1、第六章 土壤的保肥性與供肥性,第一節(jié) 土壤膠體及其基本特性 第二節(jié) 土壤的吸附保肥作用 第三節(jié) 土壤的供肥性 第四節(jié) 影響土壤供肥性的化學條件,土壤的保肥性與供肥性,（一）概念 分散體系是由兩種或兩種以上物質組成的，一種物質呈連續(xù)分布狀態(tài)，量相對也比較大，稱為分散介質(分散劑）；另一種物質分子不連續(xù)，量也比較小，稱為分散相（質）。 土壤膠體主要是指土壤中那些細微的固體顆粒（直徑小于1微米）可以均勻地分布在土壤溶液中，形成一種分散系。,一、土壤膠體的概念及種類,無機膠體 有機膠體 有機無機復合膠體,土壤膠體,按照膠體體系的化學-礦物學組成與來源劃分,（二）種類,（1）有機膠體 指土壤中一類分子量

2、大，結構復雜的高分子化合物。以土壤腐殖質為主體、其次還有少量蛋白質、多肽、氨基酸、以及多糖類高分子化合物。,（2）無機膠體 主要指由無機成分所構成的細微顆粒，包括較復雜的次生鋁硅酸鹽（高嶺石、蒙脫石等）和簡單的鐵、鋁、錳氧化物及硅膠等黏粒礦物。,（3）有機無機復合膠體 有機膠體和無機膠體通過物理、化學或物理化學的作用，相互結合在一起形成有機-無機復合體。 是土壤膠體的主體。,（一）巨大的比表面 土壤膠體具有豐富的比表面和巨大的表面能，這使土壤具有其他一些獨特的性質，如帶電性、膨脹與收縮性、凝聚與分散性等的主要原因。 （1）比表面：單位質量或單位容積某種物質的表面積之和，（cm2/g或cm2/m

3、3）。 （2）膠體表面能：界面上的物質分子（表面分子）所具有的多余的不飽和的能量。 表面能大小與表面積成正相關，表面積愈大，表面能愈高，產生的吸附能力愈強。,二、土壤膠體的性質,（二）土壤膠體的帶電性 依據土壤電荷產生的機制分為兩類： （1）永久電荷：也叫內電荷，不受土壤溶液pH值變化而影響的電荷類型稱為永久電荷、恒電荷或結構電荷。 產生的原因：同晶替代作用。 電荷種類：取決于同晶替代過程中離子的價數(shù)。 特點：不受pH的影響。,（2）可變電荷：也叫外電荷，隨著土壤溶液pH值變化而變化的電荷叫可變電荷。 產生的原因：主要是膠體表面分子解離。 電荷種類：環(huán)境pH值大于膠體等電點時，膠體解離帶負電，

4、當環(huán)境pH值小于膠體等電點時，膠體解離帶正電。 特點：受pH的影響,SiO4-4,AlO6-9,2：1型,1：1型,也稱同型異質替代。是指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子所替代而晶格構造保持不變的現(xiàn)象。 如四面體中的Si被AI替代，八面體中的AI被Mg替代、被Fe替代等較為常見。,同晶替代的結果使土壤產生永久電荷，能吸附土壤溶液中帶相反電荷的離子,使土壤具有保肥能力。,同晶替代作用,（三）土壤膠體凝聚與分散 土壤膠體有兩種存在的狀態(tài)： 一種是膠體微粒相當充分的分散在介質中形成的一種外觀頗似溶液的膠體溶液，稱為溶膠。 另一種是在外因作用下，膠體微粒聚合在一起形成的處于凝聚狀態(tài)的膠體，

5、稱為凝膠。 溶膠轉變?yōu)槟z，這一過程稱為凝聚；凝膠也可以轉變?yōu)槿苣z，這一過程稱為分散。,膠體的分散和凝聚主要與加入的電解質種類和濃度有關。電解質種類對膠體凝聚性影響的一般規(guī)律是：離子價越大，其凝聚作用越強，同價陽離子中，離子半徑大的，水膜厚度小的離子凝聚作用強。 土壤中常見的陽離子引起膠體凝聚作用大小的順序為: Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+ 電解質的濃度影響凝聚作用，隨著濃度的加大，其凝聚作用也增強。,（一）土壤吸附 土壤是一個多孔體，同時在土壤表面具有大的表面能及電荷，使土壤具有明顯的吸附性能，表現(xiàn)在土壤顆粒表面具有能夠吸附陰陽離子、氣體、液體等物質的能力，稱土壤的

6、吸附性能。 土壤由于具有吸附性能，使土壤起到“庫”的作用，避免了土壤養(yǎng)分的淋失，從而達到保蓄養(yǎng)分的能力，這對于植物營養(yǎng)、土壤肥力以及污染土壤的自凈能力等方面起極其重要的作用。,一、土壤膠體吸附性能,（二）土壤吸附的類型 1、交換性吸附 是土壤膠粒帶有電荷，借靜電引力從溶液中吸附帶異號電荷的離子或極性分子。土壤固相從溶液中吸附離子的同時，也伴隨著固相表面上交換離子的解吸。 2、專性吸附 是非靜電因素引起的土壤對離子的吸附作用。它是指離子通過表面交換與晶體的陽離子共用1個或2個氧原子，形成共價鍵而被土壤吸附的現(xiàn)象。 3、負吸附是指土粒表面的離子或分子濃度低于整體溶液中該離子或分子的濃度的現(xiàn)象。,二

7、、土壤陽離子吸附與交換作用 （一）基本概念 1.陽離子交換作用：土壤膠體上吸附的陽離子與周圍溶液中的陽離子進行等當量交換過程。 2.交換性陽離子：能與溶液中的陽離子進行等量交換的膠體上吸附的陽離子。 H+、Al3+是致酸離子，與土壤的酸度有密切關系。 Ca2+、Mg2+、K+、NH4+等稱為鹽基離子。,（二）陽離子交換的基本特征 1.陽離子交換是一種可逆反應。 大多數(shù)粘土礦物，Ca-k、Mg-k、Ca-Na、Mg-Na間的交換速度很快，幾秒鐘即可達到平衡。 2.陽離子交換遵循等價離子交換的原則 如：用Ca2+去交換k+，則1mol Ca2+ 可交換2mol k+ 3.陽離子交換服從質量作用定律

8、 土壤溶液中某離子濃度增加，必然會增加土壤膠體對該離子的吸附量（保肥性概念）。同時,對于離子價數(shù)較低、交換力弱的離子只要提高溶液中其濃度，就能增加土壤膠體對它的吸附量（集中施肥依據）。,（三）影響陽離子交換能力的因素 1.電荷的影響：根據庫侖定律，陽離子的價數(shù)越高，交換能力也越大。 三價二價一價 2.離子的半徑及水化程度：同價的離子，其交換能力的大小是依據其離子半徑及離子的水化程度的不同而不同的。,土壤中常見陽離子的交換能力順序： Na+ K+NH4+Mg2+Ca2+H+Al3+Fe3+,3.離子濃度 由于離子交換作用受質量作用定律支配，交換能力較弱的離子如果濃度足夠大時，也可以把交換力較強而

9、濃度較小的離子從膠粒上代換出來。,（四）土壤陽離子交換量 1.陽離子交換量的概念 CEC：在pH為情況下，測得每公斤干土所吸附陽離子的厘摩爾數(shù)。（cmol(+)/kg干土)，也叫陽離子代換量。 注意： （）pH，因為pH值影響土壤電荷總量，為了統(tǒng)一測定標準，以便各地資料能夠互比進行人為規(guī)定的。測定時要用緩沖液保證測定基本條件 （）陽離子交換量是指土壤膠體上吸附所有陽離子總量。 CEC交換性陽離子（ cmol(+)/kg干土） （）過去用毫克當量100克土表示（me/100克干土） （）陽離子交換量實際上是土壤顆粒帶電荷總量,（1）作為土壤保肥性能的評價指標 陽離子交換量是評價土壤肥力的一個指標

10、。它直接反應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。,（2）作為制定施肥計劃的參考 CEC高的土壤，穩(wěn)肥，耐肥性好，可以少次多量 CEC低的土壤，性燥，耐肥性差，可以少量多次,2.陽離子交換量的意義,100%,在土壤膠體上所吸附的陽離子中，鹽基離子的數(shù)量占所吸附交換性陽離子總量的百分比叫鹽基飽和度。,鹽基飽和度常常被作為判斷土壤肥力水平的重要指標之一。鹽基飽和度大于80%的土壤，一般被認為是肥沃的土壤，鹽基飽和度50%80%的為肥力中等，如果小于50%則土壤肥力較低。,（五）鹽基飽和度（BSP）,三、土壤對陰離子的吸附與交換作用 （一）陰離子的靜電吸附：發(fā)生在雙電層外

11、層，吸持松，易解吸。主要離子有Cl-、NO3-、ClO4-等，但Cl-、NO3-不易被膠體吸附；陰離子濃度、離子價、互補離子等對陰離子交換作用的影響和陽離子的吸附與交換相似；陰離子吸附數(shù)量與土壤pH值有關。 （二）陰離子的負吸附 大多數(shù)土壤主要帶負電荷，對土壤中的陰離子有排斥作用，表現(xiàn)出較強的負吸附。 （三）陰離子的專性吸附：膠體表面不一定帶有正電荷，或正電荷已為陰離子所中和，甚至帶有負電荷。被吸附的陰離子不是存在于膠體的外表面，而是進入膠體的內層，并交換金屬離子氧化物表面的配位陰離子。因此，專性吸附又稱為配位體交換。,一、土壤的供肥性 土壤的供肥性是指土壤供應作物所必須的各種速效養(yǎng)分的能力。

12、土壤供肥性能的強弱可用土壤供肥能力的大小來衡量，土壤供肥能力表現(xiàn)的主要內容有： 1土壤供應速效養(yǎng)分的數(shù)量 2緩效養(yǎng)分轉變?yōu)樗傩юB(yǎng)分的速率 3速效養(yǎng)分持續(xù)供應的時間,二、土壤養(yǎng)分的有效化過程 土壤膠體上吸附的養(yǎng)分離子對作物的有效性，不完全決定于該種吸附離子的絕對數(shù)量，而在很大程度上取決于解離和被交換的難易。 影響土壤膠體吸附離子有效性，應考慮以下幾個方面 1、離子的飽和度 離子的飽和度越大，被解吸和交換的機會越多，有效性越大。 2、互補離子的影響 如果互補離子與膠粒的吸附力強，則與之共存的陽離子更易于解吸，有效性高，反之，有效性則低。 3、粘土礦物的種類 蒙脫石類，有效性低；高嶺石類，有效性高。

13、,三、土壤供肥性的調節(jié) 土壤供肥性的調節(jié)包括增加速效養(yǎng)分的數(shù)量，加快供肥速度，延長供肥時間，使作物所需的各種養(yǎng)分能夠全面、充分、持續(xù)地供應，以保證作物的高產、優(yōu)質。具體措施有：,1、合理施肥，提高供肥性能 建立有機肥料為基礎，有機無機相結合，并配合各種肥料的施肥體系，對土壤供肥性和保肥性的調節(jié)均有意義。 2、合理耕作和灌溉，促進養(yǎng)分的轉化供應 精耕細作，疏松耕層，以耕促肥 合理灌排，調節(jié)水、熱、氣狀態(tài)，以水促肥 3、用養(yǎng)結合，進行合理的輪、間、套作 4、消除有害物質，改善養(yǎng)分的供應狀況 具體包括：消除酸害和堿害；消除鹽害；消除還原性物質毒害；消除污染的毒害。,中國土壤酸堿性分布規(guī)律,中國土壤的

14、酸堿性反應，大多數(shù)在pH4.58.5之間。在地理分布上有“東南酸西北堿”的規(guī)律性。大致可以以長江為界（北緯3335），長江以南的土壤為酸性或強酸性，長江以北的土壤多為中性或堿性。我國土壤的酸堿性南北差異很大，由南向北土壤pH相差7個數(shù)量級。,1、氣候因素 高溫高濕氣候條件加速了礦物和巖石的風化作用和鹽基離子強烈的淋溶作用，而干旱半干旱地區(qū)，鹽基淋溶少，水分蒸發(fā)量大，使土壤呈石灰反應，因此，所形成的自然土壤有東南酸西北堿的分布趨勢。,一、土壤酸堿性,2、生物因素 生物的呼吸作用、土壤中一些專性微生物作用、植被影響,3、母質因素 其他成土條件相同，母巖pH不同，形成土壤酸堿性也不同。,4、人為活動

15、 施肥、灌溉、環(huán)境狀況也會影響土壤的酸堿性,（一）土壤酸堿性的形成因素,（二）土壤酸堿的存在形式和表示方法,（1）土壤活性酸度 土壤溶液中的氫離子濃度。用pH表示,測定時的水土比為1：1浸提測定溶液中氫離子濃度，所以，也有人表示為pHH2O. （2）土壤潛性酸度 指由土壤膠體上吸附的氫離子、鋁離子所可能產生的酸度。,1、存在形式,（3）活性酸和潛性酸的關系,一個平衡體系中的兩種酸度，可以互相轉化,土壤總酸度活性酸度潛在酸度，潛性酸活性酸； 潛性酸是容量指標，活性酸是強度指標。,2、表示方法 （1）活性酸度-pH值：代表與土壤固相處于平衡的溶液中的H+離子濃度的負對數(shù)。 依據對植物的影響程度將土

16、壤pH分為以下等級,（2）潛性酸度,交換性酸度（pHKCl) 當用中性鹽溶液如1mol Kcl或0.06mol BaCl2溶液(pH=7)浸提土壤時，土壤膠體表面吸附的鋁離子與氫離子的大部分均被浸提劑的陽離子交換而進入溶液，此時，不僅交換性氫離子進入溶液變酸，交換性鋁離子由于水解作用也增強了溶液酸性。 Al3+3H2OAl(OH)3+3H+ 浸出液中氫離子及其有鋁離子水解產生的氫離子，用標準堿液滴定，根據消耗的堿量換算，為交換性氫與交換性鋁的總量，即為交換性酸量(包括活性酸)。以厘摩爾（）/千克為單位，它是土壤酸度的數(shù)量指標。 陽離子交換反應是一種可逆反應，所以，所測定的交換性酸度僅是潛性酸度

17、的一部分。,水解性酸度(pHNaoAc) 用弱酸強堿的鹽類溶液（常用的為pH8.2的1mol NaOAc溶液）浸提, 再以0.1molNaOH標準液滴定浸出液，根據所消耗的NaOH的用量換算為土壤酸量，這樣測得的潛性酸的量稱之為土壤的水解性酸。 水解性酸度測定時交換反應是一種不可逆反應，所以，土壤水解性酸度幾乎是土壤所有酸度容量。也就是說，水解性酸度大于交換性酸度。,堿化度（鈉堿化度；ESP） 概念： 堿化度是指土壤膠體吸附的交換性鈉離子占陽離子交換量的百分率。,應用: 我國以堿化層的堿化度30%，表層含鹽量9.0定為堿土(alkaline soil) 。而將土壤堿化度為510定為輕度堿化土壤

18、，1015為中度堿化土壤，1520為強堿化土壤。 美國把ESP15%的土壤叫堿土，515%的土壤叫堿化土；俄羅斯把ESP20%，印度把ESP30%為定為堿土。,（三）土壤酸堿性對土壤肥力和作物生長的影響,植物營養(yǎng)元素的有效性與pH的關系,土壤pH6.5左右時，各種營養(yǎng)元素的有效度都較高，并適宜多數(shù)作物的生長。,1. 影響土壤中養(yǎng)分物質的轉化和有效性,2.土壤酸堿性影響土壤微生物活性 微生物的活動對土壤 pH是很敏感的，對于土壤中有機質的分解，氮、硫等元素及其化合物的轉化，關系非常密切。土壤細菌和放線菌適應于中性范圍，真菌最適宜酸性條件下活動。 3.土壤酸堿性影響土壤的理化性質 土壤過酸和過堿均不利于土壤良好結構的形成，不利于耕作和作物的生長發(fā)育。,4.土壤酸堿性影響作物生長,大多數(shù)植物適宜生長在中性至微堿性土壤上。有些植物對土壤酸堿性有一定的指示作用，可作為土壤酸堿性的“指示植物”,（四）土壤酸堿性的調節(jié),1、調節(jié)酸性土壤，最常用的方法是施加石灰，我國多施加氧化鈣或氫氧化鈣，而國外常用碳酸鈣粉末。過量使用石灰，會使有機質過度分解，導致土壤板結。 2、調節(jié)堿性土壤，常使用石膏（CaSO4）或硫酸亞鐵或硫磺等，使用石膏是通過離子代