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1、1、定义 土壤阳离子交换作用： 土壤胶体表面吸附阳离子与土壤溶液中的阳离子可相互交换的作用。,一、土壤吸附性能类型,第三节 土壤吸收性能和离子交换,二、土壤阳离子交换作用,二、土壤阳离子交换作用,1、定义,2、阳离子交换作用的特点,1）阳离子交换作用是可逆反应。,2）交换是等当量进行的。,3）阳离子交换受质量作用定律的支配。,二、土壤阳离子交换作用,1、定义,2、阳离子交换作用的特点,3、阳离子交换能力大小顺序,Fe3+ Al3+ H+ Ca2+ Mg2+ NH4+ K + Na +,影响阳离子交换能力的因素 （1）电荷的影响； 根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也越大。 （2）离子的半
2、径及水化程度 同价的离子，其交换能力的大小是依据其离子半径及离子的水化程度的不同而不同的。 （3）离子浓度和数量因子。,离 子 半 径 与 吸 附 力,二、土壤阳离子交换作用,4、土壤阳离子交换量： CEC(cation exchange capacity) 指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kg，CEC与土壤胶体的比表面（S）和表面电荷密度（）有关 CEC = S,土壤交换性阳离子及CEC的测定方法,NH4+,Na+,NH4+,NH4+,Na+,NH4+,Ca2+ Mg2+ K+ Na+,Ca2+ Mg2+ K+ Na+,CEC是土壤的
3、一个很重要的化学性质，直接反应了土壤的保肥供肥性能和缓冲能力。一般认为CEC,20cmol(+)/kg 保肥力强 2010cmol(+)/kg 中等 10cmol(+)/kg 弱,二、土壤阳离子交换作用,5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型,不同类型土壤胶体的CEC,二、土壤阳离子交换作用,5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量,二、土壤阳离子交换作用,5、影响CEC的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地,土壤质地对阳离子交换量的影响,质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳离子交换量也越大。cmol(+)/kg,二、土壤阳离子交换作用,5、影响CEC
4、的因素 (1) 胶体的类型 (2) 胶体数量 (3) 土壤质地 (4) 土壤PH,不同pH值下粘粒矿物的交换量,* pH等于7时的增加值,二、土壤阳离子交换作用,6、影响交换性阳离子有效度的因素 （1）交换阳离子的饱和度 （2）陪补离子效应,互补离子与交换性钙的有效性,在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之间的相互影响的作用互补离子效应（陪伴离子效应）,三、土壤的盐基饱和度,致酸离子：H+ 、Al3+ 盐基离子：K+、Na + 、Ca 2+ 、Mg2+、NH4+等 盐基饱和度：交换性盐基离子占阳离子交换量的 百分数。,盐基饱和度,_,交换性盐基cmol(+)/kg,CEC cmol(+)/kg,1
5、00,例：CEC=50 cmol(+)/kg 交换性Ca2+, Mg2+, K+, Na+的含量分别为10，5, 10，5，cmol（+）/kg，则,盐基饱和度,_,10+5+10+5cmol(+)/kg,50 cmol(+)/kg,100, 60,当土壤胶体上吸附的阳离子全部是盐基离子时,土壤成盐基饱和状态,称之为盐基饱和的土壤。 当土壤胶体吸附的阳离子仅部分为盐基离子，而其余部分则为致酸离子时，该土壤呈盐基不饱和状态，称之为盐基不饱和土壤。 盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应，而盐基不饱和的土壤则呈酸性反应。,盐基饱和度土壤肥力水平的重要指标之一,盐基饱和度 80 土壤肥沃 盐基饱和度 50
6、 80 中等肥力水平 盐基饱和度 50 土壤肥力较低,ESPexchangeable sodium percentage 指交换性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。,SARsodium adsorption ratio 指溶液中Na+浓度与Ca2+、Mg2+浓度之和的平方根的比值。,ESRexchangeable sodium ratio 指溶液中交换性钠与交换性Ca2+、Mg2+离子浓度之和的比值。,四、 土壤胶体对阴离子的吸附,带正电的土壤胶体，主要是铁和铝的氢氧化物和氧化物，可以吸附阴离子。,1通过土壤胶体表面的（Al、Fe）OH基，附着一个质子（H+），从而产生正电荷（可变电荷）。 2
7、腐殖质胶体的NH2基，在酸性条件下也能带正电荷。 R-NH2 + H+ + Cl- = R-NH3+ + Cl- = RNH3Cl,土壤胶体带正电荷的方式：,（一）土壤吸附的阴离子 土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类： 1易被吸附的阴离子 最重要是： H2PO4- HPO42- PO43- HsiO3- SiO32- C2O42- 2吸附作用很弱或进行负吸附的阴离子 Cl- NO3- NO2- 3中间类型的离子： SO42- CO32- 各种阴离子被土壤吸收的次序如下： F- 草酸根 柠檬酸根 H2PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3-,（二）阴离子的非专性吸
8、附,带正电荷的胶粒因静电引力吸附阴离子于双电层外层（扩散层）作为平衡离子，称为阴离子的非专性吸附。为交换吸附，被吸附的阴离子居于双电层的外层，以中和内层的正电荷。,（三）阴离子的负吸附 所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的胶体表面越近，阴离子数量越少的现象。 负吸附现象也受土壤特性影响，其它条件相同，则负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳离子代换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价数的增加而减少，不同的粘粒矿物对负吸附的影响也不同，他们递减的次序为： 蒙脱石 伊利石 高岭石 这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同的缘故。,带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子的排斥作用愈强，负吸附作用愈明显。,（三）阴离子专性吸附,阴离子专性吸附是指阴离子进入粘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固体的表面。这种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配位体交换吸附。 产生专性吸附的阴离子有F-离子以及磷酸根、硫酸根、钼酸根、砷酸根等含氧酸根离子。,溶液浓度 阴离子种类 pH,影响阴离子吸附的因素：,离子交换对土壤肥力的影响,土壤离子交换对土壤养分状况的影响 影响土壤的酸碱性 影响土壤的缓冲性 影响土壤的物理性质,