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)第一節(jié) 土壤膠體及其性質(zhì)土壤膠體及其性質(zhì) 第二節(jié)第二節(jié) 土壤膠體的吸收保肥性土壤膠體的吸收保肥性 第三節(jié)第三節(jié) 土壤養(yǎng)分狀況土壤養(yǎng)分狀況 第四節(jié)第四節(jié) 土壤的供肥性土壤的供肥性 第六章第六章 土壤膠體與土壤保肥供肥土壤膠體與土壤保肥供肥性性 第一節(jié)第一節(jié) 土壤膠體及其基本特性土壤膠體及其基本特性 一、土壤膠體的概念及種類一、土壤膠體的概念及種類 二、土壤膠體的基本構(gòu)造二、土壤膠體的基本構(gòu)造 三、土壤膠體的特性三、土壤膠體的特性 四、層狀鋁硅酸鹽礦物四、層狀鋁硅酸鹽礦物 的結(jié)晶構(gòu)造和特性的結(jié)晶構(gòu)造和特性 一、土壤膠體的概念及種類一、土壤膠體的概念及種類（一）（一）土壤膠體的概念土壤膠體的概念 在土壤中，直徑小于在土壤中，直徑小于2微米（或微米（或1微米）的固體土粒為土壤膠體微米）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。質(zhì)對土壤結(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)第一節(jié) 土壤膠體及其性質(zhì)土壤膠體及其性質(zhì) 1、無機(jī)膠體（礦質(zhì)膠體）無機(jī)膠體（礦質(zhì)膠體） 主要包括成分簡單的硅、鐵、鋁的含水氧化物和主要包括成分簡單的硅、鐵、鋁的含水氧化物和成成分復(fù)雜的各種類型的層狀硅酸鹽（主要是鋁硅酸鹽）分復(fù)雜的各種類型的層狀硅酸鹽（主要是鋁硅酸鹽）礦物。礦物。統(tǒng)稱為土壤粘粒礦物或粘土礦物統(tǒng)稱為土壤粘粒礦物或粘土礦物。 無機(jī)膠體在土壤中所占比例最大，它的組成和數(shù)無機(jī)膠體在土壤中所占比例最大，它的組成和數(shù)量量對土壤的理化性質(zhì)影響較大。對土壤的理化性質(zhì)影響較大。 （二）土壤（二）土壤 膠體種類膠體種類 土壤膠體按其成分和來源可分為土壤膠體按其成分和來源可分為無機(jī)膠體、有機(jī)膠體和有機(jī)無機(jī)復(fù)合體無機(jī)膠體、有機(jī)膠體和有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。3有機(jī)無機(jī)復(fù)合體有機(jī)無機(jī)復(fù)合體 在農(nóng)業(yè)土壤的耕層中，有機(jī)膠體一般很少單獨(dú)在農(nóng)業(yè)土壤的耕層中，有機(jī)膠體一般很少單獨(dú)存在，絕大部分與無機(jī)膠體通過物理、化學(xué)或物理存在，絕大部分與無機(jī)膠體通過物理、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)無機(jī)復(fù)合體，化學(xué)的作用，緊密結(jié)合在一起形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體，這一復(fù)合體對土壤的保肥供肥性及土壤的孔性、通這一復(fù)合體對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。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。它們不如無機(jī)膠體穩(wěn)定，較易被微生物分解。機(jī)膠體穩(wěn)定，較易被微生物分解。 （一）微粒核（膠核）（一）微粒核（膠核） 這是膠體微粒的核心物質(zhì)，主要由二氧化硅、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)無機(jī)復(fù)氧化鐵、鋁、鋁硅酸鹽、腐殖質(zhì)以及有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體的分子群組成。合膠體的分子群組成。 （二）雙電層結(jié)構(gòu)（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（主要是陽離子的正荷）和交換性離子的反電荷（主要是陽離子的正電荷）所構(gòu)成。電荷）所構(gòu)成。 二二、土壤膠體的基本構(gòu)造、土壤膠體的基本構(gòu)造1決定電位離子層（雙電層內(nèi)層）決定電位離子層（雙電層內(nèi)層） 這是微粒核表面這是微粒核表面 帶電荷的部分，由于這一層帶電荷的部分，由于這一層帶電的離子決定了膠粒的帶電的離子決定了膠粒的電荷和電位，因此叫電荷和電位，因此叫決決定電位離子層。定電位離子層。 決定電位離子層的電荷符號和數(shù)量是土壤膠體決定電位離子層的電荷符號和數(shù)量是土壤膠體吸收代換性能的決定因素。吸收代換性能的決定因素。 2補(bǔ)償離子層（雙電層外層）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：子層。它又可分為兩部分： （1） 非活性的補(bǔ)償離子層非活性的補(bǔ)償離子層 （2）擴(kuò)散層）擴(kuò)散層 擴(kuò)散層中的離子易與土壤溶液中同擴(kuò)散層中的離子易與土壤溶液中同 號電荷的離子進(jìn)行交換。號電荷的離子進(jìn)行交換。 + + + + + +NH4+ Na+ + + + + 微微 粒粒 間間 溶溶 液液 圖 6-1 一般膠體微粒結(jié)構(gòu)示意圖NH4 +- - - - - -Na+外微粒核內(nèi) 膠體微粒膠體微粒 膠粒膠粒 膠核膠核 雙電層雙電層 決定電位離子（內(nèi)）決定電位離子（內(nèi)） 補(bǔ)償離子層（外）補(bǔ)償離子層（外） 非活性離子層非活性離子層擴(kuò)散層擴(kuò)散層 三、土壤膠體的特性三、土壤膠體的特性 （一）土壤膠體有巨大的比表面和表面能（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積比表面：指單位重量或單位體積物體的總表面積 （cm2/g，cm2cm3）。）。 即比表面即比表面= 總面積總面積/質(zhì)量質(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。 表表6-1 各級球狀土粒的比表面各級球狀土粒的比表面顆粒名稱顆粒名稱 球體直徑（球體直徑（mm） 比面（比面（Cm2/g） 粗砂粒粗砂粒 1 22.6中砂粒中砂粒 0.5 45.2細(xì)砂粒細(xì)砂粒 0.25 90.4粗粉粒粗粉粒 0.05 452中粉粒中粉粒 0.01 2264細(xì)粉粒細(xì)粉粒 0.005 4528粗粘粒粗粘粒 0.001 22641細(xì)粘粒細(xì)粘粒 0.0005 45283膠粒膠粒 0.00005 452830 從表從表6-1可以看出，砂粒和粗粉粒的比可以看出，砂粒和粗粉粒的比面同粘粒相比是很小的，可以忽略不計，因面同粘粒相比是很小的，可以忽略不計，因此大多數(shù)土壤的比面主要決定于粘粒部分。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，土壤的比不同土壤的膠體組成不同，土壤的比表面積也不同。表面積也不同。 一般土壤中有機(jī)質(zhì)含量高，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，土。反之有機(jī)質(zhì)含量低，1：1型礦物多，型礦物多，則比表面積就小，如紅壤、磚紅壤。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（二）土壤膠體的凝聚和分散作用用 土壤膠體有兩種不同的狀態(tài)：土壤膠體有兩種不同的狀態(tài)： 溶膠溶膠 凝膠凝膠 膠體的凝聚作用：膠體的凝聚作用：膠體微粒下沉，由溶膠變膠體微粒下沉，由溶膠變 成凝膠的過程成凝膠的過程 分散作用：分散作用： 由凝膠分散成溶膠由凝膠分散成溶膠 凝聚作用凝聚作用 溶膠溶膠凝膠凝膠 分散作用分散作用 電荷數(shù)越多電荷數(shù)越多 離子的水化半徑離子的水化半徑 H+的特殊性的特殊性（單純的質(zhì)子，電場強(qiáng)度大，半徑極小）（單純的質(zhì)子，電場強(qiáng)度大，半徑極小） 影響因素是陽離子種類影響因素是陽離子種類 陽離子凝聚力的大小排列順序：陽離子凝聚力的大小排列順序： Fe3+ Al3+ Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+單個土粒單個土粒團(tuán)聚體團(tuán)聚體微團(tuán)粒微團(tuán)粒土粒凝聚過程土粒凝聚過程 圖 6-2 土粒凝聚過程單粒單粒單粒單粒單粒單粒Ca2+腐腐殖殖質(zhì)質(zhì) 圖 6-3 Ca 2+凝聚作用 （三）土壤膠體的帶電性（三）土壤膠體的帶電性 1、土壤電荷的種類、土壤電荷的種類 土壤中所有膠粒都帶電，一般有正負(fù)之分。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。據(jù)電荷性質(zhì)和起源分為永久和可變電荷。 永久電荷永久電荷 起源于礦物的同晶代換。電荷形成后，不隨土壤環(huán)境（如不隨土壤環(huán)境（如pH、電解質(zhì)等）變化而變化。、電解質(zhì)等）變化而變化?？勺冸姾煽勺冸姾?隨介質(zhì)隨介質(zhì)PH的變化而變化的電荷。的變化而變化的電荷。 可變電荷的產(chǎn)生是由于土壤固相表面從介質(zhì)中吸附離子或向介質(zhì)中釋出離子所引可變電荷的產(chǎn)生是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。起的。 2、土壤膠體電荷的來源 土壤膠體電荷的來源： 分子解離分子解離同晶代換同晶代換晶格斷鍵晶格斷鍵（1）表面分子的解離）表面分子的解離 R-COOH RCOO-+H+ R-OH R-O-+H+ 高嶺石的等電點(diǎn)為高嶺石的等電點(diǎn)為5，當(dāng)介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)PH5時，表面的時，表面的OH基就解離出基就解離出H+，使其帶負(fù)電。，使其帶負(fù)電。 土壤中可變正負(fù)電荷數(shù)量相等時的土壤中可變正負(fù)電荷數(shù)量相等時的PH值稱為等電點(diǎn)，或可變電荷零點(diǎn)，用值稱為等電點(diǎn)，或可變電荷零點(diǎn)，用PH0表示。表示。 而二、三氧化物（R2O3）的解離 在酸性條件下（在酸性條件下（PH A l3 + H+ C a2 + M g2 + NH4+K+Na 影響陽離子交換能力的因素主要是離子的電荷影響陽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。數(shù)、離子水化半徑及離子濃度。 1、根據(jù)庫侖定律，離子的電荷價愈高，受膠體電性的吸持力愈大，交換能力、根據(jù)庫侖定律，離子的電荷價愈高，受膠體電性的吸持力愈大，交換能力也愈大。即三價陽離子大于二價的，二價的又大于一價的。也愈大。即三價陽離子大于二價的，二價的又大于一價的。 2、同價離子，離子半徑越大，其水化程度越弱，離、同價離子，離子半徑越大，其水化程度越弱，離子外圍的水膜薄，因而同負(fù)電膠體的距離較近，相互子外圍的水膜薄，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。吸引力較大，而且具有較強(qiáng)的交換能力。 一價離子種類一價離子種類 Li+ Na+ K+ NH+ Cs+ 未水化離子半徑（未水化離子半徑（nm）0.060 0.095 0.133 0.143 0.148水化離子半（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離子在膠粒上的吸附力 小小大大離子對其他離子的代換力離子對其他離子的代換力 小小大大表表6-2 離子半徑及水化程度與交換能力的關(guān)系離子半徑及水化程度與交換能力的關(guān)系（三）陽離子交換量（三）陽離子交換量（CEC） 在一定在一定PH值（值（pH=7）時，每千克干土所含的）時，每千克干土所含的全 部 交 換 性 陽 離 子 的 厘 摩 爾 數(shù) ， 用全 部 交 換 性 陽 離 子 的 厘 摩 爾 數(shù) ， 用 c m o l（M+）Kg-1來表示來表示。 主要影響因素有：主要影響因素有： 1、膠體數(shù)量、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。質(zhì)地愈粘重，含粘粒愈多的土壤，其交換量愈大。 膠體類型不同交換量也有很大差異。有機(jī)膠體的膠體類型不同交換量也有很大差異。有機(jī)膠體的交換量最大；交換量最大； 硅鋁鐵率愈大，交換量也愈大；硅鋁鐵率愈大，交換量也愈大； 2：1型粘粒礦物交換量大于型粘粒礦物交換量大于1：1型礦物。型礦物。 粘粒礦物的硅鋁鐵率：粘粒礦物的硅鋁鐵率： 粘粒礦物中粘粒礦物中SiO2的分子數(shù)與的分子數(shù)與R2O3（Al2O3+Fe203）的分子數(shù)的比率，稱為硅鋁鐵分子率，簡稱硅鋁鐵的分子數(shù)的比率，稱為硅鋁鐵分子率，簡稱硅鋁鐵率。率。 2膠體種類和成分膠體種類和成分3.土壤土壤PH值值 同一土壤，陽離子交換量隨土壤PH值的升高而增加，因?yàn)橥寥赖目勺冐?fù)電荷數(shù)量隨PH值的升高而呈增加趨勢。 例 如 ： 某 一 土 壤 的 陽 離 子 交 換 量 為例 如 ： 某 一 土 壤 的 陽 離 子 交 換 量 為 1 5 cmol.Kg-1，其中，其中Ca2+占占80，Mg2+占占15，K+占占5，在土壤耕層中所含，在土壤耕層中所含Ca2+、Mg2+、K+的數(shù)量為：的數(shù)量為：Ca2+：15 cmol.Kg-18012 cmol.Kg-1 土中含土中含Ca2+的克數(shù)為的克數(shù)為 1kg122010/1000=2.4gkg土土 每畝耕層中可交換鈣的數(shù)量為（耕層土重按每畝耕層中可交換鈣的數(shù)量為（耕層土重按15萬萬公斤畝計算）：公斤畝計算）： 2.4/1000150000Kg=360公斤畝公斤畝 同樣可計算得同樣可計算得K+和和Mg2+的數(shù)量。的數(shù)量。 據(jù)陽離子交換量，可計算出土壤膠體所保存的各種陽離子的含量。據(jù)陽離子交換量，可計算出土壤膠體所保存的各種陽離子的含量。 （四）土壤的鹽基飽和度（四）土壤的鹽基飽和度 土壤膠體吸附的陽離子可分為兩類：一類是鹽基離子 ，包括Ca2+、Mg2+、NH+、K+、Na+等；另一類是致酸離子，即Al3+ 、H+。 土壤中交換性鹽基離子總量占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)稱土壤中交換性鹽基離子總量占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)稱 為土壤的鹽基飽和度，為土壤的鹽基飽和度，即：即：鹽基飽和度（）鹽基飽和度（）=交換性鹽基離子總（交換性鹽基離子總（cmolKg-）/陽離子交換量（陽離子交換量（cmolKg-） 如土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離子，這一土壤稱為如土壤膠體上吸附的陽離子均為鹽基離子，這一土壤稱為鹽基飽和土壤；鹽基飽和土壤； 若部分為交換性若部分為交換性H+和和 Al 3+ 離子時，則稱為離子時，則稱為鹽基不飽和土壤。鹽基不飽和土壤。 表6-3 我國幾種土壤的鹽基不飽和度 土壤類型 地點(diǎn) PH 陽離子交換量 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鹽基飽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。性或堿性；飽和度小的土壤呈酸性。 （五）交換性陽離子的有效度（五）交換性陽離子的有效度 1、離子飽和度、離子飽和度 2、互補(bǔ)離子效應(yīng)、互補(bǔ)離子效應(yīng) 3、黏土礦物類型、黏土礦物類型1、離子飽和度、離子飽和度 交換性陽離子的有效度不僅與該離子在土壤中的絕對量有關(guān)，更決定于該交換性陽離子的有效度不僅與該離子在土壤中的絕對量有關(guān)，更決定于該 離子占交換性陽離子總量之比，即離子占交換性陽離子總量之比，即離子飽和度離子飽和度。 離子的飽和度越高，被交換解吸的機(jī)會愈多，有效度越大。離子的飽和度越高，被交換解吸的機(jī)會愈多，有效度越大。 表6-4 土壤陽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（%）A8675B301033 由表由表6-4可見，雖然可見，雖然A土壤的交換性鈣含量低于土壤的交換性鈣含量低于B土壤，但土壤，但A土壤中交換性鈣土壤中交換性鈣的飽和度的飽和度(75)要遠(yuǎn)大于要遠(yuǎn)大于B土壤土壤(33)。因此，鈣離子在。因此，鈣離子在A土壤中的有效度要大于其土壤中的有效度要大于其在在B土壤中土壤中 的有效度。的有效度。 如果我們把同一種植物以同樣的方法栽培于如果我們把同一種植物以同樣的方法栽培于A、B兩種土壤中，顯而易見，兩種土壤中，顯而易見，B土土壤比壤比 A土壤更需補(bǔ)充鈣離子養(yǎng)分。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，提高其對植物的有效度。中的飽和度，提高其對植物的有效度。 2互補(bǔ)離子效應(yīng)互補(bǔ)離子效應(yīng) 一般來講，土壤膠體表面總是同時吸附著多種交換性陽離子。對某一指一般來講，土壤膠體表面總是同時吸附著多種交換性陽離子。對某一指定離子而言，其它同時存在的離子都認(rèn)為是該離子的互補(bǔ)離子，也稱陪補(bǔ)離定離子而言，其它同時存在的離子都認(rèn)為是該離子的互補(bǔ)離子，也稱陪補(bǔ)離子。子。 假定某一土壤同時吸附有假定某一土壤同時吸附有H+、Ca2+、Mg2+和和K+等等4種離子，對種離子，對 H+離子來離子來講，講， Ca2+、Mg2+和和K+離子是它的互補(bǔ)離子。而離子是它的互補(bǔ)離子。而Ca2+ 離子的互補(bǔ)離子則是離子的互補(bǔ)離子則是H+、Mg2+和和K+ 離子。離子。 膠體表面并存的交換性陽離子之間的互相影響就是離子的互補(bǔ)效應(yīng)。膠體表面并存的交換性陽離子之間的互相影響就是離子的互補(bǔ)效應(yīng)。 因此，當(dāng)某種交換性陽離子與不同類型的互補(bǔ)離子共存在時，由于互補(bǔ)效應(yīng)，該離子的有效度也會不同。 一般說來 ，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)際上是一個競爭吸附的問題。Fe3+ Al3+ H+Ca2+Mg2+ NH 4+K+Na + 土壤交換性陽離子小麥幼苗干重 （g）小麥幼苗吸鈣量(mg)A40%Ca+60%H2.8011.15B40%Ca+60%Mg2.797.83C40%Ca+60%Na2.344.36表6-5 互補(bǔ)離子與交換性鈣的有效性 上述盆栽實(shí)驗(yàn)的上述盆栽實(shí)驗(yàn)的3種土壤上幼苗吸鈣量的順序是種土壤上幼苗吸鈣量的順序是ABC，說明土壤中交換性鈣，說明土壤中交換性鈣的有效度順序也是的有效度順序也是ABC。主要原因是。主要原因是3種互補(bǔ)離子種互補(bǔ)離子H+、Mg 2+和和Na+ 與膠體的吸與膠體的吸附力是依次遞減的，因此，它們對提高鈣離子有效度的作用是依次增強(qiáng)的。附力是依次遞減的，因此，它們對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，蒙脫石類礦物在一定的鹽基飽和度范圍，蒙脫石類礦物吸附的陽離子一般吸附的陽離子一般位于晶層之間位于晶層之間，吸附比較牢固，吸附比較牢固，因而有效性較低。因而有效性較低。 而高嶺石類礦物吸附的陽離子通常而高嶺石類礦物吸附的陽離子通常位于晶格位于晶格的外表面的外表面，吸附力較弱，因此有效性較高。，吸附力較弱，因此有效性較高。3粘土礦物類型粘土礦物類型 不同類型的粘土礦物具有不同的晶體構(gòu)造特點(diǎn)，因而吸附陽離子的牢固程不同類型的粘土礦物具有不同的晶體構(gòu)造特點(diǎn)，因而吸附陽離子的牢固程度也不同度也不同。 產(chǎn)生陽離子專性吸附的土壤膠體物質(zhì)主要是產(chǎn)生陽離子專性吸附的土壤膠體物質(zhì)主要是鐵、鐵、鋁、錳等的氧化物及其水合物。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，一個或多個金屬離這些氧化物的結(jié)構(gòu)特征是，一個或多個金屬離子與氧或羥基相結(jié)合，其表面由于陽離子鍵不飽子與氧或羥基相結(jié)合，其表面由于陽離子鍵不飽和而水合，因而帶有可離解的水基或羥基。過渡和而水合，因而帶有可離解的水基或羥基。過渡金屬離子可以與其表面上的羥基相作用，生成表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。面絡(luò)合物。 三、陽離子的專性吸附三、陽離子的專性吸附（一）陽離子專性吸附的機(jī)理（一）陽離子專性吸附的機(jī)理（二）影響專性吸附的因素（二）影響專性吸附的因素（三）專性吸附的實(shí)際意義（三）專性吸附的實(shí)際意義 (一一)陽離子專性吸附的機(jī)理陽離子專性吸附的機(jī)理 處于周期表中的處于周期表中的B、B族和許多其它過族和許多其它過渡金屬離子，其原子核的電荷數(shù)較多，離子半徑渡金屬離子，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能力較強(qiáng)。其價電較小，因而其極化能力和變形能力較強(qiáng)。其價電子層的結(jié)構(gòu)為子層的結(jié)構(gòu)為(n1)d9nso，(n1)d10nso和不飽和不飽和和d電子層。因此，它們一般都能與配體形成內(nèi)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。同時由于電子層結(jié)構(gòu)的這絡(luò)合物，穩(wěn)定性增加。同時由于電子層結(jié)構(gòu)的這些特點(diǎn)，過渡金屬離子具有較多的水合熱，在水些特點(diǎn)，過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，且較易水解成羥溶液中以水合離子的形態(tài)存在，且較易水解成羥基陽離子，基陽離子，M2+H20=MOH+H+，由于水解作用，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減少了離子的平均電荷，致使離子在向吸附劑表面靠近時所需克服的能障降低，從而有利于與表面靠近時所需克服的能障降低，從而有利于與表面的相互作用。面的相互作用。 過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)生陽離子專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，一個或多個金屬離子與氧或羥基相結(jié)合，其表面由于陽離子鍵不飽和而水合，因而帶有可離解的水基或羥基。過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。 若金屬離子是以若金屬離子是以M2+離子的形態(tài)被專性吸附，離子的形態(tài)被專性吸附，則形成單配位基表面絡(luò)合物：形成單配位基絡(luò)則形成單配位基表面絡(luò)合物：形成單配位基絡(luò)合物時釋放一個質(zhì)子，并引起一個單位的電荷合物時釋放一個質(zhì)子，并引起一個單位的電荷變化。變化。 如果金屬離子是以如果金屬離子是以MOH+離子的形態(tài)被專性吸附，則反應(yīng)后有兩個質(zhì)子離子的形態(tài)被專性吸附，則反應(yīng)后有兩個質(zhì)子的釋放，但表面電荷不發(fā)生變化。的釋放，但表面電荷不發(fā)生變化。 被土壤膠體專性吸附的金屬離子均為非交換態(tài)，不能參與一般的陽離被土壤膠體專性吸附的金屬離子均為非交換態(tài)，不能參與一般的陽離子交換反應(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。下解吸。(二二)影響陽離子專性吸附的主要因素影響陽離子專性吸附的主要因素1pH 值值 從金屬離子的水解式可知，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，使的升高有利于金屬離子的水解，使MOH+離離子的數(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，其向膠體表面子的數(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，其向膠體表面靠近時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，靠近時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，我們從氧化物對陽離子專性吸附的反應(yīng)式可看到，礦物吸附金屬離子時釋放質(zhì)我們從氧化物對陽離子專性吸附的反應(yīng)式可看到，礦物吸附金屬離子時釋放質(zhì)子，因此，子，因此，pH的升高會有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。的升高會有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。2土壤膠體類型土壤膠體類型 土壤各種組分對陽離子專性吸附的能力有很大差異。對各種土壤膠體從土壤各種組分對陽離子專性吸附的能力有很大差異。對各種土壤膠體從010gml的銅溶液中吸附銅的研究表明，不被氯化鈣溶液解吸的銅的最大吸附量的銅溶液中吸附銅的研究表明，不被氯化鈣溶液解吸的銅的最大吸附量(鵬鵬z)次序?yàn)椋貉趸i次序?yàn)椋貉趸i(68300)有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)(11720)氧化鐵氧化鐵(8010)埃洛石埃洛石(810)伊利石伊利石(530)蒙脫石蒙脫石(370)高嶺石高嶺石(120) 氧化物類型不同，專性吸附能力也有較大的差別。如幾種氧化物對鋅離子吸附氧化物類型不同，專性吸附能力也有較大的差別。如幾種氧化物對鋅離子吸附量的大小順序?yàn)椋衡c水錳礦量的大小順序?yàn)椋衡c水錳礦非晶形氧化鋁非晶形氧化鋁非晶形氧化鐵。非晶形氧化鐵。 同種氧化物因結(jié)晶程度的不同，對陽離子的吸附量也有差異。一般來說，非晶同種氧化物因結(jié)晶程度的不同，對陽離子的吸附量也有差異。一般來說，非晶形氧化物的比表面大，反應(yīng)活性強(qiáng)，陽離子專性吸附量較高。反之，晶形較好的氧形氧化物的比表面大，反應(yīng)活性強(qiáng)，陽離子專性吸附量較高。反之，晶形較好的氧化物吸附量較低。化物吸附量較低。 (三三)陽離子專性吸附的實(shí)際意義陽離子專性吸附的實(shí)際意義 1、土壤和沉積物中的錳、鐵、鋁、硅等氧化、土壤和沉積物中的錳、鐵、鋁、硅等氧化物及其水合物，對多種微量重金屬離子起富集作用，物及其水合物，對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，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，紅壤和黃壤的鐵錳結(jié)核中，Zn、Co、Ni、 Ti、Cu、V等重金屬元素都有富。等重金屬元素都有富。 其中其中Zn、Co和和Ni的含量均與錳含量呈正相關(guān)，而的含量均與錳含量呈正相關(guān)，而Ti、Cu、 V和和Mo的含量與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性吸附的結(jié)果。由于專性吸鐵含量成正相關(guān)。這種富集現(xiàn)象是由于氧化物膠體專性吸附的結(jié)果。由于專性吸附對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)域或地球附對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?；瘜W(xué)探礦、環(huán)境等學(xué)科的重要內(nèi)容。 2、對重金屬離子的專性吸附，起著控制土壤溶液中金屬離子濃度的重要作用。、對重金屬離子的專性吸附，起著控制土壤溶液中金屬離子濃度的重要作用。 土壤溶液中土壤溶液中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，其中氧化物專性吸附更為重要。支配，其中氧化物專性吸附更為重要。 因此，專性吸附在調(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。因此，專性吸附在調(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，可以抑制植物對鉛的吸收，所以陽離子專性吸附如在鉛污染的土壤中加入氧化錳，可以抑制植物對鉛的吸收，所以陽離子專性吸附的研究對植物營養(yǎng)化學(xué)、指導(dǎo)合理施肥等有著重要意義。的研究對植物營養(yǎng)化學(xué)、指導(dǎo)合理施肥等有著重要意義。 3、土壤是重金屬元素的一個匯。當(dāng)外源重金、土壤是重金屬元素的一個匯。當(dāng)外源重金屬污染物進(jìn)入土壤或河湖底泥時，易為土壤中屬污染物進(jìn)入土壤或河湖底泥時，易為土壤中的氧化物、水合氧化物等膠體專性吸附所固定，的氧化物、水合氧化物等膠體專性吸附所固定，對水體中的重金屬污染起到一定的凈化作用，對水體中的重金屬污染起到一定的凈化作用，并對這些金屬離子從土壤溶液向植物體內(nèi)遷移并對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。和累積起一定的緩沖和調(diào)節(jié)作用。 另一方面，專性吸附作另一方面，專性吸附作 用也給土壤帶來了用也給土壤帶來了潛在的污染危險。因此，在研究專性吸附的同潛在的污染危險。因此，在研究專性吸附的同時，還必須探討被土壤膠體專性時，還必須探討被土壤膠體專性 吸附的金屬離吸附的金屬離子的生物學(xué)解吸問題。子的生物學(xué)解吸問題。 第三節(jié) 土壤膠體對陰離子的 吸附交換 土壤膠體對陰離子也有靜電吸附和專性吸附土壤膠體對陰離子也有靜電吸附和專性吸附作用，但土壤膠體多數(shù)是帶負(fù)電荷的，因此，在作用，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。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)土壤對陰離子的雖然，從數(shù)量上講，大多數(shù)土壤對陰離子的吸附量比對陽離子的吸附量少，但由于它在植物吸附量比對陽離子的吸附量少，但由于它在植物營養(yǎng)、環(huán)境保護(hù)甚至礦物形成、演變等方面均有營養(yǎng)、環(huán)境保護(hù)甚至礦物形成、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陰離子吸附躍的領(lǐng)域。本節(jié)主要介紹土壤膠體對陰離子吸附的基本概念和原理。的基本概念和原理。 (一一) 土壤對陰離子的靜電吸附土壤對陰離子的靜電吸附 當(dāng)土壤膠體帶正電荷時所引起的。有以下特點(diǎn)：當(dāng)土壤膠體帶正電荷時所引起的。有以下特點(diǎn)： 1、產(chǎn)生靜電吸附的陰離子主要是、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。松，易于解吸，是可交換性的。 在陰離子中，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、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子與膠體表面的作用力 對于同一土壤，反號離子的價數(shù)越高，吸附力越強(qiáng)；同價離子中，水合半徑較對于同一土壤，反號離子的價數(shù)越高，吸附力越強(qiáng)；同價離子中，水合半徑較小的離子，吸附力較強(qiáng)小的離子，吸附力較強(qiáng)3、陰離子吸附與土壤表面正電荷數(shù)及密度相、陰離子吸附與土壤表面正電荷數(shù)及密度相關(guān)。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)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體表面的某些帶正電荷的基團(tuán)如一團(tuán)如一NH2+等也可靜電吸附陰離子。等也可靜電吸附陰離子。 4、陰離子吸附數(shù)量與土壤、陰離子吸附數(shù)量與土壤pH值有關(guān)值有關(guān) pH值降低，正電荷增加靜電吸附的陰離子增加。值降低，正電荷增加靜電吸附的陰離子增加。pH7時，即使是以高嶺石和時，即使是以高嶺石和 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)?shù)汀ｈF、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)?shù)汀?(二二) 陰離子的負(fù)吸附陰離子的負(fù)吸附 電解質(zhì)溶液加入土壤后，陰離子濃度相對電解質(zhì)溶液加入土壤后，陰離子濃度相對增大的現(xiàn)象。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，因大多數(shù)土壤膠體一般情況下主要帶負(fù)電荷，因此會造成土壤中的陰離子互相排斥，此會造成土壤中的陰離子互相排斥，距離愈近斥力距離愈近斥力愈大，對陰離子排斥愈厲害，愈大，對陰離子排斥愈厲害，表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)吸附。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)量和交換量的增加而增加，隨著陰離子價、負(fù)吸附的規(guī)律是隨著土壤膠體數(shù)量和交換量的增加而增加，隨著陰離子價數(shù)的增加而增加。數(shù)的增加而增加。 如在鈉質(zhì)膨潤土中，不同鈉鹽的陰離子所表現(xiàn)出的負(fù)吸附次序?yàn)椋喝缭阝c質(zhì)膨潤土中，不同鈉鹽的陰離子所表現(xiàn)出的負(fù)吸附次序?yàn)椋篊1-=N03-SO4 2- K+、Ca 2+Ba 2+。 3、土壤膠體表面類型不同，對陰離子的負(fù)吸附作用也不一樣。、土壤膠體表面類型不同，對陰離子的負(fù)吸附作用也不一樣。 帶負(fù)電荷愈多的土壤膠體，對陰離子的排斥作用愈強(qiáng)，負(fù)吸附作用愈明顯。帶負(fù)電荷愈多的土壤膠體，對陰離子的排斥作用愈強(qiáng)，負(fù)吸附作用愈明顯。（三）土壤對陰離子的專性吸附（三）土壤對陰離子的專性吸附 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?yàn)檫@種吸附發(fā)生在膠體雙電層的內(nèi)層，。因?yàn)橹苯优c膠體表面的配位離子（配直接與膠體表面的配位離子（配位基）置換，故又稱配位基交換（粘粒礦物表面上的位基）置換，故又稱配位基交換（粘粒礦物表面上的-OH原子團(tuán)可與土壤溶液中原子團(tuán)可與土壤溶液中的陰離子交換）。的陰離子交換）。 產(chǎn)生專性吸附的陰離子有產(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、砷酸根等含離子以及磷酸根、硫酸根、鉬酸根、砷酸根等含氧酸根離子。以氧酸根離子。以F- 離子為例，其配位交換反應(yīng)為：離子為例，其配位交換反應(yīng)為： 1、與陽離子的靜電吸附不同，專性吸附的陰離子不僅可以在帶正電荷的表、與陽離子的靜電吸附不同，專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。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)生專性吸附。根可以在帶不同電荷的氧化鐵表面發(fā)生專性吸附。 2、由于專性吸附是發(fā)生在膠體雙電層的內(nèi)層，、由于專性吸附是發(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)度因此，被吸附的陰離子是非交換態(tài)的，在離子強(qiáng)度和和pH固定的條件下，不能被靜電吸附的離子置換，固定的條件下，不能被靜電吸附的離子置換，只能被專性吸附能力更強(qiáng)的陰離子置換或部分置換。只能被專性吸附能力更強(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、陰離子的專性吸附主要發(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電荷(熱帶熱帶)土壤中，因此，可變電荷土壤中陰離子的專性吸附現(xiàn)象相當(dāng)普遍。（如土壤中，因此，可變電荷土壤中陰離子的專性吸附現(xiàn)象相當(dāng)普遍。（如對磷酸根等養(yǎng)分離子的固定能力較強(qiáng)）。對磷酸根等養(yǎng)分離子的固定能力較強(qiáng)）。4、專性吸附作用一方面對土壤的一系列化學(xué)性質(zhì)如表面電荷、酸度等造成深刻的、專性吸附作用一方面對土壤的一系列化學(xué)性質(zhì)如表面電荷、酸度等造成深刻的影響，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，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)而制約著它們對植物的有效性及其環(huán)境效應(yīng)。進(jìn)而制約著它們對植物的有效性及其環(huán)境效應(yīng)。 復(fù)習(xí)題復(fù)習(xí)題 1、掌握土壤膠體、陽離子交換量、交換性陽離子、掌握土壤膠體、陽離子交換量、交換性陽離子、 鹽基飽和度等有關(guān)概念。鹽基飽和度等有關(guān)概念。 2、了解膠體的類型及其特點(diǎn)？、了解膠體的類型及其特點(diǎn)？ 3、土壤膠體的性質(zhì)有哪些？、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、膠體帶電原因有哪些？什么是永久電荷？什么是 可變電荷？它們的來源和性質(zhì)如何？可變電荷？它們的來源和性質(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、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？和分散的因素有哪些？ 6、陽離子交換量主要特征是什么？影響陽離子交換、陽離子交換量主要特征是什么？影響陽離子交換 量大小的因素有哪些？量大小的因素有哪些？ 7、什么是陰離子的靜電吸附、負(fù)吸附和專性吸附？、什么是陰離子的靜電吸附、負(fù)吸附和專性吸附？ 其影響因素有哪些？其影響因素有哪些？ 8、土壤吸收性能有幾種類型？、土壤吸收性能有幾種類型？