第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用

1、第八章第八章 土壤胶体及其对离子的吸附土壤胶体及其对离子的吸附交换作用交换作用 8.1 土壤胶体 8.2 土壤胶体对离子的吸附作用 第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用 8.1 8.1 土壤胶体土壤胶体土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、缓冲性以及土壤结构都有很大的影响缓冲性以及土壤结构都有

2、很大的影响土壤肥力的高低与土壤胶体的组成、数量和性质密切相关土壤肥力的高低与土壤胶体的组成、数量和性质密切相关土壤胶体的形成过程也是土壤形成过程的反映土壤胶体的形成过程也是土壤形成过程的反映由于土壤形成条件由于土壤形成条件的不同，土壤的胶体类型、含量和性质均有较大的差异的不同，土壤的胶体类型、含量和性质均有较大的差异本章将着重讨论对土壤肥力影响较大的土壤胶体的组成、结构、性质及本章将着重讨论对土壤肥力影响较大的土壤胶体的组成、结构、性质及其相关的离子交换性的一般规律其相关的离子交换性的一般规律第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用 8.1 8.1 土壤胶体

3、土壤胶体任何胶体系统都是一种分散系统，而分散系统通常由两种物质所组成，任何胶体系统都是一种分散系统，而分散系统通常由两种物质所组成，一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介质；一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介质；另一种物质的分子是不连续的，称为分散相另一种物质的分子是不连续的，称为分散相，8.1.1. 1 8.1.1. 1 土壤胶体是一种分散系统土壤胶体是一种分散系统分散相均匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。分散相均匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。土壤本身就是一个复杂的多元分散系统。土壤本身就是一个复杂的多元分散系统。在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散相，而把土壤溶液

4、和土壤在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散相，而把土壤溶液和土壤空气看做分散介质。空气看做分散介质。8.1.1 8.1.1 土壤胶体的概念土壤胶体的概念8.1 8.1 土壤胶体土壤胶体第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用第八章土壤胶体及其对离子的吸附交换作用8.1.1. 1 8.1.1. 1 土壤胶体是一种分散系统土壤胶体是一种分散系统8.1. 1. 2 8.1. 1. 2 土壤胶体的大小范围土壤胶体的大小范围一般胶体是指作为分散相的那些细小颗粒一般胶体是指作为分散相的那些细小颗粒其大小的上限是其大小的上限是0.1 m, 0.1 m, 下限为下限为1 nm(1 nm1 nm(1 nm属于溶

5、液范围属于溶液范围) )土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同一般将其上限规定为一般将其上限规定为0.001 mm, 0.001 mm, 即即1 m1 m，这比一般胶体大，这比一般胶体大1010倍倍这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质，如这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质，如 黏粒又称为胶粒。黏粒又称为胶粒。 8.1.1 8.1.1 土壤胶体的概念土壤胶体的概念8.1 土壤胶体土壤胶体 8.1.1 8.1.1 土壤胶体的概念土壤胶体的概念8.1.2 8.1.2 土壤胶体的种类土壤胶体的种类8 81. 2. 1 1. 2. 1 有机胶体有机胶体8 81

6、. 2. 2 1. 2. 2 无机胶体无机胶体8 81. 2. 3 1. 2. 3 有机有机无机复合胶体无机复合胶体8.1 土壤胶体土壤胶体 8.1.2 8.1.2 土壤胶体的种类土壤胶体的种类8 81. 2. 1 1. 2. 1 有机胶体有机胶体腐殖质：是土壤中含有的一类分子量大、结构复杂的高分子腐殖质：是土壤中含有的一类分子量大、结构复杂的高分子化合物，具有明显的胶体性质，故称之为土壤有机胶体。化合物，具有明显的胶体性质，故称之为土壤有机胶体。高分子化合物：土壤中还有少量的蛋白质、多肽、氨基酸以高分子化合物：土壤中还有少量的蛋白质、多肽、氨基酸以及多糖类高分子化合物也具有胶体的性质及多糖类

7、高分子化合物也具有胶体的性质大量的微生物：它们本身也具有胶体性质，是一种生物胶体大量的微生物：它们本身也具有胶体性质，是一种生物胶体8.1 土壤胶体土壤胶体 8.1.2 土壤胶体的种类8 81. 2. 1 1. 2. 1 有机胶体有机胶体8 81. 2. 2 1. 2. 2 无机胶体（无机胶体又称矿质胶体）无机胶体（无机胶体又称矿质胶体）（1 1）层状铝硅酸盐矿物）层状铝硅酸盐矿物（2 2）无定形氧化物）无定形氧化物无机胶体比有机胶体高几倍到几十倍无机胶体比有机胶体高几倍到几十倍土壤中黏粒土壤中黏粒(d0.001mm)(d0.001mm)的含量来反映土壤无机胶体的数量的含量来反映土壤无机胶体的

8、数量（与土壤质地有关）（与土壤质地有关）土壤中无机胶体的数量和组成对土壤的理化性质影响较大土壤中无机胶体的数量和组成对土壤的理化性质影响较大8 81. 2. 2 1. 2. 2 无机胶体无机胶体(1)层状铝硅酸盐矿物层状铝硅酸盐矿物1111型的高岭石类、型的高岭石类、2121型的蒙脱石类及水化云母类。型的蒙脱石类及水化云母类。单位晶胞小，形成的颗粒较大单位晶胞小，形成的颗粒较大, , 其胶体的分散度低其胶体的分散度低, , 胀缩性、胀缩性、黏性和吸收容量小电荷数量也少黏性和吸收容量小电荷数量也少结晶的晶胞较大结晶的晶胞较大, , 而形成的颗粒较小而形成的颗粒较小, , 其胶体分散度高其胶体分散

9、度高, ,胀缩胀缩性、黏性和吸收容量都较大、电荷数量也多。（同晶代换）性、黏性和吸收容量都较大、电荷数量也多。（同晶代换）1111型的高岭石矿物型的高岭石矿物: :2121型蒙脱石类矿物型蒙脱石类矿物: :(2)(2)含水氧化物类胶体含水氧化物类胶体8 81. 2. 2 1. 2. 2 无机胶体无机胶体H H2 2SiOSiO3 3(SiO(SiO2 2nHnH2 2O)O) H H+ + + HSiO + HSiO3 3- -2 H2 H+ + + SiO + SiO3 32-2-胶体带负电胶体带负电随随pHpH值升高值升高, , 负电荷数增负电荷数增 加加（无定形氧化硅的水合物）（无定形氧

10、化硅的水合物）聚合过程：即从单体聚合过程：即从单体水溶胶水溶胶水凝胶水凝胶干凝胶干凝胶最终形成类似最终形成类似蛋白石的脆性物质。向稳定状态转化。溶胶或凝胶，都是一蛋白石的脆性物质。向稳定状态转化。溶胶或凝胶，都是一种活性很高的吸附剂。种活性很高的吸附剂。无定形氧化硅被看做酸胶基，它与氧化铁、铝等碱胶基相互作无定形氧化硅被看做酸胶基，它与氧化铁、铝等碱胶基相互作用是形成土壤黏粒矿物的途径之一。用是形成土壤黏粒矿物的途径之一。其交换量增其交换量增 加加 含水氧化硅胶体。含水氧化硅胶体。 含水氧化铁、铝胶体含水氧化铁、铝胶体两性胶体：两性胶体：土壤结构、土壤酸碱性、土壤缓冲性土壤结构、土壤酸碱性、土

11、壤缓冲性含水氧化铝胶体是矿物风化而来的，有晶态的，也有非晶态的，含水氧化铝胶体是矿物风化而来的，有晶态的，也有非晶态的，含水氧化铁、铝在土壤中多以结晶态的矿物存在含水氧化铁、铝在土壤中多以结晶态的矿物存在最常见的铁氧化物是针铁矿和赤铁矿，还有磁赤铁矿、磁铁矿、纤铁矿最常见的铁氧化物是针铁矿和赤铁矿，还有磁赤铁矿、磁铁矿、纤铁矿和氢氧化铁或水铁矿等。和氢氧化铁或水铁矿等。AlAl2 2O O3 3Al(OH)Al(OH)3 3、AlOOHAlOOH是晶态是晶态, ,无定形铝主要是羟基铝及其聚合物，无定形铝主要是羟基铝及其聚合物，AlAl3+3+在溶液中可形成较大的在溶液中可形成较大的OH-AlO

12、H-Al聚聚合物呈溶胶状合物呈溶胶状酸性条件下酸性条件下( (一般一般pH5)pH Al3+ H+Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ 溶液中的离子浓度对胶体的分散和凝聚的影响也是很大的溶液中的离子浓度对胶体的分散和凝聚的影响也是很大的 影响胶粒静电斥力大小的另一主要因素是胶粒静电荷的数量，影响胶粒静电斥力大小的另一主要因素是胶粒静电荷的数量，而静电荷的数量则受补偿作用的控制而静电荷的数量则受补偿作用的控制二价以上的阳离子，其水化半径又较小，对土壤胶体所带的负电荷的补偿二价以上的阳离子，其水化半径又较小，对土壤胶体所带的负电荷的补偿作用就大作用就大, 这样胶粒的剩余电荷就较少，胶粒间的静

13、电斥力大大减小，甚至这样胶粒的剩余电荷就较少，胶粒间的静电斥力大大减小，甚至接近于零接近于零8.2 土壤胶体对离子的吸附作用土壤胶体对离子的吸附作用 8.2.1 土壤胶体吸附性的含义土壤胶体吸附性的含义8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义土壤吸附性的类型及其意义8.2 土壤胶体对离子的吸附作用土壤胶体对离子的吸附作用 8.2.1 土壤胶体吸附性的含义土壤胶体吸附性的含义它主要是吸收它主要是吸收(附附)并保持土壤溶液中的离子、分子以至一并保持土壤溶液中的离子、分子以至一些悬浮物质的性质。些悬浮物质的性质。人们在长期的实践过程中，早就发现并利用土壤的吸附性。人们在长期的实践过程中，早就发现并利用土

14、壤的吸附性。 土壤的吸附性：就是土壤能吸附并保持一些物质的性质。土壤的吸附性：就是土壤能吸附并保持一些物质的性质。农民施用化肥如铵态氮肥随水施入土壤农民施用化肥如铵态氮肥随水施入土壤, , 并不担心化肥随并不担心化肥随水流失水流失, , 化肥可保存在土壤中逐渐被植物吸收利用化肥可保存在土壤中逐渐被植物吸收利用 土壤的吸收性对土壤性状的影响是全面而深刻的，直接反土壤的吸收性对土壤性状的影响是全面而深刻的，直接反应了土壤肥沃性的高低。应了土壤肥沃性的高低。8.2 土壤胶体对离子的吸附作用土壤胶体对离子的吸附作用 8.2.1 土壤胶体吸附性的含义土壤胶体吸附性的含义8.2.2 土壤吸附性的类型及其意

15、义土壤吸附性的类型及其意义 82. 2. 1 机械吸附机械吸附82. 2. 2 物理吸附物理吸附82. 2. 3 化学吸附化学吸附82. 2. 5 物理化学吸收物理化学吸收(附附)82. 2. 6 阳离子吸附阳离子吸附82. 2. 7 阴离子吸附阴离子吸附 82. 2. 4 生物吸附生物吸附8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义土壤吸附性的类型及其意义 82. 2. 1 机械吸附机械吸附机械吸附是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。机械吸附是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。 82. 2. 2 物理吸附物理吸附物理吸附是指借助于土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物质分子。物理吸附是

16、指借助于土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物质分子。 吸附对象主要是：有机化合物分子，如肥料中的尿素、氨基酸、醇类、有机碱吸附对象主要是：有机化合物分子，如肥料中的尿素、氨基酸、醇类、有机碱以及农药制剂中的一些分子，气体的以及农药制剂中的一些分子，气体的NH3、CO2。 物理吸附的力主要是分子间的引力，其吸附力较弱，它不能对表面张力大的无机酸、物理吸附的力主要是分子间的引力，其吸附力较弱，它不能对表面张力大的无机酸、无机盐类进行吸附。无机盐类进行吸附。82. 2. 3 化学吸附化学吸附化学吸附是指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用化学吸附是指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用, 生成难溶性化合

17、物或沉淀生成难溶性化合物或沉淀 在土壤中易发生化学吸收的部分主要是土壤溶液中的阴离子，如：在土壤中易发生化学吸收的部分主要是土壤溶液中的阴离子，如： PO43-、HPO42-、H2PO4- 、SiO32-、HSiO3-、CO32-、SO42- 、C2O42等。等。 大大降低了营养物质的有效性大大降低了营养物质的有效性8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义土壤吸附性的类型及其意义 82. 2. 4 生物吸附生物吸附生物吸收是指借助于生活在土壤中的生物生物吸收是指借助于生活在土壤中的生物(包括植物、微生物和一些小动物包括植物、微生物和一些小动物)的生命的生命活动活动, 把有效性养分吸收、积累、保存在

18、生物体中的作用，又称为养分生物固定。把有效性养分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称为养分生物固定。3个特点：个特点： (1)选择性选择性(2)表聚性表聚性(3)创新性创新性82. 2. 5 物理化学吸收物理化学吸收(附附)物理化学吸附是发生在土壤溶液和土壤胶体界面上的一种物理化学反应物理化学吸附是发生在土壤溶液和土壤胶体界面上的一种物理化学反应, 土壤胶体土壤胶体借助于极大的表面积和电性借助于极大的表面积和电性, 把土壤溶液中的离子吸附在胶体的表面上而保存下来。把土壤溶液中的离子吸附在胶体的表面上而保存下来。土壤的物理化学吸附主要是对阳离子的吸附。土壤的物理化学吸附主要是对阳离子的吸附。按

19、照吸附的离子种类可分为按照吸附的离子种类可分为 ：阳离子吸附和阴离子吸附。：阳离子吸附和阴离子吸附。 （1） 阳离子吸附阳离子吸附8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义土壤吸附性的类型及其意义土壤中常见的吸附性阳离子有：土壤中常见的吸附性阳离子有：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Al3+和和H+等。等。 盐基离子盐基离子盐基饱和度盐基饱和度 盐基饱和度交换性盐基量盐基饱和度交换性盐基量(mmol/kg)/阳离子交换量阳离子交换量(mmol/kg 盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应 水稻土壤中水稻土壤中, NH4+有时占有较大的比例。有

20、时占有较大的比例。 能被土壤胶体吸附而又能交换下来的养分称为能被土壤胶体吸附而又能交换下来的养分称为交换态养分交换态养分 盐基不饱和的土壤则呈酸性反应盐基不饱和的土壤则呈酸性反应中性：中性：Ca2+和和Mg2+占有较大的数量和比例占有较大的数量和比例碱性：土壤中碱性：土壤中, Na+和和K+所占的比例较大所占的比例较大酸性：酸性：H+和和Al3+等致酸离子较多等致酸离子较多8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义土壤吸附性的类型及其意义（2）阴离子吸附）阴离子吸附某些胶体或胶体的局部也可带正电荷可以吸附阴离子，发生阴离子吸附作用。某些胶体或胶体的局部也可带正电荷可以吸附阴离子，发生阴离子吸附作用。 pH值低于等电点值低于等电点两性胶体（含水氧化铝、铁腐植酸中的氨基两性胶体（含水氧化铝、铁腐植酸中的氨基(-N