土壤胶体与吸附性

1、第二章第二章 土壤的基本组成和性质土壤的基本组成和性质第五节第五节 土壤胶体与吸附性土壤胶体与吸附性 一、土壤胶体及性质一、土壤胶体及性质 二、土壤的交换吸附性能二、土壤的交换吸附性能 了解土壤胶体的表面类型、构造、种类、性质，掌握土壤胶体对阳离子、阴离子的吸附作用及影响因素。【教学目标】 一、土壤胶体一、土壤胶体胶体是一种分散系统胶体是一种分散系统分散介质：土壤溶液和土壤空气分散相：土壤固相颗粒土壤胶体：土壤胶体：是指土壤中颗粒直径小于1微米或小于2微米，具有胶体性质的微粒。二、土壤胶体的构造二、土壤胶体的构造胶体微粒构造示意图胶体微粒构造示意图1、胶核：胶核由许多分子或其他微粒聚集而成。2

2、、双电层（1）决定离子电位层：吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的离子层，或称双电层外层。（2）补偿离子层：决定电位离子层产生的静电力吸附粒间溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层，又称双电层外层。又分为扩散层和非活性离子补偿层。 胶体微粒胶体微粒 胶粒胶粒 胶核胶核 双电层双电层 决定电位离子层（内）决定电位离子层（内） 补偿离子层（外）补偿离子层（外） 非活性离子层非活性离子层扩散层扩散层 （一）胶体具有巨大的比面和表面能（一）胶体具有巨大的比面和表面能单位质量或体积物体的总表面积称为比面三、土壤胶体的基本特性三、土壤胶体的基本特性（比面=总面积/质量） 可见，土粒愈细小，总表面积愈

3、大，比面愈大。 土壤中颗粒其实是多种多样的，多为片状、棒状、针状。实际上胶体的表面积比光滑的球体的大得多。7表面能：界面上的物质分子(表面分子)所具有的多余的不饱和能量。 颗粒愈细，比面愈大，表面能也愈强。因而颗粒微细的土壤胶体具有巨大的表面能，使其具有很强的表面活性。 作用：能吸附各种重金属等污染元素，有较大的缓冲能力，保持土壤元素，忍受酸碱变化，减轻某些毒性物质的危害。 因此，土壤胶体的带电性对土壤肥力性质以及污染元素、有机污染物等在土壤溶液中的聚集、迁转、转化等有重要影响。 （二）胶体土壤胶体的带电性（二）胶体土壤胶体的带电性 由于胶体表面的分子解离或吸附溶液中的离子,使胶粒带电. 土壤

4、中所有胶粒都是带电的（一般为负电荷），这是土壤产生离子吸附和交换、离子扩散、酸碱平衡、氧化还原反应以及胶体的分散与絮凝等现象的根本原因，而这些反应都直接或间接关系到土壤的水、肥、气、热性质。 土壤表面电荷数量决定土壤所能吸附的离子数量，土壤胶体表面电荷密度，则影响着离子的吸附强度。10土壤电荷的来源：土壤电荷的来源：（1）同晶置换（2）矿物晶格断键（3）表面分子的解离土壤的电荷数量土壤的电荷数量 土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离子的厘摩尔数表示。 土壤的正电荷和负电荷的代数和就是土壤的净电荷。一般土壤的负电荷多于正电荷，所以土壤一般带负电荷。 溶胶溶胶土壤胶体微粒均匀地分散在水中，呈高度分

5、散的溶胶 凝胶凝胶胶体微粒彼此凝集在一起呈絮状的凝胶胶体的凝聚胶体的凝聚胶体的分散胶体的分散（三）土壤胶体的凝聚性和分散性影响因素影响因素 ：主要因素是胶体的动电电位土壤溶液胶粒胶粒胶粒胶粒-静电斥力静电斥力分子引力分子引力阳离子对胶体的凝聚力：对胶体的凝聚力：Fe3+ Al3+ H+Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ 通常土壤胶体是带负电荷的，土壤胶体之间带有负的电动电位，是相互排斥的，这种负电动电位越高，排斥力越强，越能成为稳定的溶胶。 当加入一些多价离子的时候，土壤胶体之间分子引力大于静电排斥力，胶体就会相互凝聚形成凝胶。三、土壤胶体的类型三、土壤胶体的类型（一）有机胶体（一）有

6、机胶体 土壤中的有机物质，主要是腐殖质；土壤有机胶体腐殖质 特点特点 a.a.保肥性强保肥性强 b.带有大量的负电荷带有大量的负电荷 C.具有高度的亲水性具有高度的亲水性（二）无机胶体（二）无机胶体 无机胶体包括：次生铝硅酸盐矿物和含水氧化物。含水氧化铝含水氧化铁含水氧化硅水铝英石次生铝硅酸盐类（即粘土矿物）无机胶体含水氧化物（三）有机（三）有机无机复合胶体无机复合胶体 土壤中的矿质胶体和有机胶体很少单独存在，大多相互结合成为有机无机复合胶体。这是因为土壤腐殖质存在的活泼官能团，在粘土矿物的表面也存在着许多活泼的原子团或化学键，他们之间必然产生物理、化学或物理化学作用，因而会结合形成不同的有机

7、无机复合胶体。有机无机复合胶体的结合方式比较复杂，主要的结合方式有下列三种：（1）通过钙离子结合 通过Ca2+ 结合的有机无机复合胶体与水稳性结构形成有关，对土壤肥力起着重要作用。（2）有机胶体通过铝铁胶体结合 胡敏酸与铁铝结合有二种方式，与Fe3+、Al3+结合，形成铁或铝胡敏酸化合物；也可与胶态铁铝结合形成铁、铝胡敏酸凝胶。19（3）有机胶体与无机胶体的直接结合二、土壤的交换吸附性能二、土壤的交换吸附性能一）阳离子交换吸附作用的特点一）阳离子交换吸附作用的特点二）土壤阳离子交换量二）土壤阳离子交换量 三）影响阳离子交换作用的因素三）影响阳离子交换作用的因素四）土壤盐基饱和度四）土壤盐基饱和

8、度 五）交换性阳离子的活度及其影响因素五）交换性阳离子的活度及其影响因素 一、土壤的离子交换一、土壤的离子交换土壤胶体的交换作用土壤胶体的交换作用是是指土壤胶体微粒扩散指土壤胶体微粒扩散层中的离子与土壤溶液或不同胶粒中电荷符号层中的离子与土壤溶液或不同胶粒中电荷符号相同的离子相互交换过程。相同的离子相互交换过程。 土壤的离子交换作用是由土壤的离子交换作用是由土壤胶体土壤胶体引起的。引起的。分为分为阳离子交换作用阳离子交换作用和和阴离子交换作用阴离子交换作用两种两种。（一）土壤中阳离子交换作用（一）土壤中阳离子交换作用 阳离子交换作用阳离子交换作用指土壤胶体表面所吸附的指土壤胶体表面所吸附的阳离

9、子与土壤溶液中或不同胶粒上的阳离子相阳离子与土壤溶液中或不同胶粒上的阳离子相互交换的过程。互交换的过程。 当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即分的暂时保蓄，即保肥保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥供肥过程。过程。a. 可逆反应，迅速平衡 ；1.土壤阳离子交换作用的特点b. 按等量关系进行，等价交换；c. 交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响；阳离子交换反映是一个动态的平衡，这对植物营养的供应有重要的意义。当植物从土壤溶液中吸收

10、了阳离子后，胶体上的交换性阳离子会迅速补给到土壤溶液中。a. 可逆反应，迅速平衡可逆反应，迅速平衡 b. 阳离子交换按等量关系进行，等价交换阳离子交换按等量关系进行，等价交换c. 交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响；位置：位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。温度：温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。2.影响阳离子交换作用的因素（1）阳离子交换能力 （2）阳离子的相对浓度及交换生成物的性质（3）胶体性质

11、c.c.离子运动速度越大，交换力越强离子运动速度越大，交换力越强 凡运动速度快的其交换能力也大。H半径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置。 a. a.离子电荷数量离子电荷数量三价二价一价b. b.离子的半径和水化程度离子的半径和水化程度 同价离子，离子半径越大，水化程度越弱，则水化半径越小，其代换能力越强，如K+ Na+ 。（1 1）阳离子交换能力）阳离子交换能力 有利于向生成物方向进行的条件：（2 2） 阳离子的相对浓度及交换生成物的性质阳离子的相对浓度及交换生成物的性质 （3）胶体的性质）胶体的性质 一般情况下，交换量大的胶体结合两价离子能力强，结合一价离子

12、的能力稍弱；反之，交换量小的胶体结合一价离子能力强，与两价离子的结合能力较弱，即一价离子可将两价离子交换下来。土壤中常见的离子交换能力排列顺序是： Fe3Al3HCa2Mg2KNH4Na凡运动速度快的其交换能力也大。H半径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置。 (1)(1)土壤的阳离子交换量土壤的阳离子交换量 ，在一定土壤pH值条件下，土壤能吸附的交换性阳离子的总量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数（ Cation Exchange Capacity， CEC）。 单位：单位：cmolcmol（+ +）kgkg-1 -1 。3.3.土壤的阳离子

13、交换量和盐基饱和度土壤的阳离子交换量和盐基饱和度不同质地土壤的阳离子交换量 （2 2）影响土壤交换量的因素：）影响土壤交换量的因素： a. a. 土壤质地土壤质地 b. 腐殖质含量腐殖质胶体阳离子交换量远大于矿质胶体。c. 胶体种类 有机胶体交换量最大；矿质胶体中交换量大小是：蒙脱石伊利石高岭石。d. 土壤酸碱反应 一般来说，随土壤碱度增加(pH值增高)解离度增高，带电量多；反之，随土壤酸度增加(pH值降低)解离度降低，带电量减少。 （3 3）盐基饱和度）盐基饱和度 盐基饱和度是指土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。 盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等自然条件有密切关系。一

14、般干旱地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则小。（4 4）交换性阳离子的活度及其影响因素）交换性阳离子的活度及其影响因素交换性阳离子活度是指实际能解离出来的交换性离子数量。 影响因素：交换性离子的饱和度；赔补离子的种类；无机胶体的种类；离子半径大小与晶格孔穴大小的关系；二、土壤阴离子交换作用二、土壤阴离子交换作用 阴离子交换作用是指被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液或不同胶粒上阴离子交换的过程。 阴离子交换吸收作用有些是可逆的，受质量作用定律的支配，但多数情况下阴离子交换吸收与化学固定是同时发生的，被吸收的阴离子转化为难溶性化合物被固定在土壤中。2 2、影响土壤阴离子吸附能力的因素、影响土壤阴离子

15、吸附能力的因素胶体种类和本身价位胶体种类和本身价位 高龄石易带正电的粘土矿物易吸附阴离子，价位越高吸附力越强。pHpH值和土壤溶液离子浓度值和土壤溶液离子浓度 pH值越高，负电荷增大，吸附力减小；离子浓度增高，吸附力增大三、离子交换对土壤肥力的影响三、离子交换对土壤肥力的影响1.土壤离子交换对土壤养分状况的影响土壤离子交换对土壤养分状况的影响影响土壤的保肥性；胶体的吸附避免肥料被冲走流失或浓度过高影响土壤的供肥能力；土壤胶体吸收保存了大量养分又不断释放到土壤溶液中，才保证了植物在整个生长期内对养分的需求。2.影响土壤的酸碱性影响土壤的酸碱性土壤酸碱性与土壤的盐基饱和程度有关，一般盐基不饱和的土壤呈酸性反应，而盐基饱和的土壤则呈中性或碱性。3.影响土壤的缓冲性影响土壤的缓冲性土壤胶体上吸附了大量的交换性阳离子，对进入土壤的少量酸性或碱性物质起缓冲作用，不致使土壤pH有剧烈的变化。4.影响土壤的物理性质影响土壤的物理性质土壤胶体的聚散特性受土壤胶体上的阳离子组成影响很大，胶体的聚散特性则直接关联着土壤的结构性，而结构性是体现土壤物理性质的重要方面。四、土壤的其他吸收作用 根据吸附方式可以分为：l 土壤机械吸收作用：过滤作用l 土壤物理吸收作用：胶体表面能吸附作用l 土壤化学吸收作用：化学反应沉淀过程l 土壤生物吸收作用：有机体对养分选择性吸收，以有机质形式积累根据产生机理