第五章 土壤化学性质

土壤学课件

第五章 土壤化学性质§5-1 土壤胶体§5-2 土壤溶液

§5-3 土壤胶体对阳离子的吸附与交换§5-4 土壤胶体对阴离子的吸附与交换

§5-5 土壤酸碱性§5-6 土壤氧化还原反应

土壤学课件

第一节

土壤胶体

一、土壤胶体的概念和种类

土壤胶体的概念：

土壤中颗粒直径或至少一个方向<2微米的 固体组分,包括矿质胶体、有机胶体和有机无机 复合胶体，是影响土壤其他化学性质和肥力的 物质基础。

土壤学课件

土壤胶体的种类:

土壤无机胶体1.层状铝硅酸盐粘土矿物(2:1型和1:1型等粘土矿物)

2.氧化物及其水合物

土壤有机胶体 主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋白质或氨基酸，多肽，多糖类化合物的细分散状态，具胶体特性。

土壤有机无机复合体 有机胶体与矿质胶体通过表面称有机矿质复合体。

分子缩合、阳离子桥接及氢键等作用连结在一起的复合体，

土壤学课件

二、土壤胶体的表面(一)土壤胶体表面类型按表面位臵：

内表面 ——膨胀性粘土矿物的层间表面和腐殖质分子聚集体内部的表面，其表面反应为缓慢

的渗入过程。

外表面 ——黏土矿物、氧化物和腐殖质分子暴露在外的表面，表面反应迅速。

土壤学课件

按表面的化学结构特点：1.硅氧烷型表面——硅氧片的表面

1:1型粘土矿物(单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成)有两种表面： 硅氧烷型表面，由硅直接连结一个氧构成的，是非极性疏水表面； 羟基化表面(水合氧化物表面),是由金属离子连结一个OH构成的，是亲水表面。 2:1型 硅酸盐矿物，由硅层和铝层按2:1型重叠而成的。这类粘土矿物晶架的两个面均为 硅氧烷型。

土壤学课件

2.羟基化表面(R-OH)(水合氧化物型表面)M(金属离子)—OH,铝醇Al—OH,铁醇Fe—OH, 硅醇Si—OH等。水铝(镁)片，铁、铝氧化物及硅 片边角断键。极性的亲水表面。

3.有机物表面：腐质物质为主的表面[ 羧基(-COOH)、羟基(-OH)、醌基(=O)、醛基 (-CHO)、甲氧基(-OCH3)和氨基(-NH2) ] 可离解H+离 子或缔合H+离子而使表面带电荷。

土壤学课件

二、土壤胶体的性质(一)土壤胶体巨大的表面积(m2/g)

比表面(SSA):单位质量土壤或土壤胶体所拥有的表面积,单位为m2/kg 或m2/g ,可作为评价土壤表面

活性的一项指标。

土壤学课件

物体颗粒愈细小，表面积愈大。土粒直径(mm) 10 总表面积(cm2) 3.14 比面(cm2/cm3) 6

10.05 0.001

31.42628.32 31416

601200 60000

土壤学课件

三种主要类型硅酸盐粘粒性质比较性质 大小( nm) 形状 比表面 (m2/g) 外表面 内表面内聚力，可塑性

蒙脱石 0.01~ 1.0 不规则片状 700~ 800 大 很大 高 高 80~100

粘 粒 类 型 伊利石 0.l~ 2.9 不规则片状 100~ 120 中等 中等 中等 中等 15~40

高岭石 0.l~ 5.0

六方

型晶体 5~ 20 小 无 低 低 3~15

膨胀度 阳离子交换量 ( cmol/g)

黏土矿物的类型不同，其表面积的大小和表面类型的 差别很大。

土壤学课件

二、土壤胶体的性质(二)土壤胶体的带电性 电荷种类和来源

1.永久电荷来源：粘土矿物晶层中核心离子的同晶替代。

同晶替代：指硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相 近的其它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象。不受介质pH值的影响，也不受电解质浓度的影响。

土壤学课件

2.可变电荷在介质的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的酸碱度,又称pH依变电荷。

A、腐殖质产生可变电荷腐殖质具有很多含氧功能团，这些功能团在介 质pH值发生变化时，可解离而带电。 R-OH → R-O- + H+ R-COOH → R-COO- + H+ R-NH2 + H+ → R-NH3+

羧基、酚羟基解离使腐殖质带负电，氨基质子化 使腐殖质带正电荷。

土壤学课件

B、层状铝硅酸盐产生可变电荷1:1型粘土矿物的晶面特点是一面为硅氧烷型表面， 另一面则为羟基化表面，后者在介质pH值发生变化时， 吸附或释放一个H+,使表面带电。

C、氧化物或氢氧化物带可变电荷氧化物不带电时的pH值称为电荷零点(ZPC)。 pH>ZPC 氧化物 带负电 pH<ZPC 氧化物 带正电 氧化物的电荷零点，与金属的价数有关。土壤中 的铁、铝氧化物，一般为M2O3的形态，其ZPC大于6.5 而小于10.4,故在酸性条件下，一般带负电很少，甚 至带正电。

土壤学课件

以Al(OH)3为例说明如下：在酸性环境中带正电：Al(OH)3+HCI Al(OH)2++Cl-+H2O

在碱性环境中带负电：AI(OH)3+NaOH Al(OH)2O-+Na++H2O

土壤学课件

影响土壤电荷数量(cmol/kg)的因素:

1.土壤质地土壤所带电荷的数量，80%集中在粒径小于2微 米的部分，故粘粒数量愈多的粘质土，带电愈多。不同粒径颗粒对负电荷的贡献 粒径(微米) ﹤2 2-10 8-14 10-20 1.4-2.7 20-100 1.6-3.8

占总负电荷(%) 81-100

思考：粘质土保肥力强的重要原因?

土壤学课件

2.胶体类型 1)有机胶体带负电荷量大于无机胶体有机胶体带负电荷150~450cmol/kg,平均350cmol/kg; 无机胶体为5~100 cmol/kg,平均10~80cmol/kg。

提高土壤有机质含量是提高土壤保肥能力的重要途径？

2)无机胶体类型也影响土壤带负电荷的数量。2:1型粘土矿物 >1:1型粘土矿物； 膨胀性2:1型(蒙脱石类) >非膨胀性2:1型(水云母类)

3)土壤中氧化物类胶体，由于电荷零点较高，因此一 般带负电荷很少，甚至带正电荷。

土壤学课件

3.土壤酸碱度(1)土壤pH大于胶体电荷零点，土壤带负电荷； (2)土壤pH小于胶体电荷零点，胶体带正电荷。

4.土壤胶体组分间的相互作用有机无机复合胶体的带电量不是 二者分散存在时带电量的加和而是负 电荷

减少，存在非加和性。

土壤学课件

第三节

土壤胶体对阳离子的吸附与交换

一、阳离子的吸附与交换(一)阳离子交换作用阳离子交换作用：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。

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。

土壤学课件

交换性阳离子：被土壤胶体表面所吸附，能被土壤溶液中阳离子所交换的阳离子。

交换性阳离子分为两类： 致酸离子，包括氢离子和铝离子两种； 盐基离子，是除铝以外的金属离子。

土壤学课件

1、阳离子交换作用的主要特征

(1)快速可逆反应阳离子交换作用是一种可逆反应(动态平衡)

(2)以离子价为基础的等价交换如：二个NH4+,交换一个Ca2+。