第四章土壤胶体

第四章土壤胶体第1页，共94页，2023年，2月20日，星期四土壤胶体的构造和性质土壤胶体的类型土壤阳离子交换作用土壤阴离子交换作用内容提要第2页，共94页，2023年，2月20日，星期四胶体的概念胶体是物质存在的一种状态，是一种分散体系。一种物质分散在另一种物质中所形成的体系，称为分散体系或分散系。

根据分散体系中被分散的物质（分散相）的大小，可把分散系分为：粗分散系、胶体分散系和分子、离子分散系。何为分散体系？第3页，共94页，2023年，2月20日，星期四

一般把分散相颗粒直径（非球颗粒则指长、宽、高三向中一个方向的长度）在1-100纳米范围内的分散系称胶体分散系。其颗粒大小介于粗分散系和分子、离子分散系之间。胶体分散系第4页，共94页，2023年，2月20日，星期四第一节土壤胶体的构造与性质一、土壤胶体的概念

土壤中的固相、液相和气相呈互相分散的胶体状态，是一个分散系。即土壤学中所指的土壤胶体是指直径小于2μm或者小于1μm土壤颗粒。第5页，共94页，2023年，2月20日，星期四胶体微粒胶核双电层决定电位离子层（内）补偿离子层（外）非活性离子层扩散层

二、土壤胶体的构造1．微粒核（胶核）微粒核是土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成。第6页，共94页，2023年，2月20日，星期四2．扩散双电层

（1）决定电位离子层是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。（2）补偿离子层分为两个层次。一、非活性补偿离子层。二、扩散层。第7页，共94页，2023年，2月20日，星期四胶体微粒的扩散双电层构造图式第8页，共94页，2023年，2月20日，星期四3、胶团间溶液

即土壤胶体分散系中的分散介质，也即是土壤溶液。土粒土壤溶液第9页，共94页，2023年，2月20日，星期四

1、巨大的比表面积和表面能比表面积：单位质量或物体的总表面积称为比表面积或比面，物体愈小比面愈大。三、土壤胶体的性质

土粒直径(mm)总表面积(cm2)比面(cm2/cm3)103.146131.42600.05628.3212000.0013141660000

第10页，共94页，2023年，2月20日，星期四表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。---内表面：指膨胀性粘土矿物的晶层表面和腐植质分子聚集体内部的表面。---外表面：指粘土矿物、氧化物和腐植质分子暴露在外的表面。第11页，共94页，2023年，2月20日，星期四土壤有机质的比表面大，表观比表面可达700m2/g。胶体成分内表面积外表面积总表面积蒙脱石700—75015—150700—850蛭石400—7501—50400—800水云母0—590—15090—150高岭石05—405—40埃洛石010—4510—45水化埃洛石40025—30430水铝英石130—400130—400260—800土壤中常见矿物的比表面积（m2/g）第12页，共94页，2023年，2月20日，星期四

2.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.土壤中所有胶粒都是带电的（胶体的基本条件），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。因此，土壤胶体的带电性对土壤肥力性质有重要影响。

第13页，共94页，2023年，2月20日，星期四(1)同晶异质代换作用

层状铝硅酸盐粘土矿物在形成时，中心离子可以被其它相近或稍大的同性离子代换而产生电荷，但矿物的结晶构造型式不变。如Al3+代Si4+或Fe2+代Al3+等,这样晶体中就产生了剩余负电荷,这种电荷一旦产生,就不能改变,故称永久电荷。土壤胶体电荷的来源指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。第14页，共94页，2023年，2月20日，星期四四面体中的硅可被铝代换

Si4+Al3+八面体中的铝可被铁、镁代换

Al3+Fe2+或Mg2+第15页，共94页，2023年，2月20日，星期四(2)晶格破碎边缘的断键

在矿物风化破碎的过程中，晶体晶格边缘的离子有一部分电荷未得到中和，而产生剩余价键，使晶层带电。例如晶格在硅层或铝层截面上断裂，Si—O—Si，Al—O—Al在断裂后，断面上留下Si—O-、Al—O-，从而带负电。第16页，共94页，2023年，2月20日，星期四(3)胶体表面分子的解离

胶核表面的分子或原子团的解离,这种电荷的数量和性质随介质的pH而改变,故称可变电荷。黏土矿物晶面上-OH的解离含水铁、铝氧化物的解离（Al2O3·3H2O)腐殖质上某些官能团的解离（如-COOH）含水氧化硅的解离来源第17页，共94页，2023年，2月20日，星期四结晶的粘土矿物大部分表面都裸露着—OH原子团，在一定条件下：当H+解离后，则使胶核带负电，如H2SiO3和层状硅铝酸盐粘土矿物中解离H+后使胶核带负电。当OH-发生解离时，则胶核带正电，如Fe(OH)3或Al(OH)3中的OH-解离后则带正电。这种作用与普通酸碱解离相似，受溶液的pH影响，因此称为可变电荷。a.黏土矿物晶面上-OH的解离第18页，共94页，2023年，2月20日，星期四Al(OH)3+NaOHAl(OH)2O-+Na++H2O胶核中的分子带负电荷的胶体核粒Al(OH)3+HClAl(OH)2++Cl-+H2O胶核中的分子带正电荷的胶体核粒如Al（OH）3在碱性环境中的解离：如Al（OH）3在酸性环境中的解离：Fe(OH)3或Al(OH)3解离H+而成为带负电的胶体，还是解离OH-而成为带正电的胶体主要取决于溶液的pH值。第19页，共94页，2023年，2月20日，星期四

层状硅酸盐晶层上的-OH基可以解离出H+，带负电:结晶体-OH-OH-OH结晶体-OH-OH-OH+3H+第20页，共94页，2023年，2月20日，星期四当土壤胶体解离阳离子和阴离子数量相等，即胶体的正负电荷相等时，此时胶体悬液的pH值称为等电点(isoelectricpoint)。在土壤pH5-8的条件下，大多数土壤胶体的等电点低于这个范围，因此，对于土壤胶体来讲，pH5-8相当于在碱性环境下，此时，腐殖质和铝硅酸盐等胶体都带负电，表现为对阳离子的吸附，只有Fe(OH)3和Al(OH)3带正电，吸附阴离子。故土壤胶体在通常情况下以带负电为主。土壤胶体为什么一般带负电?第21页，共94页，2023年，2月20日，星期四

如三水铝石的pH0值为4.8。

当土壤pH低于pH0值时:（相当于酸性环境）

Al2O3·3H2O2Al(OH)2++2OH-

当土壤pH高于pH0值时:（相当于碱性环境）

Al2O3·3H2O2Al(OH)2O-+2OH-b.含水氧化铁、氧化铝的解离第22页，共94页，2023年，2月20日，星期四

高pH条件下：

-COOHH++COO--OHH++-O-

低pH条件下：

-NH2-NH3+

c.腐殖质上某些原子团的解离第23页，共94页，2023年，2月20日，星期四d.含水氧化硅的解离SiO2·H2O（或H2SiO3）的pH0值为2，在土壤中一般不产生正电荷，所带负电荷的量随土壤pH值的升高而增加。H2SiO3HSiO3-+H+

（带正电）SiO3-+H+第24页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.土壤胶体的分散性和凝聚性

胶体的两种状态溶胶凝胶胶体微粒均匀分散在水中，呈高度分散状态胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮状凝聚作用分散作用胶体的凝聚或分散决定于动电电位的高低：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。土壤胶体由于大多带有负电荷，相互具有负电位，而互相排斥，不易凝聚。

第25页，共94页，2023年，2月20日，星期四

电解质的浓度愈大，愈能有效地中和异电胶体的电性，愈能减小扩散层厚度，使胶粒凝聚。电解质中异电离子的价数愈高，聚沉能力愈大，三价离子大于二价离子，二价离子大于一价离子；同价离子中，凝聚力大小与本身半径和水化半径有关，凡离子本身半径大或水化后半径小的离子凝聚力大，相反则小。

电解质阳离子的凝聚力大小顺序为：

Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+电解质对胶体的凝聚作用受以下因素的影响：第26页，共94页，2023年，2月20日，星期四凝聚作用强，利于胶体互相凝聚形成结构（团粒结构）。农业上促进土壤团粒结构形成措施的理论解释：土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构；相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚，胶粒互相排斥而成溶胶状。常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差，栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下，施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤，改良土性，有明显效果。在生产上的意义第27页，共94页，2023年，2月20日，星期四

由于胶体的巨大表面能，使其对周围分子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子有交换能力。

4.土壤胶体的吸附性和交换能力第28页，共94页，2023年，2月20日，星期四5、土壤的电荷数量

1、土壤电荷主要集中在胶体部分。

2、胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础。3、有机胶体和无机胶体的电荷具有非加和性。

第29页，共94页，2023年，2月20日，星期四第二节土壤胶体的类型第30页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、无机胶体土壤胶体的类型含水氧化铁含水氧化铝含水氧化硅次生铝硅酸盐类（即粘土矿物）主要包括：第31页，共94页，2023年，2月20日，星期四SiO2.H2O→H2SiO3带负电H2SiO3→

H++HSiO3-→H++SiO32-1.含水氧化硅胶体：（游离态无定型）注：土壤反应越偏碱性，硅酸的解离度也越大，所带的负电荷也越多。土壤胶体的类型第32页，共94页，2023年，2月20日，星期四

此类胶体包括褐铁矿（2Fe2O3•3H2O）、水赤铁矿（3Fe2O3•H2O）、针铁矿（Fe2O3•H2O）、水铝矿（Al2O3•H2O）、三水铝矿（Al2O3•3H2O）等晶质矿物和氢氧化铁[Fe(OH)3]、氢氧化铝[Al(OH)3]等非晶质矿物。这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为两性胶体。2.含水氧化铁、铝：（两性胶体）土壤胶体的类型第33页，共94页，2023年，2月20日，星期四Al(OH)3+H+→Al(OH)2++H2O（pH<5）+

OH-

↓Al(OH)2O-+H2O（pH>5）纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1，氢氧化铝等电点为pH8.1，所以它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。土壤胶体的类型第34页，共94页，2023年，2月20日，星期四其成分为水化的硅、铝二三氧化物，简化的分子式为：xSiO2•yAl2O3•nH2O。水铝英石的硅氧四面体中由Al3+置换Si4+可产生净负电荷，同时表面有Al—OH、Si—OH。当溶液碱性增加、pH增大时产生以下解离而带负电：=Al-OHpH加大=Al-O-+H+

≡Si-OH≡Si-O-+H+因此，水铝英石表面可吸附很多阳离子，其表面积很大，阳离子交换量可达154~210cmol(+)·kg-1。3.水铝英石（非晶质无定形的胶态）土壤胶体的类型第35页，共94页，2023年，2月20日，星期四4.黏土矿物（次生层状铝硅酸盐类）

大多是结晶层状构造，由硅氧片（由硅四面体连接而成）和水铝片（由铝八面体连接而成）迭合而成。水铝片层面上氧离子的电价不饱和，可与氢离子结合成OH群，形成水铝矿，或与硅氧片结合，共用氧离子，形成铝硅酸盐粘土矿物。根据其迭合情况的不同，可将粘土矿物分为不同类型。土壤胶体的类型第36页，共94页，2023年，2月20日，星期四①硅氧片、硅氧四面体

硅四面体可以共用氧原子而形成一层，氧原子排列成为中空的六角形，称硅氧片或硅氧层。土壤胶体的类型第37页，共94页，2023年，2月20日，星期四②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，称水铝片。土壤胶体的类型第38页，共94页，2023年，2月20日，星期四

由一个硅氧片和一个水铝片，通过共用硅氧顶端的氧原子连接起来的片状晶格构造。

(１)高岭石（１：１型铝硅酸盐矿物）每个晶层的一面是OH离子组（水铝片上的），另一面是O离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢键，使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。其分子结构外形特征为ＯＨＯＨＯＨ.......ＯＨ顶层─────────────底层─────────────ＯＯＯ........Ｏ许多晶片相互重叠形成高岭矿物

土壤胶体的类型第39页，共94页，2023年，2月20日，星期四

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。多出现于酸性土壤。如高岭石类。硅氧片铝氧片土壤胶体的类型第40页，共94页，2023年，2月20日，星期四晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代，因此无永久性电荷。但水铝片上的--ＯＨ在一定条件下解离出氢离子，使高岭石带负电。高岭石的性质特点：晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固，水分子及其他离子难以进入层间，并且形成较大的颗粒。因此其吸湿性、粘结性和可塑性较弱，富含高岭石的土壤保肥性差。土壤胶体的类型第41页，共94页，2023年，2月20日，星期四

由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的。

（2）蒙脱石类（２：１型铝硅酸盐矿物）每个晶层的两面均由O离子组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间不能形成氢键，而是通过“氧桥”联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，其晶粒比高岭石小。土壤胶体的类型第42页，共94页，2023年，2月20日，星期四

胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+，有时可在硅铝片中，一般以Mg2+代Al3+→带负电→吸附负离子。如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。硅氧片铝氧片硅氧片特点：土壤胶体的类型第43页，共94页，2023年，2月20日，星期四蛭石的膨胀性比蒙脱石要小得多，其晶层间距1.45nm，属有限膨胀型。它具有一定的内表面，但较蒙脱石小，晶体颗粒介于蒙脱石和高岭石之间。蛭石在黄棕壤和黄壤中含量较高。蛭石也是2﹕1型膨胀型粘土矿物，其晶层结构与蒙脱石基本相同，也是两层硅氧片中夹一层水铝片。与蒙脱石不同的是，硅氧片中的硅大部分被铝所取代，水铝片中的铝也有不少被镁取代，因而具有比蒙脱石高得多的净负电荷，具有很高的吸附阳离子能力，阳离子交换量达150cmol(+)·kg-1。土壤胶体的类型第44页，共94页，2023年，2月20日，星期四

2:1型矿物(蒙脱石、绿泥石、蛭石等)土壤胶体的类型第45页，共94页，2023年，2月20日，星期四

（３）水云母类（２：１型粘土矿物）结构与蒙脱石相类似，只是同晶替代产生的负电荷主要被钾离子中和,而少量被钙镁离子中和。

特点：a、永久性电荷数量少于蒙脱石。b、层与层之间由钾离子中和，使得各层相互紧密结合。形成的颗粒相对比蒙脱石粗而比高岭石细。其粘结性、可塑、胀缩性居中。c、钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中，当晶层破裂时，可将被固定的钾重新释放出来，供植物利用。分布广泛，特别在西北干旱地区和高寒地区，以及风化度浅的土壤。土壤胶体的类型第46页，共94页，2023年，2月20日，星期四三种主要粘土矿物的性质比较粘土矿物结晶类型分子层排列情况晶格距离(nm)晶层间联结力颗粒大小比面(m2•g-1)CEC（cmol(+)·kg-1）粘结性可塑性胀缩性高岭石1:1-OH层与O层相接0.72强大5～205～15弱弱水云母2:1-O层相接中间有K1.00较强中100～12020～40中等中等蒙脱石2:1-O层相接0.96～2.14弱小700～80080～100强强土壤胶体的类型第47页，共94页，2023年，2月20日，星期四高岭石逐渐代替水云母，铁铝氧化物也迅速增多。我国土壤粘土矿物的分布温带干旱的漠境和半漠境地带：风化程度低，化学风化程度弱，以形成水化度低的水云母为主，蒙脱石不多。半干旱草原地区：蒙脱石迅速增加，结晶良好，以蒙脱石和水云母为主。暖温带湿润地区：蛭石显著增加，以水云母—蛭石为主，说明环境有利于进一步脱钾。中亚热带以南地区：土壤胶体的类型第48页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、有机胶体特点：

高分子有机化合物，高度亲水性。带负电，并且电荷数量多于黏土矿物，因此阳离子交换量大。保肥性强，但不稳定（因受微生物作用而分解）主要是腐殖质。少量的木素、蛋白质、纤维素等。腐殖质的电荷是由腐殖质含的羧基（-COOH）、羟基（-OH）、酚羟基解离出H+、-COO-、-O-等离子留在胶粒上而使胶粒带负电。

一般每千克腐殖质的代换量在200cmol(+)·kg-1左右，高者可达500～1000cmol(+)·kg-1

土壤胶体的类型第49页，共94页，2023年，2月20日，星期四三、有机无机复合胶体通过Ca2+而结合。有机胶体与铁铝胶体的结合。有机胶体与无机胶体的直接结合。有机胶体以薄膜状紧密盖覆于粘土矿物表面通过阳离子与-COOH、-OH等官能团形成复合体。结合方式土壤胶体的类型第50页，共94页，2023年，2月20日，星期四在生产上的意义我国劳动人民在长期生产实践中，充分体会到有机无机复合体的重要，创造了施用有机肥加速土壤有机无机复合体形成的措施，群众称之为土肥相融。土壤有机无机复合胶体的形成，有利于土壤结构的形成，改善土壤理化性质。如复合体中的胡敏酸，比单独存在时分解显著减慢，并可使土壤中有效磷增加，增强土壤的缓冲性能等。土壤胶体的类型第51页，共94页，2023年，2月20日，星期四第三节土壤阳离子交换作用第52页，共94页，2023年，2月20日，星期四一、土壤阳离子交换吸附作用的概念土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。土壤胶粒Ca2+

+2KCl=土壤胶粒K+K++CaCl2阳离子交换作用对土壤中养分的保持和供应起着重要作用。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，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。阳离子交换第53页，共94页，2023年，2月20日，星期四离子从溶液转移到胶体表面的过程，称为离子的吸附过程。

吸附的离子从胶体表面转移到溶液去的过程，称为离子的解吸过程。第54页，共94页，2023年，2月20日，星期四阳离子交换作用***

在土壤中，被胶体静电吸附的阳离子，一般都可以被溶液中另一种阳离子交换而从胶体表面解吸。对这种能相互交换的阳离子叫做交换性阳离子，而把发生在土壤胶体表面的阳离子交换反应称之为阳离子交换作用***。

第55页，共94页，2023年，2月20日，星期四二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1.可逆反应在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。因此，在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。阳离子交换第56页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.等量交换并服从质量作用定律以等量电荷关系进行。如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。质量作用定律：阳离子交换第57页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.速度受交换点位置和温度的影响位置：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。高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。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。阳离子交换第58页，共94页，2023年，2月20日，星期四三、影响阳离子交换作用的因素1．阳离子交换能力一种阳离子将他种阳离子从胶粒上交换下来的能力叫做该种阳离子的交换能力。（1）离子电荷价三价＞二价＞一价（2）离子半径及水化程度第59页，共94页，2023年，2月20日，星期四土壤中常见的离子交换能力排列顺序是：

Fe3＋＞Al3＋＞H＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋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。第60页，共94页，2023年，2月20日，星期四1－－1.0081H＋

21.0000.10640.082Ca2＋

31.3300.07824.232Mg2＋

40.5370.13339.101K＋

50.5320.14318.011NH4＋

60.7900.09323.001Na＋

水化未水化交换力顺序离子半径（A）原子量价数离子表4－2离子半径及水化程度与交换力的关系第61页，共94页，2023年，2月20日，星期四

2．阳离子的相对浓度及交换生成物的性质

K＋Ca2＋＋K2SO4K＋＋CaSO4有利于向生成物方向进行的条件

▲生成物不断被移走（生物吸收、淋溶）

▲形成沉淀（矿物固定）不溶物或难溶物

▲形成气体土壤胶粒土壤胶粒第62页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.胶体性质交换量大的胶体（如蒙脱石）结合两价离子的能力强，结合一价离子的能力稍弱；交换量小的胶体（如高岭石）则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。又如：水云母具有六角形网孔（晶孔），容易吸附与其孔径大小相当的K+和NH4+，这些离子一旦进入六角形孔穴，即可发生配位作用，很难出来，只有当晶层破裂时，被固定的K+、NH4+方可重新释放出来。阳离子交换第63页，共94页，2023年，2月20日，星期四四、土壤阳离子交换量（一）定义：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（CationExchangeCapacity，CEC）。单位：cmol（+）·kg-1。注：因为阳离子交换量随土壤pH值变化而变化（因可变电荷变化），一般未特别注明时，是以pH为7的条件下测定土壤的交换量。阳离子交换量的大小与土壤可能吸附的速效养分（即阳离子）的容量有关，是土壤保肥力的重要指标。阳离子交换第64页，共94页，2023年，2月20日，星期四（二）影响CEC的因素

1.胶体数量（土壤质地）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。就矿质胶体而言，CEC随着质地粘重程度增加而增加，所以粘质土CEC较砂质土要大的多。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阳离子交换第65页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.胶体类型不同土壤胶体阳离子交换量相差很大胶休种类腐殖质蛭石蒙脱石水云母高岭石含水氧化铁、铝CEC（cmol(+)·kg-1)150-500100-15060-10020-403-15微量比表面（m2·g-1)800-1000700800100-2005-20-有机>无机，2:1>1:1，粘土矿物>含水的氧化物

粘土矿物主要通过两个方面影响CＥＣ：a、粘土矿物的比表面积:蛭石、蒙脱石>水铝英石、水云母>高岭石b、粘土矿物所带的电荷数量

阳离子交换第66页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.土壤pH值：

土壤酸碱度影响胶体表面官能团中H+的解离，因而影响可变电荷的多少。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阳离子交换第67页，共94页，2023年，2月20日，星期四4.土壤有机质含量：有机质中的腐殖质含有大量-COOH、-OH等官能团，当它们解离出H+时，可使胶体带有大量负电荷，而且腐殖质分散度大，具有很大的吸收表面。所以腐殖质的CEC远远大于无机胶体。施用有机肥料，增加土壤腐殖质，可以提高CEC，增强土壤保肥性。阳离子交换第68页，共94页，2023年，2月20日，星期四附：主要粘土矿物的ＣＥＣ（pＨ=7）

（cmol（+）·kg-1─────────────────水铝英石50-100针铁矿、三水铝石0.5-1.0(pH,8.0)水合氧化硅4.6(pH,8.0)高岭石4.6伊利石15-40蒙脱石60-120膨润土59-120蛭石120-200───────────────────阳离子交换第69页，共94页，2023年，2月20日，星期四

土壤交换量的大小，基本上代表了土壤的保持养分数量，也就是平常所说的保肥力高低；交换量大，也就是保存养分的能力大，反之则弱。所以，土壤交换量可以作为评价土壤保肥力的指标。一般地：小于10cmol/kg，保肥力弱；10~20cmol/kg，中等；大于20cmol/kg，强。CEC与土壤肥力的关系阳离子交换第70页，共94页，2023年，2月20日，星期四阳离子交换量和施肥有密切关系：在施肥时不仅要了解作物的需要，同时还要考虑土壤交换量的大小。在生产上的意义例如在砂土上施用化肥，由于土壤交换量小，土壤保肥力差，应该分多次施肥，每次施量不宜多，以免养分淋失。对于交换量小、保肥力差的土壤，可通过施用河塘泥、厩肥、泥炭或掺粘土，以增加土壤中的无机、有机胶体，以及通过施用石灰调节土壤反应等来提高土壤的阳离子交换量。举例？？？阳离子交换第71页，共94页，2023年，2月20日，星期四长江中下游发育在冲积母质上的土壤，粘土矿物以蒙脱石、水云母为主，交换量大约为20~30cmol(+)·kg-1。我国南北方土壤的CEC比较含蒙脱石、水云母较多，土壤反应又多为中性或微碱性，因此，阳离子交换量一般较高。例如东北的黑土、内蒙的栗钙土的交换量在30~50cmol(+)·kg-1。北方华南、西南为红、黄壤地带，无机胶体以高岭石和含水氧化铁、氧化铝为主，土壤酸性大，pH值低，阳离子交换量小，一般每千克土只有十几个厘摩尔，广东的砖红壤的交换量只有5.2cmol(+)·kg-1。长江中下游地区阳离子交换第72页，共94页，2023年，2月20日，星期四

我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐渐增多的趋势。阳离子可分为两大类：阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量。阳离子盐基离子（Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、NH4＋等）致酸离子H＋与Al3＋

第73页，共94页，2023年，2月20日，星期四五、土壤盐基饱和度胶体上吸附的阳离子分为两类：一类是致酸离子（如H+和Al3+）。另一类是盐基离子（如Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等），盐基离子为植物所需的速效养分。1.定义指土壤胶体上交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分率。以算式表示为：阳离子交换第74页，共94页，2023年，2月20日，星期四盐基饱和土壤：土壤胶体吸附的阳离子如绝大多数（80%以上）为盐基离子。盐基不饱和土壤：盐基饱和度在80%以下，H+、Al3+等离子含量较多。土壤盐基饱和度越大，养分有效性越高，因此盐基饱和度是土壤肥力的指标之一。真正反映土壤有效速效养分含量的大小。若阳离子交换量大，而盐基饱和度偏小，需要采取措施对土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。阳离子交换第75页，共94页，2023年，2月20日，星期四

我国南方岩石矿物风化作用强、盐基淋失强，一般为盐基不饱和的土壤（酸性土壤），北方则相反，土壤的盐基饱和度都在80%以上（中性或碱性土壤）。2.影响盐基饱和度的因素a.气候阳离子交换第76页，共94页，2023年，2月20日，星期四一般阔叶树种吸收盐基比针叶树多，通过枯落物归还给土壤的盐基也多，另外，针叶在分解过程中产生相对较多的有机酸，增强了盐基的淋溶作用，使针叶林下耕层土壤盐基饱和度更低于阔叶林土壤。b.地上植被类型阳离子交换第77页，共94页，2023年，2月20日，星期四c.母岩（或母质）原母质所含盐基的多少对土壤盐基饱和度有较大影响，在相同或类似的生物气候条件下，玄武岩发育的土壤盐基饱和度高于花岗岩。为什么？阳离子交换第78页，共94页，2023年，2月20日，星期四六、影响交换性阳离子有效性的因素1.交换性阳离子的饱和度饱和度大，该离子的有效性大。饱和度:胶体上被吸附的某种阳离子的量占土壤阳离子交换量的百分数。土壤CEC/(cmol·kg-1）交换性Ca量/(cmol·kg-1)交换性Ca的饱和度%Ca的有效度甲10440.0大乙40512.5小农谚：“施肥一大片，不如一条线。”的含义？阳离子交换第79页，共94页，2023年，2月20日，星期四2.陪补离子的种类

对于某一特定的离子来说，其它与其共存的离子都是陪补离子。（如胶体吸附了H+、Ca2+、Mg2+、K+等离子，对H+来说，Ca2+、Mg2+、K+是它陪补离子）与胶体结合强度大的离子，本身有效性低，但对其它陪补离子的有效性有利。反之亦然。思考：K+的陪补离子分别为Ca2+、Na+时，有效性高低比较？阳离子交换第80页，共94页，2023年，2月20日，星期四土壤处理交换性离子组成盆中幼苗干重(g)盆中幼苗吸钙量(mg)甲40%Ca+60%H2.811.15乙40%Ca+60%Mg2.797.83丙40%Ca+60%Na2.344.36不同陪补离子对交换性钙有效性的影响各种离子相互抑制的能力如下：Na+>K+>Mg2+>Ca2+>H+和Al3+第81页，共94页，2023年，2月20日，星期四3.无机胶体的种类

在饱和度相同的前提下，各种离子在无机胶体上的有效性：

高岭石〉蒙脱石〉水云母Why?高岭石：阳离子吸附点主要在破裂边缘外表面；