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1、土壤胶体与离子交换作用,第,七,章,第一节 土壤胶体 第二节 土壤离子交换作用,教学目标,使学生掌握土壤胶体的概念、种类与构造、性质；阳离子交换量、阳离子交换作用、盐基饱和度的概念与计算，阳离子交换作用的特点，交换性阳离子有效度,第一节 土壤胶体 一、土壤胶体的概念及种类 1、概念： 土壤胶体：大小在1-100nm（在长、宽和高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）的土壤固体颗粒。,土壤无机胶体,层状硅酸盐粘土矿物,2：1型如蒙脱石,1：1型如高岭石,氧化物及其水合物,Al Fe Si Ca Mn Ti的氧化物及水合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒表面,土壤有机胶,主要是腐殖质及其各种组分,少量的蛋
2、白质或氨基酸,多肽，多糖类化合物,土壤有机矿质复合体,2、类型,3.土壤胶体的构造,土壤胶体是一种分散系统。土壤胶体分散系统由胶体微粒（分散相）和微粒间溶液（分散介质）两大部分构成。,土壤胶体颗粒的构造,土壤胶体分散系,土壤胶团,土壤溶液,胶核,双电层,定位离子层（内层）,补偿离子层,非活性层,扩散层,反离子层,胶粒,当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构，称为双电层,二.土壤胶体的基本特性,（一）具有丰富的表面积和巨大的表面能。 1.比表面 是一个比值，即每一单位质量或单位容积的表面积(单位质
3、量比表面积叫质量比表面，cm2/g，单位容积比表面叫做容积比表面，cm2/m3）。,2.影响颗粒表面积的因素,（1）粒径大小 （2）颗粒形状：同体积颗粒表面积最大的是薄片状、最小的是球体 （3）矿物类型,粘土矿物的表面特征,胶体电子 显微图像,土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g),不同土壤矿物组成不同，比表面积也不同。一般土壤中有机质含量高，2:1型粘粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。反之，如果有机质含量低，1:1型粘粒矿物较多，则其表面积就较小，如红壤、砖红壤。,粘土矿物的表面特征,（二）土壤胶体的带电性 土壤胶体带电性是其主要的特性。,永久电荷 可变电荷,土壤胶体的电荷,1.永久电荷：
4、不受土壤溶液pH值变化而影响的电荷类型称为永久电荷，也叫恒电荷或结构电荷。 同晶替代是产生永久电荷的原因。,2.可变电荷 ： 随着土壤溶液pH变化而变化的电荷叫可变电荷。 可变电荷产生的原因：主要是胶体表面分子解离。 （1）含水氧化硅分子解离 （2）粘土矿物晶面上羟基解离（1:1型粘土矿物在pH5时可以解离） （3）腐殖质分子表面解离 （4）含水氧化铁铝表面解离出OH-，带正电荷（在pH5时带正电荷）,3.土壤总电荷 土壤总电荷等于永久电荷与可变电荷的总和。 一般土壤的pH在59之间，大部分土壤胶体都带负电荷。只有两性胶体和少量的同晶替代可能产生一定量正电荷。 但是，整体上来看，土壤胶体以带负
5、电荷为主。当pH5时则可能带较多正电荷。 土壤中80%以上的土壤电荷集中于粘粒上,（三）土壤胶体存在可改变的状态凝聚与分散 1、土壤胶体有两种存在的状态： 一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。 另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。 胶体的两种存在状态，在一定条件才可以进行某种程度的转化，即溶胶可以转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。,土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影响土壤的肥力状况。 一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而
6、使胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，有促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。,第二节 土壤离子交换作用 一、土壤阳离子交换与交换阳离子 1.离子吸附：土壤胶体一般带负电，能吸附土壤溶液中的阳离子。 2.解吸：这些被吸附的阳离子在一定条件下可以和土壤溶液中的阳离子互相交换，从胶体表面进入溶液。,土壤 胶粒,土壤 胶粒,Ca2+,NH4+,+3K+,+ Ca2+ +NH4+,K+K+K+,交换性阳离子可分两种： 致酸离子 H+ Al3+ 盐基离子Ca2+ 、Mg2+、K+、NH4+、Na+ 交换反应示意图如下：,3.阳离子交换作用：通过吸附和解吸，引起离子位置相互交换的作用。 4
7、.交换性阳离子：被吸附的阳离子。,阳离子交换,5、阳离子交换作用的基本特征 1.可逆反应 2.等价交换 3.受质量作用定律的支配,6、影响阳离子交换的因素,受以下因素影响： 1.离子价： 高价离子低价离子 2.离子半径和离子水化半径： 同价离子，离子半径大的、水化半径小的交换能力大， 3.离子的运动速度 ：半径小运动速度快 4.离子浓度： 交换能力弱的离子在浓度足够大的情况下，可以交换吸附浓度低高价离子。 综上所述，阳离子交换能力顺序为： Fe3+ 、Al3+ H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+,二、阳离子交换量,是指在一定pH时每1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。 影响
8、土壤CEC大小的因素： 1、胶体含量 质地粘重CEC大。 2、胶体类型 有机胶体CEC远比矿质胶体大，施有机肥可大幅度提高土壤保肥能力。 3、土壤pH值 影响可变电荷的多少，一般pH值升高，H+解离，可变负电荷逐渐增多，CEC也随之增加。,不同类型土壤胶体的阳离子交换量,三、盐基饱和度 指土壤中交换性盐基离子（K+、Na+、NH4+、Ca2+ 、Mg2+等）总量占阳离子交换量的百分数。,当土壤胶体吸附的阳离子全部或大部分为盐基离子时，则土壤呈盐基饱和状态，这一土壤称为盐基饱和土壤。（呈中性或碱性反应） 当土壤胶体所吸附的阳离子仅部分地为盐基离子，而其余一部分为H+和Al3+时, 则这一土壤胶体
9、呈盐基不饱和状态, 称为盐基不饱和土壤。（呈酸性反应）,南方土壤：H+和Al3+等致酸离子较多, 土壤的盐基饱和度小； 北方土壤：Ca2+和Mg2+占有较大的数量和比例,盐基饱度大 。,它与土壤酸碱反应关系密切,1、离子饱和度（饱和度效应） 离子的饱和度越大，被解吸的机会就越大，有效度就越大,*影响交换离子有效度的因素主要有：,土壤阳离子饱和度和有效度的关系 P179 表8-7,施肥方法：集中施肥，条施、穴施 施肥量：不同质地类型土壤区别对待，砂土少量多次,2、陪补离子效应（互补离子效应）,陪补离子与交换性钙的有效性,土壤胶体上与该离子共存的其它阳离子陪补离子,陪补离子与胶体的亲和力, K+
10、与陪补离子 Ca2+ 、Na+的关系？,四、土壤离子交换性能与土壤改良,苗圃：,改善土壤质地、增施有机肥 补充保肥能力较高的土壤 营养钵育苗腐熟的泥炭或腐殖土+肥料、蛭石,定植穴掺入壤土、小麦秸措施，（5a）,土壤水分容量提高：47.9%、35.7% 每穴（2*1*0.6m）增水量：45.5kg、32.7kg 有机质、速效氮磷钾平均提高： 145.0%、114.4%、82.5%、17.5%,复习思考,一、名词解释 土壤胶体、永久电荷、可变电荷、离子吸附、阳离子交换作用、CEC、盐基饱和度、同晶替代,二、思考,1、土壤胶体有哪些类型？ 2、简述阳离子交换作用的特点及其实践意义？ 3、影响土壤阳离子交换量的因素有哪些？ 4、为什么在一般土壤中硝酸根容易被淋失？,