土壤膠體和土壤的交換性能課件

第六章土壤膠體和土壤的交換性能主要學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、土壤為什么能保持養(yǎng)分？2、如何衡量土壤保肥能力的高低？3、哪些因素影響植物對(duì)土壤陽(yáng)離子的吸收？主要內(nèi)容第一節(jié)土壤膠體概述第二節(jié)土壤陽(yáng)離子交換第三節(jié)土壤陰離子交換第四節(jié)土壤離子吸收代換作用的意義第五節(jié)土壤陽(yáng)離子吸收與代換性的改良第六章土壤膠體和土壤的交換性能本章重點(diǎn)：1、掌握幾種主要土壤膠體的特性2、了解土壤陽(yáng)離子的交換過(guò)程。第六章土壤膠體和土壤陽(yáng)離子交換思考題一、名詞解釋?zhuān)?、土壤膠體；2、土壤陽(yáng)離子交換量；3、土壤鹽基飽和度；4、比表面積5、硅酸鹽層二、土壤膠體有哪些類(lèi)型？三、影響陽(yáng)離子交換量大小的因素有哪些？第一節(jié)土壤膠體一、概念

土壤膠體是指顆粒直徑小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。目前土壤膠體粒徑的大小范圍，并不是絕對(duì)的。這是因?yàn)槟z體性質(zhì)的出現(xiàn)，是隨著粒徑的減小逐漸加強(qiáng)的。沒(méi)有截然劃分的界限。二、膠體的類(lèi)型1、土壤無(wú)機(jī)膠體：主要是指次生礦物包括三類(lèi)：氧化硅類(lèi)、三氧化物類(lèi)和層狀鋁硅酸鹽三、粘土礦物的晶格構(gòu)造1、粘土礦物硅酸鹽層的基本構(gòu)造單位：（1）硅氧四面體

硅氧四面體形成的原因：一是硅具有正原子價(jià)，而氧具負(fù)原子價(jià)，二者可相互吸引。二是與原子大小有關(guān)，四個(gè)氧原子堆積成四面體時(shí)，其間所形成的空隙與硅原子的大小基本相似。2、單位晶片（1）四面體片在水平方向上，四面體通過(guò)共用底部氧的方式，在兩維方向上無(wú)限延伸，排列成近似蜂窩狀的四面體片。2、單位晶片（2）八面體片八面體在水平方向上，相鄰的八面體通過(guò)共用兩個(gè)氧離子的方式，在平面兩維方向上無(wú)限延伸，形成八面體片。3、單位晶層硅片和鋁片以不同的方式化合，形成層狀鋁硅酸鹽的單位晶層。由于硅片和鋁片的配合比例不同，分為1：1型礦物和2：1型礦物或分為二層礦物和三層礦物。（一）高嶺石（kaolinite）1、高嶺石（kaolinite）（一）高嶺石（kaolinite）4、帶電性：（1）帶電原因：一部分電荷是晶格破裂產(chǎn)生的；另外晶格表面的—OH和—OH2在土壤呈強(qiáng)堿性條件下，釋放出氫質(zhì)子，導(dǎo)致高嶺石帶負(fù)電荷。這種電荷稱(chēng)可變電荷。（2）帶電量的多少高嶺石所帶電荷數(shù)量較少。（二）伊利石1、分布：主要分布在干旱半干旱地區(qū)。2、晶格構(gòu)造：屬三層型（2：1）粘土礦物，硅酸鹽層間由鉀離子連接，晶格距離比較穩(wěn)定。（二）伊利石3、比表面積：晶格的邊緣具有脹縮性，比表面積為100m2/g，其中的外表面小，內(nèi)表面比大；4、帶電性：伊利石帶有的電荷是由同晶代換產(chǎn)生的。其中有一部分負(fù)電荷被鉀離子中和，伊利石的帶電量比高嶺石多。同晶代換在粘土礦物晶格的形成過(guò)程中，部分晶格中的中央離子，被其它價(jià)數(shù)的陽(yáng)離子取代。如四面體中央的Si4+被Al3+代替，八面體中央的Al3+被Mg2+代替，就產(chǎn)生了剩余的負(fù)電荷。所產(chǎn)生的負(fù)電荷位于硅酸鹽層的晶格中，不受外界溶液的影響，稱(chēng)為永久電荷或?qū)与姾?。（三）蒙脫?、分布：主要分布在干旱和半干旱地區(qū)的土壤中。2、晶格構(gòu)造：屬三層型（2：1）粘土礦物，硅酸鹽層之間由鈣離子和鎂離子連接。3、比表面積：硅酸鹽層之間全部脹縮性，內(nèi)表面積非常大，比表面積為800m2/g；4、帶電性：帶有的電荷是由同晶代換產(chǎn)生的，帶電量比伊利石多。(四）含水氧化物1、含水氧化物的種類(lèi)：包括非晶質(zhì)的硅酸和含水氧化鐵或氧化鋁。2、硅酸的帶電性：非晶質(zhì)的硅酸是各種鋁硅酸鹽經(jīng)過(guò)化學(xué)風(fēng)化過(guò)程的最后產(chǎn)物，其所帶電荷是由H+解離產(chǎn)生的。這種解離只有在堿性范圍內(nèi)才能達(dá)到較大程度的解離。(四）含水氧化物3、含水氧化鐵或氧化鋁的種類(lèi)有褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、水鋁石和三水鋁石。它們均屬兩性膠體，所帶電荷隨pH值變化有很大不同，在溶液偏酸時(shí)，解離出—OH—，成為(OH)2+帶正電。在溶液偏堿時(shí)，解離出H+，成為(OH)2O—帶負(fù)電。（五）腐殖質(zhì)膠體1、結(jié)構(gòu)：高分子有機(jī)化合物，呈球形，具三維空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2、帶電性：負(fù)電荷主要是由羧基和酚羥基解離的氫離子引起，與pH相關(guān)；3、腐殖質(zhì)膠體中的NH2可接受氫離子，導(dǎo)致腐殖質(zhì)膠體帶正電荷。胡敏酸結(jié)構(gòu)富里酸結(jié)構(gòu)第二節(jié)土壤陽(yáng)離子交換一、土壤陽(yáng)離子交換過(guò)程：1、概念：土壤膠體吸附陽(yáng)離子，在一定條件下，與土壤溶液中的陽(yáng)離子發(fā)生交換，這就是土壤陽(yáng)離子的交換過(guò)程。能夠參與交換過(guò)程的陽(yáng)離子，就成為交換性陽(yáng)離子。土壤陽(yáng)離子交換過(guò)程一、土壤陽(yáng)離子交換過(guò)程：2、特點(diǎn)：第一，是可逆反應(yīng)。任何一方的反應(yīng)都不能進(jìn)行到底，只有不斷排除生成物，并反復(fù)浸提，才能把膠體表面上的鈣離子和鉀離子全部交換出來(lái)；第二，陽(yáng)離子交換作用按等摩爾進(jìn)行，即20克鈣離子可以和39.1克鉀離子交換；一、土壤陽(yáng)離子交換過(guò)程：第三，交換受溫度影響較小，而與交換點(diǎn)位置直接相關(guān)：外表面上的交換可瞬時(shí)發(fā)生，一小時(shí)內(nèi)達(dá)到平衡；內(nèi)表面上的交換需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，因?yàn)殡x子在到達(dá)交換點(diǎn)前需要在晶層間隙中運(yùn)動(dòng)，受離子擴(kuò)散規(guī)律制約，所以往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡。二、土壤陽(yáng)離子交換量（CationExchangeCapacity）CEC1、定義：在一定pH值時(shí)，每千克土壤中所含有的全部交換性陽(yáng)離子的厘摩爾數(shù)。單位：cmol/kg。與舊單位me/100g土等量換算二、土壤陽(yáng)離子交換量2、意義：土壤交換量可以作為評(píng)價(jià)土壤保肥力的指標(biāo)。一般認(rèn)為：小于10cmol/kg，保肥力弱；10~20cmol/kg，保肥力中等；大于20cmol/kg，保肥力強(qiáng)。三、影響土壤陽(yáng)離子交換量的因素1、土壤質(zhì)地的影響土壤質(zhì)地愈粘，土壤的交換量也就愈大。一般：土壤質(zhì)地砂土輕壤土中、重壤土粘土交換量cmol/kg1~27~815~1825~30三、影響土壤陽(yáng)離子交換量的因素2、腐殖質(zhì)含量腐殖質(zhì)含量越高，陽(yáng)離子交換量越大。腐殖質(zhì)易帶負(fù)電荷，腐殖質(zhì)膠體具有極大的比表面積，交換量為200—500cmol/kg。3、無(wú)機(jī)膠體種類(lèi)高嶺石（6cmol/kg）、伊利石（30mol/kg）、蒙脫石（100cmol/kg）三、影響土壤陽(yáng)離子交換量的因素4、土壤的酸堿性可變的負(fù)電荷，是由pH的增加而增加的。含腐殖質(zhì)多的土壤，交換量受pH影響顯著，當(dāng)pH值從2.5上升到8.0時(shí)，交換量從65cmol/kg上升到345cmol/kg。另外高嶺石、鐵鋁的含水氧化物所帶電荷也受酸堿環(huán)境的影響。四、土壤鹽基飽和度1、鹽基飽和度：土壤膠體上的交換性鹽基離子占交換性陽(yáng)離子總量的百分比。

土壤交換性陽(yáng)離子可分為二類(lèi)：致酸離子（H+、Al3+）和鹽基離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)。鹽基離子為植物所需的速效養(yǎng)分。四、土壤鹽基飽和度2、鹽基飽和度的意義：真正反映土壤有效速效養(yǎng)分含量的大小。若陽(yáng)離子總量大，而鹽基飽和度偏小，土壤中養(yǎng)分狀況？鹽基飽和度>80%的土壤，一般是很肥沃的；鹽基飽和度50%~80%的土壤，為中等肥力水平。鹽基飽和度<50%的土壤肥力較低。需要采取措施對(duì)土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。五、影響交換性陽(yáng)離子有效性的因素1、交換性陽(yáng)離子的飽和度：飽和度大，該離子的有效性大；單一離子的飽和度%=交換性該離子總量/陽(yáng)離子總量*100五、影響交換性陽(yáng)離子有效性的因素2、陪伴離子的種類(lèi)：對(duì)于某一特定的離子來(lái)說(shuō)，其它與其共存的離子都是陪伴離子。與膠體結(jié)合強(qiáng)度大的離子，本身有效性低，對(duì)其它離子的抑制能力小，有效性就大。各離子抑制能力由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋衡c離子>鉀離子>鎂離子>鈣離子>氫離子>鋁離子；五、影響交換性陽(yáng)離子有效性的因素3、無(wú)機(jī)膠體的種類(lèi)：在飽和度相同的前提下，各種離子在無(wú)機(jī)膠體上的有效性：高嶺石大于蒙脫石大于伊利石；4、離子半徑與晶格網(wǎng)狀孔穴大小的關(guān)系。離子大小與孔徑相近，從而降低了有效性。如：孔穴半徑為1.4埃，鉀離子的半徑為1.33埃，銨離子的半徑為1.42埃，則有效性較低。第三節(jié)土壤膠體對(duì)陰離子的吸附一、土壤吸收陰離子的原因1、兩性膠體帶正電荷酸性Al(OH)3+HCl=Al(OH)2++Cl--+H2O堿性Al(OH)3+NaOH=Al(OH)2O--+Na++H2O2、土壤腐殖質(zhì)中的—NH2在酸性條件下吸收H+成為—NH3+而帶正電。二、土壤中各種陰離子的吸附方式

1、表面吸附氯離子和硝酸根離子通過(guò)靜電引力作用，被土壤膠體所吸附，但結(jié)合得比較疏松，可以和其它的陰離子互相交換。2、鑲嵌吸附：對(duì)磷酸鹽、鉬酸鹽和硅酸鹽與土壤膠體表面的鐵和鋁是通過(guò)氧橋相結(jié)合。這種結(jié)合是很牢固的。二、土壤中各種陰離子的吸附方式根據(jù)陰離子吸收的特點(diǎn)，在施肥時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施，磷肥施用時(shí)應(yīng)防止固定，硝酸態(tài)氮肥應(yīng)防止流失。

第四節(jié)離子吸收代換作用的意義

一、使土壤具有保持和供應(yīng)養(yǎng)分的能力離子態(tài)的養(yǎng)分，在土壤膠體的離子代換作用下，保持在土壤中，這就是土壤的保肥性。被土壤膠體吸收的離子與土壤溶液間的離子能進(jìn)行可逆性交換，植物可隨時(shí)從土壤中得到養(yǎng)分，這就是土壤的供肥性。土壤如具有較高的離子代換吸收量，土壤也就具備了較好的養(yǎng)分保持與供應(yīng)能力。二、調(diào)節(jié)土壤的物理狀況

土壤膠粒之間的凝聚作用，是土壤具有結(jié)構(gòu)的根本原因，當(dāng)土壤膠體表面吸收大量鈉離子時(shí)，促使膠粒分散。而當(dāng)土壤膠體吸附鈣后，膠粒易于凝聚，形成土壤結(jié)構(gòu)體。在堿性土壤上施石膏，可改良土壤的不良性狀。第四節(jié)離子吸收代換作用的意義第五節(jié)土壤陽(yáng)離子吸收與代換性的改良一、提高陽(yáng)離子代換量1、增加礦質(zhì)膠體在北方地區(qū)質(zhì)地粗的土壤中，應(yīng)增加陽(yáng)離子代換量高的粘土。南方地區(qū)土壤以高嶺石為主，代換量低，應(yīng)增加富含蒙脫石、蛭石的土壤。

蛭石是云母類(lèi)礦物脫鉀后形成的，在北方土壤中含量高，化學(xué)成分變化大，與蒙脫石的區(qū)別是層間連接比較緊。第五節(jié)土壤陽(yáng)離子吸收與代換性的改良2、增加有機(jī)膠體有機(jī)膠體的代換量（200—500