土壤的離子交換

關(guān)于土壤的離子交換第一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤的離子交換現(xiàn)象，是重要的土壤電化學(xué)性質(zhì)之一，一般用交換容量大小和離子吸附力的強(qiáng)弱兩個指標(biāo)來衡量。

第二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

這兩個指標(biāo)，同土壤膠體的種類、數(shù)量、構(gòu)造以及介質(zhì)中的離子種類，濃度和pH值等環(huán)境條件有關(guān)，因而十分復(fù)雜，不同土壤之間存在著很大的差別。第三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日研究土壤的離子交換，有兩方面的重要意義：1、可以闡明土壤類型的發(fā)生學(xué)特征，做為土壤分類的根據(jù)；2、了解土壤的肥力特性，指導(dǎo)土壤管理和對農(nóng)作物施肥。第四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)土壤膠體的帶電性第五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日土壤膠體：是指那些粒徑大小在0.001—0.1微米的固體顆粒。當(dāng)粒徑小到這個范圍時，呈現(xiàn)膠體性質(zhì)。第六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

關(guān)于土壤膠體的范圍，有不同的觀點(diǎn)，5微米、2微米、1微米、0.5微米也被當(dāng)作上限。第七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤能夠進(jìn)行離子交換，根本原因是土壤膠粒具有帶電性。土壤膠粒一般是帶負(fù)電荷,有的帶正電荷，有的因環(huán)境不同，即可帶正電荷，又可帶負(fù)電荷。

第八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤膠體帶電荷的種類及數(shù)量，直接關(guān)系到吸附離子的種類和數(shù)量，因此，首先必須了解土壤膠體電荷性質(zhì)及其變動的原因。

第九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日一、土壤電荷的種類和來源

土壤的電荷主要集中在土壤膠體上。土壤膠體可分為3類。第十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日第一類無機(jī)膠體，如鋁硅酸鹽粘土礦物，金屬氧化物和硅酸等；第二類有機(jī)膠體，即腐殖質(zhì)顆粒；第三類有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體，是膠體存在的主要形式。第十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(一)永久電荷(Permanentcharge)

鋁硅酸鹽粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)單位，是硅氧四面體和鋁氧八面體。硅氧四面體中的硅和鋁氧八面體中的鋁，都可被離子半徑相近而離子價不同的其他離子所代替，從而使粘土礦物的晶格中出現(xiàn)剩余電荷。

第十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

由同晶異質(zhì)代替作用而產(chǎn)生的電荷，稱為永久電荷。永久電荷不受介質(zhì)pH的影響，因而電荷量比較恒定。第十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(二)可變電荷

(pH-dependentcharge，variablecharge）土壤可變電荷，是數(shù)量隨介質(zhì)pH值升降而改變的電荷。第十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日可變電荷產(chǎn)生的原因：1、膠核表面分子的解離如腐殖質(zhì)具有羧基、酚羥基和羥基，這些功能團(tuán)若存在于腐殖質(zhì)膠粒的表面，可產(chǎn)生解離，使膠粒上負(fù)電荷增加。第十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日層狀鋁硅酸鹽膠體上，也可產(chǎn)生可變電荷：四面體邊面上同Si連接的—OH基，可在堿性條件下，解離出H+，使膠核上負(fù)電荷增加：≡Si-OH+OH-→≡Si-O-+H2O第十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

鋁八面體上-OH解離，釋放出H+，使膠核負(fù)電荷增加：

=Al-OH→=Al-O-+H+第十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

產(chǎn)生正電荷：

Fe(OH)3→Fe(OH)

2++OH-Al(OH)3→Al(OH)2++OH-第十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日2、粘土礦物晶格上的斷鍵粘土礦物經(jīng)過研磨后，能增加負(fù)電荷。各種粘土礦物晶格的邊緣上或面角上，都可發(fā)生斷碎，使四面體上Si—O鍵，或八面體上Al-O鍵斷裂，造成“Si—”、“Al—”、“O—”斷鍵，產(chǎn)生可變電荷。第十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(三)零點(diǎn)電荷（Zeropointcharge,ZPC）

如果在某個pH值時，粘土礦物表面上既不帶正電荷，也不帶負(fù)電荷，其表面電荷等于零，此時的pH值稱為零點(diǎn)電荷。

第二十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日二、土壤電荷的數(shù)量和密度

土壤電荷的數(shù)量決定吸附離子的數(shù)量。單位重量土壤的負(fù)電荷愈多，對陽離子的吸附量越大。

第二十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤電荷的密度則決定離子吸附強(qiáng)度，電荷密度越大，吸附力越強(qiáng)。第二十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤對離子的吸附數(shù)量和吸附強(qiáng)度，對保存和供給植物速效養(yǎng)分都有重要影響。第二十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(一)土壤電荷的數(shù)量土壤電荷的數(shù)量，以單位重量土壤所帶電荷的毫當(dāng)量數(shù)、厘摩爾或毫摩爾數(shù)來表示。1、土壤質(zhì)地一般說來，土壤質(zhì)地越細(xì)，其電荷數(shù)量愈大。大于2微米的粉砂或砂粒，其電荷較少。第二十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(一)土壤電荷的數(shù)量土壤電荷的數(shù)量，以單位重量土壤所帶電荷的毫當(dāng)量數(shù)、厘摩爾或毫摩爾數(shù)來表示。1、土壤質(zhì)地一般說來，土壤質(zhì)地越細(xì)，其電荷數(shù)量愈大。大于2微米的粉砂或砂粒，其電荷較少。第二十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日2、土壤膠體的種類：有機(jī)膠體200～500m·e/100g

無機(jī)膠體平均10～80m·e/100g

高嶺石5～15m·e/100g

伊利石20～40m·e/100g

蒙脫石60～120m·e/100g第二十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日3、土壤pH

土壤pH值的高低，主要影響可變電荷的數(shù)量，從而影響總電荷量。第二十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日4、有機(jī)無機(jī)膠體的復(fù)合程度在土壤中，有機(jī)膠體和無機(jī)膠體很難長期單獨(dú)存在，總要形成復(fù)合體，這種復(fù)合對膠體電荷來講，是非加和性的，即形成復(fù)合體的負(fù)電荷，小于結(jié)合前各自電荷的總和。

第二十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日原因：帶負(fù)電荷的有機(jī)膠體與帶正電荷的鐵鋁氧化物的復(fù)合作用，消耗了一部分負(fù)電荷。(2)有機(jī)膠體被多價陽離子凝聚在無機(jī)膠體表面。

第二十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(二)土壤電荷的密度土壤電荷的密度，是指單位面積上的電荷數(shù)量。根據(jù)這個定義，凡是影響電荷數(shù)量的因素，以及影響土壤表面積的因素，都能影響土壤的電荷密度。

第三十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤的電荷密度具有不均勻性，不僅在不同種類的膠體表面電荷密度不同，而且同一膠體顆粒的不同部位上，電荷密度也不相同。第三十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤膠體的表面積，可分為外表面積和內(nèi)表面積。內(nèi)表面積指膨脹性粘粒礦物晶層之間的表面積。

第三十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

表3-1土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2·g-1）膠體種類內(nèi)表面積外表面積總表面積蒙脫石蛭石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石700-750400-7500-500400130-40015-1501-5090-1505-4010-4525-30130-400700-850400-80090-1505-4010-45430260-800第三十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日表示電荷密度的方法1、每平方厘米的毫摩爾數(shù)：mmol·cm-22、每平方厘米的微庫侖：微庫侖cm-23、每平方厘米的靜電單位：靜電單位cm-24、每個交換點(diǎn)占有的面積：nm2第三十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

膠體微粒

膠核

雙電層決定電位離子層（內(nèi)）

補(bǔ)償離子層（外）非活性離子層擴(kuò)散層三、土壤膠體的構(gòu)造膠粒第三十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

（一）微粒核（膠粒）由無機(jī)膠體和有機(jī)膠體等分子群組成。（二）決定電位離子層是固定在微粒核表面的一層離子，由微粒核表面分子解離，或從溶液中吸附的離子構(gòu)成，使微粒核帶電。

第三十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

（三）補(bǔ)償離子層由于微粒核表面帶電，它能從土壤溶液中吸附與決定電位離子層電荷符號相反，數(shù)量相等的離子，形成補(bǔ)償離子層。

第三十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

補(bǔ)償離子層可分為非活性層和擴(kuò)散層。其中擴(kuò)散層中的離子活性大，可與土壤溶液中的離子互相交換。

第三十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

第三十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)土壤的陽離子交換第四十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日吸附過程：離子從土壤溶液中轉(zhuǎn)移到膠體上，稱為離子的吸附過程；解吸過程：膠體上吸附的離子轉(zhuǎn)移到土壤溶液中去，稱為離子解吸過程。第四十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

這兩個過程是相反的，吸附和解吸的結(jié)果，使土壤溶液中的離子和土壤膠體上的離子相互換位，這個過程叫離子交換。

第四十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

所有的陽離子都可以相互交換，稱為陽離子交換作用，可用下面的方程式說明：第四十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日一、陽離子交換作用的特點(diǎn)（一）陽離子交換是可逆的

被代換下來的陽離子，可以重新回到膠體上去，而吸附的陽離子也可以再回到土壤溶液中去。

第四十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

在一定條件下，一種陽離子在土壤膠體和土壤溶液中的比例不變，但在土壤膠體上和土壤溶液中的離子并不是同一批離子，而是在不斷地輪換。

第四十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

陽離子交換作用的可逆性在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是很有意義的。當(dāng)植物根系吸收了陽離子養(yǎng)料，土壤溶液中該離子濃度降低時，膠體上的陽離子可以進(jìn)入溶液補(bǔ)充；施肥時，溶液中離子濃度過高，又可向膠體轉(zhuǎn)移，儲存在膠體上。

第四十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(二)陽離子交換是等當(dāng)量進(jìn)行的陽離子交換是有數(shù)量關(guān)系的，即依離子價為根據(jù)的等當(dāng)量交換，如1個Ca+2可以交換2個K+，1個Fe+3則可交換3個K+。

第四十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(三)服從質(zhì)量作用定律離子價較低，交換能力較弱的陽離子，如果提高了它的濃度，也可以交換離子價較高，吸附能力較強(qiáng)的陽離子。這對土壤的保肥供肥性有重要意義。第四十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日F=1·ec·eaQrc2二、影響陽離子交換能力的因素(一)陽離子本身的性質(zhì)1、電荷量的影響離子吸附是固相表面與離子之間的靜電作用造成的，固相表面與離子之間的引力為：第四十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日F—相互吸引力；Q—介電常數(shù)；ec—陽離子電荷量；ea—負(fù)電荷膠粒電荷量；rc—陽離子水化后的有效半徑。第五十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

根據(jù)上式可知，帶電荷量越高的離子，被土壤膠體吸附的能力越強(qiáng)：Fe+3>Al+3>H+>Ca+2>Mg+2>NH4+>K+>Na+第五十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

H+是土壤溶液中最容易產(chǎn)生的離子，而其代換力又強(qiáng)，僅次于三價離子，在水分充足，排水良好的土壤上，常導(dǎo)致土壤變酸。第五十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日2、離子的半徑同價的離子，交換能力的大小則由其離子半徑和水化程度決定。在電價相同時，離子半徑越大，代換能力也越大。

第五十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

因?yàn)榘霃酱蟮碾x子，其表面上單位面積的電荷量小，對水分子的引力小，水化度低，水膜較薄，和膠粒間的吸附力也就越大。第五十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日表3－2離子半徑(nm)與吸附力

離子種類Li+Na+K+NH+4Rb+

離子真實(shí)半徑

0.0780.0980.1330.1430.149

離子水合半徑

1.0080.7900.5370.5320.509弱

強(qiáng)離子交換能力第五十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日3、離子大小的適應(yīng)性(幾何效應(yīng))離子大小是否適應(yīng)交換點(diǎn)，能夠影響離子吸附的牢固程度。如果一個離子大小正好適合固相表面的一個交換點(diǎn)，就會被牢固地吸附，反之，則吸附不牢。第五十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

如鉀離子的直徑為0.27nm，很適合于填入層狀粘土礦物中硅氧片的孔穴中，因而可被很牢固地吸附著。第五十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日4、多價離子的水解與聚合有的多價陽離子并不以單個游離狀態(tài)存在，而是發(fā)生水解和聚合作用，使該陽離子的吸附情況復(fù)雜化,如鋁就是這種情況。第五十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日水解：AlCl3+2H2O→Al(OH)2++2HCl生成的Al(OH)2+可被吸附在固相表面。第五十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

鋁離子可隨土壤溶液濃度，pH值的不同和溫度的變化，形成其他不同的水解產(chǎn)物，如：Al(OH)++、Al2(OH)5+、［Al(H2O)6］+++、［Al(H2O)3OH］++等。第六十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日聚合：在pH4～7時，這些產(chǎn)物可進(jìn)一步聚合成環(huán)狀或鏈狀聚合體，這些聚合體直徑較大，電荷較多，能被牢固地吸附在固相表面。第六十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(二)土壤膠體礦物組成的影響粘土礦物的種類不同，其電荷密度不同，因而吸附陽離子的強(qiáng)度也不同。第六十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日(三)溫度溫度升高，離子反應(yīng)加快，因?yàn)闇囟壬唠x子熱運(yùn)動變得劇烈，導(dǎo)致在單位時間內(nèi)碰撞固相表面次數(shù)增多，增加離子之間相互交換的機(jī)率，縮短達(dá)到平衡所需要的時間。

第六十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

溫度升高的另一個效應(yīng)，是可以降低土壤對離子的吸附強(qiáng)度，因?yàn)闇囟壬撸黾恿穗x子的動能。第六十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

如果吸附過程為放熱反應(yīng)，由于溫度升高，將導(dǎo)致吸附量減小，所以，從熱力學(xué)角度看，溫度對某一種離子吸附的影響，決定于吸附熱和解吸熱的代數(shù)和。

第六十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日三、陽離子交換量(CationExchangeCapacity，CEC）土壤膠體上吸附的全部交換性陽離子的數(shù)量，叫作陽離子交換量，或陽離子代換量、吸收容量。用m·e/100g土，或cmol(+)·kg-1土表示。第六十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤陽離子交換量大小，基本上可以反映出土壤保肥力和土壤緩沖性的強(qiáng)弱：

<10cmol(+)·kg-1土，保肥力弱；

10～20cmol(+)·kg-1土，保肥力中等；>20cmol(+)·kg-1土，保肥力強(qiáng)。第六十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

（一）陽離子代換量的測定方法常用KCl、BaCl2或NH4Cl溶液處理土壤，使吸附在土壤膠體上的陽離子被K+、Ba++或NH4+交換，然后測定消耗掉的K+、Ba++或NH4+的數(shù)量，即可求出土壤陽離子交換量。

在pH=7的條件下測定。第六十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日（二）影響土壤陽離子交換量的因素1、土壤質(zhì)地砂土為1～5cmol(+)·kg-1

，砂壤土為7～8cmol(+)·kg-1

，壤土7～18cmol(+)·kg-1，粘土可達(dá)25～30cmol(+)·kg-1。第六十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日2、有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)膠體的代換量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無機(jī)膠體，腐殖質(zhì)陽離子代換量可高達(dá)200～500cmol(+)·kg-1，因此，通過施有機(jī)肥，增加土壤腐殖質(zhì)含量，對提高土壤的保肥能力具有重要意義。第七十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日3、無機(jī)膠體的化學(xué)組成

表3-3各種無機(jī)膠體的陽離子代換量

土壤膠體類型

CEC（cmol(+)·kg-1

）蛭石蒙脫石伊利石高嶺石倍半氧化物100-15080-12010-403-152-4第七十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日4、介質(zhì)pH的影響（1）影響粘土礦物的可變電荷

pH增高，土壤負(fù)電荷增加，而正電荷減少，吸附陽離子多；

pH下降，H+濃度增高，負(fù)電荷減少，結(jié)果相反。

第七十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日（2）影響陽離子在土壤溶液中的形態(tài)當(dāng)pH=10時，Mg2+呈Mg(OH)+的形態(tài)。由于價態(tài)改變，Mg2+可像一價離子那樣交換。

第七十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

鋁離子可與OH-形成Al(OH)2+和Al(OH)++，在一般情況下，Al(OH)2+的吸附能力比其它一價陽離子大；而Al(OH)++吸附能力比其它二價陽離子大，使得離子吸附的情況復(fù)雜化。第七十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

100%四、土壤的鹽基飽和度(BaseSaturationPercentage)

土壤吸附性陽離子可分為兩類，一類為致酸陽離子，包括H+和Al+3，另一類為非致酸離子，稱為鹽基離子。第七十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)鹽基飽和度，可把土壤分為兩大類：1、鹽基飽和土壤土壤膠體上所吸附的陽離子都是鹽基離子時，稱為鹽基飽和土壤。

第七十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

在這類土壤中，如果吸附的Ca2+和Mg2+占優(yōu)勢，土壤呈中性或微堿性，如果Na+占比例較大時，呈堿性。第七十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日2、鹽基不飽和土壤土壤膠體上吸附的陽離子中包括有H+和Al3+時，叫做鹽基不飽和土壤。這樣的土壤呈現(xiàn)不同程度的酸性。第七十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

鹽基飽和度主要取決于氣候條件，在北半球，大致以北緯35°為界。北緯35°以南，大部分為鹽基不飽和土壤；北緯35°以北，土壤一般飽和度較高。第七十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日例題：某土壤含Ca2+15.10m·e/100g土，Mg2+

5.30m.e/100g土,K+2.00m·e/100g土,Al3+

0.3m.e/100g土,H+0.15m·e/100g土，計(jì)算：

1）陽離子代換量；

2）鹽基飽和度。第八十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日解：1）陽離子代換量15.10+5.30+2.00+0.30+0.15=22.85（m·e/100g土）2）鹽基飽和度（15.10+5.30+2.00）/22.85=98.03%第八十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)交換性陽離子的有效度

第八十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤中的交換性陽離子，一般對高等植物和微生物都是有效的，也就是可被吸收利用的。植物吸收陽離子的途徑有兩條：

1）從土壤溶液中吸收；

2）從膠體上吸收，但以第一條途徑為主。

第八十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

因此，交換性陽離子對植物的有效性，在很大程度上，取決于它們從膠體上解吸或被交換下來的程度。影響交換性陽離子有效度的因素，有以下幾個方面。第八十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日一、交換性陽離子的飽和度一種陽離子占陽離子代換量的百分?jǐn)?shù)，叫作該離子的飽和度。土壤中吸附的各種鹽基離子對植物的有效性，與這種離子的吸附總量有關(guān)，更重要的是和它的飽和度有關(guān)。第八十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤A土壤BCa2+6m·e/100g6m·e/100gCEC8m·e/100g30m·e/100gCa2+

飽和度75%20%Ca2+有效性高低第八十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

為了更好地發(fā)揮肥料的效果，應(yīng)該采取集中施肥的方法，而不應(yīng)該撒施，因?yàn)榧惺┓士商岣叻柿想x子的飽和度。各種離子都有最低飽和度，低于這個飽和度，有效性降低。第八十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

同樣數(shù)量的肥料，施在沙土上有效性高，因?yàn)樵谏惩辽巷柡投仍黾拥目?。因此，沙質(zhì)土壤施肥要堅(jiān)持少施、勤施的原則，一次施肥不要太多。第八十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日二、土壤中的陪補(bǔ)離子效應(yīng)

土壤膠體上，總是同時吸附著多種離子，對其中一種離子來說，其余的各種離子都是它的陪補(bǔ)離子。在其他條件相同時，陪補(bǔ)離子的種類對代換性陽離子的有效度有直接的影響。

第八十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

一般說來，陪補(bǔ)離子與土壤膠體吸附力越大，越能提高代換性陽離子的有效度。第九十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日幾種陪補(bǔ)離子對代換性鈣有效度的影響陽離子組成幼苗含鈣量（mg/pot）60%Ca2++40%H+8.5960%Ca2++40%Mg2+8.0860%Ca2++40%K+6.4060%Ca2++40%Na+5.21第九十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日三、鹽基離子進(jìn)入膠體的順序先用Ca2+飽和土壤，再以K+代換一部分Ca2+

；再用K+飽和土壤，然后以Ca2+代換一部分K+。兩份樣品的K+飽和度相同，作為陪補(bǔ)離子的Ca2+也相同。

第九十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

前一種方法制備的樣品，K+有效度高，因?yàn)镵+大部分吸附在外層，吸附的牢固程度差。第九十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日四、粘土礦物類型層狀鋁硅酸鹽類粘土礦物的晶體構(gòu)造，對陽離子交換有一定的影響。在鹽基飽和度相同情況下，蒙脫石吸附的鈣比高嶺石牢固得多，因?yàn)槊擅撌降拟}在晶層之間，而高嶺石在晶層表面。

第九十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

鋁硅酸鹽粘土礦物晶體的表面，具有由六個硅氧四面體聯(lián)成的網(wǎng)穴，穴徑約為0.27nm，其大小等于鉀離子的直徑。吸附于晶格表面的K+，當(dāng)晶格脫水時，就會受到擠壓，使它們陷入網(wǎng)穴中，變成固定態(tài)鉀，降低了對植物的有效性。

第九十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

銨離子的直徑為0.28nm，有時也能進(jìn)入網(wǎng)穴內(nèi)被固定。第九十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

五、交換性離子的活度效應(yīng)

土壤膠體吸附的離子以及存在于土壤溶液中的離子總量，固然可以反映土壤養(yǎng)分狀況，但是并不能完全反映植物根系的離子環(huán)境，因?yàn)槟z體吸附的離子不能完全解離。因此，離子活度比離子的濃度更有意義。第九十七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

為了說明代換性離子的活度效應(yīng)，我們可把帶有負(fù)電荷的土壤膠體看作是一種巨型陰離子，這樣，它和所吸附的陽離子就成為一種膠體電解質(zhì)。第九十八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

作為電解質(zhì)，它就有解離度，解離出來的離子就成為活性離子，和未解離出來的離子處于平衡，代換性離子的活度，就是指實(shí)際解離出來的活性離子的數(shù)量。第九十九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

若某種離子在土壤膠體體系中的總濃度為C，當(dāng)達(dá)到平衡時，解離出來的活性離子數(shù)量以活度a表示，兩者之間的關(guān)系可用下式表示：

a=f·c或f=a/c

第一百頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

式中：f稱為代換離子的活度系數(shù)，當(dāng)膠體電解質(zhì)全部解離時，則活度a近于濃度c，活度系數(shù)達(dá)到最大，近于1；相反，如不能解離，則f達(dá)到最小值，接近于零。第一百零一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

在一定的離子濃度下，代換性離子的活度系數(shù)表明它在平衡體系中活動的難易，同時也表明它被植物吸收的難易程度，因此，它可以作為養(yǎng)分有效度的指標(biāo)。第一百零二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

代換性離子活度的大小，由離子和膠體之間的吸力大小而定，這種吸力可以用物理化學(xué)中的自由能來衡量，稱為吸附結(jié)合能。因此，代換性離子活度效應(yīng)是一種能量概念。

不同種類的代換性離子活度不同，一價離子一般比二價離子的活度大。第一百零三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

代換性離子的活度系數(shù)，隨著飽和度的高低而變化。一般的趨勢是：某一代換性離子的飽和度越高，它的活度系數(shù)就越大，養(yǎng)分有效性越高。第一百零四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)土壤中的陰離子吸附

(anionabsorption)

第一百零五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤膠體一般是帶負(fù)電的，但是在某些情況下，或膠體的某些部分，也可以帶正電，因此，同樣可以產(chǎn)生陰離子吸附，有些也屬可逆反應(yīng)，能很快達(dá)到平衡。

第一百零六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

土壤中陰離子代換吸收常常某些伴隨著化學(xué)沉淀反應(yīng)，因而呈現(xiàn)復(fù)雜的情況。第一百零七頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日一、陰離子的吸附能力1、容易被土壤吸附的陰離子最主要的是各種磷酸根離子(H2PO4-、HPO42-、PO43-)，其次是硅酸根（HSiO-3、SiO3=）及若干有機(jī)酸根，如C2O42-。第一百零八頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日2、吸附作用很弱的離子典型的是Cl-、NO3-和NO2-，這類離子基本上不被土壤膠體所吸附。第一百零九頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日3、中間類型的離子如硫酸根、碳酸根，介于以上兩者之間。第一百一十頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日二、陰離子的負(fù)吸附(negativeadsorptionofanion)

陰離子的負(fù)吸附，指的是距帶負(fù)電的膠體表面越近，陰離子的數(shù)量越少的現(xiàn)象。因?yàn)橥寥滥z體上帶負(fù)電荷，故陰離子的負(fù)吸附是必然存在的，但由于某些土壤總是帶有一定量的正電荷，因而抵銷了這種效應(yīng)。第一百一十一頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

一般負(fù)吸附作用隨陰離子的價數(shù)的增加而加強(qiáng)，這和陽離子的吸附正相反，而機(jī)理卻是一樣的。

第一百一十二頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

當(dāng)陽離子都為Na+時，陰離子的負(fù)吸附順序?yàn)椋?/p>

Cl-

=NO3-<SO42-<Fe(CN)63-。這表明，陰離子價數(shù)越高，負(fù)吸附越明顯。

第一百一十三頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

不同膠體影響的順序?yàn)椋好擅撌?gt;伊利石>高嶺石即陽離子代換量高的，陰離子負(fù)吸附現(xiàn)象明顯。第一百一十四頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日第五節(jié)土壤的其他吸收性能

第一百一十五頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日

除了離子代換吸收作用外，土壤中還存在一些其他的吸收機(jī)制，這些吸收機(jī)制對土壤保肥供肥能力也有重要作用。第一百一十六頁，共一百三十頁，編輯于2023年，星期日一、土壤的機(jī)