《土壤膠體與土壤保肥供肥性一節(jié)-新》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《土壤膠體與土壤保肥供肥性一節(jié)-新（105頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 1、本章基本原理是理解土壤吸收保肥性的基礎(chǔ)2、重點(diǎn)掌握土壤膠體的構(gòu)造、性質(zhì)對(duì)土壤理化 性質(zhì)全面深刻的影響3、重點(diǎn)掌握不同吸收保肥類(lèi)型的含義和特點(diǎn)4、掌握土壤養(yǎng)分的特點(diǎn)及與土壤供肥性的關(guān)系教 學(xué) 目 標(biāo) 第 一 節(jié) 土 壤 膠 體 及 其 性 質(zhì) 第 二 節(jié) 土 壤 膠 體 的 吸 收 保 肥 性 第 三 節(jié) 土 壤 養(yǎng) 分 狀 況 第 四 節(jié) 土 壤 的 供 肥 性 第六章 土壤膠體與土壤保肥供肥性 第 一 節(jié) 土 壤 膠 體 及 其 基 本 特 性 一 、 土 壤 膠 體 的 概 念 及 種 類(lèi) 二 、 土 壤 膠 體 的 基 本 構(gòu) 造 三 、 土 壤 膠 體 的 特 性 四 、 層 狀

2、 鋁 硅 酸 鹽 礦 物 的 結(jié) 晶 構(gòu) 造 和 特 性 一 、 土 壤 膠 體 的 概 念 及 種 類(lèi)（ 一 ） 土 壤 膠 體 的 概 念 在 土 壤 中 ， 直 徑 小 于2微 米 （ 或1微 米 ） 的 固體 土 粒 為 土 壤 膠 體 。 土 壤 膠 體 是 土 壤 中 最 細(xì) 小 、 最 活 躍 、 高 度 分散 的 部 分 ， 它 的 組 成 和 性 質(zhì) 對(duì) 土 壤 結(jié) 構(gòu) ， 酸 堿 性 、吸 附 性 等 理 化 性 狀 及 保 肥 供 肥 性 均 有 很 大 影 響 。第 一 節(jié) 土 壤 膠 體 及 其 性 質(zhì) 1、 無(wú) 機(jī) 膠 體 （ 礦 質(zhì) 膠 體 ） 主 要 包 括 成

3、 分 簡(jiǎn) 單 的 硅 、 鐵 、 鋁 的 含 水 氧 化 物 和成分 復(fù) 雜 的 各 種 類(lèi) 型 的 層 狀 硅 酸 鹽 （ 主 要 是 鋁 硅 酸 鹽 ）礦 物 。 統(tǒng) 稱(chēng) 為 土 壤 粘 粒 礦 物 或 粘 土 礦 物 。 無(wú) 機(jī) 膠 體 在 土 壤 中 所 占 比 例 最 大 ， 它 的 組 成 和 數(shù)量對(duì) 土 壤 的 理 化 性 質(zhì) 影 響 較 大 。 （ 二 ） 土 壤 膠 體 種 類(lèi) 土 壤 膠 體 按 其 成 分 和 來(lái) 源 可 分 為 無(wú) 機(jī) 膠 體 、 有 機(jī)膠 體 和 有 機(jī) 無(wú) 機(jī) 復(fù) 合 體 。 3 有 機(jī) 無(wú) 機(jī) 復(fù) 合 體 在 農(nóng) 業(yè) 土 壤 的 耕 層 中 ， 有

4、 機(jī) 膠 體 一 般 很 少 單 獨(dú)存 在 ， 絕 大 部 分 與 無(wú) 機(jī) 膠 體 通 過(guò) 物 理 、 化 學(xué) 或 物 理化 學(xué) 的 作 用 ， 緊 密 結(jié) 合 在 一 起 形 成 有 機(jī) 無(wú) 機(jī) 復(fù) 合 體 ，這 一 復(fù) 合 體 對(duì) 土 壤 的 保 肥 供 肥 性 及 土 壤 的 孔 性 、 通透 性 、 耕 性 等 多 種 理 化 性 質(zhì) 產(chǎn) 生 重 要 影 響 。 2 有 機(jī) 膠 體 主 要 是 腐 殖 質(zhì) ， 還 有 少 量 的 木 質(zhì) 素 、 蛋 白 質(zhì) 、多 肽 、 纖 維 素 等 。 它 們 不 如 無(wú) 機(jī) 膠 體 穩(wěn) 定 ， 較 易 被 微生 物 分 解 。 （ 一 ） 微 粒

5、 核 （ 膠 核 ） 這 是 膠 體 微 粒 的 核 心 物 質(zhì) ， 主 要 由 二 氧 化 硅 、氧 化 鐵 、 鋁 、 鋁 硅 酸 鹽 、 腐 殖 質(zhì) 以 及 有 機(jī) 無(wú) 機(jī) 復(fù)合 膠 體 的 分 子 群 組 成 。 （ 二 ） 雙 電 層 結(jié) 構(gòu) 一 般 是 由 土 壤 膠 核 表 面 的 電 荷 （ 主 要 是 凈 負(fù) 電荷 ） 和 交 換 性 離 子 的 反 電 荷 （ 主 要 是 陽(yáng) 離 子 的 正電 荷 ） 所 構(gòu) 成 。 二 、 土 壤 膠 體 的 基 本 構(gòu) 造 1 決 定 電 位 離 子 層 （ 雙 電 層 內(nèi) 層 ） 這 是 微 粒 核 表 面 帶 電 荷 的 部 分 ，

6、 由 于 這 一 層帶 電 的 離 子 決 定 了 膠 粒 的 電 荷 和 電 位 ， 因 此 叫 決定 電 位 離 子 層 。 決 定 電 位 離 子 層 的 電 荷 符 號(hào) 和 數(shù) 量 是 土 壤 膠 體吸 收 代 換 性 能 的 決 定 因 素 。 2 補(bǔ) 償 離 子 層 （ 雙 電 層 外 層 ） 由 于 微 粒 核 的 表 面 帶 電 荷 ， 能 借 靜 電 引 力吸 附 土 壤 溶 液 中 相 反 電 荷 的 離 子 ， 形 成 補(bǔ) 償 離子 層 。 它 又 可 分 為 兩 部 分 ： （1） 非 活 性 的 補(bǔ) 償 離 子 層 （2） 擴(kuò) 散 層 擴(kuò) 散 層 中 的 離 子 易

7、與 土 壤 溶 液 中 同 號(hào) 電 荷 的 離 子 進(jìn) 行 交 換 。 + + + + + + NH 4+ Na+ + + + + 微 粒 間 溶 液 圖 6-1 一 般 膠 體 微 粒 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖NH 4 +- - - - - - Na+外 微 粒 核內(nèi) 膠 體 微 粒 膠 粒 膠 核 雙 電 層 決 定 電 位 離 子 （ 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 特 性 （ 一 ） 土 壤 膠 體 有 巨 大 的 比 表 面 和 表 面 能 比 表 面 ： 指 單 位 重 量 或 單 位 體 積 物 體 的 總 表 面

8、積 （cm2/g，cm2cm3） 。 即 比 表 面= 總 面 積/質(zhì) 量 。 從 上 式 可 以 看 出 ， 比 表 面 和 顆 粒 半 徑 成 反 比 ，顆 粒 愈 細(xì) ， 則 比 面 愈 大 。 表6-1 各 級(jí) 球 狀 土 粒 的 比 表 面顆 粒 名 稱(chēng) 球 體 直 徑 （ mm） 比 面 （ Cm2/g） 粗 砂 粒 1 22.6中 砂 粒 0.5 45.2細(xì) 砂 粒 0.25 90.4粗 粉 粒 0.05 452中 粉 粒 0.01 2264細(xì) 粉 粒 0.005 4528粗 粘 粒 0.001 22641細(xì) 粘 粒 0.0005 45283膠 粒 0.00005 452830

9、從 表6-1可 以 看 出 ， 砂 粒 和 粗 粉 粒 的 比面 同 粘 粒 相 比 是 很 小 的 ， 可 以 忽 略 不 計(jì) ， 因此 大 多 數(shù) 土 壤 的 比 面 主 要 決 定 于 粘 粒 部 分 。 不 同 土 壤 的 膠 體 組 成 不 同 ， 土 壤 的 比表 面 積 也 不 同 。 一 般 土 壤 中 有 機(jī) 質(zhì) 含 量 高 ，2：1型 粘 粒 礦 物 多 ， 則 比 表 面 積 大 ， 如 黑土 。 反 之 有 機(jī) 質(zhì) 含 量 低 ，1：1型 礦 物 多 ，則 比 表 面 積 就 小 ， 如 紅 壤 、 磚 紅 壤 。 （ 二 ） 土 壤 膠 體 的 凝 聚 和 分 散 作

10、 用 土 壤 膠 體 有 兩 種 不 同 的 狀 態(tài) ： 溶 膠 凝 膠 膠 體 的 凝 聚 作 用 ： 膠 體 微 粒 下 沉 ， 由 溶 膠 變 成 凝 膠 的 過(guò) 程 分 散 作 用 ： 由 凝 膠 分 散 成 溶 膠 凝 聚 作 用 溶 膠 凝 膠 分 散 作 用 電 荷 數(shù) 越 多 離 子 的 水 化 半 徑 H+的 特 殊 性 （ 單 純 的 質(zhì) 子 ， 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度 大 ， 半 徑 極 小 ） 影 響 因 素 是 陽(yáng) 離 子 種 類(lèi) 陽(yáng) 離 子 凝 聚 力 的 大 小 排 列 順 序 ： Fe3+ Al3+ Ca2+Mg2+H +NH 4+K+Na+ 單個(gè)土粒團(tuán)聚體微團(tuán)粒土粒凝

11、聚過(guò)程 圖 6-2 土 粒 凝 聚 過(guò) 程 單粒單粒單粒Ca2+腐殖質(zhì) 圖 6-3 Ca 2+凝 聚 作 用 （ 三 ） 土 壤 膠 體 的 帶 電 性 1、 土 壤 電 荷 的 種 類(lèi) 土 壤 中 所 有 膠 粒 都 帶 電 ， 一 般 有 正 負(fù) 之 分 。 據(jù) 電 荷 性 質(zhì) 和 起 源 分 為 永 久 和 可 變 電 荷 。 永 久 電 荷 起 源 于 礦 物 的 同 晶 代 換 。 電 荷 形 成 后 ，不 隨 土 壤 環(huán) 境 （ 如pH、 電 解 質(zhì) 等 ） 變 化 而 變 化 。可 變 電 荷 隨 介 質(zhì)PH的 變 化 而 變 化 的 電 荷 。 可 變 電 荷 的 產(chǎn) 生 是

12、由 于 土 壤 固 相 表 面 從 介 質(zhì) 中 吸 附離 子 或 向 介 質(zhì) 中 釋 出 離 子 所 引 起 的 。 2、 土 壤 膠 體 電 荷 的 來(lái) 源 土 壤 膠 體 電 荷 的 來(lái) 源 ： 分 子 解 離同 晶 代 換晶 格 斷 鍵 （1） 表 面 分 子 的 解 離 R-COOH RCOO-+H+ R-OH R-O-+H+ 高 嶺 石 的 等 電 點(diǎn) 為5， 當(dāng) 介 質(zhì)PH5時(shí) ， 表 面 的OH基 就 解 離 出H+， 使 其 帶 負(fù) 電 。 土 壤 中 可 變 正 負(fù) 電 荷 數(shù) 量 相 等 時(shí) 的 PH 值 稱(chēng) 為 等 電點(diǎn) ， 或 可 變 電 荷 零 點(diǎn) ， 用 PH 0表

13、 示 。 而 二 、 三 氧 化 物 （R2O3） 的 解 離 在 酸 性 條 件 下 （PHAl3+ H +Ca2+Mg2+ NH 4+K+Na 影 響 陽(yáng) 離 子 交 換 能 力 的 因 素 主 要 是 離 子 的 電 荷數(shù) 、 離 子 水 化 半 徑 及 離 子 濃 度 。 1、 根 據(jù) 庫(kù) 侖 定 律 ， 離 子 的 電 荷 價(jià) 愈 高 ， 受 膠 體電 性 的 吸 持 力 愈 大 ， 交 換 能 力 也 愈 大 。 即 三 價(jià) 陽(yáng) 離子 大 于 二 價(jià) 的 ， 二 價(jià) 的 又 大 于 一 價(jià) 的 。 2、 同 價(jià) 離 子 ， 離 子 半 徑 越 大 ， 其 水 化 程 度 越 弱 ，

14、 離子 外 圍 的 水 膜 薄 ， 因 而 同 負(fù) 電 膠 體 的 距 離 較 近 ， 相 互吸 引 力 較 大 ， 而 且 具 有 較 強(qiáng) 的 交 換 能 力 。 一 價(jià) 離 子 種 類(lèi) Li+ Na+ K+ NH + Cs+ 未 水 化 離 子 半 徑 （nm）0.060 0.095 0.133 0.143 0.148水 化 離 子 半 （nm） 1.003 0.790 0.537 0.532 0.509 離 子 在 膠 粒 上 的 吸 附 力 小大離 子 對(duì) 其 他 離 子 的 代 換 力 小大表6-2 離 子 半 徑 及 水 化 程 度 與 交 換 能 力 的 關(guān) 系 （ 三 ） 陽(yáng)

15、離 子 交 換 量 （CEC） 在 一 定PH值 （pH=7） 時(shí) ， 每 千 克 干 土 所 含 的全 部 交 換 性 陽(yáng) 離 子 的 厘 摩 爾 數(shù) ， 用cmol（M+）Kg-1來(lái) 表 示 。 主 要 影 響 因 素 有 ： 1、 膠 體 數(shù) 量 質(zhì) 地 愈 粘 重 ， 含 粘 粒 愈 多 的 土 壤 ， 其 交 換 量 愈大 。 膠 體 類(lèi) 型 不 同 交 換 量 也 有 很 大 差 異 。 有 機(jī) 膠 體 的交 換 量 最 大 ； 硅 鋁 鐵 率 愈 大 ， 交 換 量 也 愈 大 ； 2：1型 粘 粒 礦 物 交 換 量 大 于1：1型 礦 物 。 粘 粒 礦 物 的 硅 鋁 鐵

16、率 ： 粘 粒 礦 物 中SiO2的 分 子 數(shù) 與R2O3（Al2O3+Fe203）的 分 子 數(shù) 的 比 率 ， 稱(chēng) 為 硅 鋁 鐵 分 子 率 ， 簡(jiǎn) 稱(chēng) 硅 鋁 鐵率 。 2 膠 體 種 類(lèi) 和 成 分 3.土 壤PH值 同 一 土 壤 ， 陽(yáng) 離 子 交 換 量 隨 土 壤PH值 的 升 高而 增 加 ， 因 為 土 壤 的 可 變 負(fù) 電 荷 數(shù) 量 隨PH值 的 升高 而 呈 增 加 趨 勢(shì) 。 例 如 ： 某 一 土 壤 的 陽(yáng) 離 子 交 換 量 為15 cmol.Kg-1， 其 中Ca2+占80 ，Mg2+占15 ，K+占5 ， 在 土 壤 耕 層 中 所 含Ca2+、Mg

17、2+、K+的 數(shù) 量 為 ：Ca2+：15 cmol.Kg-180 12 cmol.Kg-1 土 中 含Ca2+的 克 數(shù) 為 1kg122010/1000=2.4gkg土 每 畝 耕 層 中 可 交 換 鈣 的 數(shù) 量 為 （ 耕 層 土 重 按15萬(wàn)公 斤 畝 計(jì) 算 ） ： 2.4/1000150000Kg=360公 斤 畝 同 樣 可 計(jì) 算 得K +和Mg2+的 數(shù) 量 。 據(jù) 陽(yáng) 離 子 交 換 量 ， 可 計(jì) 算 出 土 壤 膠 體 所 保 存 的 各種 陽(yáng) 離 子 的 含 量 。 （ 四 ） 土 壤 的 鹽 基 飽 和 度 土 壤 膠 體 吸 附 的 陽(yáng) 離 子 可 分 為 兩

18、 類(lèi) ： 一 類(lèi) 是 鹽基 離 子 ， 包 括Ca2+、Mg2+、NH+、K+、Na+等 ； 另一 類(lèi) 是 致 酸 離 子 ， 即Al3+ 、H+。 土 壤 中 交 換 性 鹽 基 離 子 總 量 占 陽(yáng) 離 子 交 換 量 的 百分 數(shù) 稱(chēng) 為 土 壤 的 鹽 基 飽 和 度 ， 即 ：鹽 基 飽 和 度 （ ）=交 換 性 鹽 基 離 子 總 （cmolKg-）/陽(yáng) 離 子 交 換 量 （cmolKg-） 如 土 壤 膠 體 上 吸 附 的 陽(yáng) 離 子 均 為 鹽 基 離 子 ， 這 一土 壤 稱(chēng) 為 鹽 基 飽 和 土 壤 ； 若 部 分 為 交 換 性 H +和 Al 3+ 離 子 時(shí)

19、 ， 則 稱(chēng) 為 鹽 基 不飽 和 土 壤 。 表6-3 我 國(guó) 幾 種 土 壤 的 鹽 基 不 飽 和 度 土 壤 類(lèi) 型 地 點(diǎn) PH 陽(yáng) 離 子 交 換 量 代 換 性 氫 鹽 基 不 飽（ 表 土 ） （ cmol /kg） 和 度 % 生 草 廣 西 邕 寧 4.20 13.01 10.37 73.34 灰 化 土 四 川 壁 山 4 . 87 6. 37 3. 34 61.86 紅 壤 廣 西 桂 林 5 .00 13.70 6. 61 47.93 棕 壤 安 徽 嘉 山 6.00 17.49 2.71 15.00 湖 北 孝 感 7.97 7.85 0.42 2.35 鹽 基 飽

20、 和 度 與 土 壤 的 酸 堿 性 有 密 切 關(guān) 系 。 一 般 而言 ， 鹽 基 飽 和 度 大 的 土 壤 呈 中 性 或 堿 性 ； 飽 和 度 小 的土 壤 呈 酸 性 。 （ 五 ） 交 換 性 陽(yáng) 離 子 的 有 效 度 1、 離 子 飽 和 度 2、 互 補(bǔ) 離 子 效 應(yīng) 3、 黏 土 礦 物 類(lèi) 型1、 離 子 飽 和 度 交 換 性 陽(yáng) 離 子 的 有 效 度 不 僅 與 該 離 子 在 土 壤 中 的絕 對(duì) 量 有 關(guān) ， 更 決 定 于 該 離 子 占 交 換 性 陽(yáng) 離 子 總 量之 比 ， 即 離 子 飽 和 度 。 離 子 的 飽 和 度 越 高 ， 被 交

21、換 解 吸 的 機(jī) 會(huì) 愈 多 ，有 效 度 越 大 。 表 6-4 土 壤 陽(yáng) 離 子 交 換 性 與 離 子 飽 和 度土 壤 CEC（ cmol(1)/kg) 交 換 性 鈣（ cmol(1)/kg) 飽 和 度 （ %）A 8 6 75B 30 10 33 由 表 6-4可 見(jiàn) ， 雖 然 A土 壤 的 交 換 性 鈣 含 量 低 于 B土 壤 ， 但 A土 壤 中 交 換 性 鈣 的 飽 和 度 (75 )要 遠(yuǎn) 大 于 B土 壤 (33 )。 因 此 ， 鈣 離 子 在 A土 壤 中 的 有 效 度 要 大于 其 在 B土 壤 中 的 有 效 度 。 如 果 我 們 把 同 一 種

22、 植 物 以 同 樣 的 方 法 栽 培 于 A、 B兩 種 土 壤 中 ， 顯 而 易 見(jiàn) ， B土 壤 比 A土 壤 更 需 補(bǔ) 充 鈣離 子 養(yǎng) 分 。 這 一 例 子 告 訴 我 們 ， 在 施 肥 上 ， 采 用 集 中 施 肥 的 方法 ， 可 以 增 加 養(yǎng) 分 離 子 在 土 壤 中 的 飽 和 度 ， 提 高 其 對(duì)植 物 的 有 效 度 。 2 互 補(bǔ) 離 子 效 應(yīng) 一 般 來(lái) 講 ， 土 壤 膠 體 表 面 總 是 同 時(shí) 吸 附 著 多種 交 換 性 陽(yáng) 離 子 。 對(duì) 某 一 指 定 離 子 而 言 ， 其 它 同時(shí) 存 在 的 離 子 都 認(rèn) 為 是 該 離 子

23、的 互 補(bǔ) 離 子 ， 也 稱(chēng)陪 補(bǔ) 離 子 。 假 定 某 一 土 壤 同 時(shí) 吸 附 有 H +、 Ca2+、 Mg2+和K+等 4種 離 子 ， 對(duì) H +離 子 來(lái) 講 ， Ca2+、 Mg2+和K+離 子 是 它 的 互 補(bǔ) 離 子 。 而 Ca2+ 離 子 的 互 補(bǔ) 離 子則 是 H +、 Mg2+和 K+ 離 子 。 膠 體 表 面 并 存 的 交 換 性 陽(yáng) 離 子 之 間 的 互 相 影響 就 是 離 子 的 互 補(bǔ) 效 應(yīng) 。 因 此 ， 當(dāng) 某 種 交 換 性 陽(yáng) 離 子 與 不 同 類(lèi)型 的 互 補(bǔ) 離 子 共 存 在 時(shí) ， 由 于 互 補(bǔ) 效 應(yīng) ，該 離 子 的

24、 有 效 度 也 會(huì) 不 同 。 一 般 說(shuō) 來(lái) ， 某 離 子 的 互 補(bǔ) 離 子 被 土 壤膠 體 的 吸 附 力 越 強(qiáng) ， 該 離 子 的 有 效 度 越 高 。這 實(shí) 際 上 是 一 個(gè) 競(jìng) 爭(zhēng) 吸 附 的 問(wèn) 題 。Fe3+ Al3+ H+Ca2+Mg2+ NH 4+K+Na + 土 壤 交 換 性 陽(yáng) 離 子 小 麥 幼 苗 干 重 （ g） 小 麥 幼 苗 吸鈣 量 (mg)A 40%Ca+60%H 2.80 11.15B 40%Ca+60%Mg 2.79 7.83C 40%Ca+60%Na 2.34 4.36表 6-5 互 補(bǔ) 離 子 與 交 換 性 鈣 的 有 效 性 上

25、述 盆 栽 實(shí) 驗(yàn) 的 3種 土 壤 上 幼 苗 吸 鈣 量 的 順 序 是ABC， 說(shuō) 明 土 壤 中 交 換 性 鈣 的 有 效 度 順 序 也 是ABC。 主 要 原 因 是 3種 互 補(bǔ) 離 子 H +、 Mg 2+和 Na+ 與膠 體 的 吸 附 力 是 依 次 遞 減 的 ， 因 此 ， 它 們 對(duì) 提 高 鈣 離子 有 效 度 的 作 用 是 依 次 增 強(qiáng) 的 。 在 一 定 的 鹽 基 飽 和 度 范 圍 ， 蒙 脫 石 類(lèi) 礦 物 吸附 的 陽(yáng) 離 子 一 般 位 于 晶 層 之 間 ， 吸 附 比 較 牢 固 ，因 而 有 效 性 較 低 。 而 高 嶺 石 類(lèi) 礦 物

26、吸 附 的 陽(yáng) 離 子 通 常 位 于 晶 格的 外 表 面 ， 吸 附 力 較 弱 ， 因 此 有 效 性 較 高 。3 粘 土 礦 物 類(lèi) 型 不 同 類(lèi) 型 的 粘 土 礦 物 具 有 不 同 的 晶 體 構(gòu) 造 特 點(diǎn) ，因 而 吸 附 陽(yáng) 離 子 的 牢 固 程 度 也 不 同 。 產(chǎn) 生 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 土 壤 膠 體 物 質(zhì) 主 要 是 鐵 、鋁 、 錳 等 的 氧 化 物 及 其 水 合 物 。 這 些 氧 化 物 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 是 ， 一 個(gè) 或 多 個(gè) 金 屬 離子 與 氧 或 羥 基 相 結(jié) 合 ， 其 表 面 由 于 陽(yáng) 離 子 鍵 不 飽和 而

27、水 合 ， 因 而 帶 有 可 離 解 的 水 基 或 羥 基 。 過(guò) 渡金 屬 離 子 可 以 與 其 表 面 上 的 羥 基 相 作 用 ， 生 成 表面 絡(luò) 合 物 。 三 、 陽(yáng) 離 子 的 專(zhuān) 性 吸 附（ 一 ） 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 機(jī) 理（ 二 ） 影 響 專(zhuān) 性 吸 附 的 因 素（ 三 ） 專(zhuān) 性 吸 附 的 實(shí) 際 意 義 (一 )陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 機(jī) 理 處 于 周 期 表 中 的 B、 B族 和 許 多 其 它 過(guò) 渡金 屬 離 子 ， 其 原 子 核 的 電 荷 數(shù) 較 多 ， 離 子 半 徑 較小 ， 因 而 其 極 化 能 力 和 變 形

28、 能 力 較 強(qiáng) 。 其 價(jià) 電 子層 的 結(jié) 構(gòu) 為 (n1)d9nso， (n1)d10nso和 不 飽 和 d電 子 層 。 因 此 ， 它 們 一 般 都 能 與 配 體 形 成 內(nèi) 絡(luò) 合物 ， 穩(wěn) 定 性 增 加 。 同 時(shí) 由 于 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 的 這 些 特點(diǎn) ， 過(guò) 渡 金 屬 離 子 具 有 較 多 的 水 合 熱 ， 在 水 溶 液中 以 水 合 離 子 的 形 態(tài) 存 在 ， 且 較 易 水 解 成 羥 基 陽(yáng)離 子 ， M2+H 20=MOH +H +， 由 于 水 解 作 用 ， 減少 了 離 子 的 平 均 電 荷 ， 致 使 離 子 在 向 吸 附 劑 表

29、 面靠 近 時(shí) 所 需 克 服 的 能 障 降 低 ， 從 而 有 利 于 與 表 面的 相 互 作 用 。 過(guò) 渡 金 屬 元 素 的 原 子 結(jié) 構(gòu) 的 這 些 特 點(diǎn)是 導(dǎo) 致 金 屬 離 子 產(chǎn) 生 專(zhuān) 性 吸 附 ， 而 不 同 于膠 體 表 面 堿 金 屬 和 堿 土 金 屬 靜 電 吸 附 的 根本 原 因 。 產(chǎn) 生 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 土 壤 膠 體 物 質(zhì)主 要 是 鐵 、 鋁 、 錳 等 的 氧 化 物 及 其 水 合 物 。這 些 氧 化 物 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 是 ， 一 個(gè) 或 多 個(gè) 金屬 離 子 與 氧 或 羥 基 相 結(jié) 合 ， 其 表 面 由 于

30、 陽(yáng)離 子 鍵 不 飽 和 而 水 合 ， 因 而 帶 有 可 離 解 的水 基 或 羥 基 。 過(guò) 渡 金 屬 離 子 可 以 與 其 表 面上 的 羥 基 相 作 用 ， 生 成 表 面 絡(luò) 合 物 。 若 金 屬 離 子 是 以 M2+離 子 的 形 態(tài) 被 專(zhuān) 性 吸 附 ，則 形 成 單 配 位 基 表 面 絡(luò) 合 物 ： 形 成 單 配 位 基 絡(luò)合 物 時(shí) 釋 放 一 個(gè) 質(zhì) 子 ， 并 引 起 一 個(gè) 單 位 的 電 荷變 化 。 如 果 金 屬 離 子 是 以 MOH +離 子 的 形 態(tài) 被 專(zhuān) 性吸 附 ， 則 反 應(yīng) 后 有 兩 個(gè) 質(zhì) 子 的 釋 放 ， 但 表 面

31、電 荷不 發(fā) 生 變 化 。 被 土 壤 膠 體 專(zhuān) 性 吸 附 的 金 屬 離 子 均 為 非 交換 態(tài) ， 不 能 參 與 一 般 的 陽(yáng) 離 子 交 換 反 應(yīng) ， 只 能 被親 和 力 更 強(qiáng) 的 金 屬 離 子 置 換 或 部 分 置 換 ， 或 在 酸性 條 件 下 解 吸 。 (二 )影 響 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 主 要 因 素1 pH 值 從 金 屬 離 子 的 水 解 式 可 知 ， pH 的 升 高 有 利 于 金屬 離 子 的 水 解 ， 使 MOH +離 子 的 數(shù) 量 增 加 。 在 前 面已 經(jīng) 提 到 ， 羥 基 離 子 由 于 電 荷 數(shù) 量 較 少

32、， 其 向 膠體 表 面 靠 近 時(shí) 所 需 克 服 的 能 障 較 低 ， 有 利 于 因 短程 作 用 力 而 在 膠 體 表 面 被 吸 附 。 同 時(shí) ， 我 們 從 氧化 物 對(duì) 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 反 應(yīng) 式 可 看 到 ， 礦 物 吸附 金 屬 離 子 時(shí) 釋 放 質(zhì) 子 ， 因 此 ， pH 的 升 高 會(huì) 有 利于 吸 附 反 應(yīng) 的 進(jìn) 行 。 2 土 壤 膠 體 類(lèi) 型 土 壤 各 種 組 分 對(duì) 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 能 力 有 很 大 差 異 。對(duì) 各 種 土 壤 膠 體 從 0 10g ml的 銅 溶 液 中 吸 附 銅 的研 究 表 明 ，

33、不 被 氯 化 鈣 溶 液 解 吸 的 銅 的 最 大 吸 附 量 (鵬 z)次 序 為 ： 氧 化 錳 (68300)有 機(jī) 質(zhì) (11720)氧 化 鐵(8010)埃 洛 石 (810)伊 利 石 (530)蒙 脫 石 (370)高 嶺石 (120) 氧 化 物 類(lèi) 型 不 同 ， 專(zhuān) 性 吸 附 能 力 也 有 較 大 的 差 別 。如 幾 種 氧 化 物 對(duì) 鋅 離 子 吸 附 量 的 大 小 順 序 為 ： 鈉 水 錳礦 非 晶 形 氧 化 鋁 非 晶 形 氧 化 鐵 。 同 種 氧 化 物 因 結(jié) 晶 程 度 的 不 同 ， 對(duì) 陽(yáng) 離 子 的 吸 附量 也 有 差 異 。 一 般

34、 來(lái) 說(shuō) ， 非 晶 形 氧 化 物 的 比 表 面 大 ，反 應(yīng) 活 性 強(qiáng) ， 陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 量 較 高 。 反 之 ， 晶 形 較好 的 氧 化 物 吸 附 量 較 低 。 (三 )陽(yáng) 離 子 專(zhuān) 性 吸 附 的 實(shí) 際 意 義 1、 土 壤 和 沉 積 物 中 的 錳 、 鐵 、 鋁 、 硅 等 氧 化物 及 其 水 合 物 ， 對(duì) 多 種 微 量 重 金 屬 離 子 起 富 集 作 用 ， 其 中 以 氧 化 錳 和 氧 化 鐵 的 作 用 更 為 明 顯 。 例 如 ，紅 壤 和 黃 壤 的 鐵 錳 結(jié) 核 中 ， Zn、 Co、 Ni、 Ti、 Cu、V等 重 金

35、屬 元 素 都 有 富 。 其 中 Zn、 Co和 Ni的 含 量 均 與 錳 含 量 呈 正 相 關(guān) ，而 Ti、 Cu、 V和 Mo的 含 量 與 鐵 含 量 成 正 相 關(guān) 。 這 種富 集 現(xiàn) 象 是 由 于 氧 化 物 膠 體 專(zhuān) 性 吸 附 的 結(jié) 果 。 由 于專(zhuān) 性 吸 附 對(duì) 微 量 金 屬 離 子 具 有 富 集 作 用 的 特 性 ， 因此 ， 正 日 益 成 為 地 球 化 學(xué) 領(lǐng) 域 或 地 球 化 學(xué) 探 礦 、 環(huán)境 等 學(xué) 科 的 重 要 內(nèi) 容 。 2、 對(duì) 重 金 屬 離 子 的 專(zhuān) 性 吸 附 ， 起 著 控 制 土 壤 溶液 中 金 屬 離 子 濃 度

36、的 重 要 作 用 。 土 壤 溶 液 中 Zn、 Cu、 Co、 Mo等 重 金 屬 離 子 的 濃度 主 要 受 吸 附 一 解 吸 作 用 所 支 配 ， 其 中 氧 化 物 專(zhuān) 性 吸附 更 為 重 要 。 因 此 ， 專(zhuān) 性 吸 附 在 調(diào) 控 金 屬 元 素 的 生 物 有 效 性 和生 物 毒 性 方 面 起 著 重 要 作 用 。 如 在 鉛 污 染 的 土 壤 中 加入 氧 化 錳 ， 可 以 抑 制 植 物 對(duì) 鉛 的 吸 收 ， 所 以 陽(yáng) 離 子 專(zhuān)性 吸 附 的 研 究 對(duì) 植 物 營(yíng) 養(yǎng) 化 學(xué) 、 指 導(dǎo) 合 理 施 肥 等 有 著重 要 意 義 。 3、 土 壤

37、 是 重 金 屬 元 素 的 一 個(gè) 匯 。 當(dāng) 外 源 重 金 屬污 染 物 進(jìn) 入 土 壤 或 河 湖 底 泥 時(shí) ， 易 為 土 壤 中 的氧 化 物 、 水 合 氧 化 物 等 膠 體 專(zhuān) 性 吸 附 所 固 定 ，對(duì) 水 體 中 的 重 金 屬 污 染 起 到 一 定 的 凈 化 作 用 ，并 對(duì) 這 些 金 屬 離 子 從 土 壤 溶 液 向 植 物 體 內(nèi) 遷 移和 累 積 起 一 定 的 緩 沖 和 調(diào) 節(jié) 作 用 。 另 一 方 面 ， 專(zhuān) 性 吸 附 作 用 也 給 土 壤 帶 來(lái) 了潛 在 的 污 染 危 險(xiǎn) 。 因 此 ， 在 研 究 專(zhuān) 性 吸 附 的 同時(shí) ， 還

38、必 須 探 討 被 土 壤 膠 體 專(zhuān) 性 吸 附 的 金 屬 離子 的 生 物 學(xué) 解 吸 問(wèn) 題 。 第 三 節(jié) 土 壤 膠 體 對(duì) 陰 離 子 的 吸 附 交 換 土 壤 膠 體 對(duì) 陰 離 子 也 有 靜 電 吸 附 和 專(zhuān) 性 吸 附作 用 ， 但 土 壤 膠 體 多 數(shù) 是 帶 負(fù) 電 荷 的 ， 因 此 ， 在很 多 情 況 下 ， 陰 離 子 還 可 出 現(xiàn) 負(fù) 吸 附 。 雖 然 ， 從 數(shù) 量 上 講 ， 大 多 數(shù) 土 壤 對(duì) 陰 離 子 的 吸附 量 比 對(duì) 陽(yáng) 離 子 的 吸 附 量 少 ， 但 由 于 它 在 植 物 營(yíng)養(yǎng) 、 環(huán) 境 保 護(hù) 甚 至 礦 物 形 成

39、 、 演 變 等 方 面 均 有 重要 作 用 ， 因 此 它 一 直 是 土 壤 化 學(xué) 研 究 中 相 當(dāng) 活 躍的 領(lǐng) 域 。 本 節(jié) 主 要 介 紹 土 壤 膠 體 對(duì) 陰 離 子 吸 附 的基 本 概 念 和 原 理 。 (一) 土 壤 對(duì) 陰 離 子 的 靜 電 吸 附 當(dāng) 土 壤 膠 體 帶 正 電 荷 時(shí) 所 引 起 的 。 有 以 下 特 點(diǎn) ： 1、 產(chǎn) 生 靜 電 吸 附 的 陰 離 子 主 要 是Cl-、NO3-、ClO4-等 ， 發(fā) 生 在 雙 電 層 外 層 （ 擴(kuò) 散 層 ） ， 因 此 吸 持松 ， 易 于 解 吸 ， 是 可 交 換 性 的 。 在 陰 離 子

40、 中 ， 磷 酸 根 離 子 、 硅 酸 根 離 子 和 某 些 有機(jī) 酸 的 陰 離 子 等 易 被 土 壤 吸 附 ； 氯 離 子 、 硝 酸 根 離 子 、亞 硝 酸 根 離 子 很 難 被 吸 附 或 根 本 不 被 土 壤 吸 附 ； 硫 酸 根 、 碳 酸 根 等 介 于 二 者 之 間 。 2、 離 子 的 電 荷 及 其 水 合 半 徑 直 接 影 響 著 離子 與 膠 體 表 面 的 作 用 力 對(duì) 于 同 一 土 壤 ， 反 號(hào) 離 子 的 價(jià) 數(shù) 越 高 ， 吸 附 力 越強(qiáng) ； 同 價(jià) 離 子 中 ， 水 合 半 徑 較 小 的 離 子 ， 吸 附 力 較 強(qiáng) 3、 陰

41、 離 子 吸 附 與 土 壤 表 面 正 電 荷 數(shù) 及 密 度 相關(guān) 。 土 壤 中 鐵 、 鋁 、 錳 的 氧 化 物 是 產(chǎn) 生 正 電 荷 的 主 要 物質(zhì) 。 在 一 定 條 件 下 ， 高 嶺 石 結(jié) 晶 的 邊 緣 或 表 面 上 的 羥基 也 可 帶 正 電 荷 。 此 外 ， 有 機(jī) 膠 體 表 面 的 某 些 帶 正 電荷 的 基 團(tuán) 如 一 NH 2+等 也 可 靜 電 吸 附 陰 離 子 。 4、 陰 離 子 吸 附 數(shù) 量 與 土 壤pH值 有 關(guān) pH值 降 低 ， 正 電 荷 增 加 靜 電 吸 附 的 陰 離 子 增 加 。pH7時(shí) ， 即 使 是 以 高 嶺

42、石 和 鐵 、 鋁 氧 化 物 為 主 要 膠體 物 質(zhì) 的 可 變 電 荷 土 壤 ， 其 陰 離 子 的 靜 電 吸 附 量 也 相當(dāng) 低 。 (二) 陰 離 子 的 負(fù) 吸 附 電 解 質(zhì) 溶 液 加 入 土 壤 后 ， 陰 離 子 濃 度 相 對(duì)增 大 的 現(xiàn) 象 。 大 多 數(shù) 土 壤 膠 體 一 般 情 況 下 主 要 帶 負(fù) 電 荷 ， 因此 會(huì) 造 成 土 壤 中 的 陰 離 子 互 相 排 斥 ， 距 離 愈 近 斥 力愈 大 ， 對(duì) 陰 離 子 排 斥 愈 厲 害 ， 表 現(xiàn) 出 較 強(qiáng) 的 負(fù) 吸 附 。 1、 負(fù) 吸 附 的 規(guī) 律 是 隨 著 土 壤 膠 體 數(shù) 量

43、和 交 換 量的 增 加 而 增 加 ， 隨 著 陰 離 子 價(jià) 數(shù) 的 增 加 而 增 加 。 如 在 鈉 質(zhì) 膨 潤(rùn) 土 中 ， 不 同 鈉 鹽 的 陰 離 子 所 表 現(xiàn) 出的 負(fù) 吸 附 次 序 為 ： C1 -=N03-SO4 2- K+、 Ca 2+Ba 2+。 3、 土 壤 膠 體 表 面 類(lèi) 型 不 同 ， 對(duì) 陰 離 子 的 負(fù) 吸 附作 用 也 不 一 樣 。 帶 負(fù) 電 荷 愈 多 的 土 壤 膠 體 ， 對(duì) 陰 離 子 的 排 斥 作 用愈 強(qiáng) ， 負(fù) 吸 附 作 用 愈 明 顯 。 （ 三 ） 土 壤 對(duì) 陰 離 子 的 專(zhuān) 性 吸 附 指 陰 離 子 進(jìn) 入 粘 土

44、 礦 物 或 氧 化 物 表 面 的 金 屬 原子 的 配 位 殼 中 ， 與 配 位 殼 中 的 羥 基 或 水 合 基 重 新 配位 ， 并 直 接 通 過(guò) 共 價(jià) 鍵 或 配 位 鍵 結(jié) 合 在 固 體 的 表 面 。 這 種 吸 附 發(fā) 生 在 膠 體 雙 電 層 的 內(nèi) 層 ， 。 因 為 直 接與 膠 體 表 面 的 配 位 離 子 （ 配 位 基 ） 置 換 ， 故 又 稱(chēng) 配位 基 交 換 （ 粘 粒 礦 物 表 面 上 的-OH原 子 團(tuán) 可 與 土 壤 溶液 中 的 陰 離 子 交 換 ） 。 產(chǎn) 生 專(zhuān) 性 吸 附 的 陰 離 子 有 F -離 子 以 及 磷 酸 根 、

45、 硫酸 根 、 鉬 酸 根 、 砷 酸 根 等 含 氧 酸 根 離 子 。 以 F- 離 子為 例 ， 其 配 位 交 換 反 應(yīng) 為 ： 1、 與 陽(yáng) 離 子 的 靜 電 吸 附 不 同 ， 專(zhuān) 性 吸 附 的 陰 離子 不 僅 可 以 在 帶 正 電 荷 的 表 面 發(fā) 生 吸 附 ， 也 可 在 帶負(fù) 電 荷 或 零 電 荷 的 表 面 被 吸 附 。 吸 附 的 結(jié) 果 使 表 面 正 電 荷 減 少 ， 負(fù) 電 荷 增 加 ，體 系 的 pH 上 升 。 例 如 ， 磷 酸 根 可 以 在 帶 不 同 電 荷的 氧 化 鐵 表 面 發(fā) 生 專(zhuān) 性 吸 附 。 2、 由 于 專(zhuān) 性 吸

46、 附 是 發(fā) 生 在 膠 體 雙 電 層 的 內(nèi) 層 ，因 此 ， 被 吸 附 的 陰 離 子 是 非 交 換 態(tài) 的 ， 在 離 子 強(qiáng) 度和 pH 固 定 的 條 件 下 ， 不 能 被 靜 電 吸 附 的 離 子 置 換 ，只 能 被 專(zhuān) 性 吸 附 能 力 更 強(qiáng) 的 陰 離 子 置 換 或 部 分 置 換 。 3、 陰 離 子 的 專(zhuān) 性 吸 附 主 要 發(fā) 生 在 鐵 、 鋁 氧 化 物 的 表 面 ，而 這 些 氧 化 物 多 分 布 于 可 變 電 荷 (熱 帶)土 壤 中 ， 因 此 ，可 變 電 荷 土 壤 中 陰 離 子 的 專(zhuān) 性 吸 附 現(xiàn) 象 相 當(dāng) 普 遍 。（

47、如 對(duì) 磷 酸 根 等 養(yǎng) 分 離 子 的 固 定 能 力 較 強(qiáng) ） 。4、 專(zhuān) 性 吸 附 作 用 一 方 面 對(duì) 土 壤 的 一 系 列 化 學(xué) 性 質(zhì) 如表 面 電 荷 、 酸 度 等 造 成 深 刻 的 影 響 ， 另 一 方 面 決 定 著 多 種 養(yǎng) 分 離 子 和 污 染 元 素 在 土 壤中 存 在 的 形 態(tài) 、 遷 移 和 轉(zhuǎn) 化 ， 進(jìn) 而 制 約 著 它 們 對(duì) 植 物的 有 效 性 及 其 環(huán) 境 效 應(yīng) 。 復(fù) 習(xí) 題 1、 掌 握 土 壤 膠 體 、 陽(yáng) 離 子 交 換 量 、 交 換 性 陽(yáng) 離 子 、 鹽 基 飽 和 度 等 有 關(guān) 概 念 。 2、 了 解

48、 膠 體 的 類(lèi) 型 及 其 特 點(diǎn) ？ 3、 土 壤 膠 體 的 性 質(zhì) 有 哪 些 ？ 4、 膠 體 帶 電 原 因 有 哪 些 ？ 什 么 是 永 久 電 荷 ？ 什 么 是 可 變 電 荷 ？ 它 們 的 來(lái) 源 和 性 質(zhì) 如 何 ？ 5、 了 解 土 壤 膠 體 的 雙 電 層 結(jié) 構(gòu) 。 影 響 土 壤 膠 體 凝 聚 和 分 散 的 因 素 有 哪 些 ？ 6、 陽(yáng) 離 子 交 換 量 主 要 特 征 是 什 么 ？ 影 響 陽(yáng) 離 子 交 換 量 大 小 的 因 素 有 哪 些 ？ 7、 什 么 是 陰 離 子 的 靜 電 吸 附 、 負(fù) 吸 附 和 專(zhuān) 性 吸 附 ？ 其 影 響 因 素 有 哪 些 ？ 8、 土 壤 吸 收 性 能 有 幾 種 類(lèi) 型 ？