七土壤化學(xué)性質(zhì)

七土壤化學(xué)性質(zhì)第一節(jié)土壤膠體一、土壤膠體的概念

土壤中的固相、液相和氣相呈互相分散的膠體狀態(tài)，其固體顆粒直徑小1μm，土壤膠體常指這些固相顆粒。即土壤學(xué)中所指的土壤膠體是指土壤顆粒直徑小于2μm或者小于1μm的土壤微粒。二、土壤膠體的種類（一）礦質(zhì)膠體礦質(zhì)膠體指土壤礦物中的細(xì)分散顆粒，比表面大，并帶電荷，具有膠體特性。主要為極細(xì)微的粘土礦物，包括成分簡(jiǎn)單的含水氧化物和成分復(fù)雜的各種次生層狀鋁硅酸鹽類等。1．含水氧化物主要包括水化程度不等的鐵、鋁、硅的氧化物。（1）含水氧化硅是一種非晶質(zhì)的凝膠，其化學(xué)式為SiO2·nH2O或?qū)懗蒆2SIO3。（2）含水氧化鐵主要有:褐鐵礦2Fe2O3·3H2O針鐵礦Fe2O3·H2O多水針鐵礦3FeO3·4H2O一水赤鐵3Fe2O3·H2O等。（3）含水氧化鋁主要有水鋁石Ai2O3·H2O和三水鋁石Al2O3·3H2O等，也是兩性膠體，其電性決定于溶液的酸堿性。（4）粘土礦物膠體土壤中最主要的粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石，還有蛭石、綠泥石、水鋁英石等。表7－13種主要類型硅酸鹽粘粒性質(zhì)比較3～1515～4080～100陽(yáng)離子交換量（cmol/kg）低中等高膨脹度低中等高內(nèi)聚力，可塑性無中等很大內(nèi)表面小中等大外表面5～20100～120700～800比表面（m2/g）六方型晶體不規(guī)則片狀不規(guī)則片狀形狀0.l～5.00.l～2.90.01～1.0大小（nm）高嶺石伊利石蒙脫石粘粒類型性質(zhì)①高嶺石化學(xué)式為Al2Si3O5（OH）4或Al2O3·2SiO2·2H2O，是礦物強(qiáng)烈風(fēng)化作用下的產(chǎn)物②伊利石（水化云母）是云母分解向蛭石和蒙脫石過渡的中間產(chǎn)物。是干旱、半干旱地區(qū)土壤中的主要粘土礦物。③蒙脫石是由基性火成巖在微堿性環(huán)境下風(fēng)化而成的。上述3種主要粘土礦物的共同特性是：顆粒細(xì)小，呈片狀，有巨大的表面積。

土壤有機(jī)膠體指土壤中腐殖質(zhì)、多糖等高分子化合物的細(xì)分散狀態(tài)，具膠體特性。有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)。（二）有機(jī)膠體（三）有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體

土壤中有機(jī)膠體和礦質(zhì)膠體一般很少單獨(dú)存在。有機(jī)膠體與礦質(zhì)膠體通過表面分子縮合、陽(yáng)離子橋接及氫鍵合等作用連結(jié)在一起的復(fù)合體，稱有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體。因復(fù)合體具有高度的吸收性能故又稱為吸收性復(fù)合體。三、土壤膠體的構(gòu)造1．微粒核（膠核）微粒核是土壤膠體微粒的核心部分，它是由組成膠體微粒的基本物質(zhì)的分子群所組成。2．?dāng)U散雙電層擴(kuò)散雙電層是膠體表面電荷吸引反號(hào)電荷離子，在固相界面正負(fù)電荷分別排成兩層，在電解質(zhì)溶液中部分反號(hào)離子呈擴(kuò)散狀態(tài)分布。擴(kuò)散雙電層分以下兩層。（1）決定電位離子層是吸附在膠粒核表面，決定膠粒電荷正負(fù)及大小的一層離子。（2）補(bǔ)償離子層分為兩個(gè)層次。一、非活性補(bǔ)償離子層。二、擴(kuò)散層。

在物體的表面，由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力就不均衡，使表面分子對(duì)外表現(xiàn)有剩余能量，這種能量是由于表面的存在而產(chǎn)生，所以叫做表面能。

四、土壤膠體的性質(zhì)（一）巨大的表面能（二）帶電性

土壤膠體微粒都帶有一定的電荷，在多數(shù)情況下帶負(fù)電荷，但也有帶正電荷的，還有因環(huán)境條件不同而帶不同電荷的兩性膠體。土壤膠體微粒帶電的主要原因是由于微粒表面分子本身的解離所致。－COOH－COO－＋H＋◎－OH◎－O－＋H＋由于腐殖質(zhì)分子量大、官能團(tuán)多，解離后帶電量大，對(duì)土壤保肥供肥性有重要影響。1.含水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO3SiO32－＋2H＋（1）同晶置換作用粘土礦物晶質(zhì)中的一種離子被另一種離子取代的過程。在這個(gè)過程中，只改變了礦物質(zhì)的化學(xué)成分，而礦物的結(jié)晶構(gòu)造不變，故叫做同晶置換作用。3．粘土礦物膠體帶電土壤中粘土礦物膠體一般都帶負(fù)電荷，其電荷來源有以下幾個(gè)方面。（2）晶格破碎邊緣帶電礦物質(zhì)風(fēng)化破碎過程中，晶格邊緣離子一部分電荷未被中和而產(chǎn)生剩余電荷，使晶體邊緣帶電。（3）晶格表面OH基解離當(dāng)土壤溶液PH值變化時(shí)，晶格表面的OH基發(fā)生解離。表面既帶負(fù)電荷，亦帶正電荷的土壤膠體稱兩性膠體隨溶液土壤反應(yīng)的變化而變化．4．兩性膠體帶電以Al（OH）3為例說明如下：在堿性環(huán)境中帶負(fù)電：Al（OH）3＋NaOH—Al（OH）2O－＋Na＋＋H2OAl（OH）3＋HClAl（OH）2＋＋Cl－＋H2O在酸性環(huán)境中帶正電：（三）土壤膠體的分散性和凝聚性膠體微粒均勻分散在土壤溶液中成為膠體溶液狀態(tài)，稱為溶膠。1．土壤膠體溶液（溶膠）2．土壤中無定形的凝膠體（凝膠）微粒彼此相互聯(lián)結(jié)凝聚在一起，呈無定型絮狀凝膠體，稱凝膠。3．分散和凝聚作用由溶膠聯(lián)結(jié)凝聚成凝膠的作用，叫做膠體的凝聚作用。凝聚的速度和強(qiáng)度與兩個(gè)因素有關(guān)：一是電解質(zhì)濃度；二是電解質(zhì)種類。一般地，離子的價(jià)數(shù)越高，離子半徑越大，所產(chǎn)生的凝聚能力越強(qiáng)。常見陽(yáng)離子凝聚力的排列順序是：

Fe3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋凝膠分散成溶膠的作用，叫做膠體的分散作用。膠體的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。當(dāng)土壤干燥時(shí)，土壤溶液中的電解質(zhì)濃度相應(yīng)增大，土壤膠體易成凝膠狀態(tài)。相反，當(dāng)土壤水分增多土壤溶液濃度相應(yīng)降低，土壤膠體便會(huì)帶有多余的負(fù)電荷，互相排斥而成溶膠狀態(tài)。

一般土壤膠體處于凝膠狀態(tài)。只有當(dāng)漬水過多，或膠體吸附的陽(yáng)離子主要是NH4＋、Na＋，而且又處于稀溶液中，土壤膠體才呈溶膠狀態(tài)。第二節(jié)土壤膠體的交換作用土壤膠體的交換作用是指土壤膠體微粒擴(kuò)散層中的離子與土壤溶液中的離子相互交換過程?？煞譃殛?yáng)離子交換作用和陰離子交換作用兩種。一、土壤的陽(yáng)離于交換作用（一）陽(yáng)離子交換作用的過程是指酸膠體表面所吸附的陽(yáng)離子與土壤溶液中的陽(yáng)離子相互交換的過程。可用下式來表示：土壤Mg2＋＋10NH4＋

膠粒Al3＋

K＋

土壤

10NH4＋

＋Ca2＋、Mg2＋、Al3＋、K＋、2H＋

膠粒1.可逆反應(yīng)，迅速平衡陽(yáng)離子交換是一種可逆反應(yīng)。由于反應(yīng)只是在膠粒表面進(jìn)行，所以會(huì)很快達(dá)到平衡。（二）土壤陽(yáng)離子交換作用的特點(diǎn)交換（三）影響陽(yáng)離子交換作用的因素1．離子交換能力一種陽(yáng)離子將他種陽(yáng)離子從膠粒上交換下來的能力叫做該種陽(yáng)離子的交換能力。土壤中常見的離子交換能力排列順序是：Fe3＋＞Al3＋＞H＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋凡運(yùn)動(dòng)速度快的其交換能力也大。H＋半徑小，但水化很弱，水膜薄，運(yùn)動(dòng)速度快，因此它在交換能力上具有特殊位置。10－1.0001H＋

210.001.0640.082Ca2＋

313.300.7824.232Mg2＋

45.321.3339.101K＋

55.371.4318.011NH4＋

67.900.9323.001Na＋

水化未水化交換力順序離子半徑（A）原子量?jī)r(jià)數(shù)離子表4－2離子半徑及水化程度與交換力的美系

2．陽(yáng)離子的相對(duì)濃度及交換生成物的性質(zhì)

土壤土壤K＋膠粒Ca2＋＋K2SO4膠粒K＋＋CaSO4（四）土壤的陽(yáng)離子交換量和鹽基飽和度

（1）膠體數(shù)量一般是膠體物質(zhì)越多，陽(yáng)離子交換量越大；膠體粒子越少交換量越?。煌寥蕾|(zhì)地愈細(xì)，礦質(zhì)膠體數(shù)量愈多，交換量也愈高。1．土壤的陽(yáng)離子交換量

指每千克土壤或膠體吸附或代換周圍溶液中陽(yáng)離子的厘摩爾數(shù)，單位為cmol／1000g土。表7－3

不同質(zhì)地土壤的陽(yáng)離子交換量

土壤砂土砂壤土壤土黏土陽(yáng)離子交換量1～57～815～1825～30

單位：cmol／1000g土（2）膠體種類有機(jī)膠體交換量最大；礦質(zhì)膠體中交換量大小是：蒙脫石＞高嶺石。（3）電荷數(shù)量一般來說，隨土壤堿度增加(pH值增高)解離度增高，帶電量多，反之，隨土壤酸度增加(pH值降低)解離度降低，帶電量減少。我國(guó)土壤陽(yáng)離子交換量，由南向北，由西向東有逐漸增多的趨勢(shì)。陽(yáng)離子可分為兩大類：即鹽基離子（Ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、NH4＋等）和H＋與Al3＋。陽(yáng)離子的代換量是這兩類離子被吸收的總量。所謂鹽基飽和度，就是土壤吸附的交換性鹽基離子占交換性陽(yáng)離子總量的百分?jǐn)?shù)。

交換性鹽基離子總量（cmol／1000g土）陽(yáng)離子交換量（cmol／1000g土）鹽基飽和度（％）=

鹽基飽和度的大小常與雨量、母質(zhì)、植被等自然條件有密切關(guān)系。一般干旱地區(qū)的土壤鹽基飽和度大，多雨地區(qū)則小。

二、土壤陰離子交換作用

被膠粒表面正電荷吸附的陰離子與溶液中陰離子的交換，稱為陰離子交換。根據(jù)土壤膠體對(duì)陰離子的吸收力不同，可分為3種類型：（1）易被土壤膠體吸附的陰離子如H2PO4－、HPO42－、PO43－、HSiO3－、SiO32－及某些有機(jī)酸根。（2）很少被吸附甚至不能被吸收的陰離子，如NO3－、NO22－、Cl－等。（3）介于上述兩者之間的陰離子，如SO42－、CO32－、HCO3－以及某些有機(jī)酸根陰離子吸附的相對(duì)順序?yàn)椋篜O43－＞SiO32－＞CO32－＞SO42－＞Cl—＞NO3－第三節(jié)土壤反應(yīng)土壤反應(yīng)是氣候、植被及成土母質(zhì)共同作用的結(jié)果

一、土壤反應(yīng)的概念土壤反應(yīng)是土壤酸性或堿性的程度，常以pH值表示。

根據(jù)我國(guó)土壤反應(yīng)的實(shí)際差異情況及其與肥力的關(guān)系，可把土壤反應(yīng)分為下列7級(jí)：強(qiáng)酸性酸性微酸性中性微堿性堿性強(qiáng)堿性pH值＜4.5pH值4.5～5.5pH值5.5～6.5pH值6.5～7.5pH值7.5～8.5pH值8.5～9.5pH值＞9．5二、土壤酸度（一）土壤溶液中氫離子的來源土壤的酸度是指土壤酸性的程度，通常以pH表示。它是土壤溶液中H＋濃度的表現(xiàn)，H＋濃度愈大，土壤酸性愈強(qiáng)。1．動(dòng)植物呼吸作用排出的CO2溶解于水形成的碳酸解離產(chǎn)生的H＋。2．微生物分解作用產(chǎn)生的有機(jī)酸、無機(jī)酸解離產(chǎn)生的H＋。3．土壤溶液中活性鋁的作用。

4.吸附性H＋和Al3＋的作用。土壤中H＋的來源有：（二）土壤酸度類型

1．活性酸度

活性酸度是指土壤溶液中的氫離子濃度導(dǎo)致的土壤酸度，通常用pH值來表示。

2．潛性酸度是指土壤中交換性氫離子、鋁離子、羥基鋁離子被交換進(jìn)入溶液后引起的酸度，以cmol/kg表示。

（1）交換性酸度土壤中通過陽(yáng)離子交換反應(yīng)進(jìn)入溶液的氫離子濃度稱交換性酸度。（2）鹽置換性酸度指土壤中可為中性鹽置換進(jìn)入溶液的氫、鋁離子數(shù)量。（3）水解性酸度指土壤中可為堿性緩沖鹽解離的氫離子濃度。（三）活性酸與潛性酸的關(guān)系土壤活性酸是土壤酸度的根本起點(diǎn)，沒有活性酸就沒有潛性酸；潛性酸決定著土壤的總酸度（以強(qiáng)堿滴定的土壤酸度）?；钚运崤c潛性酸是土壤膠體交換體系中兩種不同的形式，可以互相轉(zhuǎn)化。由碳酸鹽和重碳酸鹽導(dǎo)致土壤堿性的程度稱土壤堿度。主要決定于土壤中碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈣以及交換性Na＋的含量。

三、土壤堿度四、土壤酸堿性對(duì)土壤肥力的影響（一）土壤酸堿性對(duì)土壤養(yǎng)分有效性的影響（二）指標(biāo)植物土壤的酸堿反應(yīng)，雖然可用化學(xué)方法