第八章土壤膠體和土壤離子交換

1、第八章第八章 土壤膠體和土壤離子交換土壤膠體和土壤離子交換l 土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì)土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì)l 土壤膠體的類型土壤膠體的類型l 土壤陽離子交換作用土壤陽離子交換作用l 土壤陰離子交換作用土壤陰離子交換作用內(nèi)容提要內(nèi)容提要膠體的概念膠體的概念膠體是物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，是一種膠體是物質(zhì)存在的一種狀態(tài)，是一種分散體系。分散體系。一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系，稱為一種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系，稱為分散體系分散體系或分散系。或分散系。 根據(jù)分散體系中被分散的物質(zhì)（分散相）的大小，可把分散根據(jù)分散體系中被分散的物質(zhì)（分散相）的大小，可把分散系分為：系分為：粗分散系、膠體分散系

2、和分子、離子分散系。粗分散系、膠體分散系和分子、離子分散系。何為分散體系？何為分散體系？ 一般把分散相顆粒直徑（非球顆粒則指長、寬、一般把分散相顆粒直徑（非球顆粒則指長、寬、高三向中一個方向的長度）高三向中一個方向的長度）在在1-1001-100納米范圍內(nèi)納米范圍內(nèi)的分散系稱膠體分散系。的分散系稱膠體分散系。其顆粒大小介于粗分其顆粒大小介于粗分散系和分子、離子分散系之間。散系和分子、離子分散系之間。膠體分散系膠體分散系按聚集狀態(tài)分類：分散介質(zhì)分散相名 稱固溶膠、懸浮液、軟膏液乳狀液液氣泡沫固氣液氣溶膠固固態(tài)懸浮液液固態(tài)乳狀液固氣固態(tài)泡沫第一節(jié)第一節(jié) 土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì)土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì)一一

3、 、土壤膠體的概念、土壤膠體的概念 顆粒直徑（非球形顆粒則指其長、寬、高三向顆粒直徑（非球形顆粒則指其長、寬、高三向中一個方向的長度）在中一個方向的長度）在1100nm1100nm范圍內(nèi)的帶電的范圍內(nèi)的帶電的土壤顆粒土壤顆粒與與土壤水土壤水組成的組成的分散系分散系。注：通常情況下，直徑小于注：通常情況下，直徑小于2m2m（或（或1m1m）的土粒便具有膠體的性質(zhì)，因而）的土粒便具有膠體的性質(zhì)，因而被視為土壤膠體顆粒。被視為土壤膠體顆粒。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)二二 、土壤膠體的構(gòu)造、土壤膠體的構(gòu)造膠核膠核雙電層雙電層決定電位離子層決定電位離子層補償離子層補償離子層非活性補償離子層非活性補償離子層擴(kuò)

4、散層擴(kuò)散層膠粒膠粒膠團(tuán)膠團(tuán)_+_+土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)土壤膠體構(gòu)造示意圖土壤膠體構(gòu)造示意圖土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 這是膠體的固體部分這是膠體的固體部分, , 土壤中膠核土壤中膠核一般由含水一般由含水siosio2 2 ,fe ,fe2 2 o o3 3,al,al2 2 o o3 3 、次、次生鋁硅酸鹽、腐殖質(zhì)或蛋白質(zhì)等分生鋁硅酸鹽、腐殖質(zhì)或蛋白質(zhì)等分子團(tuán)分子組成子團(tuán)分子組成 。( (一一) ) 膠核膠核土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 由于內(nèi)層電荷的靜電引力的作用由于內(nèi)層電荷的靜電引力的作用, , 吸附土壤溶吸附土壤溶液中相反的離子液中相反的離子 而形成的而形成的: :非活性離子層非活性離子層和和擴(kuò)擴(kuò)散層

5、散層（發(fā)生離子交換）。（發(fā)生離子交換）。 (二二) 雙電層雙電層1、 決定電位離子層決定電位離子層( (內(nèi)層內(nèi)層)是固定在膠核表面是固定在膠核表面, , 并決定其電荷和電位的一層離子。并決定其電荷和電位的一層離子。2、 補償離子層補償離子層(外層外層)土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)注意注意：把土壤膠粒完全理解為球形構(gòu)造，顯然是錯誤的。把土壤膠粒完全理解為球形構(gòu)造，顯然是錯誤的?，F(xiàn)代土壤學(xué)的研究說明，只有現(xiàn)代土壤學(xué)的研究說明，只有土壤有機(jī)膠粒土壤有機(jī)膠粒，或，或無定形的氫氧化鐵無定形的氫氧化鐵、氫氧化鋁氫氧化鋁、含水氧化硅含水氧化硅和和水水鋁英石鋁英石等礦質(zhì)膠?？梢哉J(rèn)為等礦質(zhì)膠粒可以認(rèn)為近似圓球形構(gòu)造近似

6、圓球形構(gòu)造。而。而土壤中大多數(shù)礦質(zhì)膠粒，例如土壤中大多數(shù)礦質(zhì)膠粒，例如層狀硅酸鹽類粘土層狀硅酸鹽類粘土礦物礦物通過通過x-x-射線和電子顯微鏡的研究，已經(jīng)明確射線和電子顯微鏡的研究，已經(jīng)明確是是層狀構(gòu)造層狀構(gòu)造. .土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)層狀黏土礦物膠體的構(gòu)造示意圖層狀黏土礦物膠體的構(gòu)造示意圖土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)三三 、土壤膠體的性質(zhì)、土壤膠體的性質(zhì)1. 巨大的比表面積和表面能巨大的比表面積和表面能 單位質(zhì)量或體積物體的總表面積稱為比表面積單位質(zhì)量或體積物體的總表面積稱為比表面積或比面，單位為或比面，單位為cm2g-1或或cm2cm-3。 物體分割得愈細(xì)小，單體數(shù)愈多，總面積愈大，物體分割得愈細(xì)

7、小，單體數(shù)愈多，總面積愈大，比面也愈大。比面也愈大。土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1 cm3物質(zhì)表面積隨分散度變化的情況物質(zhì)表面積隨分散度變化的情況立方體邊長立方體邊長（cm）立方體數(shù)立方體數(shù)目目總表面積總表面積比表面積比表面積（cm2cm-3）116cm260.110360cm26100.01106600cm261020.0011096000cm261030.000110126m261040.00001101560m261050.0000011018600m261060.000000110216000m26107土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)各粒徑土粒的比面各粒徑土粒的比面土粒土粒（粒徑（粒徑mm）比表面積比表

8、面積（cm2g-1）土粒土粒（粒徑（粒徑mm）比表面積比表面積（cm2g-1） 粗砂粒（粗砂粒（1）22.6粘粒（粘粒（0.0005）500nm45,200中砂粒（中砂粒（0.1）226膠粒（膠粒（0.0001）100nm226,000細(xì)砂粒（細(xì)砂粒（0.01）2,260膠粒（膠粒（0.00005）50nm452,000粘粒（粘粒（0.001）22,600膠粒（膠粒（0.00001）10nm2,260,000很顯然很顯然,土粒越細(xì)比表面越大土粒越細(xì)比表面越大,土壤中顆粒的形狀多種多樣土壤中顆粒的形狀多種多樣. 只有砂粒近只有砂粒近似球形似球形,但其表面大多不平但其表面大多不平,大部分粘粒多為大

9、部分粘粒多為片狀片狀,棒狀棒狀,針狀針狀, 實際上膠實際上膠體的表面積比光滑的球體體的表面積比光滑的球體大得多大得多。由于土壤膠體具有巨大表面積，從而具有巨大的由于土壤膠體具有巨大表面積，從而具有巨大的表面能表面能。土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 2. 土壤膠體的帶電性土壤膠體的帶電性 由于膠體表面的分子解離或吸附溶液中的離子由于膠體表面的分子解離或吸附溶液中的離子,使膠粒帶電使膠粒帶電.土壤中所有膠粒都是帶電的（膠體的基本條件），土壤中所有膠粒都是帶電的（膠體的基本條件），這是土壤產(chǎn)生離子吸附和交換、離子擴(kuò)散、酸堿平這是土壤產(chǎn)生離子吸附和交換、離子擴(kuò)散、酸堿平衡、氧化還原反應(yīng)以及膠體的分散與絮凝等現(xiàn)象

10、的衡、氧化還原反應(yīng)以及膠體的分散與絮凝等現(xiàn)象的根本原因，而這些反應(yīng)都直接或間接關(guān)系到土壤的根本原因，而這些反應(yīng)都直接或間接關(guān)系到土壤的水、肥、氣、熱性質(zhì)。水、肥、氣、熱性質(zhì)。因此，土壤膠體的帶電性對土壤肥因此，土壤膠體的帶電性對土壤肥力性質(zhì)有重要影響。力性質(zhì)有重要影響。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(1)(1)同晶異質(zhì)代換作用同晶異質(zhì)代換作用 層狀鋁硅酸鹽粘土礦物在形成時，中心離子可以被其它相近層狀鋁硅酸鹽粘土礦物在形成時，中心離子可以被其它相近或稍大的同性離子代換而產(chǎn)生電荷，但礦物的結(jié)晶構(gòu)造型式或稍大的同性離子代換而產(chǎn)生電荷，但礦物的結(jié)晶構(gòu)造型式不變。不變。如如al3+代代si4+或或fe2+代代a

11、l3+等等,這樣晶體中就產(chǎn)生了剩余負(fù)電荷這樣晶體中就產(chǎn)生了剩余負(fù)電荷,這種電荷一這種電荷一旦產(chǎn)生旦產(chǎn)生,就不能改變就不能改變,故稱故稱永久電荷永久電荷。土壤膠體電荷的來源土壤膠體電荷的來源指組成礦物的中心離子被電性指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子替代而相同、大小相近的離子替代而晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)四面體中的硅可被鋁代換四面體中的硅可被鋁代換 si4+ al3+八面體中的鋁可被鐵、鎂代換八面體中的鋁可被鐵、鎂代換 al3+ fe2+或或mg2+土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(2)(2)晶格破碎邊緣的斷鍵晶格破碎邊緣的斷鍵 在礦物風(fēng)化破碎的過程中

12、，晶體晶格邊緣的離子有一在礦物風(fēng)化破碎的過程中，晶體晶格邊緣的離子有一部分電荷未得到中和，而產(chǎn)生剩余價鍵，使晶層帶電。部分電荷未得到中和，而產(chǎn)生剩余價鍵，使晶層帶電。例如例如晶格在硅層或鋁層截面上斷裂，晶格在硅層或鋁層截面上斷裂，siosisiosi，alaloaloal在斷裂后，斷面上留下在斷裂后，斷面上留下siosio- -、aloalo- -，從而帶，從而帶負(fù)電。負(fù)電。土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(3)(3)膠體表面分子的解離膠體表面分子的解離 膠核表面的分子或原子團(tuán)的解離膠核表面的分子或原子團(tuán)的解離, ,這種電荷的數(shù)量這種電荷的數(shù)量和性質(zhì)隨介質(zhì)的和性質(zhì)隨介質(zhì)的phph而改變而改變, ,故稱故稱

13、可變電荷可變電荷。l 黏土礦物晶面上黏土礦物晶面上-oh-oh的解離的解離l 含水鐵、鋁氧化物的解離（含水鐵、鋁氧化物的解離（alal2 2o o3 33h3h2 2o)o)l 腐殖質(zhì)上某些官能團(tuán)的解離（如腐殖質(zhì)上某些官能團(tuán)的解離（如-cooh-cooh）l 含水氧化硅的解離含水氧化硅的解離來源來源土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)結(jié)晶的粘土礦物大部分表面都裸露著結(jié)晶的粘土礦物大部分表面都裸露著oh原子團(tuán)，在原子團(tuán)，在一定條件下：一定條件下：l當(dāng)當(dāng)h+解離后，則使膠核帶負(fù)電解離后，則使膠核帶負(fù)電，如，如h2sio3和層狀硅鋁和層狀硅鋁酸鹽粘土礦物中解離酸鹽粘土礦物中解離h+后使膠核帶負(fù)電。后使膠核帶負(fù)電。l

14、當(dāng)當(dāng)oh-發(fā)生解離時，則膠核帶正電發(fā)生解離時，則膠核帶正電，如，如fe(oh)3或或al(oh)3中的中的oh-解離后則帶正電。這種作用與普通酸堿解離后則帶正電。這種作用與普通酸堿解離相似，受溶液的解離相似，受溶液的ph影響，因此稱為影響，因此稱為可變電荷可變電荷。a. 黏土礦物晶面上黏土礦物晶面上-oh的解離的解離土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)al(oh)3+naoh al(oh)2o-+na+h2o 膠核中的分子膠核中的分子帶負(fù)電荷的膠體核粒帶負(fù)電荷的膠體核粒al(oh)3+hcl al(oh)2+cl-+h2o 膠核中的分子膠核中的分子帶正電荷的膠體核粒帶正電荷的膠體核粒如如alal（ohoh）3

15、 3在堿性環(huán)境中的解離：在堿性環(huán)境中的解離：如如al（oh）3在酸性環(huán)境中的解離：在酸性環(huán)境中的解離：fe(oh)fe(oh)3 3或或al(oh)al(oh)3 3解離解離h h+ +而成為帶負(fù)電的膠體，還而成為帶負(fù)電的膠體，還是解離是解離ohoh- -而成為帶正電而成為帶正電的膠體主要取決于的膠體主要取決于溶液的溶液的phph值值。土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 層狀硅酸鹽晶層上的層狀硅酸鹽晶層上的-oh-oh基可以解離出基可以解離出h h+ +，帶負(fù)電，帶負(fù)電: :結(jié)結(jié)晶晶體體-oh-oh-oh結(jié)結(jié)晶晶體體-oh-oh-oh+3h+土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)當(dāng)土壤膠體解離陽離子和陰離子數(shù)量相等，即膠體的

16、當(dāng)土壤膠體解離陽離子和陰離子數(shù)量相等，即膠體的 正負(fù)正負(fù)電荷相等時，此時膠體懸液的電荷相等時，此時膠體懸液的phph值稱為值稱為等電點等電點 (isoelectric (isoelectric point)point)。在土壤在土壤ph5-8ph5-8的條件下，大多數(shù)土壤膠體的的條件下，大多數(shù)土壤膠體的等電點低于等電點低于這個這個范圍，因此，對于土壤膠體來講，范圍，因此，對于土壤膠體來講，ph5-8ph5-8相當(dāng)于在相當(dāng)于在堿性環(huán)境堿性環(huán)境下，此時，腐殖質(zhì)和鋁硅酸鹽等膠體都下，此時，腐殖質(zhì)和鋁硅酸鹽等膠體都帶負(fù)電帶負(fù)電，表現(xiàn)為對陽，表現(xiàn)為對陽離子的吸離子的吸 附，只有附，只有fe(oh)fe(

17、oh)3 3和和al(oh)al(oh)3 3帶正電，吸附陰離子。帶正電，吸附陰離子。故故 土壤膠體在通常情況下以帶負(fù)電為主。土壤膠體在通常情況下以帶負(fù)電為主。土壤膠體為什么土壤膠體為什么一般帶負(fù)電一般帶負(fù)電?土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 如三水鋁石的如三水鋁石的phph0 0值為值為4.84.8。 當(dāng)土壤當(dāng)土壤phph低于低于phph0 0值時值時: :（相當(dāng)于酸性環(huán)境）（相當(dāng)于酸性環(huán)境） alal2 2o o3 33h3h2 2o 2al(oh)o 2al(oh)2 2+ +2oh+2oh- - 當(dāng)土壤當(dāng)土壤phph高于高于phph0 0值時值時: : （相當(dāng)于堿性環(huán)境）（相當(dāng)于堿性環(huán)境） ala

18、l2 2o o3 33h3h2 2o 2al(oh)o 2al(oh)2 2o o- -+2oh+2oh- -b. 含水氧化鐵、氧化鋁的解離含水氧化鐵、氧化鋁的解離土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 高高ph條件下：條件下： -cooh h+ + coo- -oh h+ + -o- 低低ph條件下：條件下： -nh2 -nh3+ c. 腐殖質(zhì)上某些原子團(tuán)的解離腐殖質(zhì)上某些原子團(tuán)的解離土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)d. 含水氧化硅的解離含水氧化硅的解離sio2h2o（或（或h2sio3）的）的ph0值為值為2， 在土壤中在土壤中一般不產(chǎn)生正電荷，所帶負(fù)電荷的量隨土壤一般不產(chǎn)生正電荷，所帶負(fù)電荷的量隨土壤ph值的升高而增

19、加。值的升高而增加。h2sio3 hsio3- +h+ （帶正電）（帶正電）sio3-+h+土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)3. 土壤膠體的分散性和凝聚性土壤膠體的分散性和凝聚性 膠體的兩種狀態(tài)膠體的兩種狀態(tài)溶膠溶膠凝膠凝膠膠體微粒均勻分散在水中，膠體微粒均勻分散在水中，呈高度分散狀態(tài)呈高度分散狀態(tài)膠體微粒彼此聯(lián)結(jié)凝聚在膠體微粒彼此聯(lián)結(jié)凝聚在一起而呈絮狀一起而呈絮狀凝聚作凝聚作用用分散作分散作用用膠體的凝聚或分散決定于動電電位的膠體的凝聚或分散決定于動電電位的高低高低：越高，排斥力愈強，溶膠狀態(tài)。越高，排斥力愈強，溶膠狀態(tài)。越低，當(dāng)吸引力大于排斥力時，凝膠越低，當(dāng)吸引力大于排斥力時，凝膠狀態(tài)。狀態(tài)。土壤膠

20、體由于大多帶有負(fù)電土壤膠體由于大多帶有負(fù)電荷，相互具有負(fù)電位，而互荷，相互具有負(fù)電位，而互相排斥，不易凝聚。相排斥，不易凝聚。 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)l 電解質(zhì)的電解質(zhì)的濃度愈大濃度愈大，愈能有效地中和異電膠體的電性，愈能減小擴(kuò)，愈能有效地中和異電膠體的電性，愈能減小擴(kuò) 散層厚度，使散層厚度，使膠粒凝聚膠粒凝聚。l 電解質(zhì)中異電離子的電解質(zhì)中異電離子的價數(shù)愈高，聚沉能力愈大價數(shù)愈高，聚沉能力愈大， 三價離子大于二價離子，二價離子大于一價離子；三價離子大于二價離子，二價離子大于一價離子；l 同價離子中，凝聚力大小與本身半徑和水化半徑有關(guān)，凡離子本身同價離子中，凝聚力大小與本身半徑和水化半徑有關(guān)，凡

21、離子本身 半徑大半徑大 或水化后半徑小的離子凝聚力大，相反則小?；蛩蟀霃叫〉碾x子凝聚力大，相反則小。 電解質(zhì)陽離子的凝聚力大小順序為：電解質(zhì)陽離子的凝聚力大小順序為： fe3+ al3+ ca2+ mg2+ h+ nh4+ k+ na+電解質(zhì)對膠體的凝聚作用受以下因素的影響：電解質(zhì)對膠體的凝聚作用受以下因素的影響：土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)0.5 m0.5 m粘土懸濁液開始凝聚時的電解質(zhì)濃度粘土懸濁液開始凝聚時的電解質(zhì)濃度電解質(zhì)名稱電解質(zhì)名稱開始凝聚時的濃度開始凝聚時的濃度（moll-1）電解質(zhì)名稱電解質(zhì)名稱開始凝聚時的濃度開始凝聚時的濃度（moll-1）nacl0.02500.0125cacl

22、20.00060.00025nh4cl0.02500.0125alcl30.000042kcl0.02500.0125fecl30.000042mgcl20.00060.00025hcl0.0010.0005注：膠體的凝聚作用，有的是可逆的，有的是不可注：膠體的凝聚作用，有的是可逆的，有的是不可逆的。逆的。 陽離子這種凝聚作用的可逆和不可逆，與土陽離子這種凝聚作用的可逆和不可逆，與土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)，鈣離子和腐殖質(zhì)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有關(guān)，鈣離子和腐殖質(zhì)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)具有水穩(wěn)性，而鈉離子膠結(jié)的不具水穩(wěn)性。具有水穩(wěn)性，而鈉離子膠結(jié)的不具水穩(wěn)性。土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)凝聚作用強，利于膠體互相凝聚形

23、成結(jié)構(gòu)（團(tuán)粒結(jié)構(gòu)）。凝聚作用強，利于膠體互相凝聚形成結(jié)構(gòu)（團(tuán)粒結(jié)構(gòu)）。農(nóng)業(yè)上促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成措施的理論解釋：農(nóng)業(yè)上促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成措施的理論解釋：l土壤干燥、凍結(jié)過程中，水膜消失，也就加大了電解質(zhì)濃度，減土壤干燥、凍結(jié)過程中，水膜消失，也就加大了電解質(zhì)濃度，減小擴(kuò)散層厚度，使膠粒互相凝聚而形成結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)上曬垡、凍垡等小擴(kuò)散層厚度，使膠?；ハ嗄鄱纬山Y(jié)構(gòu)。生產(chǎn)上曬垡、凍垡等措施也就起了這個作用，所以措施也就起了這個作用，所以曬、凍垡有利于土壤形成結(jié)構(gòu)曬、凍垡有利于土壤形成結(jié)構(gòu)；相反，相反，土壤水分過多土壤水分過多，土壤溶液電解質(zhì)濃度相應(yīng)減小，擴(kuò)散層加厚，土壤溶液電解質(zhì)濃度相應(yīng)減小，擴(kuò)散

24、層加厚，膠?；ハ嗯懦舛扇苣z狀膠?；ハ嗯懦舛扇苣z狀。l常年泡水的漚水田、爛泥田，土粒分散，缺少結(jié)構(gòu)，通氣性差，常年泡水的漚水田、爛泥田，土粒分散，缺少結(jié)構(gòu)，通氣性差，栽秧后易產(chǎn)生浮秧，就是因為膠粒分散，土壤不沉實。這種情況下，栽秧后易產(chǎn)生浮秧，就是因為膠粒分散，土壤不沉實。這種情況下，施用石灰（施用石灰（caocao）、石膏（）、石膏（casocaso4 4），增加），增加caca2+2+濃度，對沉實土壤，濃度，對沉實土壤，改良土性，有明顯效果。改良土性，有明顯效果。在生產(chǎn)上的意義土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 由于膠體的巨大表面能，使其對周圍分子由于膠體的巨大表面能，使其對周圍分子或離子有或離子有很

25、強的吸附力很強的吸附力，同樣膠體的電性，同樣膠體的電性使其擴(kuò)散層的離子與土壤溶液中的離子有使其擴(kuò)散層的離子與土壤溶液中的離子有交換能力交換能力。 4. 土壤膠體的吸附性和交換能力土壤膠體的吸附性和交換能力 土壤膠體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 土壤膠體的類型土壤膠體的類型一、一、 無機(jī)膠體無機(jī)膠體土壤膠體的類型含水氧化鐵含水氧化鐵含水氧化鋁含水氧化鋁含水氧化硅含水氧化硅次生鋁硅酸鹽類次生鋁硅酸鹽類（即粘土礦物）（即粘土礦物）主要包括：主要包括：sio2.h2oh2sio3 帶負(fù)電帶負(fù)電h2sio3 h+ hsio3-h+ sio32-1. 1.含水氧化硅膠體：含水氧化硅膠體：（游離態(tài)無定型）（游離

26、態(tài)無定型）注：土壤反應(yīng)越偏堿性，硅酸的解離注：土壤反應(yīng)越偏堿性，硅酸的解離度也越大，所帶的負(fù)電荷也越多。度也越大，所帶的負(fù)電荷也越多。土壤膠體的類型 此類膠體包括此類膠體包括褐鐵礦褐鐵礦（2fe2fe2 2o o3 33h3h2 2o o）、）、水赤鐵礦水赤鐵礦（3fe3fe2 2o o3 3hh2 2o o）、）、針鐵礦針鐵礦（fefe2 2o o3 3hh2 2o o）、）、水鋁礦水鋁礦（alal2 2o o3 3hh2 2o o）、）、三水鋁礦三水鋁礦（alal2 2o o3 33h3h2 2o o）等晶質(zhì)礦物）等晶質(zhì)礦物和和氫氧化鐵氫氧化鐵fe(oh)fe(oh)3 3 、氫氧化鋁氫氧

27、化鋁al(oh)al(oh)3 3 等非晶質(zhì)礦等非晶質(zhì)礦物。這些礦物都是鋁硅酸鹽深度風(fēng)化的產(chǎn)物，均為物。這些礦物都是鋁硅酸鹽深度風(fēng)化的產(chǎn)物，均為兩兩性膠體性膠體。2. 2.含水氧化鐵、鋁：（兩性膠體）含水氧化鐵、鋁：（兩性膠體）土壤膠體的類型al(oh)3+h+al(oh)2+h2o （ph5）純凈的氫氧化鐵的等電點為純凈的氫氧化鐵的等電點為ph7.1ph7.1，氫氧化鋁等，氫氧化鋁等電點為電點為ph8.1ph8.1，所以它們在大多數(shù)酸性或中性土，所以它們在大多數(shù)酸性或中性土壤中都帶正電荷。壤中都帶正電荷。土壤膠體的類型其成分為水化的硅、鋁二三氧化物，簡化的分子式為：其成分為水化的硅、鋁二三氧

28、化物，簡化的分子式為：xsio2yal2o3nh2o 。水鋁英石的硅氧四面體中由水鋁英石的硅氧四面體中由al3+置換置換si4+可產(chǎn)生凈負(fù)電荷，可產(chǎn)生凈負(fù)電荷，同時表面有同時表面有aloh、sioh 。當(dāng)溶液堿性增加、當(dāng)溶液堿性增加、ph增大時產(chǎn)生以下解離而帶負(fù)電：增大時產(chǎn)生以下解離而帶負(fù)電： =al - oh ph加大加大 =al - o- + h+ si - oh si - o- + h+因此，水鋁英石表面可吸附很多陽離子，其表面積很大，因此，水鋁英石表面可吸附很多陽離子，其表面積很大，陽離子交換量可達(dá)陽離子交換量可達(dá)154210cmol(+)kg-1。3. 3.水鋁英石水鋁英石（非晶質(zhì)無

29、定形的膠態(tài)）（非晶質(zhì)無定形的膠態(tài)）土壤膠體的類型4. 4.黏土礦物黏土礦物（次生層狀鋁硅酸鹽類）（次生層狀鋁硅酸鹽類） 大多是結(jié)晶層狀構(gòu)造，由大多是結(jié)晶層狀構(gòu)造，由硅氧片硅氧片（由硅四面體連（由硅四面體連接而成）和接而成）和水鋁片水鋁片（由鋁八面體連接而成）迭合（由鋁八面體連接而成）迭合而成。而成。 水鋁片層面上氧離子的電價不飽和，可與氫離子水鋁片層面上氧離子的電價不飽和，可與氫離子結(jié)合成結(jié)合成ohoh群，形成水鋁礦，或與硅氧片結(jié)合，共群，形成水鋁礦，或與硅氧片結(jié)合，共用氧離子，形成鋁硅酸鹽粘土礦物。用氧離子，形成鋁硅酸鹽粘土礦物。根據(jù)其迭合情況的不同，可將粘土礦物分為不同根據(jù)其迭合情況的不同

30、，可將粘土礦物分為不同類型。類型。土壤膠體的類型硅氧片、硅氧四面體硅氧片、硅氧四面體 硅四面體硅四面體可以共用氧原子可以共用氧原子而形成一層，氧而形成一層，氧原子排列成為中原子排列成為中空的六角形，稱空的六角形，稱硅氧片或硅氧層硅氧片或硅氧層。土壤膠體的類型鋁氧八面體鋁氧八面體 由六個氧原子由六個氧原子（或氫離子）環(huán)（或氫離子）環(huán)繞著一個中心鋁繞著一個中心鋁離子排列而成，離子排列而成，氧原子排列成兩氧原子排列成兩層，鋁原子居于層，鋁原子居于兩層中心孔穴內(nèi)，兩層中心孔穴內(nèi)，稱水鋁片。稱水鋁片。土壤膠體的類型 由由一個硅氧片一個硅氧片和和一個水鋁片一個水鋁片，通過共，通過共用硅氧頂端用硅氧頂端 的

31、氧原子連接起來的片的氧原子連接起來的片狀晶格構(gòu)造。狀晶格構(gòu)造。 ( () ) 高嶺石（：型鋁硅酸鹽礦物）高嶺石（：型鋁硅酸鹽礦物） 每個晶層的一面是每個晶層的一面是oh離子離子組（水鋁片上的），另一面組（水鋁片上的），另一面是是o離子（硅氧片上的），離子（硅氧片上的），因而疊加時晶層間可形成氫因而疊加時晶層間可形成氫鍵，使各晶層之間緊密相連鍵，使各晶層之間緊密相連從而形成大顆粒，晶粒多呈從而形成大顆粒，晶粒多呈六角形片狀。六角形片狀。 其分子結(jié)構(gòu)外形特征為其分子結(jié)構(gòu)外形特征為 . 頂層頂層 底層底層 . 許多晶片相互重疊形成高嶺礦物許多晶片相互重疊形成高嶺礦物 土壤膠體的類型 特點：特點：晶層

32、與晶層間距離穩(wěn)定，連接緊密，內(nèi)部空隙小，晶層與晶層間距離穩(wěn)定，連接緊密，內(nèi)部空隙小，電荷量少，單位個體小，分散度低。多出現(xiàn)于酸性土壤。電荷量少，單位個體小，分散度低。多出現(xiàn)于酸性土壤。如高嶺石類。如高嶺石類。硅氧片硅氧片鋁氧片鋁氧片土壤膠體的類型水水土壤膠體的類型l 晶格內(nèi)的水鋁片和硅氧片很少發(fā)生同晶替代，晶格內(nèi)的水鋁片和硅氧片很少發(fā)生同晶替代，因此因此無永久性電荷無永久性電荷。但水鋁片上的。但水鋁片上的- - 在一在一定條件下解離出氫離子，使高嶺石定條件下解離出氫離子，使高嶺石帶負(fù)電帶負(fù)電。高嶺石的性質(zhì)特點：高嶺石的性質(zhì)特點：l晶片與晶片之間形成晶片與晶片之間形成氫鍵氫鍵而結(jié)合牢固，水分而結(jié)

33、合牢固，水分子及其他離子難以進(jìn)入層間，并且形成較大的子及其他離子難以進(jìn)入層間，并且形成較大的顆粒。因此其顆粒。因此其吸濕性、粘結(jié)性吸濕性、粘結(jié)性和和可塑性可塑性較較弱弱，富含高嶺石的土壤富含高嶺石的土壤保肥性差保肥性差。 土壤膠體的類型 由由兩片硅氧片兩片硅氧片和和一片水鋁片一片水鋁片結(jié)合成的一個晶片（層）單結(jié)合成的一個晶片（層）單元，再相互疊加而成的。元，再相互疊加而成的。 （2 2）蒙脫石類（）蒙脫石類（ ：型鋁硅酸鹽礦物）：型鋁硅酸鹽礦物）每個晶層的兩面均由每個晶層的兩面均由o離子離子組（硅氧片上的），因而疊組（硅氧片上的），因而疊加時晶層間加時晶層間不能形成氫鍵不能形成氫鍵，而是通過而

34、是通過“氧橋氧橋”聯(lián)結(jié)，這聯(lián)結(jié)，這種聯(lián)結(jié)力弱，晶層易碎裂，種聯(lián)結(jié)力弱，晶層易碎裂，其晶粒比高嶺石小。其晶粒比高嶺石小。土壤膠體的類型 脹縮性大，吸濕性強，脹縮性大，吸濕性強，易在兩邊硅氧片中以易在兩邊硅氧片中以alal3+3+代代si si4+4+，有時可在硅鋁片，有時可在硅鋁片中，一般以中，一般以mgmg2+2+代代alal3+3+帶負(fù)電帶負(fù)電吸附負(fù)離子。吸附負(fù)離子。 如蒙脫石，這類礦物多如蒙脫石，這類礦物多出現(xiàn)于北方土壤。如東出現(xiàn)于北方土壤。如東北、華北的栗鈣土、黑北、華北的栗鈣土、黑鈣土和褐土等。鈣土和褐土等。硅氧片硅氧片鋁氧片鋁氧片硅氧片硅氧片特點：特點：土壤膠體的類型蛭石蛭石的的膨脹

35、性比蒙脫石要小得多膨脹性比蒙脫石要小得多，其晶層間距，其晶層間距1.45nm，屬有限，屬有限膨脹型。它具有一定的內(nèi)表面，但較蒙脫石小，晶體顆粒介于蒙膨脹型。它具有一定的內(nèi)表面，但較蒙脫石小，晶體顆粒介于蒙脫石和高嶺石之間。蛭石在黃棕壤和黃壤中含量較高。脫石和高嶺石之間。蛭石在黃棕壤和黃壤中含量較高。蛭石蛭石也是也是21型型膨脹型粘土礦物，其晶層結(jié)構(gòu)與蒙脫石基本相同，膨脹型粘土礦物，其晶層結(jié)構(gòu)與蒙脫石基本相同，也是兩層硅氧片中夾一層水鋁片。也是兩層硅氧片中夾一層水鋁片。與蒙脫石不同的是，硅氧片中的與蒙脫石不同的是，硅氧片中的硅大部分被鋁所取代硅大部分被鋁所取代，水鋁片水鋁片中的鋁也有不少被鎂取代

36、中的鋁也有不少被鎂取代，因而具有比蒙脫石高得多的凈負(fù)電，因而具有比蒙脫石高得多的凈負(fù)電荷，具有很高的吸附陽離子能力，陽離子交換量達(dá)荷，具有很高的吸附陽離子能力，陽離子交換量達(dá)150 cmol(+)kg-1。土壤膠體的類型 2:1型礦物型礦物(蒙脫石、綠泥石、蛭石等蒙脫石、綠泥石、蛭石等)土壤膠體的類型 （）水云母類）水云母類 （：型粘土礦物）（：型粘土礦物）結(jié)構(gòu)與蒙脫石相類似，只是同晶結(jié)構(gòu)與蒙脫石相類似，只是同晶替代產(chǎn)生的負(fù)電荷主要被鉀離子替代產(chǎn)生的負(fù)電荷主要被鉀離子中和中和,而少量被鈣鎂離子中和。而少量被鈣鎂離子中和。 特點：特點： a、永久性電荷數(shù)量少于蒙脫石。、永久性電荷數(shù)量少于蒙脫石。

37、b、層與層之間由、層與層之間由鉀離子中和鉀離子中和，使得各層，使得各層相互緊密結(jié)合。形成的顆粒相對比蒙脫石相互緊密結(jié)合。形成的顆粒相對比蒙脫石粗而比高嶺石細(xì)。其粗而比高嶺石細(xì)。其粘結(jié)性、可塑、脹縮粘結(jié)性、可塑、脹縮性居中性居中。c、鉀離子被固定在硅氧片的六角形網(wǎng)孔、鉀離子被固定在硅氧片的六角形網(wǎng)孔中，當(dāng)晶層破裂時，可將被固定的鉀重新中，當(dāng)晶層破裂時，可將被固定的鉀重新釋放出來，供植物利用。釋放出來，供植物利用。分布廣泛，特別在西北干旱地區(qū)和高寒地分布廣泛，特別在西北干旱地區(qū)和高寒地區(qū)，以及風(fēng)化度淺的土壤。區(qū)，以及風(fēng)化度淺的土壤。土壤膠體的類型三種主要粘土礦物的性質(zhì)比較三種主要粘土礦物的性質(zhì)比較

38、粘土粘土礦物礦物結(jié)結(jié)晶晶類類型型分子層分子層排列情況排列情況晶格晶格距離距離(nm)(nm)晶晶層層間間聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)力力顆顆粒粒大大小小比面比面(m(m2 2gg-1 -1) )ceccec（cmol(+)cmol(+)kgkg-1 -1）粘結(jié)粘結(jié)性性可塑可塑性性脹脹縮縮性性高嶺石高嶺石1:1-oh層與層與o層相接層相接0.72強強大大520515弱弱弱弱水云母水云母2:1-o層相接層相接中間有中間有k1.00較較強強中中1001202040中等中等中中等等蒙脫石蒙脫石2:1-o層相接層相接0.962.14弱弱小小70080080100強強強強土壤膠體的類型高嶺石高嶺石逐漸代替水云母，逐漸代替水云

39、母，鐵鋁氧化物鐵鋁氧化物也迅速增多。也迅速增多。我國土壤粘土礦物的分布我國土壤粘土礦物的分布溫帶干旱的漠境和溫帶干旱的漠境和半漠境地帶：半漠境地帶：風(fēng)化程度低，化學(xué)風(fēng)化程度弱，以風(fēng)化程度低，化學(xué)風(fēng)化程度弱，以形成水化度低的形成水化度低的水云母為主水云母為主，蒙脫，蒙脫石不多。石不多。半干旱草原地區(qū)：半干旱草原地區(qū)：蒙脫石迅速增加，結(jié)晶良好，以蒙脫石迅速增加，結(jié)晶良好，以蒙脫石和水云母為主蒙脫石和水云母為主。暖溫帶濕潤地區(qū)：暖溫帶濕潤地區(qū)：蛭石顯著增加，以蛭石顯著增加，以水云母水云母蛭石為蛭石為主主，說明環(huán)境有利于進(jìn)一步脫鉀。，說明環(huán)境有利于進(jìn)一步脫鉀。中亞熱帶以南地區(qū)：中亞熱帶以南地區(qū)：土壤膠

40、體的類型二二 、有機(jī)膠體、有機(jī)膠體特點：特點： 高分子有機(jī)化合物，高度親水性。高分子有機(jī)化合物，高度親水性。帶負(fù)電，并且電荷數(shù)量多于黏土礦物，因此陽離子交換量大。帶負(fù)電，并且電荷數(shù)量多于黏土礦物，因此陽離子交換量大。保肥性強，但不穩(wěn)定（因受微生物作用而分解）保肥性強，但不穩(wěn)定（因受微生物作用而分解）主要是腐殖質(zhì)。主要是腐殖質(zhì)。少量的木素、蛋白質(zhì)、纖維素等。少量的木素、蛋白質(zhì)、纖維素等。腐殖質(zhì)的電荷是由腐殖質(zhì)含的腐殖質(zhì)的電荷是由腐殖質(zhì)含的羧基（羧基（-cooh-cooh）、羥基（羥基（-oh-oh）、酚羥基解離出酚羥基解離出h h+ +、-coo-coo- -、-o-o- -等離子等離子留在膠粒

41、上而使膠粒留在膠粒上而使膠粒帶負(fù)電帶負(fù)電。 一般每千克腐殖一般每千克腐殖質(zhì)的代換量在質(zhì)的代換量在200 200 cmol(+)kgcmol(+)kg-1 -1左右，左右，高者可達(dá)高者可達(dá)50050010001000 cmol(+)kg cmol(+)kg-1 -1 土壤膠體的類型三、三、 有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體通過通過ca2+而而結(jié)合。結(jié)合。有機(jī)膠體與鐵鋁膠體的結(jié)合。有機(jī)膠體與鐵鋁膠體的結(jié)合。有機(jī)膠體與無機(jī)膠體的直接結(jié)合。有機(jī)膠體與無機(jī)膠體的直接結(jié)合。有機(jī)膠體以薄膜狀緊密蓋覆于粘土礦物表面通過陽離子有機(jī)膠體以薄膜狀緊密蓋覆于粘土礦物表面通過陽離子與與-cooh-cooh、-oh-oh

42、等官能團(tuán)形成復(fù)合體。等官能團(tuán)形成復(fù)合體。結(jié)合方式結(jié)合方式土壤膠體的類型在生產(chǎn)上的意義我國勞動人民在長期生產(chǎn)實踐中，充分體會到有機(jī)我國勞動人民在長期生產(chǎn)實踐中，充分體會到有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的重要，創(chuàng)造了施用有機(jī)肥加速土壤有無機(jī)復(fù)合體的重要，創(chuàng)造了施用有機(jī)肥加速土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體形成的措施，群眾稱之為機(jī)無機(jī)復(fù)合體形成的措施，群眾稱之為土肥相融土肥相融。土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體的形成，有利于土壤結(jié)構(gòu)的土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體的形成，有利于土壤結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤理化性質(zhì)。形成，改善土壤理化性質(zhì)。如復(fù)合體中的胡敏酸，如復(fù)合體中的胡敏酸，比單獨存在時分解顯著減慢，并可使土壤中有效磷比單獨存在時分解顯著減慢，并可使土

43、壤中有效磷增加，增強土壤的緩沖性能等。增加，增強土壤的緩沖性能等。 土壤膠體的類型第三節(jié)第三節(jié) 土壤陽離子交換作用土壤陽離子交換作用一、土壤陽離子交換吸附作用的概念一、土壤陽離子交換吸附作用的概念土壤膠體表面所吸附的陽離子，與土壤溶液中的陽離子土壤膠體表面所吸附的陽離子，與土壤溶液中的陽離子或不同膠粒上的陽離子相互交換的作用，稱為陽離子交或不同膠粒上的陽離子相互交換的作用，稱為陽離子交換吸附作用。換吸附作用。 土壤膠粒土壤膠粒ca2+ +2kcl =土壤膠粒土壤膠粒k+k+ cacl2陽離子交換作用對土壤中養(yǎng)分的保持和供應(yīng)起著重要作用。陽離子交換作用對土壤中養(yǎng)分的保持和供應(yīng)起著重要作用。當(dāng)土壤

44、溶液中陽離子吸附在膠體上時，表示陽離子養(yǎng)分的暫時保蓄，當(dāng)土壤溶液中陽離子吸附在膠體上時，表示陽離子養(yǎng)分的暫時保蓄，即即保肥過程保肥過程；當(dāng)膠體上的陽離子解離至土壤溶液中時，表示養(yǎng)分的釋；當(dāng)膠體上的陽離子解離至土壤溶液中時，表示養(yǎng)分的釋放，即放，即供肥過程供肥過程。陽離子交換二、土壤陽離子交換吸附作用的特點二、土壤陽離子交換吸附作用的特點1. 1. 可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)在濕潤地區(qū)的一般酸性土壤中，吸附的陽離子有在濕潤地區(qū)的一般酸性土壤中，吸附的陽離子有al3+、h+、ca2+、mg2+、k+等；在干旱地區(qū)的中性或堿性土壤中，主要的等；在干旱地區(qū)的中性或堿性土壤中，主要的吸附性陽離子是吸附性陽離子是c

45、a2+，其次有，其次有mg2+、k+、na+等。等。因此，在自然狀況下，很難把土壤膠體上某一陽離子完全徹底地因此，在自然狀況下，很難把土壤膠體上某一陽離子完全徹底地代換到溶液中去。同時，土壤膠體上吸附的陽離子也必然是多種代換到溶液中去。同時，土壤膠體上吸附的陽離子也必然是多種多樣的，不可能為單一種離子所組成。多樣的，不可能為單一種離子所組成。陽離子交換2. 等量交換等量交換以等量電荷關(guān)系進(jìn)行。以等量電荷關(guān)系進(jìn)行。 如一個如一個ca2+可交換兩個可交換兩個na+；一個二價的鈣；一個二價的鈣離子可以交換兩個一價的氫離子。離子可以交換兩個一價的氫離子。 陽離子交換3. 速度受交換點位置和溫度的影響速

46、度受交換點位置和溫度的影響位置：位置：如果溶液中的離子能直接與膠粒表面代換性離子接觸，交換速度就如果溶液中的離子能直接與膠粒表面代換性離子接觸，交換速度就快；如離子要擴(kuò)散到膠粒內(nèi)層才進(jìn)行交換，則交換時間就較長，有快；如離子要擴(kuò)散到膠粒內(nèi)層才進(jìn)行交換，則交換時間就較長，有的需要幾晝夜才能達(dá)成平衡。的需要幾晝夜才能達(dá)成平衡。高嶺石高嶺石類礦物交換作用主要發(fā)生在膠粒表面邊緣上，所以類礦物交換作用主要發(fā)生在膠粒表面邊緣上，所以速率很快速率很快；蒙脫石蒙脫石類礦物的離子交換大部分發(fā)生在膠粒晶層之間，其速率取決類礦物的離子交換大部分發(fā)生在膠粒晶層之間，其速率取決于層間間距或膨脹程度；水云母類的交換作用發(fā)生

47、在狹窄的晶層間，于層間間距或膨脹程度；水云母類的交換作用發(fā)生在狹窄的晶層間，所以所以交換速率較慢交換速率較慢。溫度溫度：高溫可加快離子交換反應(yīng)的速率，因為溫度升高，離子的熱運動變得高溫可加快離子交換反應(yīng)的速率，因為溫度升高，離子的熱運動變得更為劇烈，致使單位時間內(nèi)碰撞固相表面的次數(shù)增多。更為劇烈，致使單位時間內(nèi)碰撞固相表面的次數(shù)增多。陽離子交換三、影響陽離子交換作用的因素三、影響陽離子交換作用的因素1. 1.陽離子的交換能力陽離子的交換能力主要決定于陽離子被膠粒吸附的力量（或稱陽離主要決定于陽離子被膠粒吸附的力量（或稱陽離子與膠體的結(jié)合強度），它實質(zhì)上是陽離子與膠子與膠體的結(jié)合強度），它實質(zhì)上

48、是陽離子與膠體之間的靜電能。體之間的靜電能。 是指一種陽離子將是指一種陽離子將膠體上另一種陽離膠體上另一種陽離子交換下來的能力。子交換下來的能力。陽離子交換 b. b.離子的半徑及水化程度：離子的半徑及水化程度：同價離子，同價離子，離子半徑大水化半徑小，交換能力越強。離子半徑大水化半徑小，交換能力越強。離離 子子價價 數(shù)數(shù)原原 子子 量量離子半徑（離子半徑（nm）代換力順序代換力順序未未 水水 化化水水 化化na+123.000.0930.7906nh4+118.010.1430.5325k+139.100.1330.5374mg2+224.320.0781.3303ca2+240.080.1

49、061.0002h+11.0081a. 離子電荷價離子電荷價 ：m3+ m2+ m+（m表示陽離子）表示陽離子）離子價、離子半徑及水化程度與交換力的關(guān)系離子價、離子半徑及水化程度與交換力的關(guān)系陽離子交換c. 離子運動速度：離子運動速度：凡離子運動速度愈大的，其交換力也愈大。例如氫離子就是凡離子運動速度愈大的，其交換力也愈大。例如氫離子就是這樣，而且氫離子水化很弱，通常這樣，而且氫離子水化很弱，通常h h+ +只帶一個水分子，即以只帶一個水分子，即以h h3 3o o+ +的形態(tài)參加交換，水化半徑很小，因此它在交換力上具的形態(tài)參加交換，水化半徑很小，因此它在交換力上具有特殊位置。有特殊位置。 陽

50、離子交換能力順序：陽離子交換能力順序： fe3 + al 3+ h + ca2 + mg 2+ k + nh4+ na+ 陽離子交換2. 2.陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì)陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì)陽離子交換作用也受質(zhì)量作用定律所支配，如果溶液中某種離陽離子交換作用也受質(zhì)量作用定律所支配，如果溶液中某種離子的濃度較大，則雖其交換能力較小，同樣能把膠體上交換能子的濃度較大，則雖其交換能力較小，同樣能把膠體上交換能力較大的其它陽離子代換下來。另外，當(dāng)交換后形成不溶性或力較大的其它陽離子代換下來。另外，當(dāng)交換后形成不溶性或難溶性物質(zhì)時，或?qū)⑵浣粨Q后的生成物不斷除去時，都可使交難溶性物質(zhì)時

51、，或?qū)⑵浣粨Q后的生成物不斷除去時，都可使交換作用繼續(xù)進(jìn)行。換作用繼續(xù)進(jìn)行。陽離子交換3. 3. 膠體性質(zhì)膠體性質(zhì)l交換量大的膠體（如蒙脫石）結(jié)合兩價離子的能力強，交換量大的膠體（如蒙脫石）結(jié)合兩價離子的能力強，結(jié)合一價離子的能力稍弱；結(jié)合一價離子的能力稍弱；l交換量小的膠體（如高嶺石）則結(jié)合一價離子能力強，交換量小的膠體（如高嶺石）則結(jié)合一價離子能力強，與兩價離子的結(jié)合能力較弱，即一價離子可將兩價離子交與兩價離子的結(jié)合能力較弱，即一價離子可將兩價離子交換下來。換下來。l 又如：水云母具有六角形網(wǎng)孔（晶孔），容易吸附與又如：水云母具有六角形網(wǎng)孔（晶孔），容易吸附與其孔徑大小相當(dāng)?shù)钠淇讖酱笮∠喈?dāng)?shù)?/p>

52、k k+ +和和nhnh4 4+ +，這些離子一旦進(jìn)入六角，這些離子一旦進(jìn)入六角形孔穴，即可發(fā)生配位作用，很難出來，只有當(dāng)晶層形孔穴，即可發(fā)生配位作用，很難出來，只有當(dāng)晶層破裂時，被固定的破裂時，被固定的k k+ +、nhnh4 4+ +方可重新釋放出來。方可重新釋放出來。陽離子交換四、土壤陽離子交換量四、土壤陽離子交換量（一）定義：（一）定義： 在一定土壤在一定土壤phph值條件下，土壤能吸附的交換性陽離子的值條件下，土壤能吸附的交換性陽離子的總量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交換性陽離子總量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)（的厘摩爾數(shù)（ cation exchang

53、e capacitycation exchange capacity， ceccec）。）。 單位：單位：cmolcmol（+ +）kgkg-1 -1 。注：因為陽離子交換量隨土壤注：因為陽離子交換量隨土壤phph值變化而變化（因可變電荷變化），值變化而變化（因可變電荷變化），一般未特別注明時，是以一般未特別注明時，是以phph為為7 7的條件下測定土壤的交換量。的條件下測定土壤的交換量。陽離子交換量的大小與土壤可能吸附的速效養(yǎng)分（即陽離子）的容量陽離子交換量的大小與土壤可能吸附的速效養(yǎng)分（即陽離子）的容量有關(guān)，是有關(guān)，是土壤保肥力的重要指標(biāo)土壤保肥力的重要指標(biāo)。陽離子交換（二）影響（二）影響

54、ceccec的因素的因素 1. 1. 膠體數(shù)量膠體數(shù)量（土壤質(zhì)地）（土壤質(zhì)地）土壤膠體物質(zhì)越多（包括土壤膠體物質(zhì)越多（包括礦質(zhì)膠體、有機(jī)膠體和復(fù)礦質(zhì)膠體、有機(jī)膠體和復(fù)合膠體），則合膠體），則ceccec越大。越大。就礦質(zhì)膠體而言，就礦質(zhì)膠體而言，ceccec隨隨著質(zhì)地粘重程度增加而增著質(zhì)地粘重程度增加而增加，所以粘質(zhì)土加，所以粘質(zhì)土ceccec較砂較砂質(zhì)土要大的多。質(zhì)土要大的多。質(zhì)地質(zhì)地砂土砂土砂壤土砂壤土壤土壤土粘土粘土陽離子交換量陽離子交換量（cmol(+)kg-1)1-57-87-1825-30陽離子交換2. 膠體類型膠體類型不同土壤膠體陽離子交換量相差很大不同土壤膠體陽離子交換量相差很

55、大膠休膠休種類種類cec（cmol(+)kg-1)比表面比表面（m2g-1)腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)150-500800-1000蛭石蛭石100-150700蒙脫石蒙脫石60-100800水云母水云母20-40100-200高嶺石高嶺石3-155-20含水氧化鐵、含水氧化鐵、鋁鋁微量微量-有機(jī)有機(jī)無機(jī)，無機(jī)， 2:11:1，粘土礦物，粘土礦物含水的氧化物含水的氧化物 粘土礦物主要通過兩個方面影響粘土礦物主要通過兩個方面影響c： a、粘土礦物的比表面積粘土礦物的比表面積: 蛭石、蒙脫石蛭石、蒙脫石水鋁英石水鋁英石 、水云母、水云母 高嶺石高嶺石 b、粘土礦物所帶的電荷數(shù)量粘土礦物所帶的電荷數(shù)量 陽離子交換3

56、. 土壤土壤ph值：值： 土壤酸堿度影響膠體表面官能團(tuán)中土壤酸堿度影響膠體表面官能團(tuán)中h+的解離，的解離，因而影響因而影響可變電荷可變電荷的多少。的多少。沼澤土胡敏酸沼澤土胡敏酸灰化土胡敏酸灰化土胡敏酸黑鈣土胡敏酸黑鈣土胡敏酸高嶺石高嶺石蒙脫石蒙脫石ph4.5170.0234.0292.2ph2.5-6495ph6.4286.3410.0432.9ph8.1400.0508.7590.5ph710100陽離子交換4. 土壤有機(jī)質(zhì)含量：土壤有機(jī)質(zhì)含量：有機(jī)質(zhì)中的腐殖質(zhì)含有大量有機(jī)質(zhì)中的腐殖質(zhì)含有大量-cooh-cooh、-oh-oh等官能等官能團(tuán)，當(dāng)它們解離出團(tuán)，當(dāng)它們解離出h h+ +時，可使

57、膠體帶有大量負(fù)電時，可使膠體帶有大量負(fù)電荷，而且腐殖質(zhì)分散度大，具有很大的吸收表面。荷，而且腐殖質(zhì)分散度大，具有很大的吸收表面。所以腐殖質(zhì)的所以腐殖質(zhì)的ceccec遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無機(jī)膠體。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無機(jī)膠體。施用有機(jī)肥料，增加土壤腐殖質(zhì)，可以提施用有機(jī)肥料，增加土壤腐殖質(zhì)，可以提高高ceccec，增強土壤保肥性。，增強土壤保肥性。陽離子交換附：主要粘土礦物的（附：主要粘土礦物的（p=7） （cmol（+）kg-1 水鋁英石水鋁英石 50-100 針鐵礦、三水鋁石針鐵礦、三水鋁石 0.5-1.0 (ph,8.0) 水合氧化硅水合氧化硅 4.6(ph,8.0) 高嶺石高嶺石 4.6 伊利石伊利石 15-4

58、0 蒙脫石蒙脫石 60-120 膨潤土膨潤土 59-120 蛭石蛭石 120-200 陽離子交換 幾種不同土壤的腐殖質(zhì)的幾種不同土壤的腐殖質(zhì)的 h f ph 8.02 5.50 8.02 5.50 黑土黑土1 682 344 - - 黑土黑土2 642 358 736 514 花崗磚紅壤花崗磚紅壤 560 310 800 583 武磚紅壤武磚紅壤 - - 780 556 陽離子交換 土壤交換量的大小，基本上代表了土壤的保持養(yǎng)土壤交換量的大小，基本上代表了土壤的保持養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，也就是平常所說的保肥力高低；分?jǐn)?shù)量，也就是平常所說的保肥力高低；交換量交換量大，也就是保存養(yǎng)分的能力大，反之則弱大，也就是

59、保存養(yǎng)分的能力大，反之則弱。所以，。所以，土壤交換量可以作為評價土壤保肥力的指標(biāo)。土壤交換量可以作為評價土壤保肥力的指標(biāo)。一般地：一般地：l小于小于10 cmol/kg，保肥力弱；，保肥力弱；l1020 cmol/kg，中等；，中等；l大于大于20 cmol/kg，強，強。cec與土壤肥力的關(guān)系與土壤肥力的關(guān)系陽離子交換陽離子交換量和施肥有密切關(guān)系：陽離子交換量和施肥有密切關(guān)系：在施肥時不僅要了解作物的需要，同時還要考慮土壤交在施肥時不僅要了解作物的需要，同時還要考慮土壤交換量的大小。換量的大小。在生產(chǎn)上的意義在生產(chǎn)上的意義例如在例如在砂土上施用化肥砂土上施用化肥，由于土壤交換量小，土壤保肥力

60、差，由于土壤交換量小，土壤保肥力差，應(yīng)該分多次施應(yīng)該分多次施肥，每次施量不宜多，以免養(yǎng)分淋失肥，每次施量不宜多，以免養(yǎng)分淋失。對于交換量小、保肥力差的土壤，可通過施用河塘泥、廄肥、泥炭或摻粘土，對于交換量小、保肥力差的土壤，可通過施用河塘泥、廄肥、泥炭或摻粘土，以增加土壤中的無機(jī)、有機(jī)膠體，以及通過施用石灰調(diào)節(jié)土壤反應(yīng)等來提高以增加土壤中的無機(jī)、有機(jī)膠體，以及通過施用石灰調(diào)節(jié)土壤反應(yīng)等來提高土壤的陽離子交換量。土壤的陽離子交換量。舉例？舉例？陽離子交換長江中下游發(fā)育在沖積母質(zhì)上的土壤，長江中下游發(fā)育在沖積母質(zhì)上的土壤，粘土礦物以蒙脫石、水云母為主，交換粘土礦物以蒙脫石、水云母為主，交換量大約為