第二章-土壤的形成与功能

主讲人：赵秀兰

第二章土壤的形成、组成与功能第二节中国土壤资源一、成土因素地理位置东经：73°-135°；北纬：4°-53°母质与岩石东部:濒临太平洋,因海洋和陆地热力性质的差异及太阳辐射随季节的变化，致冬夏间海洋与陆地上气压的季节变化。夏季大陆低气压，海洋高气压---盛行东南风,来自海洋,温暖潮湿；冬季大陆气压高，海洋气压低---盛行西北风,寒冷干燥.

我国冬冷夏热、冬干夏雨的季风性气候特征。气候特征1.东部季风气候特征十分显著--受地理位置和地理环境影响3.气候类型多样，气候资源丰富和气候灾害较多---幅员广大、地形复杂。2.西北部，远离海洋，为欧亚大陆的腹地，大陆性气候特点显著，气温温差大。4.气候受地形的影响大，为多种局地性差异形成的重要原因确依照温度指标，从南到北可划分为赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带六个温度带；根据水分条件，从东南到西北可划分为湿润、半湿润、半干旱、干旱四类地区，分别占全国陆地总面积的32%、15%、22%、31%植被

随着水分、热量分配由东南而西北递减的现象，依次出现了终年高湿多雨、种类丰富与多层次的热带雨林，气候温暖、湿润、树叶光滑、椭圆、冬不落叶的亚热带常绿阔叶林；夏热多雨，冬春无叶的叶的温带落叶阔叶林；全年寒冷，没有夏季，多纯林而冬季落叶的寒温带针叶林等。南方自然植被以森林为主,作物生长繁茂，可以终年经营农业，盛产水稻、小麦、玉米、红薯、花生和多种经济作物，耕作制多采用两年五熟和一年三熟，生产条件比铰优越；北方多以草原和荒漠植被为主，因水热条件差，大多为一年一熟的旱地农业或灌溉农业.与水热条件密切相关中国降水图1.土壤水平地带性分布规律土壤随经度或纬度的变化而呈现有规律更替的现象.我国土壤水平地带的分布由湿润海洋性与干旱内陆性两个地带构成。(1)纬度地带性东部湿润海洋地带:因海洋季风影响，土壤随纬度由南而北分布南岭以南:砖红壤性红壤、砖红壤，长江以南南岭以北:红壤、黄壤江淮丘陵平原:黄棕壤；华北淮北:棕壤、褐土，大小兴安岭:灰化土。(2)经度地带二、中国土壤的分布规律西部内陆干早地带，从东北平原到新疆西部，大陆性气候逐渐增强，土壤按经度由东而西分布：东北平原黑土，内蒙古高原东部栗钙土，河西走廊、新疆地区的灰钙土、漠钙土等。2.垂直性分布规律土壤垂直带--因山体高程不同引起生物---气候带的分异所产生的土壤带谱海拔不同,温度下降,湿度增高,生物类型发生改变,土壤发生变化.土壤垂直带因山体所处的气候带不同而异湿热的热带、亚热带区,由下而上:砖红壤或红黄壤带—黄壤—黄棕壤和棕壤带—暗棕壤或灰土、漂灰土.

温带半湿润区:草甸草原黑钙土---棕壤或高山草甸土.3.地域分布规律同一地带内的土壤分布规律---受局部地形\水文条件和成土母质的影响三、中国土壤资源热带、亚热带湿润地区土壤资源热带亚热带气候;植被为热带雨林、季雨林、热带常绿阔叶林成土特点:风化彻底,物质淋溶强烈,盐基及硅酸盐淋失,酸性强,

植物繁茂,生物循环强,物质和能量处于较高水平.砖红壤景观砖红壤剖面红壤剖面红壤景观黄壤剖面黄壤景观温带湿润地区土壤资源北亚热带、暖温带、温带、寒温带的湿润气候;植被:暖温带落叶阔叶林、针阔叶混交林及针叶林;成土特点:明显的粘化和淋溶-淀积作用,易溶性盐分和碳酸盐被淋失,粘粒在下部淀积,生物循环减弱,除黄棕壤外无铝化作用.黄棕壤景观黄棕壤剖面棕壤剖面棕壤景观暗棕壤景观暗棕壤土壤剖面漂灰土景观漂灰土土壤剖面暖温带半湿润、半干旱区土壤资源暖温带大陆性季风气候,冬干夏湿,季节分明;植被:中生夏绿阔叶林、旱生森林和灌丛，扬、桦、云杉、油松林等针阔混交林。成土特点:石灰的淋溶与淀积、残积、粘化作用,腐殖质在碱性和中性环境中积累。褐土景观褐土剖面黄绵土景观黄绵土剖面黑垆土景观黑垆土剖面温带半湿润地区土壤资源温带半湿润;植被:森林草原和草原成土特点:形成深厚的腐殖质层.因条件的不同,成土过程有差异.黑土景观及剖面黑钙土景观及剖面温带半干旱地区土壤资源温带半干旱、干旱大陆型;植被:干草原、荒漠草原、草原化荒漠;成土特点:中性和碱性环境下弱的腐殖质积累过程和石灰聚集过程,因植物生长量小,归还少,土壤有机质含量不高.栗钙土景观及土壤剖面灰钙土景观及土壤剖面温带干旱地区土壤资源夏季热,冬季寒冷,大陆性气候显著;植被:旱生、超旱生小半灌木、灌木荒漠成土特点:生物作用微弱,土壤钙化、石膏化、盐化作用明显,有弱的铁质化作用。棕漠土景观与剖面岩性土：土壤性质受母质特性的控制影响。紫色土石灰土磷质石灰土风沙土分布于南方的热带、亚热带分布于北方的温带、暖温带石灰岩景观及土壤磷石灰土紫色土景观及土壤潮土剖面灌淤土剖面灌淤土景观潮土景观红壤性水稻土景观红壤性水稻土剖面水稻土海滨盐土盐碱土一、土壤的功能肥力功能:提供植物的支撑场所，调节水、热、气、肥的能力净化功能:土壤通过自身的作用使进入其中的污染物浓度降低或毒性消失的过程。土壤的功能由土粒、土壤结构、土壤层次和土体功能实现。二、基本概念1.土粒土粒：土壤颗粒，包括土壤中矿质颗粒、有机质颗粒、微生物和酶.

土粒是形成土壤结构的基础物质，以其复杂的矿物成分提供多种矿质营养元素。第三节土壤的组成与功能2.土壤结构土粒的结合状态，有不同的大小和形状3.土壤层次土体的一级结构，是土壤性质在垂直方向上的差异，并在水平方向上延伸的层次单元。土壤表层是接受外界条件的“窗口”，表层以下的层次是传导外界输入物质和能量的媒介。在物质、能量传递过程中会出现不畅或速度过快的情况，从而产生物质与能量的“滞留层”或“漏层”，从而形成各式各样的障碍层次。第三节土壤的组成与功能二、基本概念4.土体和土壤剖面1）土体立体的土壤基质的总体。2）土壤剖面土壤表面垂直向下的一个切割平面。一般是挖掘土坑后再削平其某一个坑壁而成。土壤的层次、结构、土粒成分以及根系分布和水分活动等都能从剖面上进行观察。自然土壤剖面枯枝落叶层半分解层腐殖质层淋溶层淀积层母质层母岩层OAEBC耕作土壤剖面耕作层：0-20cm犁底层：耕作层：20-30cm底土层：50-60cm以下GrasslandsoilinUSAdeepanddarkTropicenvironmentsoil,deep,brightandredincolorsSoilinaverycoldclimateinCanada,底部存在一个“permafrost”(冻结层)，由冰、土或二者混合物组成，常年温度低于0°CSoilindrycondition表层：浅褐色，缺乏有机质或水分白色层次：碳酸钙沉积SoilformedunderaforestinRussiaawhitelayerbelowthedarksurfacelayer，calledEhorizon,createdbypodzolization(灰化作用)三、土壤的组成1.土壤的组成1）固体物质—土粒土壤矿物质：占重量95%以上，体积38%；土壤有机质：重量的5%以下，体积12%。2）液体：可溶盐类和简单有机物的水溶液3）气体：土壤孔隙中的各种气体。2.

土壤的化学组成1）继承了岩石和母质的特点：O,Si,Al,Fe含量在80%以上2）包含了生物活动的产物，反映地区水热条件所带来的物质迁移、转

化和富集特点Si（非金属元素）在土壤中相对富集；Al，Fe，Ca，Mg，K，Na（金属元素）倾向淋失；C，N在土壤中含量较岩石高20，10倍。2.矿质土粒1).土粒分级矿质土粒由一系列大小形状不同的物质组成。根据土粒直径的大小将土粒分成不同的等级。同一粒级的成分或性质基本一致；不同粒级的差异较大。不同国家对土壤粒级的划分不同。中国0.0010.010.2532)土壤性质与粒级①矿物组成与粒级

土粒愈粗，SiO2含量愈高。随着土粒由粗到细，SiO2含量降低，而铝、铁、钙、镁、钾、磷等含量增高。土粒粗细不同，元素含量有差异。②化学组成与粒级③物理性质与粒级3）土壤质地（soiltexture）①概念土壤粒级组合体所表现的粗细程度,质地名称代表土粒组成的综合性质。砂土(sandysoil)砂质壤土(sandyloam)粉砂(siltsoil)壤土(loam)粘质壤土(clayloam)粉砂质粘壤土(siltyclayloam)粘土(clay)壤质粘土(loamclay)粉砂质粘土(siltyclay)mediumtextureCoarsetexturefinetexture各级土粒的主要特征

石砾及砂粒:风化碎屑，所含矿物成分和母岩基本一致，粒级大，抗风化，养分释放慢;比表面积小，无可塑性、粘结性、粘着性和吸附性。无收缩性和膨胀性;SiO2含量在80%以上，有效养分贫乏。粉粒:颗粒较小，容易进一步风化，其矿物成分中有原生的也有次生的，有微弱的可塑性、膨胀性和收缩性。湿时有明显的粘结性，干时减弱。粒间孔隙毛管作用强，毛管水上升速度快;SiO2含量在60%-80%之间，营养元素含量比砂粒丰富。粘粒颗粒极细小，比表面积大，粒间孔隙小，吸水易膨胀，使孔隙堵塞，毛管水上升极慢。可塑性、粘着性、粘结性极强，干时收缩坚硬，湿时膨胀，保水保肥性强，SiO2含量在40%—60%之间，营养元素丰富。②土壤性质与质地孔性(porosity)沙土大孔隙多，粘土小孔隙多。渗滤性(infiltration)可侵蚀性(erodiability)有效水容量(availablewaterholdcapacity)

粘土对水分的吸持力强，水分供给能力差，沙土孔隙大不利水分保存。收缩与膨胀性(shrinkandswell)：粘土的最强CEC:粘土颗粒小，比表面积大，CEC高，保水保肥能力强，沙土则相反。渗漏性与质地毛管力与孔径大小③土壤的机械组成土壤的各粒径含量，是土粒组成的定量描述。土壤质地是按机械组成划分的。2.土壤有机物质(soilorganiccompounds)1）组成生命体：Livingorganisms

土壤有机质：Soilorganicmatter

未分解的动植物残体：Unalteredmaterials-freshandnon-transformedcomponentsofolderdebris.

有机转化物Transformedproducts

腐殖质Humicsubstances

非腐殖质Nonhumicsubstances

碳水化合物Carbohydrates

脂类Lipids

含氮化合物Aminoacids2）土壤生物土壤动物Anantawood-eatingTermiteawood-eatingTermiteaFlatwormaNematodecommonEarthworm土壤动物如蚯蚓、线虫、原生动物、螨类、蚂蚁、蜗牛等对有机残体撕碎、搅动和搬运—促进有机残体与土壤混合，促进微生物的分解；以植物残体为食—使有机残体性质发生变化；在土壤中活动—对土壤物理性质产生影响。土壤微生物土壤微生物土壤中的各种细菌、放线菌、真菌等微生物群，对落到土表的枝叶，以及土壤中死亡的根系和各种生物尸体都会迅速加以分解。Thewhitestrandsarefungalmychorrhizae.asoilmite.nodulesonrootsthatcontaintherhizobiabacteria微生物在土壤中的作用有机质的矿质化过程：有机质通过微生物的作用分解为简单化合物，同时释放出养分的过程。腐殖质过程：有机物在微生物作用形成复杂的腐殖质的过程。3）土壤生态食物网（foodwebofsoilecosystem）未分解物质3.土壤分解或半分解有机物质Unalteredmaterials半分解物质,decomposingmaterialStableorganicmatter4.土壤有机质(soilorganicmatter)腐殖质胡敏酸富里酸胡敏素非腐殖质物质碳水化合物：单糖、双糖、多糖含氮化合物脂类物质腐殖质的性质胡敏酸(Humicacids)：酸性条件(pH<2)不溶于水，碱性条件溶于水，土壤中可提取的腐殖质的主要成分，深褐色或黑色。富里酸(Fulvicacids)：溶于酸又溶于碱，浅黄色到黄褐色。胡敏素(Humin)：任何pH条件不溶于水，黑色.中国土壤有机质分布１．提供植物需要的养分碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%

磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%

其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。土壤有机质的作用

２．改善土壤肥力特性物理性质：①促进良好结构体形成；②降低土壤粘性，改善土壤耕性；③提高保蓄性；④促进土壤升温。化学性质：①影响土壤的表面性质；②影响土壤保肥性；③影响土壤的络合性质；④影响土壤缓冲性生理性质：①影响根系的生长；②影响植物的抗旱性③影响植物的物质合成与运输；④药用作用。有机质在生态环境上的作用１．有机质对重金属污染的影响腐殖酸是重金属离子的络合剂。２．有机物质对农药污染的影响３．土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤中腐殖酸的含氧官能团（mol/kg)含氧功能团胡敏酸富里酸羧基275-481639-845酚羟基221-347143-257醇羟基224-426515-581醌基90-18154-58酮基32-206143-254甲氧基32-9539有机质为何具有这些功能？5.土壤胶体（soilcolloid）土壤胶体:土壤中直径小于0.002mm的微粒。土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活跃的物质.土壤许多理化现象，如土粒的分散与凝聚、离子吸附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等都与胶体的性质有关。1）土壤胶体的构造

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

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。②扩散双电层

决定电位离子层：吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。补偿离子层：分为非活性补偿离子层、扩散层两个层次。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。土粒土壤溶液胶体微粒的扩散双电层构造图式有机-无机复合胶体：土壤有机胶体与矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机-无机复合胶体。在土壤中有机胶体和无机胶体很少单独存在，只要存在这两类胶体，它们的存在状态总是有机-无机复合胶体。2）

土壤胶体的种类和其结构①胶体的种类

土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：土壤矿质胶体：包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石等）、铁铝氧化物、二氧化硅等。有机胶体：腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。含水氧化物主要包括水化程度不等的铁、铝、硅的氧化物。（1）含水氧化硅：一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO2·nH2O或写成H2SiO3。土壤矿质胶体（2）含水氧化铁：主要有:褐铁矿2Fe2O3·3H2O、针铁矿Fe2O3·H2O、多水针铁矿3FeO3·4H2O和一水赤铁3Fe2O3·H2O等。（3）含水氧化铝：主要有水铝石Ai2O3·H2O和三水铝石Al2O3·3H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。粘土矿物ColloidsSilicateclays（硅酸盐类粘土矿物）OrganicmatterOxides: Gibbsite Al2O3.3H2O Geothite Fe2O3.H2O硅酸盐粘土（一层硅氧四面体和一层铝氧八面体）SilicontetrahedronAluminiumoctahedron单位晶层结构★

1:1型单位晶层:由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。★

2:1型单位晶层由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。同晶替代是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。铝＋4＋32:1土壤中主要粘土矿物的结构蒙脱石类矿物（2:1型膨胀性矿物）包括：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。vermiculite（蛭石）montmorillonite1.4nmSilayerSilayerAllayerSilayerSmectite(蒙皂石)特征：（1）2:1型的晶层结构蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4·nH2O。（2）胀缩性大蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm之间。（3）电荷数量大同晶替代现象普遍。（4）胶体特性突出，较细（有效直径0.01-1m），总表面积为600－800×103m2kg-1，且80％是内表面。蛭石一般为400×103m2kg-1。

蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广蒙脱石类矿物（2:1型膨胀性矿物）包括：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。

Thestructureofmuscovite（白云母）水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）特征：（1）2:1型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子式为K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O。（2）无膨胀性在伊利石晶层之间吸附有钾离子，对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0nm。（3）电荷数量较大20－40Cmoles(+)kg-1。（4）胶体特性一般总表面积为70－120×103m2kg-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。水化云母组（2:1型非膨胀性矿物）伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。特点：(1）1:1型的晶层结构单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8。（2）无膨胀性两个晶层的层面间产生了键能较强的氢键，膨胀系数一般小于5％.高岭石层间距约为0.72nm。（3）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。（4）胶体特性较弱较粗（0.2-2m），颗粒的总表面积相对较小，为10－20×103m2kg-1南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。高岭类矿物（1:1型矿物）包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等

Thestructureofkaolinite（高岭土的结构）1:13种主要类型硅酸盐粘粒性质比较3～1515～4080～100阳离子交换量（cmol/g）低中等高膨胀度低中等高内聚力，可塑性无中等很大内表面小中等大外表面5～20100～120700～800比表面(m2/g）六方型晶体不规则片状不规则片状形状0.l～5.00.l～2.90.01～1.0大小（nm）高岭石伊利石

蒙脱石

粘粒类型性质3.土壤胶体的性质（Propertiesofcolloids）颗粒小（Small）大的表面积（Largesurfacearea）具有表面电荷（haveasurfacecharge）吸附水中的离子（Attractwateranions）土壤具有吸附性能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。

土粒直径(mm)

总表面积(cm2)

比面(cm2/cm3)10

3.14

61

31.42

600.05

628.32

12000.001

31416

60000

3.土壤胶体的性质（Propertiesofcolloids）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，叫做表面能。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）2）带电性

土壤胶体微粒都带有一定的电荷。电荷类型：◆永久电荷(permanentcharge)：由同晶代换作用产生（粘土矿物晶质中的一种离子被另一种离子取代的过程）◆可变电荷(variablecharge)随pH的变化而变化的土壤电荷。◆晶格破碎边缘带电负电荷3.土壤胶体的性质（Propertiesofcolloids）•恒定电荷（Permanentcharge

）因同晶置换作用造成晶体内部电荷不平衡引起。同晶置换（Isomorphoussubstitution）：

胶体电荷（Chargeofsoilcolliods）

•可变电荷（pHdependantchargeorchangeablecharge）表面基团的解离或吸附离子而自身带电，这种胶体表面的电荷随外界pH值的变化而变化。可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团的解离：

A.

含水氧化硅的解离

B.

粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离

C.

腐殖质上某些官能团的解离

D.

含水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离；pH<3.2

从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和性质与介质的pH值有密切关系。土壤胶体的双电层模型

4）土壤胶体的物理性质（1）吸水膨胀作用（2）粘结性和粘着性粘结性：土粒间的相互吸附与紧密结合的作用,为土粒表面活性的表现,也是形成土壤结构的基础。胶体类型与粘结性：无机胶体>有机胶体土壤水分与粘结性：随水分含量的增加粘结性减弱，当水分含量增加到一定程度后，水分子的内聚力和土粒间的作用力表现出可塑性，再增加水分，土粒完全分散。粘着性：土粒通过一个附着曾而粘附于外物的性质。粘着性与土壤的耕作性能有关。坚硬状态可塑状态流动状态下塑限上塑限土壤不同湿度条件下的结持状态5）土壤胶体的吸附作用吸附作用：发生在固体表面与液体中分子之间的现象。类型：物理吸附化学吸附物理化学吸附生物吸附土壤的吸附作用使土壤表现出肥力和净化能力。带电荷的土壤胶体会吸附土壤溶液中的带相反电荷的离子，以补偿胶体电性的不平衡。一部分被吸附的离子，可以和土壤溶液中的离子进行交换。这种现象就称为土壤胶体的交换吸附性能。6）离子交换作用（Ionexchange）

（1）交换性阳离子和阳离子交换作用胶体带负电荷，表面吸附着很多阳离子,可分为两类：氢离子和铝离子—致酸离子；其它的一些金属离子，如Ca2+,Mg2+,K+,NH4+—盐基离子。

•交换性阳离子：土壤胶体表面所吸附的离子，大部分都可和另一种离子相互交换，能相互交换的阳离子称为交换性阳离子，

•阳离子交换作用：土壤胶体与土壤溶液中的阳离子间相互交换的过程。+veion离子交换与有机质Ionexchangeandorganicmatter•离子的吸附过程：离子从溶液转到胶体上的过程(Ionsorption)•离子的解吸过程：吸附的离子从胶体上转移到溶液中的过程(Iondesorption)。（2）阳离子交换作用的特征

•阳离子交换作用是一种可逆反应当溶液中的离子与被吸收到土壤胶体表面的离子达成平衡后，如溶液的组成或浓度改变，胶体上的交换性离子就和溶液中的离子产生逆向交换，把已被胶体吸附的离子，重新归还到溶液中，建立新的平衡。（2）阳离子交换作用的特征

•阳离子交换作用是一种可逆反应.

意义：使土壤具有供肥和保肥特性,具备协调养分供应的能力土壤颗粒K+K++土壤颗粒K+K+供肥保肥使土壤具有净化功能,吸附的污染物又可能被释放出来,重新发挥其毒性。•离子交换受质量作用定律支配离子交换作用在反应建立平衡时，各反应物的克分子浓度乘积，除以各反应物的克分子浓度乘积所得的商，在一定温度下是常数。低价离子，可通过提高其浓度，将价态高的离子交换出来。（3）影响因素（impactfactors）

•离子电荷数离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；土壤中阳离子按交换能力大小为Fe3＋＞Al3＋＞H＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋同价离子中，离子半径越大，水化离子半径小,离子对其他离子的代换力愈强.

•离子半径及水化程度一价离子种类Li+Na+K+NH4+Pb+真实离子半径(Å)0.780.981.331.431.49水化后离子半径(Å)10.087.905.575.325.09离子在胶体上的吸着力小-----------------------------------------大离子对其它离子的代换力小-----------------------------------------大离子半径及水化程度与交换能力关系•离子浓度浓度愈高，代换能力愈强。（4）阳离子交换量（CEC）指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的厘摩尔数（CEC：cmol(+)kg-1）。阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。不同土壤的阳离子交换量不同不同种类胶体的阳离子交换量顺序为：有机胶体＞蒙脱石＞水化云母＞高岭土＞含水氧化铁、铝;胶体种类一般范围平均蒙脱石80-10080伊利石20-4030高岭石5-1510含水氧化铁铝极微-有机胶体200-500350CEC<1010~20>20胶体表面-OH基团的离解受pH的影响，pH值下降，土壤负电荷减少，阳离子交换量降低；反之，交换量增大。（4）阳离子交换量（CEC）不同土壤的阳离子交换量不同土壤质地越细，阳离子交换量越高;土壤胶体中SiO2/R2O3比值越大，其阳离子交换量越大，当SiO2/R2O3小于2，阳离子交换量显著降低：质地砂土砂壤土壤土粘土CEC1～57～815～1825～30•盐基不饱和度土壤：交换性阳离子中有H+,Al3+的土壤。盐基饱和度土壤：交换性阳离子中不存在H+,Al3+,且已达吸附饱和时的土壤。（5）盐基饱和度土壤交换性阳离子中,盐基离子所占的百分比。5）配位体交换土壤胶体对阴离子，通过胶粒的结晶配位体（离子）与溶液中的离子进行交换而实现离子“吸收”的现象。

氧化物、氢氧化物表面上的OH-等配位体与溶液中的H2PO4-交换,结果是溶液中的pH上升。

F-,SO42-,OH-,H3SiO4,H2PO4-,Cl-都能参与此类交换。离子“吸收”的结果是晶体的负电荷6）沉淀吸附土壤中有些物质与土粒表面的一些成分发生沉淀，许多金属离子被土壤中的OH-，H2PO4-，SO42-，CO32-沉淀于土粒表面，反复沉淀使表面覆盖,成为封闭状态。闭蓄态磷沉淀作用受溶度积的控制，氢氧化物则与pH关系密切。所有沉淀的形成都受土壤中的物质成分和土粒性质的影响。

腐殖酸在治理土壤重金属污染和改变微量元素的有效应方面起很重要的作用。7）络合作用

腐殖酸的功能团、羧基(-COOH)，羟基(-OH)以及羰基(-C＝O)和氨基(-NH2)，与金属离子络合或螯合，使金属离子失去活性。二、土壤结构的类型第六节土壤的结构和功能一、土壤结构及功能1.概念土壤结构是土粒的规律性结合体。结构体内部与结构体之间有不同的孔隙状况。大小不同，分布密度也不同。2.功能在土体中同一空间里同时存在固、液、气三相，并且实现调节水、热、气的作用。土壤结构以其孔隙状况行使其调节功能。由于大小孔隙与分布密度的差异悬殊，容易出现极端的水、热、气状况。球状似片状似块状似圆柱状Blocky块状prismaticColumnar柱状platy

片状Granular团状Singlegrained单粒SoilstructurecolumnarGranular团状Blocky块状Columnar柱状prismaticplaty片状Singlegrained单粒Soilwiththosestructures三、土壤结构的基本指标1.土壤密度、容重与孔隙度•土壤密度：不计孔隙所占位置，单位体积的土壤质量,kg/m3。•土壤比重：土粒密度与水的密度(4℃时)之比，无量纲。•土壤容重：包括孔隙在内，单位体积的土壤质量,kg/m3。•土壤孔隙：土粒或土团之间通过点面的接触所形成大小不等的空间。

•土壤孔隙度：土壤孔隙容积的多少，在一定容积的上体内，土壤孔隙容积占整个土体容积的百分数。土壤总孔度大体上能反映土壤的松紧程度与孔隙密度，疏松者，孔隙密，孔度大。了解土壤密度的特点后，可利用土壤容重粗略估计土壤的孔隙度。土壤容重的意义：1.反映土壤的松紧度在土壤质地相似的条