《第六章--土壤胶体与与土壤吸收性能课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章--土壤胶体与与土壤吸收性能课件.ppt（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、一、土壤胶体的概念及种类,二、层状硅酸盐粘土矿物三、土壤胶体的构造四、土壤胶体的性质五、土壤的吸收性能六、土壤阳离子交换作用,一、土壤胶体的概念及种类 概念：土壤胶体：大小在1-100nm的土壤固体颗粒。实际上直径小于1000nm的土壤粘粒都具有胶体的性质。所以在土壤学中，通常把粒径在1000nm以下的土壤粘粒都作为土壤胶体颗粒，比化学上的胶体颗粒上限大10倍,土壤无机胶体,层状硅酸盐粘土矿物,2：1型如蒙脱石,1：1型如高岭石,氧化物及其水合物,Al Fe Si 的氧化物及水合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒表面,土壤有机胶体,主要是腐殖质,少量的蛋白质或氨基酸,多肽，多糖类化合物,土壤有机无机复
2、合体,类型,（一）土壤无机胶体,无机胶体存在土壤粘粒之中，包括：层状（铝）硅酸盐矿物：是无机胶体的主要部分，包括高岭石类、蒙脱石类及水化云母类。含水氧化硅胶体；成分为SiO2.H2O（H2SiO3）.含水氧化铁、铝胶体；褐铁矿、针铁矿、水铝石、三水铝石等.,（二）土壤有机胶体,土壤有机胶体主要指腐殖质。胶体表面的基团在pH升高时带负电荷，pH降低时带正电荷。有机胶体会被微生物分解。,（三）有机-无机复合胶体,由有机胶体与无机胶体互相结合而形成的复合胶体。在土壤中，有机胶体和无机胶体很少独立存在，大部分是以有机-无机复合胶体的形式存在的。,二、层状铝硅酸盐粘土矿物1 构造特征基本结构单位 构成层
3、状硅酸盐粘土矿物晶格的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。硅氧四面体（简称四面体）四面体的基本结构是由一个硅原子和四个氧原子所构成。硅原子位于中央，氧原子占据四个顶点。铝氧八面体（简称八面体）八面体的基本结构是6个氧原子围绕1个铝原子所构成。铝原子位于中央，氧原子占据六个顶点。,硅氧四面体结构示意图,硅四面体,铝氧八面体结构示意图,铝氧八面体,硅氧片和铝氧片 硅氧四面体和硅氧四面体之间通过共用氧原子互相联结就形成了硅氧片。(底层氧离子电性得到中和，成为稳定结构，而顶层氧的电荷没变，还是-1价这样的氧成为活性氧）铝氧八面体与铝氧八面体通过共用氧原子互相连接就形成了水铝片。（氧原子的电荷由-1.
4、5价变成-1价）硅氧片与铝氧片（水铝片）称为基本晶片。,硅氧片,硅氧四面体,硅氧四面体互相联结示意图,硅氧四面体联结成硅氧片,在平面上形成六角形网眼,铝氧片,铝氧八面体：AlO69-,单位晶层由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物。硅片和铝片以不同的方式堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。两种晶片的配合比例不同，而构成1：1型、2：1型。,高岭石结构示意图,高岭石结构示意图,蒙脱石结构示意图,粘粒矿物晶格内的同晶异质替代同晶替代是指在铝硅酸盐形成过程中，硅氧片中的si以及铝氧片中的AL，都可被电性相同、大小相近的其他离子所替代，而晶格构造保持不变的现象。替代和被
5、替代的离子大小要相近，只有这样才能保证替代后的晶形不发生改变。同晶异质替代大部分是以低价离子代替高价离子，比如：硅氧四面体中的si 4+可被AL3+或Fe3+代替。铝氧八面体中的AL3+可被Mg2+或Fe2+代替。由于低价离子取代了高价离子的位置，这样就少了一个正电荷，也就是多了一个负电荷，从而胶体带上了负电。同晶异质替代的结果是晶型不变，但使晶体带电，并且带负电。,2 主要的层状铝硅酸盐矿物,高岭石：单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成。故称1：1型矿物。晶层之间以氢键连接，联结力强。比表面积小，可塑性、粘结性、粘着性、膨胀性很弱。晶层中很少或没有同晶替代作用，对水和阳离子的吸附力弱，CEC
6、=3-15 cmol(+)/kg。主要存在于风化程度较高的土壤中。,高岭石结构示意图,蒙脱石：两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱石晶层。2：1型矿物。晶层之间通过范德华力连接相连，联结力弱。水分子和养分离子易于进入晶层之间。比表面积大，胀缩性、粘结性、粘着性、可塑性很强。晶格内普遍存在同晶替代作用，对水和阳离子的吸附力强，CEC=60-100 Cmol(+)/kg。主要存在于风化度低的土壤中。东北的黑钙土 和华北的栗钙土。,蒙脱石结构示意图,三、土壤胶体的构造,土壤胶体是一种分散系统。土壤胶体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。胶体微粒在构造上可分为微粒核、决定电
7、位离子层和补偿电位离子层三部分，决定电位离子层与补偿电位离子层共同组成胶体微粒的双电层。,土壤胶体颗粒的构造,土壤胶体分散系,土壤胶粒,土壤溶液,胶核,双电层,决定电位离子层（内层）,补偿离子层,非活性层,扩散层,四、土壤胶体的性质土壤胶体特性对土壤理化性质和肥力状况起着巨大影响其中影响最大的特性有三个：（一）土壤胶体具有巨大的比表面积和 表面能（二）胶体带有电荷（三）土壤胶体存在可改变的状态 凝聚与分散,（一）土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体积）物体的总表面积。比面积总表面积/重量 S=1.13*1/r（cm2/g)单位为m2/g、cm2/g。相
8、同重量的物体，颗粒分得越小，其比面积越大。由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。物质的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。表面能是因为物体表面分子所处的特殊条件引起的。,（二）土壤胶体的带电性,永久电荷 可变电荷,土壤胶体的电荷,1.永久电荷：不受土壤溶液pH值变化而影响的电荷类型称为永久电荷.由于层状硅酸盐矿物晶格中的同晶替代作用所产生，2：1型的蒙脱石和伊利石同晶替代离子比较多，电荷以永久负电荷为主。,2.可变电荷：随着土壤溶液pH变化而变化的电荷叫可变电荷。可变电荷产生的原因：主要是胶体表面分子或者原子团的解离。（1）含水氧化硅分子解离（2）
9、粘土矿物晶面上羟基解离（1:1型粘土矿物解离）（3）腐殖质上某些原子团的解离（4）含水氧化铁铝表面解离出OH-或H+，带正电荷或负电荷（在pH5时带正电荷）,（三）土壤胶体的分散性和凝聚性 土壤胶体有两种存在的状态，一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。溶胶转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。,影响土壤胶体凝聚和分散的因素：1.土壤中交换性阳离子的种类：土壤胶体主要带负电核，所以加入阳离有使胶体凝聚的 作用。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大
10、小的顺序为:Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+离子价越大，其凝聚作用越强，同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。2.电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚作用也增强。,胶体凝聚有可逆的也有不可逆的由一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚。由二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为不可逆凝聚（可形成水稳性团粒结构）。,五、土壤的吸收性能土壤吸收性能是指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子、离子、悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。土壤吸收性能的类型（一）机械吸收作用 机械吸收作用是指土壤
11、对进入其中的固体物质的机械阻留作用。机械吸收作用对养分的保存只能起部分极其有限的作用。,（二）物理吸收作用物理吸收作用是指土壤对分子态物质的吸附保持作用。土壤物理吸收性能是由表面能所引起的，任何物体都有减少其表面能以求稳定的趋势。正吸附：可以使土壤中的许多养分，避免随着土壤溶液而流失，或成气体而挥发。起到保肥作用。负吸附：使土壤中的许多养分，离开土粒，随着土壤溶液而流失。CL-SO42-NO3-,（三）化学吸收作用化学吸收作用是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而保存在土壤中的过程。这种吸收是以纯化学反应为基础的，也称为化学固定。如过磷酸钙施入北方石灰性土壤中形成磷酸钙沉淀。化学吸收作用易造成养
12、分的无效化，在农业生产上应避免这种固定作用的发生。,（四）物理化学吸收作用土壤的物理化学吸收作用也叫离子交换作用，是指土壤胶体扩散层中的离子与 土壤溶液中的离子进行交换，并经常保持动态平衡的作用。物理化学吸收作用对保肥供肥有着极其重要的意义。如，施入各种化肥，其中有大量的钾离子、氨离子均可被吸附保存，而等量交换出原吸附在土壤胶体上的离子，如钙离子、镁离子、氢离子等。,（五）生物吸收作用生物吸收作用是指土壤借助生活于其中的微生物、植物根系的生命活动，把植物营养元素积累保存于土体中的作用。生物吸收具有三个特点：（1）选择性（2）表聚性（3）创造性,六、土壤阳离子交换作用（一）概念：土壤中带负电的胶
13、体所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子互相交换，称为阳离子交换作用离子从溶液中转移的胶体上的过程，称为离子的吸附过程；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的过程，称为离子的解吸过程。,土壤胶粒,土壤胶粒,Ca2+,NH4+,+3K+,+Ca2+NH4+,K+K+K+,（二）阳离子交换作用的基本特征 1、可逆反应 阳离子交换反应同时向两个相反方向进行，而任何一个方向的反应都不能进行完全。达到的平衡是一种动态平衡，如果溶液的组成或浓度改变，则反应又在新的情况下重新达到平衡。2、等当量交换 和其它化学反应相同，土壤阳离子交换反应是等当量电荷对等当量电荷的反应。3、受质量作用定律的支配 根据质量作用定律，
14、离子价数较低，交换能力较弱的离子，如果提高它的浓度，也可以交换出离子价数较高，吸附力较强的离子。,阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来的能力。各种阳离子交换能力大小的顺序为：Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+,（三）阳离子交换能力,影响阳离子交换的因素(1)离子价：高价离子交换能力低价离子(2)离子半径和离子水化半径 同价离子，半径越大，水化度越小，离子交换能力越强。(3)离子的运动速度 运动速度越快，越易被胶粒吸附，交换能力越强。(4)离子浓度 受质量作用定律的支配，交换能力较弱的离子，如果提高它的浓度，也可以把交换能力强的离子从胶体上交换出来。,（四
15、）阳离子交换量（CEC)在一定的pH值条件下，土壤所含有的交换性阳离子的最大量，就称为土壤的阳离子交换量，简称CEC。测定CEC时通常将土壤pH控制为7CEC的表示单位是是每公斤土壤交换性阳离子的厘摩尔数，Cmol(+)/kg.(me/100g),阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。它直接反应土壤可以提供速效养分的数量，也能表示土壤保肥能力、缓冲能力的大小。CEC 20 保肥能力,低,中,高,影响阳离子交换量的主要因素有：,（1）质地：质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳离子交换量也越大。（2）有机质：有机质含量高，CEC也高；（3）无机胶体种类：蒙脱石水云母高岭石氧化铁、铝（4）土壤酸碱度：
16、在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。,土壤阳离子交换量大小的地带性规律：我国土壤CEC大小，由南向北，由西向东逐渐增加。南北差异主要由于粘土矿物组成不同造成。北方土壤以蒙脱石和水云母为主，CEC大，南方以高岭石及含水氧化铁铝为主，CEC小。东西部土壤CEC大小差异，是由于质地不同造成，西部土壤质地粗，东部土壤质地较细。,（五）盐基饱和度,盐基离子:K+,Na+,Ca2+,Mg2+,土壤胶体 吸附的 NH4+阳离子 致酸离子:Al3+,H+土壤中盐基离子占交换性阳离子总量的百分率,称为盐基饱和度.,盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应；而盐基不饱和的土壤则具有
17、酸性反应，为酸性土壤；,100%,我国土壤盐基饱和度具有地带性规律.,(六)影响交换性阳离子有效度的因素 交换性阳离子对植物的有效性如何，在很大程度上取决于它们从胶体上解吸或交换的难易。1、交换性阳离子的饱和度交换性阳离子的有效度一方面与某种交换性离子的绝对数量有关，但与该离子的饱和度的关系更大。离子的饱和度越大，被解吸的机会就越大，有效度就越大交换性阳离子的饱和度与土壤阳离子交换量的大小有关，施同样数量的化肥与砂、粘两种土壤上，哪个有效度大、见效快？,2、陪补（伴）离子效应陪补离子:在土壤胶体上同时吸附这多种离子（如，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Al3+、H+等），对其中某种离子（如，K+）来说，其余各种离子都称为它的陪补离子。交换性阳离子的有效度与陪补离子的种类有关。由于陪补离子不同，对某种指定离子的有效度也不同。陪补离子与土壤胶粒之间的吸附力越大，则愈能提高指定离子的有效度。陪补离子与指定离子吸附的先后顺序也影响有效度。,土壤中的阳离子（K+、NH4+）所发生的非交换性吸收或固定。,3、阳离子的非交换吸收,发生机制：层状铝硅酸盐粘粒矿物的晶层表面，吸附的可被交换的K+、NH4+,当粘粒矿物脱水收缩时，极易被挤压陷入粘粒矿物晶层的网穴中，成为非交换性离子，降低对植物的有效性，在土壤交换性离子总量中，K+、NH4+的饱和度越大，则越易发生固定作用。,
