第3章 土壤的基本性质2013

第三章土壤的基本性质土壤肥料学土壤胶体吸收性能土壤酸碱性……化学性质土壤孔性结构性耕性

……

物理性质第一节土壤孔性、结构性、耕性土壤孔隙：土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙。

植物根系伸展和土壤动物、微生物活动的地方

容纳水分和空气的空间物质和能量交换的场所土壤肥料学一、土壤孔性土壤孔隙度（SoilPorosity)：土壤孔隙的数量，即单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。表示土壤中各种大小孔隙的总和。决定着土壤中气、液两相的总量。土壤孔隙比：指土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。衡量土壤孔隙的指标土壤肥料学土壤孔隙类型：土壤孔隙的大小和比例，以及在上下土层的分布。决定着气、液两相的比例。（一）土壤孔隙度土壤孔隙度==土壤容积-土粒容积土壤容积×100%孔隙容积土壤容积×100%=土壤容积土粒容积×100%1-=土壤重量/相对密度土壤重量/｛容重｝1-×100%=1-｛容重｝/相对密度×100%土壤肥料学土壤相对密度：即土壤比重，指单位容积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与4℃时同体积水重之比，无量纲。由于4℃时水的密度为1g/cm3，所以土壤比重的数值就等于土壤密度（单位容积土粒的干重）。1、土壤相对密度（Soilspecificgravity）土壤肥料学土壤比重数值的大小主要决定于土壤的物质组成：①与土壤矿物组成和含量有关，如：石英2.65，正长石2.54～2.58，高岭石2.6～2.65，蒙脱石2.00～2.20。大多数土壤矿物的相对密度在2.6～2.7，一般取平均值2.65作为土壤比重。②与土壤有机质含量有关，表土层有机质含量高，比重小于心土、底土，有机质比重1.25～1.40g/cm3。２、土壤容重（Soilbulkdensity）土壤容重：指单位容积土体（包括孔隙在内的原状土）的干重。单位为g/cm3或t/cm3。土壤肥料学不同土壤容重差别较大，受以下因素影响：①土壤内部性状：土粒排列、矿物组成和含量、有机质含量、质地、结构、松紧度等。砂质土容重1.2～1.8g/cm3，粉质土1.0～1.5g/cm3。②降水和人为生产活动，耕层变幅较大。容重是十分重要的基本数据，在农业上，建筑、筑路、桥梁工程常用。①反映土壤松紧度，计算土壤孔隙度；决定种植作物的类型。②计算土壤重量：ｍｓ＝Ｓ·ｈ·ｄ（ｍｓ土重，Ｓ面积，ｈ土层深度，ｄ容重）。③计算土壤水分、有机质、养分、盐分数量等，作为灌溉、排水、施肥的依据。土壤容重的作用土壤肥料学土壤孔隙比：是土壤中孔隙容积与土粒容积的比值，也可以表示土壤孔隙的数量，结构良好的耕层土壤的孔隙比应≥１

（二）土壤孔隙比孔隙比＝孔隙容积／土粒容积＝孔隙容积／（土壤容积－孔隙容积）＝孔隙度／（１－孔隙度）土壤肥料学（三）土壤孔隙类型土壤孔隙度或土壤孔隙比只说明土壤孔隙“量”的问题，并未反映土壤孔隙“质”的差别，即使两种土壤的孔隙度和孔隙比相同，如果大小孔隙的数量分配不同，则它们的保水、蓄水、通气以及其他性质也会有显著的差别。土壤肥料学土壤孔径，指与一定的水吸力相当的孔径，叫做当量孔径或实效孔径，它与孔隙的形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系用茹林公式表示：｛d｝＝3／｛T｝式中：ｄ—孔隙的当量孔径，单位ｍｍ；Ｔ—土壤水吸力，单位kPa；大括号表示量的数值1、土壤孔径土壤肥料学２、土壤孔隙类型（１）非活性孔，又叫无效孔、束缚水孔，是土壤中最细微的孔隙，当量孔径一般＜0.002ｍｍ，土壤水吸力＞1500Pa。这种孔隙几乎总是被土粒表面的吸附水所充满，土粒对这些水有强烈吸附作用，故保持在这种孔隙中的水分不易运动，也不能被植物吸收利用。这类孔隙与土粒的大小和分散程度密切相关，即土粒愈细或愈分散，则非活性孔愈多，非活性孔增多，土壤透水通气性差，耕性恶化，易板结，粘土中这种孔隙较多。非活性孔度＝非活性孔容积／土壤容积×１００％土壤肥料学（２）毛管孔隙：当量孔径约为0.002～0.02ｍｍ，土壤水吸力约为150~1500Pa，具有毛管作用。水分可借助毛管弯月面力保持贮存在该类孔隙中。植物细根、原生动物和真菌等难以进入毛管孔隙中，但植物根毛和一些细菌可在其中活动，其中保贮的水分可被植物吸收利用。壤土和结构好的土壤此孔隙较多。毛管孔度＝毛管孔容积／土壤容积×１００％＝（田间持水量－凋萎含水量）×容重×１００％土壤肥料学（3）通气孔隙：当量孔径约为>0.002ｍｍ，土壤水吸力<150Pa，毛管作用明显减弱。这种孔隙中的水分主要受重力支配而排出，是水分和空气的通道，经常为空气所占据，故又称空气孔隙。大孔：直径>0.02mm，相应的土壤水吸力小于1.5×104Pa，排水速度快，作物根能伸入其中。小孔：直径0.02～0.002mm，排水速度较慢，常见作物的根毛和某些真菌的菌丝体能进入其中。从农业生产需要来看，旱作土壤耕层通气孔隙应保持在10%以上，大小孔隙之比为1:2～4较为合适。通气孔度=通气孔容积/土壤容积×100%土壤肥料学1、土壤质地

粘质土孔隙度45～60%之间，以毛管孔和非活性孔为主；砂质土孔隙度33-45%，通气孔较多；壤质土孔隙度45-52%，有适量通气孔又有较多毛管孔，水气协调，利于作物生长。2、土壤有机质有机质多的土壤易形成团粒结构而孔度较高。3、自然因素和土壤管理等土壤肥料学（四）影响土壤孔性的因素土壤肥料学（五）土壤孔隙状况与土壤肥力、作物生长的关系1、土壤孔隙状况与土壤肥力（1）影响土壤松紧状况（2）影响土壤保水、通气能力（3）影响养分的有效化和保肥供肥性能（4）影响土壤的增温与稳温2、土壤孔隙状况与作物生长土壤孔隙状况主要影响作物根系的穿插和生长。二、土壤结构性（一）土壤结构性的概念土壤结构体是指土壤中的土粒相互黏结团聚成大小形状和性质不同的聚合体称之为土壤结构体。土壤结构性是指土体中土壤结构体的大小、类型、数量、品质及其相互排列方式和相应的孔隙状况等的综合特性。1、片状结构体：农民称卧土，水平轴发育大大超过纵轴，呈扁平状，厚度1-5mm。常出现于犁底层和雨后或灌溉结壳。（二）土壤结构体的类型2、柱状、棱柱状结构体：在结构体形成时纵轴发育大于水平轴，在土体中直立，边面不明显称柱状结构体。边面棱角明显称棱柱状结构。它常出现于北方干旱半干旱，富含粉砂或粘重质地、干湿交替明显的心底土中，群众称之为立土、竖土。表面有铁质、锰质胶膜形成棱柱状结构，内部紧实。3、块状结构体、核状结构体块状结构：农民称之为“坷垃”，纵轴与水平轴大体相等，边面不明显，分大块状、块状和碎块状。表土中多见块状与碎块状。常出现于有机质缺乏瘠薄而粘重的土壤，土壤过干过湿耕作最易形成块状结构。核状结构：表面有褐色胶膜，由石灰质铁质胶膜胶结而成，常出现于缺乏有机质的心、底土中，农民称之为“蒜瓣土”。4、团粒结构有机质丰富的自然土壤与耕作土壤中，为近似球形疏松多孔的小土团。0.25-10mm之间，<0.25mm称微团粒,是形成团粒的基础，在提高水稻土和农业土壤肥力具重要作用。5、无结构土粒分散，不能粘合在一起，常见于砂土中。（三）土壤结构体与土壤肥力1.团粒结构与土壤肥力团粒结构具有较适宜的孔性（多级孔隙）；团粒结构较多的土壤具有蓄水抗旱作用；团粒结构较多的土壤可以协调水气矛盾、保肥和供肥的矛盾；团粒结构可提高土壤耕作质量；团粒结构有利于根系生长2、其它结构与土壤肥力土体中水肥气热不协调，因此为不良结构体。（四）土壤结构形成第一阶段：由原生土粒（分散的单个土粒）黏结形成为初级的次生土粒（复粒）或较大的土体；第二个阶段：由初级的复粒在各种胶结物的作用下进行团聚或由土粒粘结成的土体沿一定方向破裂而成。

1、凝聚作用：单个细小土粒是胶体，它们相互碰撞时，当电荷斥力小于分子引力时就相互碰撞凝聚在一起。促进胶粒发生凝聚作用的措施如下：（1）改变土壤中交换性阳离子种类各类交换性阳离子对胶体的凝聚力大小顺序是Fe3+＞Al3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+

（2）增加电解质浓度农业生产中采用耕翻晒田，冻垡等措施提高土壤电解质浓度，促使粉粒相互凝聚形成团粒、微团粒结构。

（3）土壤中加入多价阳离子促进不可逆凝聚作用的进行2、胶结剂的胶结作用促进形成结构的胶结剂三类：＜1＞无机胶体

铁、铝、锰氧化物和二氧化硅等，它们以胶膜状包裹于土粒表面，把土粒胶结在一起，通过脱水形成具有水稳性的结构。一般形成不良结构体。＜2＞粘粒本身是形成结构的物质基础又是胶结剂。＜3＞有机物质它们与粘粒结合形成有机无机复合物，促进团粒结构形成，且稳定性强。3、水膜的粘结作用粘粒表面一般带负电，可以吸引极性水分子，使土定向排列成水膜，即粘粒—水膜—粘粒连接在一起。4、外力作用①根系与掘土动物在土壤中活动②干湿交替与冻融交替③耕作等土壤管理措施。（五）土壤孔性和结构性的调节良好结构创造了良好的作物生长环境，但良好结构并不易形成也不易保持，大水漫灌，土壤压板，有机质减少等都造成结构破坏，所以不良结构需改良，常见措施有：

精耕细作，增施有机肥合理轮作倒茬；调节土壤阳离子组成，改良土壤酸碱性质合理灌溉、晒垡和冻垡施用土壤结构改良剂：胡敏酸、树脂胶、纤维素黏胶、藻醣酸、褐煤、泥炭三、土壤耕性土壤耕性指土壤在耕作时反映出来的特性。从三方面评价：1、耕作的难易；2、耕作质量的好坏；3、适耕期长短。（一）影响土壤耕性的因素1、土壤粘结性：土粒间由于分子引力而相互粘结在一起的性质，它使土壤具有抵抗破碎和分散的能力。粘结性的强弱用粘结力表示，单位kg/cm2。2、土壤粘着性：指土壤在一定含水量范围内粘附外物的性能，用粘着力表示。是由土粒-水分子-外物之间的分子引力引起的。影响土壤粘结性和粘着性因素：①土壤质地；②含水量；③有机质含量；④代换性离子种类；⑤土壤结构。3、土壤可塑性：指土壤在一定含水范围内受外力作用而发生变形，当外力消失后土壤继续保持变形的性状。影响土壤可塑性强弱因素：①土壤含水量：塑性值（塑性指数）=上塑限－下塑限；②质地：塑性值粘土>17，壤土=7-17，砂壤土<7,砂土=0。（表3-3）③粘土矿物种类，蒙脱土＞高岭石；④阳离子代换量：Na+会使土壤分散，Ca2+使土壤凝聚⑤有机质4、土壤胀缩性：指土壤吸水膨胀和失水收缩的性能。

土壤膨胀时使植物根系受到挤压而受伤，并使土壤孔隙变小，影响透水透气和散热吸热状况；土壤收缩时，土壤龟裂，易拉断植物根系，并加快下层土壤水分蒸发。影响土壤胀缩性的因素：①土壤胶体：蒙脱石>高岭石②阳离子：盐碱土中，Na+吸水使土壤胀缩性增加，湿时膨胀粘闭，干时收缩形成柱状结构的土壤。4、土壤松紧性直接影响土壤耕作难易和耕作质量，松紧性用坚实度表示，坚实度是指土壤抗压缩的阻力，用压缩单位土体所需的力来表示，单位kg/cm3。5、土壤结持性土壤在不同含水量时所表现出来的性状。当土壤含水量由少至多时，土壤结持状态由：坚硬→酥软→可塑→粘韧→浓浆→薄浆。土壤含水量干燥湿润潮湿泞湿多水极多水土壤结持状态坚硬酥软可塑粘韧浓泥浆薄泥浆主要性状具有固体性质，不能捏合成团松散无可塑性，易成团但不成块有可塑性，无粘着性可塑性和粘着性可受重力影响而流动成悬浮体，容易流动耕作阻力大小大大大小耕作质量成硬土块成小土块成大土垡成大土垡成浮泥浆成泥浆宜耕性不宜宜不宜不宜不宜宜稻田耕作土壤结持性与土壤耕性的关系（二）土壤耕性的调节1、防止土壤压板（土壤在降雨、灌溉、人畜践踏和农机具的作用下由松变紧的过程）：改进农机具；避免在土壤过湿时耕作；减少不必要的作业项目或实行联合作业；实行免耕或少耕法。2、注意土壤的宜耕状态和宜耕期；3、改良土壤耕性：增施有机肥、客土改良质地、合理灌排，适时耕作1、什么叫土壤容重？其有何作用？2、土壤孔隙的作用、类型及衡量土壤孔性的指标？3、土壤结构的类型？4、为什么说有团粒结构的土壤是农业生产上的理想土壤？创造团粒结构的措施有哪些？5、土壤耕性包括哪些？如何改良？练习题6、计算题：（1）计算一公顷(10000m2)耕层20cm深度的干土重。（测定土壤容重时，用环刀采取25cm3的土样，称量其湿土重为37.5g，已知其水分含量为250g/kg。）（2）已知某一土壤的容重为1.25g/cm3，单位容积固体土粒的干重为1.6，计算该土壤的孔隙度和孔隙比。第二节土壤胶体与土壤吸收性能胶体，是一种分散质，粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，分散质粒子大小在1nm-100nm之间。按分散剂的不同可分为气溶胶，固溶胶，液溶胶；按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体。一、土壤胶体土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒。其直径一般在1-100nm（长、宽、高三个方向，至少有一个方向在此范围内）。1、无机胶体2、有机胶体3、有机无机复合体（一）土壤胶体的类型

1、无机胶体（1）层状硅酸盐矿物：其晶型结构由硅氧片和铝氧片组成。粘土矿物硅氧片和铝氧片有1:1型的高岭石，2:1型的蒙脱石。①硅氧片、硅氧四面体②铝氧八面体由六个氧原子（或氢离子）环绕着一个中心铝离子排列而成，氧原子排列成两层，铝原子居于两层中心孔穴内。1:1型矿物特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，内部空隙小，电荷量少，单位个体小，分散度低。其胀缩性、粘性和阳离子交换量较小，多出现于酸性土壤。如高岭石类。硅氧片铝氧片2:1型粘土矿物

特点：胀缩性大，吸湿性强，易发生同晶代换作用，如Al3+代Si4+，Mg2+代Al3+→带正电→吸附负离子。如蒙脱石、水云母（晶层间夹含钾离子），这类矿物多出现于北方土壤。硅氧片铝氧片硅氧片同晶代换作用:组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子替代而晶格构造保持不变的现象。（2）氧化物及其水合物：Al、Fe、Si、Ca、Mn、Ti的氧化物及水合氧化物，常呈胶膜覆盖于土粒表面。

a.含水氧化硅胶体：游离态无定型

SiO2.H2O→H2SiO3H2SiO3==H++HSiO3-==H++SiO32-

b.含水氧化铁、铝：两性胶体

Al(OH)3+H+→Al（OH）2+

+H2OpH<5Al(OH)3+OH-→Al（OH）2O-

+H2O2、土壤有机胶体种类：腐殖质(胡敏酸、富啡酸、胡敏素）、蛋白质或氨基酸、木质素、维生素、多肽，多糖类化合物。特点：颗粒极小，巨大的比表面积，带有电荷，高度的亲水性，负电荷量比粘粒矿物大，易被微生物分解。3、土壤有机无机复合体有机无机复合体是通过二、三价的阳离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+）与官能团（-COOH、-OH等）将带负电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起来形成的复合体。以薄膜状紧密覆盖于粘土矿物表面，或进入粘粒矿物的晶层之间。（二）土壤胶体的构造土壤胶体是一种分散系统。由胶体微粒（分散相）和微粒间溶液（分散介质）两大部分构成。+++++++++-++-+-+-+-+-++--++--+微粒核定位离子层非活性补偿离子层扩散层土壤溶液--------补偿离子层1、微粒核（胶核）：核心、基本物质。腐殖质、SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐、蛋白质及有机无机胶体分子群。2、双电层：（1）决定电位离子层：是固定在胶核表面，并决定其电荷和电位一层离子。它是由胶体表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某一种离子而构成。（2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层。A.非活性补偿离子层：补偿离子层的内层，靠近决定电位离子层，受到的静电引力强，离子被牢牢吸引，成平行密实排列，不易自由解离，只能随着胶核移动。B.扩散层：在非活性补偿离子层的外面，受到的静电引力小，活动性大。同时还受使离子均匀分布的热运动的影响，使此层阳离子随离子距胶粒表面距离的增大而减少，由稠密到稀疏，呈扩散状态。（三）土壤胶体的特性巨大的比表面积和表面能带有电荷状态可改变--凝聚与分散1、土壤胶体的比表面积和表面能比表面：指单位重量或单位体积物体的总表面积（cm2/g或m2/g，cm2/cm3或m2/cm3）。比面积＝表面积/重量土壤胶体，尤其是2：1型的粘粒矿物和腐殖质具有巨大的比表面。如只考虑外表面积，高岭石比面积的典型值是10－30m2/g，蒙脱石是40－100m2/g，但若将内表面计算在内，蒙脱石的比面积则高达800m2/g表面能：表面分子由于与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、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，这种能量产生于物体表面，故称为表面能。2、土壤胶体的带电性（1）胶体带电的原因土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学特性。造成胶体带电的原因主要有以下三种：

同晶代换断键表面分子的解离

土壤胶体能解离出H+,而带负电的胶体称为酸胶基或负胶体；能解离出OH-而带正电的胶体称为碱胶基或正胶体；能解离出H+也能解离出OH-的则称为两性胶体。（2）土壤胶体电荷的种类永久电荷：由于同晶代换的作用产生的电荷。这种电荷发生的方式以蒙脱石居多，伊利石较少，高岭石最少。可变电荷：指胶体随土壤溶液pH值的变化而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。其主要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来自矿质胶体晶格的断键。土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH称为可变电荷零点(pH0)。胶核表面分子的解离：

粘土矿物晶面上的羟基（─OH）解离出H+，使胶体带负电荷。是1:1型粘土矿物带点的主要原因。含水铁、铝氧化物的解离：两性胶体，低于pH0时，解离出OH-，使胶体带正电；反之，解离出H+，使胶体带负电。腐殖质上某些原子团的解离：羧基（─COOH）和酚羟基可解离出H+而带负电荷，氨基（─NH2）可在低pH0吸附H+而带正电荷。含水氧化硅解离出H+使胶体带负电荷。3、土壤胶体的凝聚和分散作用土壤胶体的两种状态:（1）溶胶：胶体微粒均匀分散在水中，呈高度分散的状态；（2）凝胶:胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮状。

溶胶凝胶凝聚分散土壤胶体为什么具有分散和凝聚作用？？土壤胶体分散的原因：带电荷、胶体微粒表面水膜土壤胶体凝聚的原因：电解质、减少土壤水分。胶体的凝聚或分散决定于电动电位（非活性补偿离子层（“双电层”）与介质溶液间的电位差）的高低：越高，排斥力愈强，溶胶状态。越低，当吸引力大于排斥力时，凝胶状态。按凝聚力的大小：

Fe3+>

Al3+>

Ca2+>

Mg2+>

H+>

NH4+>

K+>

Na+对于同一土壤来说，电动电位的高低，主要决定于扩散层的厚度，而扩散层的厚度与离子电荷数量及离子水化度有关。凡电荷数量少而水化度大的离子（如Na+），形成的扩散层厚，电动电位高，使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子（如Ca2+），形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶体即可凝聚。二、土壤吸收性能土壤吸收性能指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离子、悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。

机械吸收性物理吸收性化学吸收性物理化学吸收性生物吸收性（一）土壤吸收性的类型1、机械吸收性：指土壤对固体物体的阻留。如施有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤中；污水、洪淤灌溉时，其土粒及其他不溶物，也可因机械吸收性而被保留在土壤中。主要决定于土壤的孔隙状况。2、物理吸收性：指土壤对分子态物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中的大，另一些物质在胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者为正吸附，后者为负吸附。3、化学吸收性：指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程，这种吸收作用是以纯化学作用为基础的。

4、物理化学吸收性：指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力，由于土壤胶体带有正电荷或负电荷，能吸附溶液中带异号电荷的离子，这些被吸附的离子又可与土壤溶液中的同号电荷的离子交换而达到动态平衡。这一作用是以物理吸附为基础，而又呈现出化学反应相似的特性。5、生物吸收性：是指土壤中植物根系和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是有选择性和创造性，并且具有累积和集中养分的作用。（二）土壤的离子交换作用土壤离子交换作用，即土壤物理化学吸收性能。可分为两类：

阳离子交换作用：带负电胶体所吸附的阳离子与溶液中的阳离子进行交换。

阴离子交换作用：带正电胶体吸附的阴离子与溶液中阴离子互相交换的作用。1、阳离子交换作用

（1）概念：土壤胶体由于带负电而吸附阳离子（离子吸附），在一定条件下，与土壤溶液中的其他阳离子发生交换（解吸）的过程。能够参与交换过程的阳离子，就称为交换性阳离子。交换性阳离子可分两种：①致酸离子H+、Al3+

②盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、NH4+、Na+（2）阳离子交换作用的基本特征

可逆反应：任何一方的反应都不能进行到底，反复浸提（交换性阳离子测定），才能把胶体表面上的钙离子和钾离子全部交换出来；反应迅速：在土壤水分能使补偿离子充分水化的情况下，一般的交换反应只需几秒钟。

等量交换：等摩尔交换或等量电荷交换，例如，20克Ca2+可以和39.1克K+交换土壤胶粒土壤胶粒Ca2+NH4++3K++Ca2++NH4+K+K+K+（3）阳离子交换能力

Fe3+＞Al3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+

离子价：高价离子交换能力＞低价离子

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，

离子的运动速度：H+水化很弱只与1个水分子结合，H3O+半径很小，运动速度快，因此交换能力大于二价离子。

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的高价离子。离子半径、水化半径与交换能力的关系一价离子种类Li+Na+K+NH4+离子的真实半径nm0.0780.0980.1330.143离子的水化半径nm1.0080.7900.5370.532离子在胶体上的吸着力小大离子对其他离子的交换力小大（4）阳离子交换量（CationExchangeCapacity，CEC

)：指在一定pH时每千克干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数，单位cmol/kg。土壤CEC大小受这些因素影响：

胶体含量：？？

胶体类型：？？

土壤PH值：？？质地阳离子交换量（cmol(+)kg-1)砂土1-5砂壤土7-8壤土7-18粘土25-30

胶体含量：土壤胶体物质越多（包括矿质胶体、有机胶体和复合胶体），则CEC越大。胶体类型2:1型矿物>1:1型矿物，有机胶体>无机胶体胶体类型CEC一般范围平均CEC蒙脱石60～10080水云母20～4030高岭石3～1510含水氧化铁、铝极微—有机胶体200～4500350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。pH4.5pH6.4pH8.1沼泽土胡敏酸170.0286.3400.0灰化土胡敏酸234.0410.0508.7黑钙土胡敏酸292.2432.9590.5pH2.5-6pH7高岭石410蒙脱石95100（5）土壤的盐基饱和度（basesaturationpercentage）：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。盐基饱和度（%）=交换性盐基离子总量（cmol/kg土）阳离子交换量（cmol/kg土）×100%盐基饱和度与土壤酸碱反应关系密切：盐基饱和度大的土壤呈中性或碱性，如干旱、半干旱和半湿润气候地区；盐基饱和度小的土壤呈酸性，如湿热的南方。思考：我国土壤的盐基饱和度呈现什么特点？（6）影响交换性阳离子有效度的因素交换性阳离子的饱和度陪补离子效应阳离子的非交换性吸收交换性阳离子的饱和度土壤阳离子交换量cmol/kg交换性Ca量cmol/kg交换性Ca的饱和度%Ca的有效度甲10440大乙40512.5小某离子饱和度愈大，被交换而解吸的机会愈多，则有效度愈大。陪补离子效应陪补离子：与某离子同时存在的其他离子，均称为该离子的陪补离子。土壤交换性阳离子的组成盆中幼苗干重g盆中幼苗吸钙量mg甲40%Ca+60%H2.8011.15乙40%Ca+60%Mg2.797.83丙40%Ca+60%Na2.344.36陪补离子种类不同，有效性不同陪补离子和被陪补离子吸附的先后顺序：先吸附的有效性低，后吸附的有效性高阳离子的非交换性吸收（K+、NH4+）固定机制：层状铝硅酸盐粘粒矿物晶层表面具有六个硅氧四面体连成的网穴，穴半径约为0.14nm，其大小与K+（

0.133）

、NH4+

（0.143

）的半径相近，原来吸附在晶层表面的阳离子可被K+、NH4+交换，当粘粒矿物脱水收缩时，极易被挤压陷入网穴中，成为非交换性离子，降低了对植物的有效性。此即为“晶格固定”。钾、铵的饱和度愈大，愈易发生晶格固定。2、阴离子交换作用土壤溶液中的阴离子可以被带正电胶体吸附，但是土壤对阴离子吸附和保持机理比阳离子更为复杂，往往和化学固定、专性吸附等交织在一起。一般土壤中存在的阴离子常按被土壤吸附保持的难易程度分为三类：（1）易于被土壤吸附的阴离子如磷酸根（H2PO4-HPO42-PO43-）、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）和某些有机酸的阴离子（如草酸根）（2）吸附作用很弱或进行负吸附的离子如Cl-、NO3-、

NO2-出现负吸附（固体表面浓度低于溶液中浓度）极易随水流失。（3）中间类型的阴离子如SO42-、CO32-、HCO3-、及某些有机酸（如醋酸根）的阴离子，土壤吸收它们的能力介于以上两类之间。影响土壤对阴离子吸收的因素：阴离子的价数：价数愈大，吸收力愈强。土壤对常见阴离子的吸收力大小顺序如下：OH-

＞

PO43-

＞

SO42-

＞Cl-、NO3-－N。（OH-因离子半径小，能同带正电荷胶粒的双电层中的铁、铝离子结合，生成解离度很小的化合物）

胶体组成成分：随着土壤胶体中铁、铝氧化物增多，土壤吸收阴离子的能力也逐渐增大。

土壤pH值：碱性加强，增大负电荷量，土壤胶体对阴离子的吸收力减弱；酸性增强，正电荷增加，则吸收力增强。练习题1、什么叫土壤胶体？其类型有哪些？2、什么叫土壤吸收性？其类型有哪些？3、什么是土壤阳离子交换量和土壤盐基饱和度？第三节土壤的酸碱性什么是酸？什么是碱？1、根据酸碱质子论：凡能给出质子（H+）的物质就是酸，能接受质子的物质就是碱：

HBH++B-2、酸和碱可以是阳离子、阴离子或中性分子；如果一种物质既能提供质子、又能接受质子，则可以是酸又可以是碱。

土壤酸碱性是指土壤溶液的反应（soilreaction），它反映土壤溶液中H+浓度与OH-浓度的比例，同时也决定于土壤胶体上致酸离子（H+或Al3+）或碱性离子（Na+）的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量。一、土壤酸性土壤酸性（soilacidity），一方面与溶液中H+浓度相关，另一方面更多的是与土壤胶体上吸附的致酸离子（H+或Al3+）有密切关系。土壤中酸性的主要来源：胶体上吸附的H+或Al3+；

CO2溶于水所形成的碳酸；有机质分解产生的有机酸；氧化作用产生少量无机酸；施肥加入的酸性物质；

…1、活性酸度（activeacidity）活性酸度是指由土壤溶液中游离的H+直接引起的酸度，常用pH值表示，即溶液中氢离子浓度的负对数，pH=-lg[H+]。它是土壤酸碱性的强度指标。土壤酸碱性分级：

强酸性：pH＜5

酸性：pH=5.0-6.5

中性：pH=6.6-7.5

弱碱性：pH=7.6-8.5

碱性：pH=8.6-9.5

强碱性：pH>9.5

我国土壤pH一般在4~9之间。在地理分布上有“东南酸而西北碱”的规律性。2、潜性酸度（potentialacidity）潜性酸度指土壤胶体上吸附的H+或Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)2.50.5+所造成的酸性。因为它们进入溶液后才会显示出酸性，所以称之为潜性酸，常用1000克烘干土中氢离子的厘摩尔数表示。它是土壤酸性的容量指标。潜性酸与活性酸的动态平衡：土壤胶粒xHyAl+(x+3y)K+=土壤胶粒(x+3y)K++xH++yAl3+潜性酸活性酸离子交换作用水解作用（1）交换性酸度(exchangeableacidity)：用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）溶液与土壤作用，将土壤胶体表面上的大部分氢离子或铝离子交换出来，再以标准碱液滴定溶液中的氢离子，此酸度即交换性酸度或代换性酸度。

土壤胶粒H+KCl

=土壤胶粒+H++Cl-K土壤胶粒Al+3KCl

=土壤胶粒+AlCl3KKKAlCl3+H2O=Al(OH)3+3H++3Cl-（2）水解性酸度:用过量弱酸强碱盐（1mol/LCH3COONa）溶液从土壤中交换出来的氢离子或铝离子所产生的酸性。

土壤胶粒H+Na+=土壤胶粒+H2ONa土壤胶粒Al

+3CH3COONa

=土壤胶粒+Al(OH)3+3CH3COOHNaNaNaCH3COONa+H2O=CH3COOH+NaOH二、土壤碱性1、OH-的来源

（1）土壤胶体上交换性Na+的代换水解产生OH-。（2）弱酸强碱盐的水解，碳酸及重碳酸的钾、钠、钙、镁等盐类。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等；2、土壤碱性的表示方法（1）用pH值表示，越大碱性越强，碱性过强，对植物或微生物（少数耐碱或喜碱的除外）的生长不利。（2）土壤碱度（cmol/kg）：用土壤中的碱性盐类，特别是Na2CO3和NaHCO3，来衡量。（3）土壤碱化度（Na+饱和度）:

土壤碱化度=（交换性钠/阳离子交换量）×100%

碱化度在5%-20%时称碱化土，>20%时称碱土。三、土壤缓冲性在自然条件下，土壤pH值不因土壤酸碱环境条件的改变而发生剧烈的变化，而是保持在一定的范围内，土壤溶液这种特殊的抵抗酸碱度变化的能力称土壤缓冲性（soilbufferpower)。（一）土壤缓冲作用的机制土壤胶粒上的交换性阳离子；土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在；土壤中两性物质的存在；酸性土壤中铝离子的缓冲作用机制1：土壤胶粒上的交换性阳离子土壤胶粒M+H+=土壤胶粒H+M+当土壤溶液中H+增加时，胶体表面的交换性盐基离子与溶液中的H+交换，使土壤溶液中H+的浓度基本无变化或变化很小。土壤胶粒H+MOH=土壤胶粒M+H2O当土壤溶液中加入MOH时，解离产生M+或OH-，由于M+与胶体上交换性H+交换，H+转入溶液中，同OH-生成H2O，pH变化极小。机制1是产生缓冲作用的主要原因！（1）土壤缓冲能力的大小和它的阳离子交换量有关，交换量愈大，缓冲性愈强。粘质土及有机质含量高的土壤与砂土及有机质含量少的土壤相比，哪种缓冲性强？（2）不同的盐基饱和度表现出对酸碱的缓冲能力是不同的。如果两种土壤阳离子交换量相同，则盐基饱和度大的，对酸的缓冲能力愈？而对碱的缓冲能力愈？土壤溶液中含有碳酸、硅酸、腐殖酸以及其他有机酸及其盐类构成一个良好的缓冲体系，故对酸碱具有缓冲作用。机制2：土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2ONa2CO3+2HCl=H2CO3+2NaCl机制3：土壤中两性物质的存在R-CH-COOHNH2+HCl=R-CH-COOHNH3ClR-CH-COOHNH2+NaOH=R-CH-COONa+H2ONH2(氨基酸氯化铵盐）(氨基酸钠）在极强酸性土壤中（pH＜4），铝以正三价离子状态存在，每个Al3+周围有6个水分子围绕，当加入碱类时，6个水分子中即有一二个解离出H+来中和OH-。这时带有OH-的铝离子很不稳定，与另一个相同的铝离子结合，在结合中，两个OH-被两个铝离子所共用，并且代替了两个水分子的地位，结果这两个铝离子失去两个正电荷。机制4：酸性土壤中铝离子的缓冲作用2Al(H2O)63++2OH-=[Al2(OH)2(H2O)8]4++4H2O（二）土壤缓冲作用的重要性（1）缓冲性和适宜的植物生活环境使土壤pH值在自然条件下不致于因外界条件改变而剧烈变化，有利于营养无素平衡供应，维持一个适宜的植物生活环境。（2）缓冲性和酸碱度改良土壤的缓冲性能愈大，改变酸性土（或碱性土）pH所需要的石灰（或石膏等）数量越多。四、土壤的酸碱反应与植物生长影响土壤养分的转化与供应影响粘粒矿物的形成影响土壤理化性状影响作物生长（一）影响土壤养分的转化与供应1、影响土壤微生物活性土壤细菌、放线菌：适于中性和微碱性环境，在pH＜5时活性逐渐降低；土壤真菌：可在所有pH范围内活动，在强酸性土壤中占优势。铵化作用：pH6.5～7.5硝化作用：pH6.5～8.0固氮作用：pH6.5～7.8土壤pH与微生物活性及养分有效度的关系456789NCa、MgPKSFe、Mn、Zn、Cu、CoMoB真菌细菌、放线菌菌2、影响养分的固定、释放和淋失磷的固定：pH＜5时，活性铁、铝与磷酸根结合形成不溶性沉淀；pH＞7时，钙对磷发生固