1 3 2土壤膠體與土壤吸收性能 2 土壤膠體 土壤中最細(xì)微的顆粒膠體顆粒的直徑一般在1 100nm 長 寬 高三個(gè)方向上 至少有一個(gè)方向在此范圍內(nèi) 3 土壤吸收性能類型 機(jī)械吸收性指土壤對(duì)物體的機(jī)械阻留物理吸收性指土壤對(duì)分子態(tài)物質(zhì)的保持能力化學(xué)吸收性指易溶性鹽在土壤中轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶性鹽而沉淀保存在土壤中的過程物理化學(xué)吸收性指土壤對(duì)可溶性物質(zhì)中離子態(tài)養(yǎng)分的保持能力生物吸收性指土壤中植物根系和微生物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 4 土壤膠體的種類 無機(jī)膠體 含水氧化硅膠體 含水氧化鐵 氧化鋁膠體 層狀硅酸鹽 phyllosilicate layersilicate 礦物有機(jī)膠體有機(jī)無機(jī)復(fù)合體 organo mineralcomplex 5 層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu) 硅氧片和硅四面體硅氧片是由硅四面體連接而成 一個(gè)硅四面體是由四個(gè)氧原子和一個(gè)硅原子所組成 鋁氧片與鋁八面體鋁氧片由鋁八面體連接而成 鋁八面體為六個(gè)氧原子圍繞一個(gè)鋁原子而構(gòu)成鋁八面體 6 構(gòu)造特征基本結(jié)構(gòu)單元 單位 晶片 單位 晶層礦物 硅氧四面體 鋁氧八面體 硅氧片 水鋁片 1 1型 2 1型 高嶺石 蒙脫石 水化云母 7 硅氧四面體硅氧四面體的構(gòu)造圖示法 1 基本結(jié)構(gòu)單位 結(jié)晶學(xué) 不是化合物 1 硅氧四面體 SiO44 Si2O52 Si4O104 8 硅氧四面體 9 鋁氧八面體鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法 2 鋁氧八面體 AlO69 Al4O1212 Al4 OH 8O44 10 11 2 單位晶片 硅氧片 水鋁片 Si2O52 硅氧四面體硅氧片 蜂窩狀 共用氧 單位晶胞 12 鋁氧八面體 Al2O6 6 水鋁片 疏散狀 立體側(cè)視圖 共用2個(gè)氧原子 13 3 單位晶層 1 1型層狀硅酸鹽 高嶺石 晶體結(jié)構(gòu)示意圖 1 1 1型一層硅層與一層鋁層重疊而成 14 2 1型層狀硅酸鹽 蒙脫石 晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2 2 1型兩層硅層中間夾一鋁層 15 2 1 1型層狀硅酸鹽 綠泥石 結(jié)構(gòu)示意圖 3 2 1 1型2 1型基礎(chǔ)上增加一鋁層 或鎂層 16 1 1型礦物2 1型礦物脹縮型非脹縮型 晶層構(gòu)造 膨脹性 電荷及膠體特性 17 18 19 土壤膠體的構(gòu)造 擴(kuò)散層 20 土壤膠體的特性 土壤膠體比表面和表面能土壤膠體電荷土壤膠體有凝聚和分散的作用 21 土壤膠體的比表面和表面積 22 土壤表面電荷和電位 土壤電荷的起因和種類 1 永久電荷 permanentcharge 永久電荷起源于礦物晶格內(nèi)部離子的同晶置換 2 可變電荷 variablecharge 隨pH的變化而變化的土壤電荷 這種電荷稱為可變電荷 零點(diǎn)電荷 如果在某個(gè)pH值時(shí) 粘土礦物表面上即不帶正電荷 也不帶負(fù)電荷 其表面電荷等于零 此時(shí)的pH值稱為零點(diǎn)電荷 ZPC 23 可變電荷的成因主要是膠核表面分子或原子團(tuán)的解離 A 含水氧化硅的解離B 粘粒礦物的晶面上的OH和H的解離C 腐殖質(zhì)上某些官能團(tuán)的解離D 含水氧化和水鋁石表面的分子中OH的解離 pH 3 2 從上述四種情況來看 土壤膠體所帶的電荷數(shù)量和性質(zhì)與介質(zhì)的pH值有密切關(guān)系 24 影響土壤電荷數(shù)量的因素主要有 C pH值主要影響可變電荷的數(shù)量 B 土壤膠體的種類土壤質(zhì)地完全相同的兩種土壤 它們所帶的電荷數(shù)量可以完全不同 這是有膠體類型不同所致 A 質(zhì)地一般來說 土壤的質(zhì)地越粘 土粒越細(xì) 其電荷總量也越多 所以粘土的電荷數(shù)量要比壤土類和砂土類高得多 25 陽離子交換作用 在土壤中 被膠體靜電吸附的陽離子 一般都可以被溶液中另一種陽離子交換而從膠體表面解吸 對(duì)這種能相互交換的陽離子叫做交換性陽離子 而把發(fā)生在土壤膠體表面的陽離子交換反應(yīng)稱之為陽離子交換作用 陽離子交換 26 陽離子交換作用特點(diǎn) a 可逆反應(yīng)b 反應(yīng)迅速c 等量交換 27 陽離子交換能力 陽離子交換能力是指一種陽離子將膠體上另一種陽離子交換出來的能力 各種陽離子交換能力大小的順序?yàn)?Fe3 Al3 H Ca2 Mg2 NH4 K Na 28 影響陽離子交換能力的因素有 a 電荷的數(shù)量b 離子半徑和離子水化半徑 H 的交換力比兩價(jià)的Ca2 Mg2 離子大 c 離子濃度 29 離子半徑與吸附力 強(qiáng) 弱 30 陽離子交換量是評(píng)價(jià)土壤肥力的一個(gè)指標(biāo) 它直接反應(yīng)土壤可以提供速效養(yǎng)分的數(shù)量 也能表示土壤保肥能力 緩沖能力的大小 CEC20 保肥能力 低 中 高 31 影響土壤陽離子交換量的因素有 1 質(zhì)地質(zhì)地越粘重 含粘粒越多的土壤 其陽離子交換量也越大 2 有機(jī)質(zhì)OM CEC 3 膠體的性質(zhì)及構(gòu)造蒙脫石 高嶺石 4 pH值在一般情況下 隨著pH的升高 土壤的可變電荷增加 土壤的陽離子交換量也增加 32 不同類型土壤膠體的陽離子交換量 33 鹽基離子與鹽基飽和度鹽基離子與致酸離子 在土壤里 被膠體吸附著的陽離子 可以分為兩類 第一類是氫離子和鋁離子 它們是致酸離子 與土壤的酸度有密切關(guān)系 第二類是其他的一些金屬離子 如Ca 2 Mg 2 K NH4 等 在古典化學(xué)上 它們都稱為鹽基離子 34 鹽基飽和度 basesaturationpercentage BSP在土壤膠體所吸附的陽離子中 鹽基離子的數(shù)量占所有吸附的陽離子的百分比 叫鹽基飽和度 鹽基飽和的土壤具有中性或堿性反應(yīng) 而鹽基不飽和的土壤則具有酸性反應(yīng) 為酸性土壤 100 35 交換性離子的有效度 影響交換離子有效度的因素主要有 1 陽離子飽和度離子的飽和度越大 被解吸的機(jī)會(huì)就越大 有效度就越大 2 土壤中的互補(bǔ)離子效應(yīng) 3 由交換性離子變?yōu)榉墙粨Q性離子的有效度問題 36 互補(bǔ)離子與交換性鈣的有效性 在土壤膠體上各種交換性鹽基離子之間的相互影響的作用 互補(bǔ)離子效應(yīng) 陪伴離子效應(yīng) 37 土壤膠體對(duì)陰離子的吸附與交換 一 土壤吸附的陰離子土壤中的陰離子依其吸附能力的大小可分為三類 1 易被吸附的陰離子最重要是 H2PO4 HPO42 PO43 HSiO3 SiO32 C2O42 2 吸附作用很弱或進(jìn)行負(fù)吸附的陰離子Cl NO3 NO2 3 中間類型的離子 SO42 CO32 各種陰離子被土壤吸收的次序如下 F 草酸根 檸檬酸根 H2PO4 HCO3 HBO3 SO42 Cl NO3 38 陰離子的負(fù)吸附所謂陰離子的負(fù)吸附 是指距帶負(fù)電荷的膠體表面越近 陰離子數(shù)量越少的現(xiàn)象 負(fù)吸附現(xiàn)象也受土壤特性影響 其它條件相同 則負(fù)吸附現(xiàn)象隨著土壤膠體的數(shù)量和陽離子代換量的增加而增加 但隨陪伴陽離子價(jià)數(shù)的增加而減少 不同的粘粒礦物對(duì)負(fù)吸附的影響也不同 他們遞減的次序?yàn)?蒙脫石 伊利石 高嶺石這種情況也可歸因于膠體負(fù)電荷數(shù)量不同的緣故 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 39 陰離子專性吸附 陰離子專性吸附是指陰離子進(jìn)入粘土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 也稱為配位體交換吸附 產(chǎn)生專性吸附的陰離子有F 離子以及磷酸根 硫酸根 鉬酸根 砷酸根等含氧酸根離子 40 如 磷酸根在氧化鐵表面的專性吸附 氧化物不帶電時(shí)的pH值稱為電荷零點(diǎn) 簡(jiǎn)稱ZPC 41 思考題 什么是土壤膠體 土壤膠體有哪幾種類型 什么是雙電層 土壤膠體有何特性 層狀硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)的基本單位有哪兩種 什么是1 1型礦物 什么是2 1型礦物 土壤吸收性能有哪幾種類型 什么是陽離子交換作用 陽離子交換作用有何特點(diǎn) 哪些因素影響陽離子交換能力 什么是陽離子交換量 CEC 什么是鹽基飽和度 影響土壤陽離子有效度的因素有哪些 為什么陰離子能被帶負(fù)電的土壤吸附