠體類型）無(wú)機(jī)膠體類型 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 一般粘土礦物一般粘土礦物CEC 2:1型型1:1型型，1:1型型氧化氧化物，物，2:1型中蒙脫石類型中蒙脫石類水云母類水云母類。（4）土壤酸堿性）土壤酸堿性 帶可變電荷的土壤膠體，酸堿性是影響其電荷帶可變電荷的土壤膠體，酸堿性是影響其電荷數(shù)量的重要因素，進(jìn)而影響土壤保肥能力。數(shù)量的重要因素，進(jìn)而影響土壤保肥

23、能力。 例如：磚紅壤例如：磚紅壤pH值由自然條件下的值由自然條件下的5左右提高左右提高到到7左右時(shí)，其負(fù)電荷量約增加左右時(shí)，其負(fù)電荷量約增加70%。（三）（三）土壤鹽基飽和度土壤鹽基飽和度（Base Saturation Percentage） 鹽基離子占吸附陽(yáng)離子總量鹽基離子占吸附陽(yáng)離子總量(CEC)的百分?jǐn)?shù)。的百分?jǐn)?shù)。 土壤鹽基飽和度土壤鹽基飽和度(BS)(%)= 100 交換性鹽基總量交換性鹽基總量CEC土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 我國(guó)土壤鹽基飽和度大致以北緯我國(guó)土壤鹽基飽和度大致以北緯33 為界，以北為界，以北鹽基飽和度較高，一般達(dá)鹽基飽和度較高，一般達(dá)80%100%，以南鹽基飽，以南鹽基飽

24、和度均較低，只有和度均較低，只有20%30%，有的甚至少于，有的甚至少于10%。 鹽基飽和度高的土壤，交換性陽(yáng)離子以鹽基飽和度高的土壤，交換性陽(yáng)離子以Ca2+為主，為主，其次是其次是Mg2+，分別占，分別占80%和和15%。鹽基飽和度低的土。鹽基飽和度低的土壤，交換性陽(yáng)離子以壤，交換性陽(yáng)離子以H+和和Al3+為主為主 。 BS80% BS 5080% BS50% 肥沃土壤肥沃土壤 中等肥力土壤中等肥力土壤 低肥力土壤低肥力土壤 （四）交換性陽(yáng)離子的有效度（四）交換性陽(yáng)離子的有效度 交換性陽(yáng)離子對(duì)植物都是有效性的，但有效程度交換性陽(yáng)離子對(duì)植物都是有效性的，但有效程度不一樣。不一樣。 土壤地理學(xué)土

25、壤地理學(xué) 1、離子飽和度、離子飽和度 土壤吸咐某種交換性陽(yáng)離子數(shù)量占土壤交換性土壤吸咐某種交換性陽(yáng)離子數(shù)量占土壤交換性陽(yáng)離子總量的百分?jǐn)?shù)，稱該種離子飽和度。離子飽陽(yáng)離子總量的百分?jǐn)?shù)，稱該種離子飽和度。離子飽和度愈高，其有效性愈高。和度愈高，其有效性愈高。土壤土壤CECCmol(+)/kg交換性鈣交換性鈣Cmol(+)/kg飽和度飽和度(%)A8675B301033 2、互補(bǔ)離子效應(yīng)、互補(bǔ)離子效應(yīng) 對(duì)某一指定吸附離子，其他并存的離子都是它對(duì)某一指定吸附離子，其他并存的離子都是它的互補(bǔ)離子。的互補(bǔ)離子。表表101土壤陽(yáng)離子交換與離子飽和度土壤陽(yáng)離子交換與離子飽和度土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 互補(bǔ)離子效應(yīng)

26、是由各種陽(yáng)離子被膠體吸著能力不互補(bǔ)離子效應(yīng)是由各種陽(yáng)離子被膠體吸著能力不同所致。有的陽(yáng)離子被土壤膠體吸著力大，吸著很緊；同所致。有的陽(yáng)離子被土壤膠體吸著力大，吸著很緊；有的陽(yáng)離子被膠體吸著力小，吸著松散。一般說(shuō)來(lái)，有的陽(yáng)離子被膠體吸著力小，吸著松散。一般說(shuō)來(lái)，某離子的互補(bǔ)離子被土壤膠體的吸附力越強(qiáng)，該離子某離子的互補(bǔ)離子被土壤膠體的吸附力越強(qiáng)，該離子的有效度就越高。的有效度就越高。土壤土壤交換性陽(yáng)離子組交換性陽(yáng)離子組成成小麥幼苗干重小麥幼苗干重(g)小麥幼苗吸鈣量小麥幼苗吸鈣量(mg)ABC40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40%Ca+60%Na2.802.792.3411.157.8

27、34.36表表10102 2互補(bǔ)離子與交換性鈣的有效性互補(bǔ)離子與交換性鈣的有效性土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 3、粘土礦物類型、粘土礦物類型 高嶺石類粘土礦物，有外表面而無(wú)內(nèi)表面，陽(yáng)離高嶺石類粘土礦物，有外表面而無(wú)內(nèi)表面，陽(yáng)離子吸著于外表面上，容易解吸，有效性高；子吸著于外表面上，容易解吸，有效性高； 蒙脫石類粘土礦物既有強(qiáng)大的外表面，又有內(nèi)表蒙脫石類粘土礦物既有強(qiáng)大的外表面，又有內(nèi)表面，吸著陽(yáng)離子的有效性低于高嶺石。面，吸著陽(yáng)離子的有效性低于高嶺石。 水云母類粘土礦物由于硅層晶穴對(duì)陽(yáng)離子水云母類粘土礦物由于硅層晶穴對(duì)陽(yáng)離子K+或或NH4+產(chǎn)生固定作用，降低其有效性。產(chǎn)生固定作用，降低其有效性。 氧化

28、物類膠體對(duì)陽(yáng)離子產(chǎn)生專性吸收，使陽(yáng)離子氧化物類膠體對(duì)陽(yáng)離子產(chǎn)生專性吸收，使陽(yáng)離子 失去有效性。失去有效性。 四、陽(yáng)離子專性吸附四、陽(yáng)離子專性吸附 1、陽(yáng)離子專性吸附的機(jī)理、陽(yáng)離子專性吸附的機(jī)理土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 土壤鐵、鋁、錳等氧化物膠體，其表面陽(yáng)離子不土壤鐵、鋁、錳等氧化物膠體，其表面陽(yáng)離子不飽和而水合飽和而水合(化化)，產(chǎn)生可離解的水合基，產(chǎn)生可離解的水合基(- -OH2)或或羥基羥基(OH)，它們與溶液中過渡金屬離子，它們與溶液中過渡金屬離子(M2+、MOH+)作用而生成穩(wěn)定性高的表面絡(luò)合物，這種吸附稱專性作用而生成穩(wěn)定性高的表面絡(luò)合物，這種吸附稱專性吸附吸附(Specific ads

29、orption)，不同于膠體對(duì)堿金屬和堿，不同于膠體對(duì)堿金屬和堿土金屬離子的靜電吸附。土金屬離子的靜電吸附。 過渡金屬（過渡金屬（B、B族等），水合熱較大，在族等），水合熱較大，在水溶液中呈水合離子形態(tài)，并易水解成羥基陽(yáng)離子：水溶液中呈水合離子形態(tài)，并易水解成羥基陽(yáng)離子： M2+H2OM（H2O）2+MOH+H+ 水解陽(yáng)離子電荷減少，致使其向吸附膠體表面靠水解陽(yáng)離子電荷減少，致使其向吸附膠體表面靠近的能障降低，有利于與表面的相互作用。近的能障降低，有利于與表面的相互作用。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 若過渡金屬呈若過渡金屬呈M2+離子態(tài)被專性吸附，形成單配離子態(tài)被專性吸附，形成單配位基表面絡(luò)合物（位

30、基表面絡(luò)合物（-O-M），反應(yīng)后釋放），反應(yīng)后釋放1個(gè)個(gè)H+，并引，并引起起1個(gè)電荷變化。個(gè)電荷變化。 若呈若呈MOH+離子態(tài)被吸附，形成雙配位基表面絡(luò)離子態(tài)被吸附，形成雙配位基表面絡(luò)合物（合物（-O-M-OH），反應(yīng)后釋放），反應(yīng)后釋放2個(gè)個(gè)H+ ，但表面電荷，但表面電荷不變化。不變化。 專性吸附在膠體表面正、負(fù)、零電荷時(shí)均可發(fā)生，專性吸附在膠體表面正、負(fù)、零電荷時(shí)均可發(fā)生，反應(yīng)結(jié)果使體系反應(yīng)結(jié)果使體系pH下降。下降。 層狀硅酸鹽粘土礦物邊面裸露的層狀硅酸鹽粘土礦物邊面裸露的Al-OH基和基和Si-OH基與氧化物表面羥基相似，有一定專性吸附能力?；c氧化物表面羥基相似，有一定專性吸附能力。

31、土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 專性吸附的金屬離子為非交換態(tài)，不參與一般的專性吸附的金屬離子為非交換態(tài)，不參與一般的陽(yáng)離子交換反應(yīng)?？杀慌c膠體親合力更強(qiáng)的金屬離子陽(yáng)離子交換反應(yīng)?？杀慌c膠體親合力更強(qiáng)的金屬離子置換或部分置換，或在酸性條件下解吸。置換或部分置換，或在酸性條件下解吸。 2、影響陽(yáng)離子專性吸附的主要因素、影響陽(yáng)離子專性吸附的主要因素 （1）pH 金屬離子水解和專性吸附反應(yīng)均釋放金屬離子水解和專性吸附反應(yīng)均釋放H+，pH升升高有利于反應(yīng)進(jìn)行。高有利于反應(yīng)進(jìn)行。 （2）土壤膠體類型）土壤膠體類型 對(duì)陽(yáng)離子專性吸附的土壤膠體主要是氧化物。其對(duì)陽(yáng)離子專性吸附的土壤膠體主要是氧化物。其中非晶質(zhì)的氧化錳氧

32、化鋁氧化鐵。中非晶質(zhì)的氧化錳氧化鋁氧化鐵。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì)非晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì) 土壤中鐵、錳氧化物多，具有更大意義。土壤中鐵、錳氧化物多，具有更大意義。 3、陽(yáng)離子專性吸附的實(shí)際意義、陽(yáng)離子專性吸附的實(shí)際意義 （1）對(duì)多種微量重金屬離子的富集作用）對(duì)多種微量重金屬離子的富集作用 在紅壤、黃壤的鐵錳結(jié)核中，在紅壤、黃壤的鐵錳結(jié)核中，Zn、Co、Ni、Ti、Cu、V等都有富集。等都有富集。 其中其中Zn、Co、Ni與錳含量呈正相關(guān)，而與錳含量呈正相關(guān)，而Ti、Cu、V、Mo與鐵含量呈正相關(guān)。與鐵含量呈正相關(guān)。 在地球化學(xué)探礦上有實(shí)用價(jià)值。在地球化學(xué)探礦上有實(shí)用價(jià)值。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)

33、 （2）控制土壤溶液中重金屬離子濃度）控制土壤溶液中重金屬離子濃度 通過專性吸附和解吸，控制土壤溶液中通過專性吸附和解吸，控制土壤溶液中Zn、Cu、Co、Mo等微量重金屬離子濃度。從而控制其生物有等微量重金屬離子濃度。從而控制其生物有效性和生物毒性。被效性和生物毒性。被Pb污染的土壤中加入氧化錳，污染的土壤中加入氧化錳，可抑制植物對(duì)可抑制植物對(duì)Pb的吸收，降低毒害。的吸收，降低毒害。（3 3）凈化與污染作用）凈化與污染作用 土壤氧化物膠體對(duì)重金屬污染離子的專性吸附固土壤氧化物膠體對(duì)重金屬污染離子的專性吸附固定，對(duì)水體起一定的凈化作用，并對(duì)植物從土壤溶液定，對(duì)水體起一定的凈化作用，并對(duì)植物從土壤

34、溶液吸收和積累這些金屬離子起一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用。吸收和積累這些金屬離子起一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用。但同時(shí)給土壤帶來(lái)潛在的污染危險(xiǎn)。但同時(shí)給土壤帶來(lái)潛在的污染危險(xiǎn)。 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué)第三節(jié)土壤膠體對(duì)陰離子的吸附與交換第三節(jié)土壤膠體對(duì)陰離子的吸附與交換一、土壤中的陰離子吸收力一、土壤中的陰離子吸收力 不同陰離子被土壤吸收的力不同，分為三類：不同陰離子被土壤吸收的力不同，分為三類： 1、易被土壤吸收的陰離子、易被土壤吸收的陰離子 磷酸根磷酸根(H2PO4-、HPO42-、PO43-)，硅酸根，硅酸根(HSiO3-、SiO32-)，有機(jī)酸根，有機(jī)酸根(如如C2O42-)以及以及F-。 陰離子被吸收的機(jī)制通常是陰離子被吸收的機(jī)制通常是化學(xué)吸收或?qū)Ｐ晕栈瘜W(xué)吸收或?qū)Ｐ晕?F-易被土壤中氧化物產(chǎn)生專性吸收，故土壤是易被土壤中氧化物產(chǎn)生專性吸收，故土壤是F-的凈化劑。的凈化劑。 2、吸收力弱或進(jìn)行負(fù)吸收的陰離子、吸收力弱或進(jìn)行負(fù)吸收的陰離子 土壤地理學(xué)土壤地理學(xué) 這類陰離子包括這類陰離子包括Cl-、NO2-、NO3-等，主要是被土等，主要是被土壤負(fù)吸收，很容易從土壤淋洗出去。壤負(fù)吸收，很容易從土壤淋洗出去。NO2-、NO3-的流的流失，不僅造成氮肥利用率降低，而且還造成水體污染。失，不僅造成氮肥利用率降低，而且還造成水體污染。3、中間類型的陰