14土壤物质之间的相互关系-图文

第四节

土壤组成物质之间的相互关系一、主骤机

成1、

土壤机械组成概念土壤由大小不同的土粒按不同的比例组合而成，这些不同的粒级混合在一起表现出来的土壤粗细状况。2、

土壤粒级的划分石砾、砂粒、粉粒、粘粒3、

土壤质地的分类

依据：土壤中各粒级含量的相对百分比作为标准。4、

土壤质地对土壤性质的影响分类制分类法粒级质地数量国际制和美国制三级分类

法砂粒、粉

砂粒、粘砂土、壤土、粘壤四类十二

级粒土、粘土物理性粘

粒和物理前苏联制双级分类

法砂土、壤

土、粘土三类九级性砂粒中国制砂

粉粒

、粒

、粒粗胶砂土土

、、壤粘土三类十一级表1

土壤质地分类对照返回土壤胶体对土壤养分元素、污染物的迁移转化有重要作用，这种作用与土壤胶体类型及其性质密切相关，土壤胶体均具有双电层结构。1、

土壤胶体的概念土壤中高度分散粒径在1~100毫微米之间物质。2、土壤胶体类型：①

土

壤

矿

质

胶

体

；(次生硅酸盐、筒单铁铝氧化物、二氧化硅)②

有

机

胶

体

；

(腐殖质、有机酸、蛋白质等)③

有机-无机复合胶体。Mg²+H+NH4+Na+正离子层3、

胶体的结构图1

土壤胶体结构示意图在玄负离子层胶核扩散双电层：土壤带电胶体与溶液界面的双电层—胶体表面的(负)电荷层紧靠表面溶液的反离子或补偿(阳)离子层。两者电荷数相等，符号相反，维持体系的电中性。静电引力使反离子靠近表面，热运动又使其脱离表面

而形成具有扩散特征的反离子层，又称扩散层。其中

反离子呈不均匀分布，如同地球的大气层。扩散层反离子分布和表面电位变化特征。4、土壤胶体性质①巨大的比表面和表面能②带电性

③分散和凝聚性是

指

单

位

质

量

土

壤

颗

粒

所

有

表

面

积

的

总

和

。北壤表面能土壤胶体颗粒表面的分子与其内部的分子所处的条件是不相同的胶体内部的分子在各方向上都与他相同分子接触，受到的吸引力

各方向相等；而处于土壤胶体表面的分子所受到的内部相同的分子的引力，与其受到介质(分散剂)分子的引力不同，从而使胶体表面分子具有一定的自由能即表面能。A、

电荷种类和来源I

永久电荷来源于粘土矿物晶层中核心离子的同晶替代。不受介质pH值的影响，也不受电解质浓度的影响Ⅱ

可变电荷在介质酸碱度影响下产生的，其电荷类型和电荷数量均决定于介质酸碱度，又称pH

依变电荷。腐殖质产生可变电荷层状铝硅酸盐产生可变电荷氧化物带可变电荷5、

土壤的离子交换(1)阳离子交换①

几个概念阳离子交换作用：土壤溶液中的阳离子与土壤胶体表面吸附的阳离子互换位置。交换性阳离子：被土壤胶体表面所吸附，能被土壤溶液中的阳离子所交换的阳离子。阳离子吸附：土壤溶液中的阳离子转移到土壤胶体表面，为土壤胶体所吸附。阳离子解吸

：土壤胶体表面吸附的阳离子转移到土壤溶液中。②

阳离子交换作用的主要特征A、

可逆反应阳离子交换作用是一种可逆反应。这种交换作用是动态平衡，反应速度很快。NH₄

NH

Ca

土壤胶体

+3Ca²+、—Ca

土壤胶体Ca+2K¹+2Na'+2NHH

Mg

H

MgNaNaKKB、

以离子价为基础的等价交换二个一价铵离子，交换一个二价钙离子，即36克铵可交换40

克钙；

一个一价铵离子可交换一个一价

钠离子，即18克铵可交换23克钠。C、

受质量作用定律支配溶液中某种离子浓度高时，其交换能力增大，可将交换能力弱的离子交换出来，也可将交换能力强

的离子交换出来。土壤中常见阳离子交换能力：Fe

、A>CgKNH+例外，

半径小，

水合度低，运动快，交换能力强。(2)、土壤中的阴离子交换带正电荷的胶粒吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子相互交换的作用。三、

土壤溶液土壤溶液(soil

solution)是土壤水分及其所含气体、溶质的总称。分析土壤溶液组

成、特性及其中化学过程，是土壤地理学、

环境科学研究的重要内容。土壤溶液的溶

质主要包括：①无机盐类；②简单有机物；

③溶解性气体。土壤溶液中溶质成分具有

巨大的时空差异性，它与许多因素存在相

互作用，如图2所示。溶解沉淀

解析图

2

土

壤

溶

液

及

其

影

响

因

素

作

用

模

式蒸散沉降溢散溶解吸收代谢土壤溶液组分与浓度植物根系(微生物)淋溶地下水上升1、

土壤的酸碱反应①

土壤酸碱反应的概念②

土壤酸度类型

A、

活性酸度由溶液中氢离子浓度引起的B、

土壤潜性酸潜性酸—土壤胶体吸附的H+、Al³+离子，在被其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。土壤活性酸与潜性酸处于动态平衡：解吸吸附潜性酸活性酸10.000.0001.00000010000010000PH=

0母果险腰丽嘱险砸尔系相鳖燥华樊太备皿隆掘掘太要中餐塑中太豁屉牌损太拼赵柔從昼世喽樊些燥螺费长牌关拟龇案艇燥K相聚聚长挑瞬赎和尿臧关墨叫长发腰州收不樊长水收尿pH=1pH=2PH=3围范化变值Hp壤土见常1000100101/101/100

1/1000pH=4pH=5pH=6pH=7pH

=8pH=9pH=101/100001/1000001/10000001/10000000pH=11pH=12pH=13pH=14图3土壤酸碱状况、形成及其对植物的影响示意图丽慨中瓷幽云坦

隆也监灰包疵只舞幽来自大气的氢离子及潜性酸物质(收入)

干湿沉降(慌酸及其盐，硝酸及其盐，氮

土壤吸入(各种酸性气体)氧化物等潜性酸气体(支出)土壤叮出(各种酸性气体等)土壤界面活的及死的生物体氢离了的来源氧化反应阳离子的吸收阴离子的矿化日离子的逆风化硫、磷化合物的风化日离子的吸阴阴离子的解吸碳酸及有机酸的离解金属离子的络合氧离子的消耗还原反应阳离子的矿化阴离子的吸收阳离子的风化碗、磺化合物的递风化

阳离子的解吸阴离子的吸附磺酸及有机酸的络合

金属离子的解络排水中流出的氢离子图4

土壤系统中氢离子收支平衡图式土类强酸性土酸性土中性土碱性土强碱性土pH<4

.54

.6

-6

.56.6

-

7.57.6

-8

.5>8

.5表

2

按pH

值划分土壤类型2

、土壤的氧化还原作用氧化还原过程对土壤形成发育有重要作用，土壤之中存在有多种氧化-还原体系，如表6所示。氧

化

剂m++n

电

子

—

还

原

剂m-n氧化还原反应体系氧化态还原态Eo(pH=0.0)氧体系0H₂O1.23

V氢体系H₂0.00

V碳体系CO₂CO或C—0.12

V氮体系NO₃NO₂N₂ON₂NH₃0.94

V硫体系SO₄²-SO₃²-SO₃²-H₂S0.17

V0.61

V磷体系PO₄³-PO₃³-—0.28

V铁体系Fe(Ⅲ)Fe(I)-0.12V锰体系Mn(IV)Mn(Ⅱ)1.23铜体系Cu(II)Cu(I)0.17

V资料来源：(据常文保等，1983)图

6

土壤中主要的氧化还原体系H(1)土壤空气中0,是主要氧化剂在通气良好的土壤中，氧体系控制氧化还原反应，使多种物质呈氧化态，如NO₃

、Fe³+、Mn+、SO²

-

等。(2)、土壤有机质特别是新鲜有机物是还原剂，在土壤缺0,条件下，将氧化物转化为还原态。(3)、土壤中氧化还原体系可分为无机体系和有机体系。无机体系的反应一般是可逆的，有机体系和微生物参与条件下的反应是半可逆或不可逆的。(4)、土壤氧化还原反应不完全是纯化学反应，很大程度上有微生物参与。如：NH4+→NO,→NO₃分别在亚硝酸细菌和硝酸细菌作用下完成。(5)、土壤是不均匀的多相体系，不同土壤和同一土层不同部位，氧化还原状况会有不同差异。(6)、土壤氧化还原状况随栽培管理措施特别是灌水、排水而变化。3、

土壤的缓冲性(1)、土壤缓冲性概念土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵抗变酸和变碱而保持pH

稳定的能力，称土壤缓冲作用，或缓冲性

能。(2)、土壤酸碱缓冲性①、土壤酸、碱缓冲原理I

土壤中有许多弱酸——碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等，当这些弱酸与其盐类共存，就成为对酸、碱物质具有

缓冲作用的体系。如

Hac+NaAc

体系当加入HCl:

NaAc+HCl

Hac+NaCl当加入NaOH:Hac+NaOH-—NaAc+H,OⅡ土壤胶体交换性阳离子对酸碱的缓冲作用更大胶体—交换性H+、Al³+—

弱酸，缓冲碱性物质

胶体—交换性盐基—弱酸盐，缓冲酸性物质根据弱酸平衡原理，弱酸用碱中和形成盐，pH

与中和程度之间的关系如下：pH=pKa+lg

[盐]/[酸]pH=pKa+lg

[盐基]/[H+、Al³+]土壤BS=50%

时，对酸碱的缓冲能力最大。缓冲能力随弱酸及盐的总浓度或土壤CEC

增加而增大。②、土壤酸碱缓冲体系I碳酸盐体系：石灰性土壤的缓冲作用主要决定于CaCO,H₂O-CO,

体系

pH=6.03-2/3LogPco₂Ⅱ

硅酸盐体系：对酸性物质的缓冲作用。Ⅲ交换性阳离子体系：对酸、碱物质的缓冲作用IV铝体系：对碱性物质缓冲作用(pH<5.0)V

有机酸体系：有机酸及其盐对酸碱物质缓冲作用③、土壤酸碱缓冲容量和滴定曲线缓冲容量(Buffering

Capacity)-使单位(质量或容积)土壤改变1个pH

单位所需的酸或碱量。用

酸碱滴定获得绘制滴定曲线，称缓冲曲线。四、

土壤酸碱性的调节1、

酸性土的改良施用石灰CaO、Ca(OH)₂

、CaCO,石灰需要量计算：可用土壤交换性酸为基础进行计算根据酸性土的缓冲滴定曲线计算石灰物质换算系数：Ca(OH),/CaO=74/56=1.32CaCO3/

CaO=100/56=1.79在施用CaO

或Ca(OH),

时，不易与土壤混合均匀，使局部土壤pH

上升过高，影响植物生长，应乘以经验数值

0.5得出实际施用量。若用CaCO₃

(石灰石粉),作用缓和，

经验数值一般为1.3。2、碱性土的改良

—

改良pH>8.5

的碱性土施用石膏(Ca