土壤化學(xué)性質(zhì)7.1

土壤分散系及其特征

土壤是由多相態(tài)物質(zhì)如固相物質(zhì)、液相物質(zhì)、氣相物質(zhì)及生命體構(gòu)成的復(fù)雜綜合體。當(dāng)某種土壤物質(zhì)微粒子分布在土壤液態(tài)水之中，就構(gòu)成了土壤分散系。它包括土壤溶液、土壤膠體和土壤濁液。7Y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。

土壤膠體對土壤養(yǎng)分元素、污染物的遷移轉(zhuǎn)化有重要作用，這種作用與土壤膠體類型及其性質(zhì)密切相關(guān)，土壤膠體均具有雙電層結(jié)構(gòu)，如圖7-1所示。一、土壤膠體的類型土壤膠體可分為三種類型：①土壤礦質(zhì)膠體；②有機(jī)膠體；③有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膠體。圖7-1土壤膠體結(jié)構(gòu)示意圖7Y土壤膠體的構(gòu)造

擴(kuò)散層內(nèi)離子層膠核外部溶液7圖7-2土壤膠體構(gòu)造示意圖Y土壤膠體的特性三、土壤膠體的特性1.巨大的表面能，成為吸收性能的基礎(chǔ)2.帶有電荷，以負(fù)電荷為主，保肥性的物質(zhì)基礎(chǔ)3.凝聚和分散作用，不可逆凝聚促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)的形成凝聚作用順序：Fe3+>AI3+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+7Y

四、土壤膠體的性質(zhì)（一）巨大的表面能在物體的表面，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。（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。（三）土壤膠體的分散性和凝聚性其中：2.腐殖質(zhì)膠體帶電－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，對土壤保肥供肥性有重要影響。1.含水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO3SiO32－＋2H＋(二)、土壤膠體微粒帶電荷有下列四種情形：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。（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。（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．以Al（OH）3為例說明如下：在酸性環(huán)境中帶正電：Al(OH)3＋HCIAl(OH)2＋Cl-＋H2O在堿性環(huán)境中帶負(fù)電：AI(OH)3＋NaOH-Al(OH)2O-＋Na＋＋H2O4．兩性膠體帶電1．土壤壤膠體溶溶液（溶溶膠）膠體微粒粒均勻分分散在土土壤溶液液中成為為膠體溶溶液狀態(tài)態(tài)，稱為為溶膠。。2．土壤壤中無定定形的凝凝膠體（（凝膠））微粒彼此此相互聯(lián)聯(lián)結(jié)凝聚聚在一起起，呈無無定型絮絮狀凝膠膠體，稱稱凝膠。。3．分散散和凝聚聚作用由溶膠聯(lián)聯(lián)結(jié)凝聚聚成凝膠膠的作用用，叫做做膠體的的凝聚作作用。凝凝聚的速速度和強(qiáng)強(qiáng)度與兩兩個(gè)因素素有關(guān)：：一是電解解質(zhì)濃度度；二是電解解質(zhì)種類類。一般地，，離子的的價(jià)數(shù)越越高，離離子半徑徑越大，，所產(chǎn)生生的凝聚聚能力越越強(qiáng)。常常見陽離離子凝聚聚力的排排列順序序是：而(三)土壤膠體體的分散散性和凝凝聚性包包含下列列3種情情形：Fe3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na＋Y凝膠分散散成溶膠膠的作用用，叫做做膠體的的分散作作用。膠體的凝凝聚作用用，有些些是可逆逆的，有有些是不不可逆的的。當(dāng)土壤干干燥時(shí)，，土壤溶溶液中的的電解質(zhì)質(zhì)濃度相相應(yīng)增大大，土壤壤膠體易易成凝膠膠狀態(tài)。。相反，，當(dāng)土壤壤水分增增多土壤壤溶液濃濃度相應(yīng)應(yīng)降低，，土壤膠膠體便會會帶有多多余的負(fù)負(fù)電荷，，互相排排斥而成成溶膠狀狀態(tài)。一般土壤壤膠體處處于凝膠膠狀態(tài)。。只有當(dāng)當(dāng)漬水過過多，或或膠體吸吸附的陽陽離子主主要是NH4＋＋、Na＋，而而且又處處于稀溶溶液中，，土壤膠膠體才呈呈溶膠狀狀態(tài)。Y表7－13種種主要類類型硅酸酸鹽粘粒粒性質(zhì)比比較3～1515～4080～100陽離子交換量（cmol/g）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?。╪m）高嶺石伊利石蒙脫石粘粒類型性質(zhì)第二節(jié)：：土壤的的離子代代換主要是物物理化學(xué)學(xué)代換，，是由土土壤膠體體帶電引引起，由由于土壤壤以帶負(fù)負(fù)電荷為為主，土土壤的陽陽離子代代換成為為土壤保保肥、供供肥的源源泉土壤陽離離子代換換特征：：1.是可可逆反應(yīng)應(yīng)，2.遵循循等價(jià)離離子交換換的原則則3.符合合質(zhì)量作作用定律律代換順序：Fe3+>AI3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+7Y一、土壤的陽陽離于交換作作用（一）陽離子子交換作用的的過程是指酸膠體表表面所吸附的的陽離子與土土壤溶液中的的陽離子相互互交換的過程程。Y可用下式來表表示：土壤Mg2＋＋10NH4＋膠粒AI3＋K＋土壤10NH；＋Ca2＋、Mg2＋、Al3＋、K＋、2H＋膠粒Y1.可逆反應(yīng)應(yīng)，迅速平衡衡陽離子交換是是一種可逆反反應(yīng)。由于反反應(yīng)只是在膠膠粒表面進(jìn)行行，所以會很很快達(dá)到平衡衡。（二）土壤陽陽離子交換作作用的特點(diǎn)2.交換反應(yīng)應(yīng)是等量電荷荷對等量電荷荷的交換Y（三）影響陽陽離子交換作作用的因素1．離子交換換能力一種陽離子將將他種陽離子子從膠粒上交交換下來的能能力叫做該種種陽離子的交交換能力。Y土壤中常見的的離子交換能能力排列順序序是：Fe3＋＞Al3＋＞H＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞Na2＋凡運(yùn)動(dòng)速度快快的其交換能能力也大。H＋半徑小，但水水化很弱，水水膜薄，運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度快，因因此它在交換換能力上具有有特殊位置。。Y10－1.0001H＋

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）原子量價(jià)數(shù)離子表4－2離子子半徑及水化化程度與交換換力的關(guān)系Y2．陽離子的相對對濃度及交換換生成物的性性質(zhì)土壤土土壤壤K＋膠粒Ca2＋＋K2SO4膠粒K＋＋CaSO4（四）土壤的的陽離子交換換量和鹽基飽飽和度Y（1）膠體數(shù)數(shù)量一般是膠體物物質(zhì)越多，陽陽離子交換量量越大；膠體體粒子越少交交換量越??；；土壤質(zhì)地愈愈細(xì)，礦質(zhì)膠膠體數(shù)量愈多多，交換量也也愈高。1．土壤的陽離子子交換量指每千克土壤壤或膠體吸附附或代換周圍圍溶液中陽離離子的厘摩爾爾數(shù)，單位為為cmol／／1000g土。Y表7－3不同質(zhì)地土壤壤的陽離子交交換量土壤砂土砂壤土壤土壤土陽離子交換量1～57～87～1825～30單位：cmol／1000g土Y（2）膠體種種類有有機(jī)膠體交交換量最大；；礦質(zhì)膠體中中交換量大小小是：蒙脫石石＞高嶺石。。（3）電荷數(shù)數(shù)量一般來說，隨隨土壤堿度增增加(pH值值增高)解離離度增高，帶帶電量多，反反之，隨土壤壤酸度增加(pH值降低低)解離度降降低，帶電量量減少。Y我國土壤陽離離子交換量，，由南向北，，由西向東有有逐漸增多的的趨勢。陽離子可分為為兩大類：即即鹽基離子（（ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、NH4＋等）和H＋與Al3＋。陽離子的代代換量是這兩兩類離子被吸吸收的總量。。Y所謂鹽基飽和度，就是土壤吸吸附的交換性性鹽基離子占占交換性陽離離子總量的百百分?jǐn)?shù)。交換性鹽基離離子總量（cmol／1000g土土）陽離子交換量量（cmol／1000g土）鹽基飽和度（（％）=Y根據(jù)土壤膠體體對陰離子的的吸收力不同同，可分為3種類型：（1）易被土土壤膠體吸附附的陰離子如如H2PO4－、HPO42－、PO43－、HSiO3－、SiO32－及某些有機(jī)酸酸根。（2）很少被被吸附甚至不不能被吸收的的陰離子，，如NO3－、NO22－、Cl－等。Y鹽基飽和度的的大小常與雨雨量、母質(zhì)、、植被等自然然條件有密切切關(guān)系。一般般干旱地區(qū)的的土壤鹽基飽飽和度大，多多雨地區(qū)則小小。二、土壤陰離離子交換作用用被膠粒表面正正電荷吸附的的陰離子與溶溶液中陰離子子的交換，稱稱為陰離子交交換。Y（3）介于上上述兩者之間間的陰離子，，如SO42－、CO32－、HCO3－以及某些有機(jī)機(jī)酸根陰離子吸附的的相對順序?yàn)闉椋篜O43－＞SiO32－＞CO32－＞SO42－＞Cl＞NO3－Y土壤的離子代代換陽離子交換量量cmol（+）/kg土土取決于：1.膠體類型型2.土壤質(zhì)地地3.鹽基飽和和度：（%）=交換性陽離子子的有效度取取決于：1.離子飽和和度2.陪補(bǔ)離子子效應(yīng)3.黏土礦物物類型7Y土壤對陰離子子的吸附與交交換陰離子的吸附附順序：F->C2O42->C3H4OH(COO)32->H2PO4->HCO3->CH3COO->SCN>SO42->CI->NO3-總體上，磷酸酸根的易吸附附固定和硝酸酸鹽的易流失失最值得關(guān)注注陰離子的負(fù)吸吸附指距離帶負(fù)電電荷的膠體表表面越近，陰陰離子的數(shù)量量越少的現(xiàn)象象一般，負(fù)吸附附作用隨陰離離子價(jià)數(shù)的增增加而增強(qiáng)，，隨陪伴陽離離子價(jià)數(shù)的增增加而減少7Y土壤溶液(soilsolution)是土土壤水分及其其所含氣體、、溶質(zhì)的總稱稱。分析土壤壤溶液組成、、特性及其中中化學(xué)過程，，是土壤地理理學(xué)、環(huán)境科科學(xué)研究的重重要內(nèi)容。土土壤溶液的溶溶質(zhì)主要包括括：①無機(jī)鹽鹽類；②簡單單有機(jī)物；③③溶解性氣體體。土壤溶液液中溶質(zhì)成分分具有巨大的的時(shí)空差異性性，它與許多多因素存在相相互作用，如如圖7-3~5所示。7Y土壤的酸堿反反應(yīng)一、土壤酸的的來源：1.水的解離離HOHH++OH-2.碳酸解離離H2CO3-H++HCO3-3.有機(jī)酸解解離有機(jī)酸H++RCOO-4.酸雨和其其它無機(jī)酸土壤中鋁的活活化：H+進(jìn)入土壤，破破壞礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)，鋁變?yōu)榛罨钚訟I3+，反過來代換土土壤中的H+，使代換性H+變?yōu)槿芤褐蠬+，加重酸化。因此，將H+成稱為酸的結(jié)結(jié)果，而非原原因。7Y根據(jù)我國土壤壤反應(yīng)的實(shí)際際差異情況及及其與肥力的的關(guān)系，可把把土壤反應(yīng)分分為下列7級級：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4.6～5.5pH值5.6～6.5pH值6.6～7.4pH值7.5～8.0pH值8.1～9.0pH值＞9．0Y二、土壤酸度度（一）土壤溶溶液中氫離子子的來源土壤的酸度指指土壤酸性的的程度，以pH表示。它它是土壤溶液液中H＋濃度的表現(xiàn)，，H＋濃度愈大，土土壤酸性愈強(qiáng)強(qiáng)。Y1．動(dòng)植物呼呼吸作用排出出的CO2溶解于水形成成的碳酸解離離產(chǎn)生的H＋。2．微生物分分解作用產(chǎn)生生的有機(jī)酸、、無機(jī)酸解離離產(chǎn)生的H＋。3．土壤溶液液中活性鋁的的作用。4.吸吸附性H＋和Al3＋的作用。土壤中H＋的來源有：Y（二）土壤酸酸度類型1．活性酸度度活性酸度是指指土壤溶液中中的氫離子濃濃度導(dǎo)致的土土壤酸度，通通常用pH值值來表示。2．潛性酸度度是是指指土壤中交換換性氫離子、、鋁離子、羥羥基鋁離子被被交換進(jìn)入溶溶液后引起的的酸度，以cmol/kg表示。Y（1）交換性性酸度土土壤中通通過陽離子交交換反應(yīng)進(jìn)入入溶液的氫離離子濃度稱交交換性酸度。。（2）鹽置換換性酸度指指土壤中中可為中性鹽鹽置換進(jìn)入溶溶液的氫、鋁鋁離子數(shù)量。。（3）水解性性酸度指指土壤中可為為堿性緩沖鹽鹽解離的氫離離子濃度。Y（三）活性酸酸與潛性酸的的關(guān)系土壤活性酸是是土壤酸度的的根本起點(diǎn)，，沒有活性酸酸就沒有潛性性酸；潛性酸決定著著土壤的總酸酸度（以強(qiáng)堿堿滴定的土壤壤酸度）?；钚运崤c潛性性酸是土壤膠膠體交換體系系中兩種不同同的形式，可可以互相轉(zhuǎn)化化。Y土壤的酸堿反反應(yīng)一、土壤酸的的類型1.活性酸：：即土壤溶液液中的H+產(chǎn)生的酸度，，2.潛性酸：：即土壤膠體體上吸附的H+和AI3+所造成。交換性酸：用用中性鹽（KCI）浸提提，土壤膠體上吸吸附的H+進(jìn)入溶液，AI3+被代換后水解解，釋放更多多的H+AI3++3H2O→AI(OH)3↓+3H+水解性酸：用用弱酸強(qiáng)堿鹽鹽浸提土壤后后，H+和AI3+解離更完全。。7Y土壤堿性的形形成一、堿的來源源：1.碳酸鈣水水解CaCO3+3H2OCa2++HCO3-+3HO-2.碳酸鈉的的水解3.交換性鈉鈉的水解Na+H2ONa+H++NaOH影響土壤堿化化的因素1.干燥的氣氣候，季節(jié)性性積鹽脫鹽，，引起堿化2.荒漠草原原和荒漠植被被對堿金屬離離子的富積作作用3.富含鈣、、鎂、鉀、鈉鈉等堿性物質(zhì)質(zhì)的基性鹽、、超基性巖風(fēng)風(fēng)化而來的土土壤膠體膠體7Y由碳酸鹽和重重碳酸鹽導(dǎo)致致土壤堿性的的程度稱土壤壤堿度。主要決定于土土壤中碳酸鈉鈉、碳酸氫鈉鈉、碳酸鈣以以及交換性Na＋的含量。三、土壤堿度度Y四、土壤酸堿堿性對土壤肥肥力的影響（一）土壤酸酸堿性對土壤壤養(yǎng)分有效性性的影響（二）指標(biāo)植植物土壤的酸堿反反應(yīng)，雖然可可用化學(xué)方法法測定，但是是在野外工作作時(shí)，常根據(jù)據(jù)指示植物初初步判斷土壤壤的酸堿性。。Y1．酸性土壤壤指示植物2．鈣質(zhì)土的的指示植物3．鹽土的指指示植物4．鹽堿土的的指示植物（三）主要木木本植物適宜宜pH值范圍圍大多數(shù)木本植植物適宜微酸酸性到微堿性性土壤，有些些植物要求酸酸性土壤，在在強(qiáng)堿性土壤壤上一般樹種種都不能生長長。Y五、土壤反應(yīng)應(yīng)的調(diào)節(jié)（一）酸性性土的調(diào)節(jié)節(jié)改良酸性土土壤通常施施用石灰、、石灰石粉粉和堿性、、生理堿性性肥料。（二）堿性性土的調(diào)節(jié)節(jié)改良堿性土土可施用石石膏、明礬礬、硫酸亞亞鐵和硫磺磺等。此外，改良良堿土還需需要采取與與灌溉、排排水、園林林植物栽培培以及土壤壤耕作等相相結(jié)合。。Y圖7-3土壤溶液及及其影響因因素作用模模式7Y圖7-4土土壤酸酸堿狀況、、形成及其其對植物的的影響示意意圖Y圖7-5土壤系統(tǒng)中中氫離子收收支平衡圖圖式7Y圖7-6不不同pH值土壤壤中酸根離離子及陽離離子組成圖圖式(據(jù)MillerRW,2001)7Y圖7-7土壤pH值值與微生物物及營養(yǎng)元元素有效性性的相關(guān)圖圖式7YY土壤酸堿度度的調(diào)節(jié)一、土壤酸酸度的調(diào)節(jié)節(jié)1.施用石石灰2.施用堿堿性肥料3.改良土土壤二、土壤堿堿度的調(diào)節(jié)節(jié)1.施用石石膏2.施用堿堿性肥料3.改良土土壤三、土壤氧氧化還原狀狀況的調(diào)節(jié)節(jié)1.加強(qiáng)灌灌溉或排水水2.施用有有機(jī)肥3.深耕7Y土壤對酸堿堿的緩沖性性能是指土土壤系統(tǒng)具具有的抵抗抗因外界因因子作用引引起的酸堿堿劇烈變化化的性能。。氧化還原過過程對土壤壤形成發(fā)育育有重要作作用，土壤壤之中存在在有多種氧氧化-還原原體系，如如表7-2所示。7Y土壤氧化還還原性能一、土壤氧氧化還原體體系二、土壤氧氧化還原指指標(biāo)1.氧化還還原電位2.電子活活度負(fù)對數(shù)數(shù)三、影響土土壤氧化還還原的因素素1.土壤通通氣性2.微生物物活動(dòng)3.易分解解有機(jī)質(zhì)的的含量4.植物根根系的代謝謝作用5.土壤的的pH7Y77-2Y第四節(jié)土土壤緩沖性性能酸性或堿性性物質(zhì)加入入土壤后，，土壤具有緩和其其酸堿反應(yīng)應(yīng)變化的性性能。土壤產(chǎn)生緩緩沖作用的的原因主要要有：Y土壤緩沖性性能一|土壤抵抵御酸堿物物質(zhì)、減緩緩pH變化化的能