土壤肥料学单元三土壤的基本性质课件.ppt

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1、单元三 土壤的基本性质,第一节 土壤孔隙性与结构性,土壤孔性,土壤孔性是指能够反映土壤孔隙总容积的大小，孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合特性。,土壤孔性的好坏，决定于土壤的质地、松紧度、有机质含量和结构等。可以说，土壤孔性是土壤结构性的反映，结构好则孔性好，反之亦然。,一、土壤孔隙性,土壤孔性包括土壤孔隙度和孔隙类型,决定土壤气、液两相的总量,决定气、液两项的比例,土壤孔隙度：自然状态下单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数，即土壤大小孔隙的数量。,土壤孔隙度 （1土壤容重/土壤密度）100,公式的推导？,土壤孔隙度 孔隙容积/土壤容积100,怎么测？,1、土壤孔隙容积的数量

2、表示,2、土壤密度和土壤容重,1）土壤密度 概念:单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量，叫做土壤密度，单位用g/cm3或t/m3表示。土粒密度与水的密度之比，叫做土粒相对密度（比重）。A、土壤密度大小取决于土壤矿物质颗粒组成和土壤有机质含量。B、通常情况下，土粒相对密度取多数土壤的平均值2.65,土壤孔性,土壤中常见组分的密度,土壤孔性,2）土壤容重 概念:自然状态下（包括土粒之间的孔隙），单位容积土壤的烘干质量，单位以g/cm3或t/m3表示 影响因素: A、质地 砂质土壤密度多在1.4-1.7g/cm3之间; 粘质土壤密度在1.1-1.6g/cm3之间; 壤质土壤则介于上二者之间 B、

3、结构 团粒结构多的土壤密度相应降低 C、有机质 富含腐殖质的土层一般结构良好，比较疏松，密度较小，约为0.8-1.2g/cm3 D、土粒排列方式,土壤孔性,最疏松的排列方式为正方体型，其孔隙度为47.64% ; 最紧密的排列方式为三斜方体型，其孔隙度为25.95%,反映土壤紧密度 计算土壤重量 Ms= S h d MS: 土壤重量 S：面积 h：土层高度 d：容重 计算土壤重各种组分的数量,3、土壤容重的应用,土壤容重的用途,土壤孔性,某土壤耕层容重为1.3 g/cm3，土壤相对密度为2.65，求该土壤的孔隙度？,计算土壤孔隙度：根据实测土壤的容重与密度，按下式计算：孔隙度=1-容重/比重,土

4、壤孔隙度=1-1.3/2.65=51%,计算工程土方量： 如在土工建设或土地整理工程中，有2000m2面积应挖去0.2m厚的表土，其容重为1.3t/m3，则应挖去的土方及土壤质量？,挖去的土方：2000m20.2m=400m3，土壤质量：400m31.3t/ m3=520t,土壤容重的用途,估算各种土壤成分储量：根据容重和土壤成分含量，来计算该成分在一定土体中的储量。例如，1hm2农地的耕层(厚0.2m)容重为1.3 g/cm3，有机质含量为15g/kg，全氮含量为0.75g/kg(按土壤质量计)，则该农地耕层土壤中的全氮和有机质储量为多少？,全氮储量为：10000m20.2ml.3t/m30

5、.75g/kg 1000=1.95t。有机质储量为：10000m20.2ml.3t/m315 0.75g/kg 1000=39.0t。,土壤容重的用途,计算土壤储水量及灌水(或排水)定额：用容重值可计算某一土体容积中保存的水量，进而计算需要的灌水(或排水)定额。,土壤容重的用途,土壤孔性,3、土壤孔隙的类型,土壤孔隙度和土壤孔隙比只说明土壤孔隙的数量，并不能说明土壤透水、保水、通气等的性质如何。因此必需进一步了解土壤孔隙的大小及其分配状况。土壤孔隙的大小、形状均不规则，无法按其真实孔径来研究。土壤学中所说的孔隙直径是指与一定的土壤水吸力相当的孔径，叫做当量孔径。当量孔径与土壤水吸力的关系为：,

6、d=3/T,式中 d孔隙的当量孔径，mm； T土壤水吸力，100 Pa；,孔隙类型,非活性孔隙毛管孔隙空气孔隙,1）非活性孔隙（或称无效孔隙、微孔隙） 非活性孔隙指土壤中最细小的孔隙，其直径1.5105Pa）。 由于孔隙过小，土粒表面所吸附的水膜已将其充满，其中水分的保存依靠极强的分子引力，不能移动，不能被植物吸收利用，成为无效水，因此，也称无效孔隙。 无效孔隙度%=（无效孔隙容积/土壤容积）100,土壤孔性,2）毛管孔隙 毛管孔隙较无效孔隙粗，直径范围为0.002 mm-0.02 mm(土壤水吸力1.5105Pa-1.5104Pa)之间，这种孔隙具有明显的毛管作用，所以水分能借助毛管引力保存

7、在孔隙中，并靠毛管引力向各个方向移动，且移动速度快，易于被植物吸收利用。毛管孔隙度%=（毛管孔隙容积/土壤容积）100,土壤孔性,3）空气孔隙（通气孔隙） 空气孔隙是指孔径大于毛管孔隙的孔隙，即孔径0.02 mm(土壤水吸力1.5104Pa)。 这类孔隙中的水分主要受重力支配而排出，因而使这部分孔隙成为空气的通道，故称之为空气孔隙或通气孔隙。空气孔隙度%=（空气孔隙容积/土壤容积）100,土壤孔性,4、土壤孔隙的影响因素,质地 粘土孔隙小，以无效孔隙和毛管孔隙占优势，但孔隙数量多，土壤总孔隙度高；砂土以通气孔隙为主，但数量少，土壤总孔隙度低；壤土的孔隙度居中。 结构 团粒结构多土壤疏松，孔隙状

8、况好 土壤有机质含量 含量多的土壤总孔隙度高 土粒排列自然因素和土壤管理,土壤孔性,47.46%,25.95%,五、土壤孔性的调节,1、改良不良的土壤质地,2、增加土壤有机质含量,3、合理灌水和耕作,土壤结构,土壤中的固体颗粒很少以单粒存在，多是单个土粒在各种因素综合作用下相互粘合团聚，形成大小、形状和性质不同的团聚体，称为土壤结构体。,土壤结构包含着两重含义，即土壤结构体和土壤结构性。,土壤结构性指土壤中结构体的大小、形状、及相互排列组合形式等性质。,二、土壤结构性,土壤结构,一）土壤结构体的类型,块状结构体：其长、宽、高三轴大体近似，边面棱不甚明显，在土壤质地比较粘重、缺乏有机质的土壤中容

9、易形成，特别是土壤过湿或过干耕作时最易形成。,“坷垃”,土壤结构,核状结构体：长、宽、高三轴大体近似，边面棱角明显，比块状结构体小，一般多为石灰或铁质作为胶结剂，在结构面上有胶膜出现，故常具水稳性，这类结构体在粘重而缺乏有机质的表下层土壤中较多。,蒜瓣土,土壤结构,柱状结构体：呈立柱状，棱角明显有定形者称为棱柱状结构体，棱角不明显无定形者称为拟柱状结构体，常出现于半干旱地带的表下层，以碱土、碱化土表下层或粘重土壤心土层中最为典型。,“立土”,土壤结构,片状结构体：呈扁平状，往往由于流水沉积作用或某些机械压力所造成，常出现于森林土壤的灰化层、碱化土壤的表层和耕地土壤的犁底层。在雨后或土壤灌溉后所

10、形成的地表结壳或板结层，也属于片状结构体。,“卧土、平搓土”,土壤结构,团粒结构体,“蚂蚁蛋、米糁子”,团粒结构是指近似球形的较疏松的多孔的小团聚体， 直径约为0.2510 mm,具有水稳性。 微团聚结构指0.25 mm以下的团聚体。 团粒结构一般多在有机质含量高、肥沃的 耕层土壤中出现。,土壤结构,二）土壤结构体的形成,土壤结构体的形成大体可分为两个阶段：第一阶段由原生土粒凝聚胶结，形成初级复粒或致密土团;第二阶段则由初级复粒或小土团进一步粘结，或聚合成大土块，或由土体在机械力作用下破裂成型，形成各种大小和形状不同的结构体。,块状、核状、柱状和片状结构体通常是由单粒直接粘结而成，而团粒结构则

11、是经过多次复合和团聚而成。团粒结构形成的条件包括两方面，即胶结物质和成型动力。,土壤团粒结构的形成,单粒 微凝聚体 微团聚体团粒 总体分两个阶段： 粘聚+成型动力作用 团聚体,土壤结构,1. 胶结物质,有机胶体:主要包括腐殖质、多糖类和微生物的菌丝体及其分泌物等，其中腐殖质最为重要。,无机胶体:包括铝硅酸盐粘粒、铁铝氢氧化物（Fe2O3xH2O、AI2O3yH2O）、硅酸胶体（SiO22H2O）和二氧化锰的水合物（MnO2nH2O）等简单的无机胶体。,粘粒表面的胶膜,钙及其他阳离子:阳离子与土壤中带负电荷的胶体（腐殖质和粘粒等）相互吸引，产生凝聚作用，胶结土粒。,土壤结构,2. 成型动力,干湿

12、交替,冻融交替,生物作用,土壤耕作,土壤结构,三）土壤结构性的评价,块状、柱状、片状、核状等结构体通常是由单粒直接粘结而成，没有多级孔隙,不能协调水气。 而团粒结构体是经过多次复合和团聚而成，称为良好的结构体。,土壤结构,1. 空气方面：不同大小的孔隙共存且搭配得当，使水气协调。2. 养分方面：是很好的养分保存和供应场所,并且能较好地协调快速而持久地供应。3. 水分方面：既能较好地接受降水，蓄积水分、减少土壤冲刷，又能使土壤水分蒸发减慢，从而使水分得到充分利用4. 热量方面：水气协调的土壤土温也比较稳定。,为什么说团粒结构是良好的结构体？或者说，团粒结构与土壤肥力的关系,土壤结构,四）土壤结构

13、体的改善,增施有机肥料,种植绿肥和牧草，合理轮作,改良土壤酸碱性,应用土壤结构改良剂,合理灌溉,合理耕作,腐殖酸、纤维素、木质素、多糖、羰酸等人工合成高分子聚合物制剂：水解聚丙烯睛、聚乙烯醇无机制剂：硅酸钠，膨润土，沸石，氧化钛,土壤改良剂的应用,由于土壤结构在协调土壤肥力方面的作用很大，近几年来一些国家曾研究用人工制成的胶结物质，改良土壤结构，这种物质叫土壤结构改良剂或叫土壤团粒促进剂。,第二节 土壤物理机械性与耕性,力学性质与耕性,一、土壤的物理机械性,当土壤受到外力作用（如耕作）时发生形变，显示出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。它是多项土壤动力学性质的统称，包括粘结性、粘着性、

14、可塑性等。,力学性质与耕性,土壤粘结性和粘着性,土壤粘结性是土粒间通过各种引力而粘结在一起的性质。这种性质使土壤具有抵抗外力破碎的能力，也是耕作时产生阻力的主要原因之一。,土壤粘着性是土壤在一定含水量条件下，土粒粘附在外物（如农具）上的性质。土壤过湿耕作，土粒粘着农具，增加土粒与金属间的摩擦阻力，使耕作困难。,力学性质与耕性,土壤可塑性,土壤可塑性是指土壤在一定含水量范围内，可被外力造形，当外力消失或土壤干燥后，仍能保持其塑形不变的性能。,土壤表现可塑性的最低含水量，即土壤刚刚开始表现出可塑性的含水量称为可塑下限（或下塑限）。土壤表现可塑性的最大含水量称为可塑上限（或上塑限）。上下塑限之间的含

15、水量称为塑性范围。其含水量差值称为塑性值（或塑性指数）。塑性值大的土壤，可塑性强，塑性值小的土壤，可塑性弱。,各种质地土壤的塑性值（含水量）,力学性质与耕性,力学性质与耕性,二、土壤耕性及其改良,土壤耕性是指土壤在耕作过程中表现出来的特性，它是土壤物理机械性能的综合表现。土壤耕性的好劣，一般从三个方面加以判断：,第一，耕作难易：指土壤在耕作时产生的阻力大小。不同土壤的耕作阻力大小不同，如砂质土、有机质多或结构良好的土壤，耕作阻力小;相反，质地粘重、有机质少及结构不良的土壤，耕作阻力大。,第二、耕作质量好劣：指土壤在耕作后所表现的状况。凡是耕后土壤疏松、细碎、平整，孔隙状况适中，有利于种子发芽出

16、土及幼苗生长者为耕作质量好，反之，为耕作质量差。,第三、宜耕期长短：指土壤适于耕作的时间长短，也可以说是耕作对土壤水分状况要求的严格程度。,力学性质与耕性,土壤耕性与土壤的物理机械性能、土壤质地、结构、有机质和水分含量等因素有关,土壤的结持状态与耕性、水分状况的关系,力学性质与耕性,土壤耕性的改良措施,创造良好的土壤结构性；,客土法，改良土壤质地；,合理灌排，适时耕作；,土壤少耕法、免耕法,增施有机肥料；,第三节 土壤保肥性与供肥性,一）土壤胶体的概念,是指颗粒直径（非球形颗粒则指其长、宽、高三向中一个方向的长度）在1100nm范围内的带电的土壤颗粒与土壤水组成的分散系。,注：通常情况下，直径

17、小于2m（或1m）的土粒便具有胶体的性质，因而被视为土壤胶体颗粒。,土壤胶体的结构和性质,一、土壤胶体的构造和性质,二）土壤胶体的构造,胶核,双电层,决定电位离子层,补偿离子层,非活性补偿离子层,扩散层,胶粒,胶团,_,+,_,_,_,+,+,+,+,+,+,+,土壤胶体的结构和性质,土壤胶体构造示意图,土壤胶体的结构和性质,这是胶体的固体部分, 土壤中胶核一般由含水SiO2 ,Fe2 O3,Al2 O3 、次生铝硅酸盐、腐殖质或蛋白质等分子团分子组成 。,1、胶核,土壤胶体的结构和性质,由于内层电荷的静电引力的作用, 吸附土壤溶液中相反的离子而形成的:非活性离子层和扩散层（发生离子交换）。,

18、2、双电层,1）决定电位离子层(内层),是固定在胶核表面, 并决定其电荷和电位的一层离子。,2）补偿离子层(外层),土壤胶体的结构和性质,注意：把土壤胶粒完全理解为球形构造，显然是错误的。现代土壤学的研究说明，只有土壤有机胶粒，或无定形的氢氧化铁、氢氧化铝、含水氧化硅和水铝英石等矿质胶粒可以认为近似圆球形构造。而土壤中大多数矿质胶粒，例如层状硅酸盐类粘土矿物通过X-射线和电子显微镜的研究，已经明确是层状构造.,土壤胶体的结构和性质,三）土壤胶体的性质,1. 巨大的比表面积和表面能,单位质量或体积物体的总表面积称为比表面积或比面，单位为cm2g-1或cm2cm-3。,物体分割得愈细小，单体数愈多

19、，总面积愈大，比面也愈大。,土壤胶体的结构和性质,1 cm3物质表面积随分散度变化的情况,土壤胶体的结构和性质,各粒径土粒的比面,很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有砂粒近似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针状, 实际上胶体的表面积比光滑的球体大得多。,由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。,土壤胶体的结构和性质,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

20、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。,土壤胶体的结构和性质,(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。,土壤胶体的结构和性质,(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

21、，使晶层带电。例如晶格在硅层或铝层截面上断裂，SiOSi，AlOAl在断裂后，断面上留下SiO-、AlO-，从而带负电。,土壤胶体的结构和性质,(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（Al2O33H2O)腐殖质上某些官能团的解离（如-COOH）含水氧化硅的解离,来源,土壤胶体的结构和性质,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 (isoelectric point)。,在土壤pH5-8的条件下，大多数土壤胶体的等电点低

22、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 土壤胶粒在通常情况下以带负电为主。,土壤胶体为什么一般带负电?,土壤胶体的结构和性质,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,土壤胶体的结构和性质,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

23、,土壤胶体的结构和性质,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：,水铝英石,二、土壤胶体的类型,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200 cmol(+)kg-1左右，高者可达5001000 cmol(+)kg-1,

24、土壤胶体的类型,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,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,一）土壤阳离子交换吸附作用的概念,土壤胶体

25、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,三、土壤阳离子交换作用,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。土壤保肥性：指土壤吸持各种离子分子、气体和粗悬浮物质的能力土壤供肥性：指土壤供应作物所必须的各种速效养分的能力,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

26、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,2. 等量交换,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。,阳离子交换,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

27、能达成平衡。,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,三）影响阳离子交换作用的因素,1.阳离子的交换能力,主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。,是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。,阳离子交换,b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。,a. 离子电荷价 ：M3+ M2+ M+（M表示阳离子）,离子价、离子半径及水化程度与交换力的关系,阳离子交换,c. 离子运动速度：凡离子运动速度愈大的，其交换力也愈

28、大。例如氢离子就是这样，而且氢离子水化很弱，通常H+只带一个水分子，即以H3O+的形态参加交换，水化半径很小，因此它在交换力上具有特殊位置。,阳离子交换能力顺序： Fe3 + Al 3+ H + Ca2 + Mg 2+ K + NH4+ Na+,阳离子交换,2.阳离子的相对浓度及交换生成物的性质,阳离子交换作用也受质量作用定律所支配，如果溶液中某种离子的浓度较大，则虽其交换能力较小，同样能把胶体上交换能力较大的其它阳离子代换下来。另外，当交换后形成不溶性或难溶性物质时，或将其交换后的生成物不断除去时，都可使交换作用继续进行。,阳离子交换,3. 胶体性质,交换量大的胶体（如蒙脱石）结合两价离子的

29、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,四）土壤阳离子交换量,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（ Cation Exchange Capacity， CEC）。 单位：cmol（+）kg-1 。,注：因为阳离子

30、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,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,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+

31、、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,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,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

32、。,b.地上植被类型,阳离子交换,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，,阳离子交换,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。,农谚：“施肥一大片，不如一条线。”的含义？,阳离子交换,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：

33、K+ 的陪补离子分别为Ca2+、Na+时，有效性高低比较？,阳离子交换,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+,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,高岭石：阳离子吸附点主要在破裂边缘外表面； 蒙脱石：吸附点主要在晶层间内表面； 水云母：层间空隙狭窄，易使NH4+、K+等离子产 晶穴固定。,阳离子交换,离子半径大小与晶格孔穴大小的关系： 离子大小与孔径相近，离子易进入孔穴中，且稳定性较大，从而降低了有效性。 如：孔穴半径为1.4埃，钾离子的半径为1.33埃，铵离子的半径为

34、1.42埃，则有效性较低。,4.阳离子的非交换性吸收,阳离子交换,土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中阴离子的相互交换作用。,如含水氧化铁、含水氧化铝。在酸性条件下带正电。,阴离子交换,定义,四、土壤阴离子交换作用,一）吸收阴离子的原因,2、土壤腐殖质中的NH2 在酸性条件下吸收H+成为NH3+而带正电,1、两性胶体带正电荷 酸性 Al(OH)3 +HCl= Al(OH)2+Cl-+H2O 碱性 Al(OH)3 +NaOH= Al(OH)2O-+Na+ H2O,3、粘粒矿物表面上的-OH原子团可与 土壤溶液中的阴离子代换。,阴离子交换,三）阴离子吸附类型,1.易于被土壤吸附的阴离子如磷

35、酸根（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）及某些有机酸的阴离子。此类阴离子常和阳离子起化学反应产生难溶性化合物。,2.很少或根本不被吸附的阴离子如Cl-、NO3-、NO2-等。易出现负吸附。,3.介于上述两者之间的阴离子如SO42-、CO32-、HCO3-及某些有机酸的阴离子，土壤吸收它们的能力很弱。,阴离子交换,四）土壤中各种阴离子代换吸收能力,不同阴离子代换吸收顺序如下： 草酸根离子柠檬酸离子磷酸根离子硫酸根 离子氯离子硝酸根离子 磷酸根离子和某些有机酸根离子易被土壤吸收。 磷酸根常被某些阳离子如钙、镁、铁、铝所固定，而失去有效性。而土壤氯离子和硝

36、酸根离子代换吸收能力最弱，甚至不能吸收 。,阴离子交换,第四节 土壤酸碱性及缓冲性,土壤酸碱性是指土壤溶液的反应。 它反映土壤溶液中H+浓度和OH-浓度比例，同时也决定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，是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的。,土壤酸碱性,一）土壤酸性形成的原因,土壤酸性,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、以及施肥

37、加入的酸性物质等。,土壤酸性,一、土壤酸性,（1）水的解离： H2O H+ + OH-（2）碳酸的解离： H2CO3 H+ + HCO3- （3）有机酸的解离：有机酸 H+ +RC （4）无机酸 ： 硝化作用产生硝酸、硫化作用可产生硫酸；（NH4）2SO4、KC1和NH4C1等生理酸性肥料施入到土壤中， 因为阳离子NH4+、K+被植物吸收而留下酸根，导致溶液中H+增多。 （5）酸雨 ：pH5.6的夹带大气酸性物质的降水。,O,O-,1. 土壤中H+的来源,土壤酸性,酸雨,在自然界自然产生的酸性物质，在正常的降雨过程中能稀释，使它们不会产生什么危害。 人为活动: 如燃煤发电厂、工业燃煤的锅炉、家

38、庭炊用和取暖用煤以及机动车等排放的大量含硫和含氮的废气, 这些人类活动排放到大气中的含硫和含氮的氧化物在运行过程中，经过复杂的大气化学和大气物理作用，形成硫酸盐和硝酸盐，与空气中水分反应形成酸，随雨、雪等降落到地面，就是硫酸和硝酸的水溶液，就形成了酸雨。,土壤酸性,2 .土壤中铝的活化,胶体上交换性铝离子被交换进入溶液后使土壤呈酸性。,氢离子进入土壤 ， 随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基饱和度下降，而氢离子饱和度渐渐提高。,当土壤粘粒矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，这些胶粒的晶体结构就会遭到破坏，有些铝氧八面体被解体，使铝离子脱离了八面体晶体的束缚，变成活性铝离子。,活性铝离子被吸附在带

39、负电荷的粘粒表面，转变为交换性铝离子，交换性铝离子解吸后，水解形成酸性：,Al3+ 3H2O Al(OH)3 + 3H+,土壤酸性,1.活性酸,二）土壤酸的类型,土壤溶液中游离的H+所表现的酸度。,活性酸度的表示：决定土壤溶液中H+浓度，通常用pH值表示， 即pH=-lgH+,定义,土壤酸性,我国土壤酸碱度分级,土壤酸性,2. 潜性酸,指土壤胶体上吸附的H+和Al3+所引起的酸度。,这些离子只有当它们从胶体上解离或被其它阳离子所交换而转移到溶液中以后才显示酸性。,定义,表现形式,测定方法,代换性酸,水解性酸,土壤酸性,用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）溶液，与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的

40、氢离子或铝离子被浸提剂的阳离子所交换，使溶液的酸性增加。测定溶液中氢离子的浓度即得交换性酸的数量。,（1）交换性酸,土壤酸性,交换性酸（常用1mol/L KCl提取）cmol（+）kg-1,M+,M+,+ 4KCl,H+,M+,M+,K+,K+,+,Al3+,K+,K+,Al3+ 3H2O Al(OH)3 + 3H+,Al3 + + H+,用中性盐溶液浸提而测得的酸量只是土壤潜性酸量的大部分，而不是它的全部。交换性酸在进行调节土壤酸度估算石灰用量时有重要参考价值。,土壤酸性,（2）水解性酸,CH3COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5，Na+可以把绝大部分的代换性氢离子和铝离子代换下来，

41、从而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。,用过量强碱弱酸盐（CH3COONa）浸提土壤，胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。,土壤酸性,水解性酸（用pH8.2 NaOAc溶液提取） cmol（+） kg-1,Al3+,M+,M+,H+,+ 4CH3COONa,M+,M+,Na+,Na+,Na+,Na+,+ 4CH3COOH,+ Al(OH)3,用碱滴定溶液中醋酸的总量即是水解酸的量。土壤水解酸反应生成难电离的Al(OH)3和CH3COOH，所以反应向右进行彻底，即土壤胶体中吸附的H+和Al3+能较完全被交换出来。水解性酸度也可作为酸性土壤改良时计算石灰需要量的参考数据

42、。,土壤酸性,水解性酸度一般要比交换性酸度大得多，但这两者是同一来源，本质上是一样的，都是潜性酸，只是交换作用的程度不同而已。,几种土壤中的交换性酸和水解性酸量的比较,土壤酸性,活性酸,潜性酸,3. 活性酸与潜性酸的关系,先有活性酸，后有潜性酸； 潜性酸大大地大于活性酸；活性酸与潜性酸处于动态平衡中。,活性酸是土壤酸度的起源，代表土壤酸度的强度； 潜在酸是土壤酸度的主体，代表土壤酸度的容量。,土壤酸性,土壤弱酸强碱盐的水解，碳酸及重碳酸的钾、钠、钙、镁等盐类。如Na2CO3、NaHCO3、CaCO3等;其次是土壤胶体上的Na+的代换水解作用。,OH-的来源,土壤碱性,二、土壤碱性,1 . 碳酸

43、钙水解 CaCO3+H2O Ca2+ +HCO3- + OH-,2. 碳酸钠的水解 Na2CO3 + 2H2O 2Na+ + 2OH- + H2CO3,3 . 交换性钠的水解 土壤胶体上交换性钠解吸： xNa+ + yH2O （x-y）Na+ + yNaOH yH+,一）土壤碱性形成的原因,土壤碱性,二）土壤碱性的指标,2. 总碱度指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量 总碱度=CO32-+HCO3- 单位： cmol (-) L-1,CaCO3及MgCO3的溶解度很小，在正常CO2分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，所以含CaCO3和MgCO3的土壤，其pH值不可能很高，最高的pH值在8

44、.5左右，这种因石灰性物质所引起的弱碱性反应（pH值7.58.5）称为石灰性反应，该土壤称之为石灰性土壤。,1. pH值土壤溶液中OH-浓度H+浓度，pH7，土壤表现为碱性。,土壤碱性,2. 碱化度,碱化度（%）=,100,指土壤胶体吸附的交换性钠离子占阳离子交换量的百分率,当土壤碱化度达到一定程度，可溶盐含量较低时，土壤就呈极强的碱性反应，土壤理化性质上发生恶劣变化，称为土壤的碱化作用。,碱化层的碱化度30%,表层含盐量9.0定为碱土。碱化度在5%-20%时称碱化土，土壤碱化度为510定为轻度碱化土壤，1015为中度碱化土壤，1520为强碱化土壤。,土壤碱性,1. 对土壤微生物的影响 土壤细

45、菌和放线菌适宜于中性和微碱性环境； 在强酸性土壤中真菌则占优势 。 2. 对土壤胶体带电性影响 土壤环境pH值高时，土壤胶体负电荷数量增多，相应地阳离子交换量也增加，土壤保肥性、供肥性增强。,一）对土壤肥力的影响,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,三、土壤酸碱性对土壤肥力和植物生长的影响,3.对土壤养分有效性影响,植物营养元素的有效性与pH的关系,在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。N、K 、 S元素在微酸性、中 性、碱性土壤中都较高。P元素在中性土壤中有效性最高， pH7时有效性降低。Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。Fe、Mn、Cu、Zn

46、等微量元素有效性在酸性和强酸性高。Mo在酸性土壤中有效性较低，pH6时有效性增加。,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,二）对植物生长的影响,1. 酸性土的指示植物 铁芒箕（Dicranopteris linearis）,生在华南酸性土上。 地刷子（Lycopodium complanatum），生在海拔较高的冷湿地区。 铺地蜈蚣（Lycopodium cernuum），生在亚热带的潮湿地区。,只能在某一特定的酸碱范围内生长，这类植物可以为土壤酸碱度起指示作用，习惯上被称为指示植物。,铁芒箕,铺地蜈蚣,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,2. 钙质土的指示植物 铁线蕨（Adiantum capil

47、lus-veneris）,分布在华南和西南的石灰岩地区。 有尾铁线蕨（Adiantum caudatum）,生长在华南。,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,3. 盐土的指示植物海蓬子（Salicornia herbacea），分布在河北和辽东沿海的盐土上。盐爪爪(Kalidium gracile)，分布在内陆盐土上。,海蓬子,盐爪爪,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,4. 盐碱土的指示植物盐吸（Suaeda ussuriensis）分布在华北和东北的盐土、碱土和盐碱土上。三棱草（Scirpus maritimus），生长在排水不良的盐土、碱土和盐碱土上。三春柳（Tamarix juniperi

48、na）,分布在渤海边和内蒙黄河沿岸的盐土区。,三棱草,三春柳,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,植物适宜的pH范围,土壤酸碱性对肥力和植物生长的影响,一）我国土壤酸碱性概况,南酸北碱，一般在4.5-8.5之间。,吉林、内蒙古、华北的碱土的pH值有的高达10.5；台湾省新八仙山和广东省鼎湖山、五指山的黄壤的pH值有低至3.63.8，以上是已知的我国土壤的最高和最低PH范围。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,四、我国土壤酸碱性概况与土壤酸碱性调节,中国土壤酸碱度分布图,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,二）影响土壤酸碱性的因素,南方多雨，盐基淋失强烈，土壤盐基饱和度低，土壤多呈酸性。西北雨量较少，盐

49、基淋失较弱，盐基饱和度较高，土壤多呈碱性。,1. 气候的影响,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,石灰岩、基性岩、超基性岩的盐基含量较高。当土壤的淋溶程度较弱时，土壤pH会比附近其它母质上发育的土壤高。 滨海盐土含有丰富的易溶盐类及碳酸钙，加之地下水矿化度较高。因此，发育的土壤的pH一般较高，土壤常呈碱性。,2. 母质的影响,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,不同植被凋落物的分解产物对土壤酸碱性产生不同影响： 针叶林凋落物分解后形成的有机酸较多，盐基较少，故其下的土壤一般呈酸性。 滨海红树林残体分解后形成大量SO42-，使土壤呈强酸性。一些耐盐、耐碱的植物会选择性地富集盐基离子，其残体分解后会促进土

50、壤碱性的发展。,3. 自然植被,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,4. 地形,不同地形部位的盐基淋失和富集状况不同，土壤pH也有差异：地形高处的土壤的盐基淋失较强烈，pH可能较低；低洼处的土壤多接受盐基的淀积，所以pH可能较高；内陆一些闭流区域或集水洼地，由于大量富集径流水带来的Ca，Mg，K，Na的重碳酸盐类，pH可能较高。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,5. 人类耕作活动,施肥和灌溉会改变土壤酸度： 酸性肥料降低土壤pH（如KCl）； 施用石灰提高土壤pH；污染水的灌溉；大气污染；淹水耕作等。,我国土壤酸碱性概况与酸碱性调节,6. 盐基饱和度,一定范围内，盐基饱和度越大，pH值越高。,7.