(土壤学教学课件）第八章-土壤胶体表面化学

1、( (土壤学教学课件第八章土壤学教学课件第八章- -土壤胶体外表化学土壤胶体外表化学-2-2ColloidNegativechargePositivecharge% constant% variableHumus20001090Vermiculite1200955Smectite1000955Illite4008020Kaolinite124595Fe & Al Oxides550100u不同价的阳离子与土壤胶体外表亲和力的大小顺序一般为：M3+ M2+ M+。因此，当土壤溶液中含有浓度相同的一价、二价和三价阳离子时，土壤胶体首先吸附三价阳离子，如Al3+Ca2+K+。u对同价阳离子而言，吸附

2、强度主要决定于离子的水合半径。一般情况下，离子的水合半径越小，离子的吸附强度越大。u一般土壤中：uFe3+、Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+u (H+含量丰富，水化半径小，运动速度快)。阳离子的专性吸附u土壤中产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物。u被专性吸附的离子主要是过渡金属离子(B族): 核电荷数较多，离子半径小，水合热较大，多以水合离子形式存在，吸附能障小，有利于与土壤固相外表的吸附。u吸附形式为：过渡金属离子与铁、铝、锰等外表羟基形成络合物，pH降低。u层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可以产生专性吸附作用络合物，边面裸露羟基具有一

3、定专性吸附能力。u被土壤专项吸附的金属离子均为非交换态，不能参与一般阳离子交换反响。u氧化物对过渡金属离子的专性吸附作用在外表带负电荷、正电荷或零电荷时均可发生。阳离子专性吸附的实际意义u对多种微量重金属离子起富集作用。u调控金属元素的生物有效性和生物毒性。u土壤溶液中Zn、Co、Cu、Mo等微量金属离子的浓度受专性吸附的控制。u对水体的重金属污染起一定的净化作用，但专性吸附作用也给土壤带来潜在的污染威胁。NH4+ NH4+阳离子交换反响u土壤胶体静电吸附的阳离子，可以被其它类型的阳离子交换而从胶体外表解吸。这种能相互交换吸附的阳离子叫做交换性阳离子。把交换性阳离子发生交换吸附的反响称之为阳离

4、子交换作用。 阳离子交换反响的特点u快速可逆：任何一方的反响都不能进行到底，只有不断排除生成物，并反复浸提，才能把胶体外表上的钙离子和钾离子全部交换出来。u遵循等价交换的原那么u符合质量作用定律：阳离子交换作用按等摩尔进行，即20克钙离子可以和39克钾离子交换。阳离子交换反响的特点u交换反响受补偿离子和陪伴离子的影响u交换受温度影响较小，而与交换点位置直接相关：u外外表上的交换可瞬时发生，一小时内到达平衡；u内外表上的交换反响较慢，因为离子在到达交换点前需要在晶层间隙中运动，受离子扩散规律制约，所以往往需要很长时间才能到达平衡。阳离子交换能力u阳离子交换量(CEC, Cation Exchan

5、ge Capacity)：土壤所能吸附和交换阳离子的容量, 用每千克土壤所含的全部交换性阳离子的厘摩尔数表示cmol(+)/kg。u土壤CEC实质上就是土壤净负电荷的总量。阳离子交换量是评价土壤肥力和环境容量的一个重要指标。它直接反响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。土壤CEC 20cmol/kg环境容量 低 中 高(保肥能力) CEC的现实意义1质地: 越粘重的土壤, 阳离子交换量越大。2胶体种类:有机质2：1型膨胀性矿物2：1型非膨胀性矿物 1：1矿物 氧化物质地砂土砂壤土壤土粘土CEC157815182530CEC的影响因素CEC的影响因素3土壤pH值:

6、一般情况下，随着pH的升高，土壤的可变负电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。常见土壤胶体的CEC大小 土壤胶体 CEC cmol(+)/kg 腐殖质 200 蛭 石 100-150 蒙脱石 70-95 伊利石 10-40 高岭石 3-15 氧化物 2-4 判断题1一价的阳离子不能置换胶体上吸附的二价或三价阳离子。2土壤溶液中的阳离子，一旦被土壤胶体所吸附就永远对作物无效了。u土壤胶体外表吸附的阳离子可以分为两种类型，一是盐基离子，如Ca2+、Mg2+、K+、NH4+等，二是致酸离子，包括土壤胶体吸附的H+、A13+离子。盐基离子盐基饱和度u在土壤胶体所吸附的阳离子中，盐基离子的数量占所有吸附阳

7、离子的百分比，称为盐基饱和度base saturation，BS%。=100%交换性盐基总量盐基饱和度阳离子交换量计算题：测得某土壤的交换性阳离子含量分别为：Ca2+ 6 cmol(+)/kgMg2+ 5 cmol(+)/kgH+ 2 cmol(+)/kgK+ 5 cmol(+)/kgNa+ 4 cmol(+)/kgAl 3+ 28 cmol(+)/kg试计算土壤的盐基饱和度。 盐基饱和度与土壤性质u盐基离子多是植物营养所需要的养分，土壤盐基饱和度越高，盐基离子的有效性也就越高，所以盐基饱和度的上下反映了土壤保蓄阳离子的能力，是土壤肥力水平的重要指标之一。uBS%80%，肥沃u 80%BS%5

8、0%中等肥沃u BS% pHKCl测定方法：比色法和电位计法 土壤酸度不仅仅取决于土壤胶体上吸附的氢、铝离子，还取决于致酸离子与盐基离子的相比照例。土壤胶体外表吸附的盐基离子以钙离子为主。在区分不同类型土壤酸度时，石灰位差异比pH差异更明显。2石灰位土壤类型pHpH-0.5pCa水稻土母质差值水稻土母质差值砖红壤5.235.120.113.402.291.11红 壤6.565.151.414.933.021.91棕红壤6.835.711.125.323.911.41典型土壤的pH值与石灰位根据pH值划分的土壤类型等级pH值强酸性30%、表土层含盐量480mv时，氮以NO3-N为主，有利于旱作植

9、物吸收当Eh220mv时，以NH4+N为主，适宜于水上植物吸收，但此时可能发生反硝化作用，导致氮素损失。土壤强复原条件会造成Fe2+、Mn2+、H2S和丁酸等低分子有机酸的积累，使植物中毒：例如土壤Eh200mv时，铁锰化合物转化为复原态，当Eh-100mv时，Fe主要以Fe2+形式存在，引起铁毒害。当Eh-200mv时，可能产生H2S和丁酸等，抑制水稻的含铁氧化复原酶活性，水稻出现黑根，同时抑制水稻对磷、钾的吸收，严重时磷钾从根内渗出。n土壤通气性：Eh值可做通气性指标n微生物活动：消耗氧气或产生复原性物质n易分解有机物的含量：在一定的通气条件下，土壤中的易分解的有机愈多，耗氧也愈多，其氧化复原电位就较低。n易氧化和复原的无机物的含量：土壤的氧化铁和硝酸盐含量高时，可使Eh值下降得较慢。n植物根系的代谢作用n土壤pH 影响土壤氧化复原的因素 土壤氧化复原状况的调节常用措施有