5第三章-土壤的基本性質(zhì)

第三章土壤的基本性質(zhì)1土壤的孔性、結(jié)構(gòu)性和耕性（物理性質(zhì)）2土壤的膠體與土壤吸附性能3土壤的酸堿性（化學(xué)性質(zhì)）

復(fù)習(xí)土壤水分類型萎蔫系數(shù)田間持水量土壤空氣組成與大氣的差異土壤空氣運(yùn)動的方式土壤呼吸土壤熱容量1土壤的孔性、結(jié)構(gòu)性和耕性1.1土壤孔性土壤孔隙：土壤中土?；驁F(tuán)聚體之間以及團(tuán)聚體內(nèi)部的空隙。1、土壤孔隙度：單位容積土壤中孔隙容積占整個土體容積的百分?jǐn)?shù)。它表示土壤中各種大小孔隙度的總和。一般是通過土壤容重和土壤密度來計算。土壤孔隙度=[1-(容重)/相對密度]×100%（1）土壤相對密度（土壤比重）：單位容積固體土粒（不包括粒間空隙）的干重與4℃時同體積水重之比。土壤相對密度的大小主要決定于土壤的各種礦物和土壤有機(jī)質(zhì)的相對密度。大多數(shù)土壤礦物的相對密度在2.6-2.7左右，因此土壤相對密度一般取其平均值2.65。土壤有機(jī)質(zhì)相對密度為1.25-1.40，表層土壤有機(jī)質(zhì)含量較多，所以表層土壤相對密度通常低于底土。（2）土壤容重：是指單位容積土體（包括孔隙在內(nèi)的原狀土）的干重。單位為g/cm3或t/m3。一般旱地土壤容重大體在1.00～1.80g/cm3之間。土壤容重是一個重要的參數(shù)：反映土壤松緊度(作物適宜的容重1.14-1.26g/cm3)計算土壤的重量

ms=S·h·d(ms：土重，S：面積，h：土層深度，d：容重）計算土壤中各組分的含量

如土壤水分、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分和鹽分等土壤容重一般是比重的一半左右。（3）土壤孔隙比：是指土壤中孔隙容積與土粒容積的比值。=

=孔隙度1-孔隙度孔隙容積

土粒容積

土壤孔隙比結(jié)構(gòu)良好的耕層土壤的孔隙比應(yīng)≥1例：一畝地，耕層深度為20cm，土壤容重為1.15g/cm3，土粒密度為2.65g/cm3，計算耕層土重和孔隙度，孔隙比。耕層土重=20*10-2*666.67*1.15=153.3t孔隙度=（1-1.15/2.65）*100%=56.6%孔隙比=56.6%/1-56.6%=1.31畝=666.67平方米2、土壤孔隙類型：土壤孔徑（當(dāng)量孔徑）:

是指與一定的土壤水吸力相當(dāng)?shù)目讖?它與孔隙的形狀及其均勻性無關(guān)。土壤水吸力與當(dāng)量孔徑的關(guān)系式為：

d=3/T

d為孔隙的當(dāng)量孔徑（mm）、T為土壤水吸力（100Pa）當(dāng)量孔徑與土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，則當(dāng)量孔徑愈小。A非活性孔（無效孔、束縛水孔）最細(xì)微的孔隙，當(dāng)量孔徑一般小于0.002毫米，土壤水吸力大于1500Pa。即使細(xì)菌（0.001～0.05mm）也很難在其中居留，這種孔隙的持水力極大，水分不易移動，不能被植物利用。B毛管孔隙

當(dāng)量孔徑在0.02～0.002毫米之間，毛管力發(fā)揮作用，水分貯存于該類孔隙中。植物根毛和一些細(xì)菌可在其中活動，貯存的水分可被植物吸收，保水保肥。C通氣孔隙

當(dāng)量孔隙大于0.02毫米，毛管作用減弱，孔隙中水分受重力支配而排除，通氣透水，孔隙直徑大于0.02mm，植物幼小的根可在其中順利伸展可分為兩種，大孔和小孔。按照土壤當(dāng)量孔徑的大小分為：土壤中各孔隙的計算:

總孔隙度=非活性孔度+毛管孔度+通氣孔度

通氣容積通氣孔度

土壤容積×100％毛管孔度=(田間持水量-凋萎含水量)×容重×100%

=非活性孔容積非活性孔度

土壤容積×100％

毛管容積毛管孔度

土壤容積×100％

==3、土壤孔隙狀況與土壤肥力、作物生長的關(guān)系：（1）土壤孔隙狀況與土壤肥力：土壤孔隙影響土壤的松緊和保水通氣能力。土壤疏松時，保水透水能力強(qiáng)，而緊實的土壤蓄水少、滲水慢。（2）土壤孔隙狀況與作物生長：旱作土壤耕層的土壤總孔隙度為50%-56%，通氣孔度不低于10%，大小孔隙之比在1:2-4，較為合適。1.2土壤結(jié)構(gòu)性土壤結(jié)構(gòu)體的概念：土壤中的固體顆粒往往不是以單粒狀態(tài)存在，而是形成大小不同，形狀各異的團(tuán)聚體。在內(nèi)外因素的綜合作用下，土粒相互團(tuán)聚成大小、形態(tài)和性質(zhì)不同的團(tuán)聚體，這種團(tuán)聚體稱為土壤結(jié)構(gòu)，或叫土壤結(jié)構(gòu)體。土壤結(jié)構(gòu)性：土壤結(jié)構(gòu)體的大小、形狀、力穩(wěn)性、水穩(wěn)性及孔隙狀況的綜合特征。土壤結(jié)構(gòu)體土壤結(jié)構(gòu)性大小形狀不良性狀結(jié)構(gòu)體良性結(jié)構(gòu)體塊狀結(jié)構(gòu)柱狀結(jié)構(gòu)，棱柱狀結(jié)構(gòu)核狀結(jié)構(gòu)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)微團(tuán)聚體孔性穩(wěn)定性肥力特性水力學(xué)穩(wěn)定性機(jī)械學(xué)穩(wěn)定性生物學(xué)穩(wěn)定性協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱的能力改善耕性孔隙度和孔隙級別土壤結(jié)構(gòu)片狀結(jié)構(gòu)，鱗片狀結(jié)構(gòu)質(zhì)地粘重而缺乏有機(jī)質(zhì)的土壤半干旱地帶的心土和底土中沖積性土壤中和老耕地的犁底層中有機(jī)質(zhì)含量高、肥沃的耕層土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)：通常指土壤中近于圓球狀的小團(tuán)聚體，直徑0.25-10mm。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)經(jīng)水浸泡較長時間不松散者稱為水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，它對調(diào)節(jié)土壤中水肥矛盾作用較大。良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具備的條件：有一定的結(jié)構(gòu)形態(tài)和大?。汉档匾话阋灾睆?.25-10mm、邊面不明顯的球形較好。有多級孔隙：單粒微團(tuán)粒團(tuán)粒大團(tuán)粒，大孔隙通氣透水，小孔隙保水蓄水。有一定的穩(wěn)定性：水穩(wěn)性、機(jī)械穩(wěn)固性和生物穩(wěn)固性。有抵抗微生物分解破碎的能力：有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)土粒相互結(jié)合而成的團(tuán)粒具有不同程度的生物穩(wěn)定性。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)對土壤肥力的作用：協(xié)調(diào)水分和空氣的矛盾：改善土壤透水通氣能力，由于團(tuán)粒的毛管孔隙，因能大量接納降水和灌溉水，減輕地表徑流。團(tuán)粒間孔隙能充滿空氣，而團(tuán)粒內(nèi)孔隙持水能力強(qiáng)。能協(xié)調(diào)土壤有機(jī)質(zhì)中養(yǎng)分的消耗和積累的矛盾：團(tuán)粒間氧氣充足，有機(jī)質(zhì)分解快，團(tuán)粒內(nèi)氧氣少，有機(jī)質(zhì)分解慢。能穩(wěn)定土壤溫度，調(diào)節(jié)土熱狀況：團(tuán)粒內(nèi)部小孔隙保持的水分較多，溫度變化小，土溫較穩(wěn)定。改良耕性和有利于作物根系伸展：團(tuán)粒間孔隙大，作物根系穿插容易；團(tuán)粒內(nèi)又有利于根系的固著。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成（兩個階段）：1土粒的粘聚：①膠體的凝聚作用：如帶負(fù)電的粘粒與陽離子因電性中和而凝聚。②水膜的粘結(jié)作用：帶電粘粒吸引極性水分子，形成薄層水膜，靠近的粘粒通過水膜聯(lián)結(jié)在一起。

③膠結(jié)作用：膠結(jié)物質(zhì)有簡單的無機(jī)膠體、粘粒、有機(jī)物質(zhì)。2成型動力：在土壤粘聚的基礎(chǔ)上，通過一定的作用力才能形成穩(wěn)定的獨(dú)立結(jié)構(gòu)體①生物作用：生長的植物根系對土壤的分割和擠壓，根系死亡形成腐殖質(zhì)，有利于形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。蚯蚓、線蟲、昆蟲等的作用。②干濕交替作用：土壤由濕變干時，不同膠體因干縮程度不同而裂開，反之亦然。③凍融交替作用：孔隙水結(jié)冰對土體產(chǎn)生壓力而使土塊崩解，同時有利于膠體的凝聚作用。④土壤耕作的作用等：合理耕作可促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。

形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的措施：

1農(nóng)業(yè)措施:

深耕與施肥：深耕使土松散，變成小土團(tuán)，施用有機(jī)質(zhì)能增加膠結(jié)物質(zhì)。正確的土壤耕作合理的輪作制度調(diào)節(jié)土壤陽離子組成合理灌溉、曬垡和凍垡

2土壤結(jié)構(gòu)改良劑的應(yīng)用改良劑能溶于水，與土壤作用轉(zhuǎn)化為不可溶態(tài)，吸附土壤成為水穩(wěn)性的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。1.3土壤耕性土壤耕性：是指土壤在耕作時所表現(xiàn)的特性。主要包括：（1）耕作的難易程度：耕作阻力的大??；（2）耕作質(zhì)量的好壞：耕后土垡松散、容易耙碎、不成坷垃，土壤松緊孔隙狀況適中；（3）宜耕期的長短：適宜耕作時間的長短。土壤物理機(jī)械性：是多項土壤動力學(xué)性質(zhì)的統(tǒng)稱。它包括粘結(jié)性、粘著性、可塑性、脹縮性以及受其它外力作用后而發(fā)生形變的性質(zhì)。粘結(jié)性和粘著性:

土壤粘結(jié)性:

指土粒與土粒之間由于分子引力而相互粘結(jié)在一起的性質(zhì)。這種性質(zhì)使土壤具有抵抗外力破碎的能力，也是耕作產(chǎn)生阻力的原因。土粒－土粒（干燥）土粒－水－土粒（濕潤）

土壤粘著性:

是土壤在一定含水量的情況下，土粒粘著外物表面的性能。土粒－水－外物飽和狀態(tài)影響土壤粘結(jié)性和粘著性的因素有：①土壤質(zhì)地：土壤愈細(xì)，接觸面愈大，粘結(jié)性和粘著性愈強(qiáng)。②土壤含水量：含水量愈少，土粒距離愈近，分子引力愈大，粘結(jié)性愈強(qiáng)，水分含量增加，粘結(jié)性減小。③土壤結(jié)構(gòu)：團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可使土團(tuán)接觸面減少，因而其粘結(jié)性和粘著性降低，土壤疏松易耕。④土壤腐殖質(zhì)含量：腐殖質(zhì)含量增加可減弱粘土的粘結(jié)性，因為腐殖質(zhì)在土粒外圍形成薄膜，改變了粘粒接觸面的性質(zhì)。⑤土壤代換性陽離子的組成：不同的陽離子種類可影響土粒的分散和團(tuán)聚，一價陽離子可分散土粒，增大土壤粘結(jié)性和粘著性；而二價陽離子能凝聚膠體，降低土壤粘結(jié)性和粘著性?？伤苄裕和寥涝谝欢ê糠秶鷥?nèi)，可被外力任意改變成各種形狀，當(dāng)在外力解除和土壤干燥后，仍能保持其變形的性能稱為可塑性。影響土壤可塑性的因素：①水分含量：干土沒有可塑性，當(dāng)水分含量逐漸增加時，土壤才表現(xiàn)可塑性。土壤開始呈現(xiàn)可塑狀態(tài)時的水分含量稱為下塑限（塑限）；土壤失去可塑性而開始流動時的土壤含水量，稱為上塑限（流限）。上塑限與下塑限含水量之差稱為塑性值，也叫塑性指數(shù)。塑性值大，土壤的可塑性強(qiáng)。塑性值上塑限、下塑限和塑性值的數(shù)值隨著粘粒含量的增加而增大。②土壤質(zhì)地:土壤中粘粒愈多，質(zhì)地愈細(xì)，塑性愈強(qiáng)。上塑限、下塑限和塑性值的數(shù)值隨著粘粒含量的增加而增大③代換性陽離子：代換性鈉離子因水化度大，使土壤分散，因此可塑性增大。相反，鈣離子因具有凝聚作用可減少土壤的可塑性。④土壤有機(jī)質(zhì)：有機(jī)質(zhì)能提高土壤上、下塑限，但一般不改變其塑性值。脹縮性:

土壤吸水后體積膨脹，干燥后體積收縮的特性。對土壤性質(zhì)影響

1）濕時膨脹使土壤密實,難以通氣透水。

2）干時收縮拉斷植物根系，同時產(chǎn)生裂隙。

3）在這種土壤的建筑物，其地基也不牢固。影響因素主要因素是土壤膠體，而膠體的的品質(zhì)則影響著脹縮性的強(qiáng)弱。蒙脫石由于晶層間結(jié)合不緊，水分容易進(jìn)入而使晶層間距拉開，其脹縮性遠(yuǎn)較晶層結(jié)合緊密的高嶺石大。改良措施培育良好的土壤結(jié)構(gòu)，可以通過增加有機(jī)質(zhì)，增大孔隙，以提高土地脹縮時的緩沖余地。還可以適時耕鋤，使土壤保持疏松狀態(tài)。改良土壤耕性：（1）防止壓板土壤：耕作土壤在降雨、灌溉、人、畜踐踏與農(nóng)機(jī)具等作用下由松變緊的過程稱為土壤壓板過程。避免過濕進(jìn)行耕作，減少不必要的作業(yè)項目；實施免耕少耕。（2）注意土壤的宜耕狀態(tài)和宜耕期：土壤宜耕期是指保持適宜耕作的土壤含水量的時間。（3）改良土壤耕性：增施有機(jī)肥料、合理排灌、適時耕作等。2土壤膠體與土壤吸收性能2.1土壤膠體土壤膠體概念：

土壤中最細(xì)微的顆粒，膠體顆粒的直徑一般在1nm～100nm之間（長寬高至少一個方向在此范圍內(nèi)），實際上土壤中小于1000nm的粘粒都具有膠體性質(zhì)。所以直徑在1～1000nm之間的土粒都可歸屬于土壤膠體的范圍。無機(jī)膠體

有機(jī)膠體有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體土壤膠體土壤膠體種類：A、無機(jī)膠體：

主要為極細(xì)微的土壤粘粒，包括成分簡單的非晶體含水氧化物和成分復(fù)雜的各種次生鋁硅酸鹽粘粒礦物。數(shù)量上是有機(jī)膠體高數(shù)倍至數(shù)十倍。

a.含水氧化硅膠體：游離態(tài)無定型SiO2.H2O→H2SiO3

帶負(fù)電

H2SiO3==H++HSiO3-==H++SiO32-b.含水氧化鐵、鋁：兩性膠體

Al（OH）3+H+→Al（OH）2++H2O

酸性環(huán)境

Al（OH）3+OH-→Al（OH）2O-+H2O

堿性環(huán)境

c.層狀硅酸鹽：粘土礦物硅氧片和鋁氧片硅氧片

由硅四面體連接而成，硅四面體是由四個氧原子和一個硅原子所組成。硅四面體構(gòu)造及硅氧片連接方式四面體鍵價不平衡，因此許多硅四面體可以共用氧原子形成一層。氧原子排列成為中間有空的六角形，稱為硅氧片。鋁氧片由鋁八面體連接而成，鋁八面體為六個氧原子圍繞一個鋁原子而構(gòu)成。鋁八面體構(gòu)造圖及鋁八面體相互連接方式許多個鋁八面體相互連接成片稱為鋁氧片。同晶替代：原來晶格中的中心原子可被其大小相近且電性符號相同而原子價較低的原子所代換。SiAlAl3+MMg2+由一層硅氧片和一層鋁氧片組成一晶層，屬1∶1型晶格，如高嶺石、埃洛石等。這類礦物晶層與晶層之間距離穩(wěn)定，連接緊密，內(nèi)部空隙不大。由二層硅氧片夾一層鋁氧片結(jié)合而成一晶層，屬2∶1型晶格，如蒙脫石、蛭石和伊利石等。這類礦物易發(fā)生同晶替代作用，是其帶負(fù)電的原因，而且脹縮性、粘性、陽離子交換量高于1：1型礦物。蒙脫石類水云母類

性質(zhì)高嶺石組蒙脫石組水化云母組構(gòu)造類型1：12：12：1鍵合力氫鍵分子鍵離子鍵脹縮性脹縮性弱脹縮性強(qiáng)脹縮性弱晶層間距nm0.721—21同晶置換少多較多陽離子交換量cmol（+）/kg土3—1580—15020—40顆粒表面積m2/kg*10*103700*103100*103分布南方酸土溫帶草原干旱土壤不同層狀硅酸鹽礦物的性質(zhì)比較B、有機(jī)膠體：土壤腐殖質(zhì)（胡敏酸、富非酸、胡敏素等）為主體、其次還有少量木質(zhì)素、纖維素、蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、以及多糖類高分子化合物。為無定形物質(zhì)，高度的親水性。一般帶負(fù)電。易受微生物作用而分解，不如無機(jī)膠體穩(wěn)定。土壤微生物也具有膠體性質(zhì)，屬于一種生物膠體。C、有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體：

有機(jī)膠體和無機(jī)膠體通過物理、化學(xué)或物理化學(xué)的作用，相互結(jié)合在一起形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體?？尚纬闪己玫膱F(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善保肥供肥性能。2.2土壤膠體的構(gòu)造膠核土壤膠體雙電層決定電位離子層(內(nèi)層)補(bǔ)償離子層非活性層擴(kuò)散層非活性層土壤膠體構(gòu)造示意圖2.3土壤膠體的特性1）土壤膠體比表面和表面能2）土壤膠體電荷3）土壤膠體有凝聚和分散作用1）土壤膠體比表面和表面能比表面（比面）是指單位重量或單位體積的總表面積（cm2/g，cm3/cm3）。此外，有些無機(jī)膠體，不僅具有巨大的外表面，而且在顆粒內(nèi)部的晶層之間可以擴(kuò)展，存在極大的內(nèi)表面。

外表面：指粘土礦物、氧化物和腐植質(zhì)分子暴露在外的表面。內(nèi)表面：指膨脹性粘土礦物的晶層間的表面和腐植質(zhì)分子聚集體內(nèi)部的表面。

土壤有機(jī)膠體也有巨大的比面，如土壤腐殖質(zhì)的比面可高達(dá)1000m2/g。

表面能：由于表面分子與外界的液體或氣體介質(zhì)相接觸，因而在內(nèi)、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。這種能量產(chǎn)生于物體表面，故稱為表面能。

膠體數(shù)量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈強(qiáng)。土壤常見粘粒礦物的比表面積（m2/g）膠體成分內(nèi)表面積外表面積總表面積蒙脫石蛭石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800土壤有機(jī)質(zhì)含量高，2:1型粘粒礦物多，則比表面積較大，如黑土。有機(jī)質(zhì)含量低，1:1型粘粒礦物較多，則比表面積較小，如紅壤。2）土壤膠體電荷

永久電荷：它是由于粘粒礦物晶層內(nèi)的同晶替代所產(chǎn)生的電荷。該電荷一旦產(chǎn)生即為該礦物永久所有，所以成為永久電荷。該電荷取決于同晶替代的多少，不受介質(zhì)的pH值的影響。主要發(fā)生在2：1型粘粒礦物中，在1：1型礦物中極少。

可變電荷：電荷的的數(shù)量和性質(zhì)隨介質(zhì)pH而改變的電荷。土壤的pH0值：土壤的可變正、負(fù)電荷數(shù)量相等時的pH值，或稱為可變電荷零點、等電點，是表征其可變電荷特點的一個重要指標(biāo)。

有機(jī)膠體、氧化物膠體的電荷屬于可變電荷，層狀硅酸鹽礦物的電荷既有永久電荷，也有可變電荷。產(chǎn)生可變電荷的主要原因是膠核表面分子解離，主要有：①粘粒礦物晶面上-OH基的解離：pH愈高，H＋愈易解離，1：1型粘土礦物帶電的主要原因。②含水鐵、鋁氧化物的解離：小于pH0，顯正電，反之顯負(fù)電。③腐殖質(zhì)上某些原子團(tuán)的解離：高pH條件下解離H＋帶負(fù)電，低pH時吸附H＋帶正電。④含水氧化硅的解離：pH0為2，一般帶負(fù)電。⑤粘粒礦物晶層上的斷鍵形成可變電荷。3）土壤膠體的凝聚和分散作用膠體有兩種狀態(tài)：

溶膠狀態(tài)：膠粒帶同種電荷，彼此互相排斥，所以可以穩(wěn)定地分散在介質(zhì)中。

凝聚狀態(tài)：膠粒與膠粒之間互相凝聚在一起形成絮狀或無定形沉淀。土壤膠體溶液如受到某些因素的影響，使膠體微粒下沉，由溶膠變成凝膠，這種作用叫做膠體的凝聚作用；反之，由凝膠分散成溶膠，叫做膠體的分散作用。促使膠體凝聚或分散的原因，主要決定于電動電位的高低。而電動電位的高低又取決于擴(kuò)散層的厚度，而擴(kuò)散層的厚度與離子電荷數(shù)量及離子化度有關(guān)。影響膠體凝聚和分散作用的因素：凡電荷數(shù)量少而水化度大的離子(如Na+)，形成的擴(kuò)散層厚，電動電位高，使膠體分散；電荷數(shù)量多，水化度小的離子(如Ca2+)，形成的擴(kuò)散層薄，電動電位降至一定程度時，膠體即可凝聚。電解質(zhì)種類對膠體的凝聚作用：一般是一價離子<二價離子<三價離子。Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+電解質(zhì)濃度對膠體的凝聚也有很大影響:濃度大,可促使凝膠形成。膠體凝聚作用的可逆性：一價陽離子引起的凝聚作用可逆，當(dāng)電介質(zhì)濃度降低時，凝膠又分散成溶液；二、三價陽離子引起的凝聚作用不可逆，形成水穩(wěn)性團(tuán)聚體；帶相反電荷膠體和膠體陳化也會發(fā)生凝聚作用。2.4土壤吸收性能

土壤吸收性能：土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和離子，懸液中的懸浮顆粒、氣體以及微生物的能力。作用：

吸收保存肥料，隨時釋放供作物生長，；影響土壤pH和緩沖性能。與土壤結(jié)構(gòu)性、物理機(jī)械性、水熱狀況等有關(guān)。土壤吸收性能與土壤保肥供肥能力關(guān)系密切，因此土壤吸收性能又稱土壤吸收保肥性能。土壤吸收性能類型：

1）機(jī)械吸收性

2）物理吸收性

3）化學(xué)吸附性

4）物理化學(xué)吸收性

5）生物吸收性（1）機(jī)械吸收性：是指土壤對物體的機(jī)械阻留。如施有機(jī)肥時，其中大小不等的顆粒，均可被保留在土壤中；污水、洪淤灌溉時，其土粒及其他不溶物，也可固機(jī)械吸收性而被保留在土壤中。這種吸收能力的大小主要取決于土壤的孔隙狀況。（2）物理吸收性：這種吸收性能是指土壤對分子態(tài)物質(zhì)的保持能力，它表現(xiàn)在某些養(yǎng)分聚集在膠體表面，其濃度比溶液中大，為正吸附，另一些物質(zhì)則膠體表面吸附較少而溶液中濃度較大，為負(fù)吸附。產(chǎn)生這種作用的原因是由于固體顆粒界面上的表面自由能的作用。氣態(tài)物質(zhì)（水氣、CO2、NH3等）和細(xì)菌的吸附是物理吸附。3）化學(xué)吸附性：是指易溶性鹽在土壤中轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性鹽而沉淀保存在土壤中的過程。這種吸收是純化學(xué)作用過程。4）物理化學(xué)吸收性：是指土壤對可溶性物質(zhì)中離子態(tài)養(yǎng)分的保持能力。由于土壤膠體帶有正電荷或負(fù)電荷，能吸附溶液中帶異號電荷的離子，這些被吸附的離子又可與土壤溶液中的同號電荷的離子交換而達(dá)到動態(tài)平衡。以物理吸收為基礎(chǔ)，又呈現(xiàn)出化學(xué)反應(yīng)相似的特性，所以稱為物理化學(xué)吸附（離子交換作用）。是土壤中最重要的一種吸收性能。5）生物吸收性：是指土壤中植物根系和微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，這種吸收作用的特點是選擇性和創(chuàng)造性，并且具有累積和集中養(yǎng)分的作用。只有此種吸收才能吸收硝酸鹽，生物吸收對于提高土壤肥力方面有著重要意義五種吸收性能相互聯(lián)系，相互影響，共同作用。土壤物理化學(xué)吸收性能（土壤離子交換作用）陽離子交換作用：帶負(fù)電膠體所吸附的陽離子與溶液中的陽離子進(jìn)行交換。（研究較多）陰離子交換作用：帶正電膠體吸附的陰離子與溶液中陰離子互相交換的作用。（研究較少）一、土壤陽離子交換作用：土壤膠體通常帶有大量負(fù)電荷，能從土壤溶液中吸附陽離子，以中和電荷，而在一定條件下，被吸附的陽離子可與土壤溶液中的其他陽離子發(fā)生交換，這就是土壤陽離子的交換過程。離子從溶液中轉(zhuǎn)移到膠體上的過程，稱為離子的吸附過程；原來吸附在膠體上的離子轉(zhuǎn)移到溶液中的過程，稱為離子的解吸過程。1.陽離子交換作用特點：

可逆反應(yīng)：始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)下。b.反應(yīng)迅速：幾秒鐘內(nèi)完成。c.等量交換：它是等量電荷對等量電荷的反應(yīng)。2.陽離子交換能力：

是指一種陽離子將膠體上另一種陽離子交換出來有能力。各種陽離子交換能力大小的順序為：

Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+影響陽離子交換能力的因素有：

a.電荷的數(shù)量：電荷價愈高，交換能力愈大；

b.離子半徑和離子水化半徑：同價的離子，離子半徑越大，其水化半徑減小，則交換能力強(qiáng)；

c.離子濃度：濃度越大，交換性能越大。3.土壤陽離子交換量（CEC）：

是指在一定pH值條件下每1000g干土所能吸附的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)（cmol/kg）?？梢宰鳛橥寥辣７柿Φ闹笜?biāo)。影響CEC的因素：

a、膠體數(shù)量

b、膠體類型

c、土壤pH值質(zhì)地陽離子交換量（cmolkg-1)砂土1-5砂壤土7-8壤土7-18粘土25-30

a.膠體數(shù)量（土壤質(zhì)地）：土壤膠體物質(zhì)越多（包括礦質(zhì)膠體、有機(jī)膠體和復(fù)合膠體），則CEC越大。就礦質(zhì)膠體而言，CEC隨著質(zhì)地粘重程度增加而增加，所以粘質(zhì)土CEC較砂質(zhì)土要大的多。膠休種類腐殖質(zhì)蛭石蒙脫石水云母高嶺石含水氧化鐵、鋁CEC（cmolkg-1)150-500100-15060-10020-403-15微量比表面（m2g-1)800-1000700800100-2005-20-

b.膠體類型：不同土壤膠體陽離子交換量相差很大。有機(jī)膠體>礦質(zhì)膠體；2：1型礦質(zhì)膠體>1：1型礦質(zhì)膠體

c.土壤pH值：土壤酸堿度影響膠體表面官能團(tuán)中H+的解離，酸性時H+不易解離，膠體電荷少，CEC降低。pH4.5pH6.4pH8.1沼澤土胡敏酸170.0286.3400.0灰化土胡敏酸234.0410.0508.7黑鈣土胡敏酸292.2432.9590.5pH2.5-6pH7高嶺石410蒙脫石95100

陽離子交換量的意義：①作為土壤保肥性能的評價指標(biāo)是評價土壤肥力的一個指標(biāo)。它直接反應(yīng)土壤可以提供速效養(yǎng)分的數(shù)量，也能表示土壤保肥能力、緩沖能力的大小。CEC<1010-20>20保肥性弱中等強(qiáng)②作為制定施肥計劃的參考CEC高的土壤，穩(wěn)肥，耐肥性好，可以少次多量CEC低的土壤，性燥，耐肥性差，可以少量多次對于交換量小、保肥力差的土壤，可通過施用河塘泥、廄肥、泥炭或摻粘土，以增加土壤中的無機(jī)、有機(jī)膠體，以及通過施用石灰調(diào)節(jié)土壤pH等來提高土壤的陽離子交換量。鹽基飽和度:土壤中交換性鹽基離子總量占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)。即：土壤膠體吸附的陽離子分為兩類:

鹽基離子：包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等；鹽基離子為植物所需的速效養(yǎng)分。

致酸離子：即H+、Al3+。4.土壤的鹽基飽和度：

100%這里鹽基離子指的是除H+、Al3+以外的陽離子。同理，某個交換性陽離子占土壤陽離子總量的百分?jǐn)?shù)叫該離子的飽和度。鹽基飽和度的意義：

①依據(jù)鹽基飽和度將土壤分為鹽基飽和土壤（土壤膠體吸附的陽離子，80%以上為鹽基離子）和鹽基不飽和土壤（鹽基飽和度在80%以下，H+、Al3+等離子含量較多）。

②影響土壤pH值。鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反應(yīng)，如果是鈣、鎂飽和的土壤，顯微堿性，鈉飽和度高的土壤才是堿性的；而鹽基不飽和土壤則具有酸性反應(yīng)，為酸性土壤，可能出現(xiàn)交換性鋁的毒害。

③鹽基飽和度也可以作為判斷土壤肥力水平的指標(biāo)。鹽基飽和度≥80%的土壤，一般認(rèn)為是很肥沃的土壤，鹽基飽和度為50～80%的土壤為中等肥力水平，而鹽基飽和度低于50%的土壤肥力較低。5.影響交換性陽離子有效度的因素

交換性陽離子的飽和度無機(jī)膠體的種類陪伴（補(bǔ)）離子效應(yīng)陽離子的非交換性吸收a、交換性陽離子的飽和度：

離子飽和度：土壤吸附的某離子量占土壤全部陽離子量的百分?jǐn)?shù)。飽和度越大，有效度越大。土壤陽離子交換量Cmol/kg交換性Ca量Cmol/kg交換性Ca的飽和度％Ca的有效度A10440.0大B40512.5小施肥一大片，不如一條線b、無機(jī)膠體的種類：在飽和度相同的前提下，各種離子在無機(jī)膠體上的有效性：

高嶺石〉蒙脫石〉水云母；這是因為：高嶺石：陽離子吸附點主要在破裂邊緣外表面；蒙脫石：吸附點主要在晶層間內(nèi)表面；水云母：層間空隙狹窄，易使NH4+、K+等離子晶穴固定。c、陪伴（補(bǔ)）離子效應(yīng)：土壤膠體上同時吸附著多種陽離子，對其中某種離子來說，其余的各種離子都稱為它的陪補(bǔ)離子。如膠體吸附了H+、Ca+、Mg2+、K+等離子，對H+來說，Ca+、Mg2+、K+是它的陪補(bǔ)離子。

一般陪伴離子與膠體結(jié)合力愈強(qiáng)，則所指定的離子交換性愈大，此種作用稱為陪伴離子效應(yīng)。土壤交換性陽離子組成小麥幼苗干重（g）小麥幼苗吸Ca量（g）ABC40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40%Ca+60%Na2.802.792.3411.157.834.36與膠體吸附能力：H+>Mg2+>Na+陪補(bǔ)離子的種類；陪補(bǔ)離子和被陪補(bǔ)離子的吸附的順序影響有效度。d、陽離子的非交換性吸收：專性吸附（礦物固定、晶穴固定）：NH4+、K+離子被固定在硅氧四面體聯(lián)成的六邊型晶穴中，不能被交換出來的現(xiàn)象。K+離子濃度越大，越易產(chǎn)生非交換性吸附。離子大小與晶格孔徑相近，離子易進(jìn)入孔穴中，且穩(wěn)定性較大，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，與之相近，極易被擠壓進(jìn)入網(wǎng)穴中，成為非交換性離子，有效性較低。NH4+、K+二、土壤陰離子交換作用：

陰離子的交換吸附：指土壤中帶正電荷的膠體吸附的陰離子與土壤溶液中的陰離子相互交換的作用。這種交換作用與陽離子交換作用一樣，服從質(zhì)量作用定律，但土壤中的陰離子往往與化學(xué)固定作用交織在一起，很難分開。1、兩性膠體在酸性條件下，帶正電酸性Al(OH)3+HCl=Al(OH)2++Cl-+H2O2、土壤腐殖質(zhì)中的—NH2酸性條件下吸收H+成為—NH3+，帶正電3、粘粒礦物表面上的-OH原子團(tuán)可與土壤溶液中的陰離子代換土壤吸收陰離子的原因：陰離子吸附類型：a、易于被土壤吸附的陰離子：磷酸根（H2PO4-、HPO42-、PO43-），硅酸根（HSiO3-、SiO32-）以及某些有機(jī)酸陰離子與陽離子反應(yīng)，產(chǎn)生難溶性化合物；b、很少或根本不被吸附的陰離子：Cl-、NO3-、NO2-，這些離子常常出現(xiàn)負(fù)吸附，極易隨水流失。c、介于上述兩者之間的陰離子：SO42-、CO32-、HCO3-。影響土壤對陰離子吸收的因素：a、陰離子的價數(shù)

Cl-

、NO3-<SO42-<PO43-<OH-OH-雖為一價離子但土壤對其吸附能力強(qiáng)，因為其離子半徑小，并能與正電荷膠粒的鐵鋁離子，生成解離度小的化合物。b、膠體組成成分：鐵鋁氧化物越多，土壤吸收陰離子能力越強(qiáng)。c、土壤pH值：酸性條件帶正電荷多，土壤吸收陰離子能力強(qiáng)。3土壤的酸堿性土壤酸堿性（pH）:

指土壤溶液的酸堿反應(yīng)性能，用于表征土壤溶液中H+濃度和OH-濃度比例。土壤酸堿性也決定于土壤膠體上致酸離子(H+或Al3+)或堿性離子的數(shù)量及土壤中酸性鹽和堿性鹽類的存在數(shù)量。什么是酸？什么是堿？1、根據(jù)酸堿質(zhì)子論：凡能給出質(zhì)子（H+）的物質(zhì)就是酸，能接受質(zhì)子的物質(zhì)就是堿：HBH++B-2、酸可以是陽離子、陰離子或中性分子；如果一種物質(zhì)既能提供質(zhì)子、又能接受質(zhì)子，則可以是酸又可以是堿。3.1土壤酸性土壤酸性，一方面與溶液中H+濃度相關(guān)，另一方面更多的是與土壤膠體上吸附的致酸離子（H+或Al3+）有密切關(guān)系。土壤中酸性的主要來源是：

1）膠體上吸附的H+或Al3+、

2）CO2溶于水所形成的碳酸、

3）有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸、

4）氧化作用產(chǎn)生少量無機(jī)酸、

5）酸雨、

6）施肥加入的酸性物質(zhì)等等。根據(jù)H+在土壤中存在的狀態(tài)，可以將土壤酸度分為活性酸度和潛性酸度。土壤酸堿性主要根據(jù)活性酸劃分。

我國土壤pH一般在4～9之間。有“東南酸而西北堿”的規(guī)律性，在地理分布上由南向北pH逐漸增加，大致以長江為界。長江以南的土壤為酸性和強(qiáng)酸性，長江以北的土壤多為中性或堿性，少數(shù)為強(qiáng)堿性。是指土壤溶液中游離的H+所直接顯示的酸度。常用pH值表示，即溶液中氫離子濃度的負(fù)對數(shù)。

pH=-lg[H+]活性酸度：潛性酸度：

是指土壤膠體上吸附的H+、Al3+所引起的酸度。它們只有在轉(zhuǎn)移到土壤溶液中，形成溶液中的H+時，才會顯示酸性，故稱為潛性酸。

通常用1000g烘干土中氫離子的厘摩爾數(shù)來表示。土壤潛性酸要比活性酸多得多，相差3-4個數(shù)量級。土壤中潛性酸的大小常用土壤交換性酸度和水解性酸度表示之。潛性酸與活性酸的動態(tài)平衡：土壤膠粒xHyAl+(x+3y)K+=土壤膠粒(x+3y)K+xH++yAl3+潛性酸活性酸交換性酸度：用過量的中性鹽溶液（1mol/L的KCl、NaCl或BaCl2）與土壤膠體發(fā)生交換作用，將膠體表面上的大部分H+或Al3+交換出來，使溶液的酸性增加。再以標(biāo)準(zhǔn)堿滴定溶液中的H+，測定溶液中氫離子的濃度即得交換性酸的數(shù)量。水解性酸度：用過量的弱酸強(qiáng)堿鹽溶液（1mol/LCH3COONa）浸提土壤，從土壤中釋放出來的H+或Al3+所表現(xiàn)的酸性。再以標(biāo)準(zhǔn)堿滴定溶液中醋酸的總量即得交換性酸的數(shù)量。水解性酸度一般要比交換性酸度大得多，但兩者是同一來源，都是潛性酸，只是由于浸提劑不同而導(dǎo)致交換程度不同而已。酸性土壤的改良：酸性土壤通常通過施用石灰，人為地調(diào)節(jié)土壤酸度。酸性土改良中常用水解性酸度的數(shù)值作為計算石灰施用量的依據(jù)。3.2土壤堿性

土壤堿性：主要來源于土壤中交換性鈉的水解所產(chǎn)生的OH-以及弱酸強(qiáng)堿鹽類（如Na2CO3和NaHCO3）的水解。

土壤膠體

NaHNa+2H2OH+2Na++2OH-Na2CO3+2H2O2Na++2OH-+H2CO3

NaHCO3+H2ONa++OH-+H2CO3

土壤膠體土壤堿性的表示方法：（1）土壤堿性的高低用pH值表示，越大堿性越強(qiáng)，堿性過強(qiáng)，對植物或微生物（少數(shù)耐堿或喜堿的除外）的生長不利。（2）土壤中堿性鹽類(特別是Na2CO3和NaHCO3)多少，有時叫做土壤總堿度(cmol/kg)。對于土壤溶液或灌溉水、地下水來說，其Na2CO3和NaHCO3含量也叫做總堿度(cmol/L或g/L)。（3）Na+飽和度（堿化度）:交換性鈉離子占陽離子交換量的百分率。堿化度=（交換性鈉/陽離子交換量）*100%

堿化度在5%-20%時稱堿化土，5%-10%為輕度堿化土，10%-15%為中度堿化土，15%-20%為強(qiáng)堿化土。>20%時稱堿土。堿性土壤的改良：1、采用施石膏、磷石膏、明礬、硫酸鐵等

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