第六章土壤阳离子交换作用

1、1 1、定义、定义土壤阳离子交换作用：土壤阳离子交换作用：土壤胶体表面吸附阳离子与土壤溶液中的阳离子土壤胶体表面吸附阳离子与土壤溶液中的阳离子可相互交换的作用。可相互交换的作用。一、土壤吸附性能类型一、土壤吸附性能类型第三节第三节 土壤吸收性能和离子交换土壤吸收性能和离子交换二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用1 1、定义、定义2 2、阳离子交换作用的特点、阳离子交换作用的特点1 1）阳离子交换作用是可逆反应。阳离子交换作用是可逆反应。2 2）交换是等当量进行的。交换是等当量进行的。3 3）阳离子交换受质量作用定律的支配。阳离子交换受质量作用

2、定律的支配。二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用1 1、定义、定义2 2、阳离子交换作用的特点、阳离子交换作用的特点3 3、阳离子交换能力大小顺序、阳离子交换能力大小顺序fe3+ al3+ h+ ca2+ mg2+ nh4+ k + na + 影响阳离子交换能力的因素影响阳离子交换能力的因素（1）电荷的影响）电荷的影响；根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也越大。越大。（2）离子的半径及水化程度）离子的半径及水化程度 同价的离子，其交换能力的大小是依据其离子半同价的离子，其交换能力的大小是依据其离子半径及离子的水化程度的不同而不同的。径及离

3、子的水化程度的不同而不同的。（3）离子浓度和数量因子）离子浓度和数量因子。 一价离子一价离子li+na+k+nh4+rb+离子的真实半径离子的真实半径(nm)0.0780.0980.1330.1430.149离子的水合半径离子的水合半径(nm)1.0080.7900.5370.5320.509强强 弱弱离离 子子 半半 径径 与与 吸吸 附附 力力二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用4 4、土壤阳离子交换量：、土壤阳离子交换量：cec(cation exchange capacity)cec(cation exchange capacity) 指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千

4、指土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即克土壤的一价离子的厘摩尔数表示即cmol(+)/kgcmol(+)/kg，ceccec与土壤胶体的比表面（与土壤胶体的比表面（s s）和表面电荷密度（）和表面电荷密度（）有关有关 cec = s cec = s 土壤交换性阳离子及土壤交换性阳离子及ceccec的测定方法的测定方法nh4+na+nh4+nh4+na+nh4+ca2+ mg2+ k+ na+ ca2+ mg2+ k+ na+ cec cec是土壤的一个很重要的化是土壤的一个很重要的化学性质，直接反应了土壤的保肥学性质，直接反应了土壤的保肥供肥性能和缓冲能力。

5、一般认为供肥性能和缓冲能力。一般认为ceccec20cmol(+)/kg 20cmol(+)/kg 保肥力强保肥力强 2010cmol(+)/kg 2010cmol(+)/kg 中等中等10cmol(+)/kg 10cmol(+)/kg 弱弱二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用5 5、影响、影响ceccec的因素的因素 (1) (1) 胶体的类型胶体的类型 不同类型土壤胶体的不同类型土壤胶体的ceccec二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用5 5、影响、影响ceccec的因素的因素 (1) (1) 胶体的类型胶体的类型 (2) (2) 胶体数量胶体数量二、土壤阳离子交换作用二、

6、土壤阳离子交换作用5 5、影响、影响ceccec的因素的因素 (1) (1) 胶体的类型胶体的类型 (2) (2) 胶体数量胶体数量 (3) (3) 土壤质地土壤质地土壤质地对阳离子交换量的影响土壤质地对阳离子交换量的影响 质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳质地越粘重，含粘粒越多的土壤，其阳离子交换量也越大。离子交换量也越大。cmol(+)/kg质地质地砂土砂土砂壤土砂壤土壤土壤土粘土粘土cec157815182530二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用5 5、影响、影响ceccec的因素的因素 (1) (1) 胶体的类型胶体的类型 (2) (2) 胶体数量胶体数量 (3) (3) 土

7、壤质地土壤质地 (4) (4) 土壤土壤phph 不同不同ph值下粘粒矿物的交换量值下粘粒矿物的交换量粘土矿物粘土矿物蒙脱石蒙脱石高岭石高岭石不同不同ph值值2.5-6 795410010阳离子交换量阳离子交换量*cmol(+)/kg56* ph等于等于7时的增加值时的增加值二、土壤阳离子交换作用二、土壤阳离子交换作用6 6、影响交换性阳离子有效度的因素影响交换性阳离子有效度的因素 （1 1）交换阳离子的饱和度）交换阳离子的饱和度 （2 2）陪补离子效应）陪补离子效应 互补离子与交换性钙的有效性互补离子与交换性钙的有效性 土壤土壤 交换性阳离子交换性阳离子组成组成 小麦幼苗干小麦幼苗干重重(g

8、)(g) 小麦幼苗吸钙量小麦幼苗吸钙量(mg)(mg) abc 40%ca+60%h40%ca+60%mg40%ca+60%na 2.802.792.34 11.157.834.36 在土壤胶体上各种交换性盐在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之间的基离子之间的相互影响的作用相互影响的作用互补离子效应（陪伴离子互补离子效应（陪伴离子效应）效应）三、土壤的盐基饱和度三、土壤的盐基饱和度l致酸离子：致酸离子：h h+ + 、alal3+3+l盐基离子：盐基离子：k k+ +、na na + + 、ca ca 2+2+ 、mgmg2+2+、nhnh4 4+ +等等盐基饱和度盐基饱和度：交换性盐基离子占阳

9、离子交换量的：交换性盐基离子占阳离子交换量的 百分数。百分数。 盐基饱和度盐基饱和度_交换性盐基交换性盐基cmol(+)/kgcec cmol(+)/kg100 例：例：cec=50 cmol(+)/kg cec=50 cmol(+)/kg 交换性交换性caca2+2+, mg, mg2+2+, , k k+ +, na, na+ +的含量分别为的含量分别为1010，5, 105, 10，5 5，cmolcmol（+ +）/kg/kg，则，则盐基饱和度盐基饱和度_10+5+10+5cmol(+)/kg50 cmol(+)/kg100 60n当土壤胶体上吸附的阳离子全部是盐基离子当土壤胶体上吸附

10、的阳离子全部是盐基离子时时, ,土壤成盐基饱和状态土壤成盐基饱和状态,称之为称之为盐基饱和盐基饱和的土壤的土壤。n当土壤胶体吸附的阳离子仅部分为盐基离子，当土壤胶体吸附的阳离子仅部分为盐基离子，而其余部分则为致酸离子时，该土壤呈盐基而其余部分则为致酸离子时，该土壤呈盐基不饱和状态，称之为不饱和状态，称之为盐基不饱和土壤盐基不饱和土壤。n盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应，而盐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呈酸性反应。基不饱和的土壤则呈酸性反应。盐基饱和度土壤肥力水平的重要指标之一盐基饱和度土壤肥力水平的重要指标之一l盐基饱和度盐基饱和度 80 80 土壤肥沃土壤肥沃l盐基

11、饱和度盐基饱和度 5050 8080 中等肥力水平中等肥力水平l盐基饱和度盐基饱和度 50 50 土壤肥力较低土壤肥力较低espexchangeable sodium percentage 指交换指交换性钠离子占交换性阳离子总量的百分数性钠离子占交换性阳离子总量的百分数。sarsodium adsorption ratio 指溶液中指溶液中nana+ +浓度与浓度与caca2+2+、mgmg2+2+浓度之和的平方根的浓度之和的平方根的比值。比值。esrexchangeable sodium ratio 指溶液中交指溶液中交换性钠与交换性换性钠与交换性caca2+2+、mgmg2+2+离子浓度之

12、离子浓度之和的比值。和的比值。 四、四、 土壤胶体对阴离子的吸附土壤胶体对阴离子的吸附 带正电的土壤胶体，主要是铁和铝的氢带正电的土壤胶体，主要是铁和铝的氢氧化物和氧化物，可以吸附阴离子。氧化物和氧化物，可以吸附阴离子。 1 1通过土壤胶体表面的（通过土壤胶体表面的（alal、fefe）ohoh基，附着基，附着一个质子（一个质子（h h+ +），从而产生正电荷（可变电荷）。），从而产生正电荷（可变电荷）。2 2腐殖质胶体的腐殖质胶体的nhnh2 2基，在酸性条件下也能带正基，在酸性条件下也能带正电荷。电荷。 r-nh2 + h+ + cl- = r-nh3+ + cl- = rnh3cl土壤胶

13、体带正电荷的方式土壤胶体带正电荷的方式：（一）土壤吸附的阴离子（一）土壤吸附的阴离子土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类：土壤中的阴离子依其吸附能力的大小可分为三类：1易被吸附的阴离子易被吸附的阴离子 最重要是：最重要是：h2po4- hpo42- po43-hsio3- sio32- c2o42- 2吸附作用很弱或进行负吸附的阴离子吸附作用很弱或进行负吸附的阴离子cl- no3- no2- 3中间类型的离子：中间类型的离子：so42- co32- 各种阴离子被土壤吸收的次序如下：各种阴离子被土壤吸收的次序如下：f- 草酸根草酸根 柠檬酸根柠檬酸根 h2po4- hco3- hbo3-

14、so42- cl - no3-（二）阴离子的非专性吸附（二）阴离子的非专性吸附 带正电荷的胶粒因静电引力吸附带正电荷的胶粒因静电引力吸附阴离子于双电层外层（扩散层）作阴离子于双电层外层（扩散层）作为平衡离子，称为阴离子的非专性为平衡离子，称为阴离子的非专性吸附。为交换吸附，被吸附的阴离吸附。为交换吸附，被吸附的阴离子居于双电层的外层，以中和内层子居于双电层的外层，以中和内层的正电荷。的正电荷。（三）（三）阴离子的负吸附阴离子的负吸附所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的所谓阴离子的负吸附，是指距带负电荷的胶体表面越近，阴离子数量越少的现象。胶体表面越近，阴离子数量越少的现象。负吸附现象也受土壤特

15、性影响，其它条件负吸附现象也受土壤特性影响，其它条件相同，则负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳相同，则负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳离子代换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价离子代换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价数的增加而减少，不同的粘粒矿物对负吸附的数的增加而减少，不同的粘粒矿物对负吸附的影响也不同，他们递减的次序为：影响也不同，他们递减的次序为： 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同这种情况也可归因于胶体负电荷数量不同的缘故。的缘故。 带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子带负电荷愈多的土壤胶体，对阴离子的排斥作用愈强，负吸附作用愈明显。的排斥作用愈强，负吸附作用愈明显。（三）阴离子专性吸附（三）阴离子专性吸附 阴离子专性吸附阴离子专性吸附是指阴离子进入粘土矿是指阴离子进入粘土矿物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接通过共价键或配位键结合在固体的表面。这通过共价键或配位键结合在固体的表面。这种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配种吸附发生在胶体双电层的内层，也称为配位体交换吸附。位体交