土壤胶体与土壤吸收性能
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? 1、土壤孔性
? （孔隙度、相对密度、土壤容重、孔隙
类型）
? 2、土壤结构性
? （块状、核状、柱状、片状、团粒）
? 3、土壤耕性
? （粘结和粘着性、可塑性、胀缩性）
问题
? 1,结合本专业所学, 谈谈您对土壤耕性的认识 。
? 2,计算题：
(1) 某土壤测得其烘干土重为 100g,其吸湿水含量为
20 g/kg,求其风干土重 。
(2)计算一公顷 (10000m2)耕层 20cm深度的干土重 。
（ 测定土壤容重时, 用环刀采取 25cm3的土样, 称
量其湿土重为 37.5g,已知其水分含量为 250 g/kg。 ）
胶体的概念
胶体是物质存在的一种状态，是一
种分散体系。
根据分散体系中被分散的物质（分
散相）的大小，可把分散系分为：粗
分散系、胶体分散系和分子、离子分
散系。
胶体分散系
? 一般把分散相颗粒直径 （ 非球颗粒
则指长, 宽, 高三向中一个方向的长度 ）
在 1-1000纳米范围内的分散系称胶体分
散系 。 其颗粒大小介于粗分散系和分子,
离子分散系之间 。
举例
? 胶体分散系可以是固体颗粒分散在液体或气体
中, 也可以是液粒分散在气体或其他液体中 。
? 日常接触和研究的胶体, 大多是固体颗粒分散
在液体或液体微粒分散在另一液体介质中, 例
如氢氧化铁, 层状硅酸盐和腐殖质酸的胶体溶
液以及蛋白质和胶水等 。
? 思考：土壤泥浆？
一、土壤胶体：
1,概念：
是指大小在 1-100毫微米 （ 在长, 宽
和高的三个方向, 至少有一个方向在此
范围内 ） 的固体颗粒而言 。 实际上凡 1-
1000nm粘粒都具有胶体的特性 。
2、胶体的种类、组成
矿物颗粒：铝硅酸盐, 铁, 铝, 锰, 钛的氧
化物
有机态颗粒：膜状或游离态的腐殖质
A、无机胶体：
a.含水氧化硅胶体：游离态无定型
SiO2.H2O→H2SiO3 带负电
H2SiO3==H++HSiO3-== H++ SiO32-
b.含水氧化铁、铝：两性胶体
Al（ OH） 3+H+→Al（ OH） 2++H2O pH<5
+
OH-
↓
Al（ OH） 2O-+ H2O
c.层状硅酸盐：粘土矿物硅氧片和铝氧片
① 硅氧片、硅氧四面体
硅四面体可以
共用氧原子而形成
一层, 氧原子排列
成为中空的六角形,
称硅氧片或硅氧层 。
② 铝氧八面体
由六个氧原子 （ 或
氢离子 ） 环绕着一
个中心铝离子排列
而成, 氧原子排列
成两层, 铝原子居
于两层中心孔穴内 。
1:1型矿物
特点,晶层与晶层间距离稳定, 连接紧密, 内
部空隙小, 电荷量少, 单位个体小, 分散度低 。
多出现于酸性土壤 。 如高岭石类 。
硅氧片
铝氧片
2:1型粘土矿物
特点,胀缩性大, 吸湿
性强, 易在两边硅氧
片中以 Al3+代 Si4+,有
时可在硅铝片中, 一
般以 Mg2+代 Al3+→带负
电 →吸附负离子 。
如蒙脱石, 这类矿物
多出现于北方土壤 。
硅氧片
铝氧片
硅氧片
指组成矿物的中心离子被电性相同, 大
小相近的离子替代而晶格构造保持不变的现
象 。
对于 2,1型矿物来说：原来晶格中的中
心原子被其大小相近且电性符号相同的而原
子价较低的原子所代换 。 （ 带负电的原因 ）
土壤粘土矿物带电,同晶代换作用
B,有机胶体：
主要指腐殖质及少量的木质素, 蛋白质,
纤维素等 。
特点：颗粒极小, 巨大的比表面积, 带有
电荷高度的亲水性, 负电荷量比粘粒矿物大 。
C,有机 -无机复合体：
有机胶体以薄膜状紧密盖覆于粘土矿物表
面通过阳离子与 -COOH,-OH等官能团形成复
合体 。
土壤胶体的构造
+
+
+
+
+
+
+ - +
+ - + -
+ - + -
+ - +
+ -
-
+ -
- +
+
- +
本体溶液扩散层 双电层结构：当静电引
力与热扩散相平衡时，
在带电胶体表面与溶液
的界面上，形成的由一
层固相表面电荷与一层
溶液中相反符号离子所
组成的电荷非均匀分布
的空间结构
决定电位
离子层 非活性补偿离子层
微粒
核
1,微粒核 （ 胶核 ）, 核心, 基本物质 。 腐殖质,
SiO2,氧化铝, 氧化铁, 铝硅酸盐, 蛋白质及有
机无机胶体分子群 。
2、双电层,（ 1）决定电位离子层：是固定在胶
核表面，并决定其电荷和电位 一层离子。它是由
胶体表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某
一种离子而构成。
（ 2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层
带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带
相反电荷的离子，形成补偿离子层。
? A.非活性补偿离子层,补偿离子层的内层, 靠
近决定电位离子层, 受到的静电引力强, 离子
被牢牢吸引, 成平行密实排列, 不易自由解离,
只能随着胶核移动 。
? B.扩散层,在非活性补偿离子层的外面, 受到
的静电引力小, 活动性大 。 同时还受使离子均
匀分布的热运动的影响, 使此层阳离子随离子
距胶粒表面距离的增大而减少, 由稠密到稀疏,
呈扩散状态 。
土壤胶体的特性
? 土壤胶体比表面和比表面能
比表面：指单位重量或单位体积物体的总
表面积（ cm2/g,cm2/cm3）。
2:1型黏土矿物,腐殖质具有巨大的比表面
? 比表面能 （ 吸附能力产生的主要原因 ）
物体内部分子处在周围分子之间, 在
各个方向上受到吸引力相等而相互抵消,
表面分子则不同, 由于它们与外界的液
体或气体介质相接触, 因而在内, 外方
面受到的是不同分子的吸引力, 不能相
互抵消, 所以具有多余的表面能, 这种
能量产生于物体表面, 故称为表面能 。
土壤胶体电荷：
? 可分为永久电荷和可变电荷两种。
? 永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的同晶
代换所产生的电荷。
?电荷数量取决于同晶替的多少。
?特点：不受 pH的影响。
?2,1型矿物带负电的主要原因。
可变电荷
定义,电荷的数量和质量随介质的 pH而改变的电荷。
可变电荷零点 (pH0),土壤的可变正、负电荷数量相
等时的 pH
来源,胶核表面分子（或原子团）的解离
1、黏土矿物晶面上 -OH的解离
2、含水铁、铝氧化物的解离（ Al2O3.3H2O)
3、腐殖质上某些官能团的解离（ COOH）
4、含水氧化硅的解离
带电：净电荷
（ 1）黏土矿物晶面上 -OH的解离
层状硅酸盐晶层上的 -OH基可以解离
出 H+，带负电。
结
晶
体
-OH
-OH
-OH
结
晶
体
-O-
-O-
-O-
+3H+
如高岭石的 pH0为 5。
1,1型粘粒矿物带电的主要原因。
（ 2）含水氧化铁、氧化铝的解离
如三水铝石的 pH0值为 4.8。
当土壤 pH低于 pH0值时,
Al2O3.3H2O 2Al(OH)2++2OH-
当土壤 pH高于 pH0值时,
Al2O3.3H2O 2Al(OH)2O-+2OH-
（ 3）腐殖质上某些原子团的解离
高 pH条件下：
-COOH H+ + COO-
-OH H+ + -O-
低 pH条件下：
-NH2 -NH3+
（ 4）含水氧化硅的解离
SiO2.H2O（或 H2SiO3）的 pH0值为 2
在土壤中一般不产生正电荷
所带负电荷的量随土壤 pH值的升高而增加。
3,胶体的凝聚和分散作用
? 胶体的两种状态
? （ 1）胶体微粒均匀分散在水中，呈高
度分散状态的溶胶；
? （ 2）胶体微粒彼此联结凝聚在一起而
呈絮状的凝胶。
? 凝聚作用,土壤胶体溶液如受某些因素
的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成
凝胶。
? 分散作用,由凝胶分散成溶胶。
? 胶体的凝聚或分散决定于电动电位的高低,
? 越高，排斥力愈强，溶胶状态。
? 越低，当吸引力大于排斥力时，凝胶状态。
按凝聚力的大小：
Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ >
Na+
? 对于同一土壤来说, 电动电位的高低, 主要
决定于扩散层的厚度, 而扩散层的厚度与离
子电荷数量及离子水化度有关 。
凡电荷数量少而水化度大的离子 （ 如
Na+）, 形成的扩散层厚, 电动电位高, 使
胶体分散；电荷数量多, 水化度小的离子
（ 如 Ca2+）, 形成的扩散层薄, 电动电位降
至一定程度时, 胶体即可凝聚 。
4、土壤吸收性能
指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离
子，悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。
土壤吸收性能：
1、机械吸收：机械阻隔
2、物理吸收性
3、化学吸收性
4、物理化学吸收性
5、生物吸收性
? （ 1） 机械吸收性,是指土壤对物体的阻
留 。 如施有机肥时, 其中大小不等的颗
粒, 均可被保留在土壤中；污水, 洪淤
灌溉时, 其土粒及其他不溶物, 也可固
机械吸收性而被保留在土壤中 。
? 主要决定于土壤的孔隙状况 。
? （ 2） 物理吸收性,这种吸收性能是指土
壤对分子态物质的保持能力, 它表现在
某些养分聚集在胶体表面, 其浓度比在
溶液中为大, 另一些物质则胶体表面吸
附较少而溶液中浓度较大, 前者为 正吸
附, 后者为 负吸附 。
? （ 3） 化学吸收性,是指易溶性盐在土壤
中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中
的过程, 这种吸收作用是以纯化学作用
为基础的 。
? （ 4） 物理化学吸收性,是指土壤对可溶性物
质中离子态养分的保持能力, 由于土壤胶体带
有正电荷或负电荷, 能吸附溶液中带异号电荷
的离子, 这些被吸附的离子又可与土壤溶液中
的同号电荷的离子交换而达到动态平衡 。
这一作用是以物理吸附为基础, 而又呈现
出化学反应相似的特性 。
? （ 5） 生物吸收性,是指土壤中植物根系
和微生物对营养物质的吸收, 这种吸收
作用的特点是有选择性和创造性, 并且
具有累积和集中养分的作用 。
只有此种吸收才能吸收硝酸盐, 生
物吸收对于提高土壤肥力方面有着重要
意义 。
课程回顾
? 1、土壤胶体：概念、种类
2:1型和 1:1型粘土矿物、同晶代换
? 2、土壤胶体的结构：微粒核、双电层
? 3、土壤胶体电荷：永久电荷、可变电荷
可变电荷零点 (pH0)
? 4、土壤的吸收性能
? 即土壤离子交换作用 。 土壤离子交换可
分为两类：一类为阳离子交换作用, 另
一类为阴离子交换作用 。
阳离子交换作用,带负电胶体所吸附的
阳离子与溶液中的阳离子进行交换 。
阴离子交换作用,带正电胶体吸附的阴
离子与溶液中阴离子互相交换的作用 。
土壤物理化学吸收性能
（ 1） 阳离子交换作用
? 概念：土壤胶体吸附阳离子，在一定条
件下，与土壤溶液中的其他阳离子发生
交换，这就是土壤阳离子的交换过程。
? 能够参与交换过程的阳离子，就成为 交
换性阳离子 。
? 离子的吸附、解吸：
土壤胶粒 Ca2+ +2KCl= 土壤胶粒
K+
K+ +CaCl2
特点：
? 1、是可逆反应 任何一方的反应都不能进行到
底，反复浸提（交换性阳离子测定），才能把
胶体表面上的钙离子和钾离子全部交换出来；
? 2、等量交换，等摩尔交换,20克 Ca2+可以和
39.1克 K+交换；
? 3、反应迅速
影响阳离子交换能力的因素
?电荷的数量
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ >
Na+
?离子半径和离子水化半径
离子半径大水化半径小，交换性能强
?离子浓度
4、土壤阳离子交换量（ Cation
Exchange Capacity） CEC
? 定义：在一定 pH值条件下，每千克土壤所能吸
附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。
单位,cmol/kg 。
影响因素
?土壤胶体数量
?胶体类型,2,1,1,1
?土壤 pH值：？ pH升高？
? A.胶体数量 （ 土壤质
地 ）, 土壤胶体物质
越多 （ 包括矿质胶体,
有机胶体和复合胶
体 ）, 则 CEC越大 。
就矿质胶体而言,
CEC随着质地粘重程
度增加而增加, 所以
粘质土 CEC较砂质土
要大的多 。
质地 阳离子交换量
（ cmol(+)kg-1)
砂土 1-5
砂壤土 7-8
壤土 7-18
粘土 25-30
? B.胶体类型,不同土壤胶体阳离子交换量相差很大。
胶休
种类
腐殖质 蛭石 蒙脱石 水云母 高岭石 含水氧化
铁、铝
CEC
（ cmol(+
)kg-1) 150-500 100-150 60-100 20-40 3-15 微量
比表面
（ m2g-1) 800-1000 700 800 100-200 5-20 -
2:1>1:1，有机 >无机
? C,土壤 pH值,土壤酸碱度影响胶体表面官能
团中 H+的解离，因而影响可变电荷的多少。
pH4.5 pH6.4 pH8.1
沼泽土胡敏酸 170.0 286.3 400.0
灰化土胡敏酸 234.0 410.0 508.7
黑钙土胡敏酸 292.2 432.9 590.5
pH2.5-6 pH7
高岭石 4 10
蒙脱石 95 100
阳离子交换量和施肥的密切关系
? 施肥时不仅要了解作物的需要，同时还要考虑土壤交换量的大小：
例如在砂土上施用化肥
土壤交换量？土壤保肥能力？施肥次数？施肥
量？
对于交换量小、保肥力差的土壤，可通过
施用河塘泥、厩肥、泥炭或掺粘土，以增加土
壤中的无机、有机胶体，以及通过施用石灰调
节土壤 pH等来提高土壤的阳离子交换量。
? 土壤交换量的大小, 基本上代表了土壤
的保持养分数量, 也就是平常所说的保
肥力高低；交换量大, 也就是保存养分
的能力大, 反之则弱 。 所以, 土壤交换
量可以作为评价土壤保肥力的指标 。
? 一般地：小于 10 cmol/kg,保肥力弱；
10~20 cmol/kg,中等；大于 20 cmol/kg，
强 。
5、土壤盐基饱和度
? 1,盐基饱和度 （ BSP）,土壤胶体上的
交换性盐基离子总量占交换性阳离子总
量的百分比 。
土壤交换性阳离子可分为二类：
致酸离子 （ H+,Al3+）
盐基离子 (K+,Na+,Ca2+,Mg2+等 )
盐基离子为植物所需的速效养分 。
? 盐基饱和土壤,土壤胶体吸附的阳离子
如绝大多数（ 80%以上）为盐基离子。
? 盐基不饱和土壤,盐基饱和度在 80%以
下,H+,Al3+等离子含量较多。
?盐基饱和度与 pH的关系
?从西北、华北到东南、华南逐渐降低
?真正反映土壤有效速效养分含量的大小。若阳离
子交换量大，而盐基饱和度偏小，需要采取措施
对土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。
6、影响交换性阳离子有效性的因素：
（ 1）交换性阳离子的饱和度,饱和度大，该离
子的有效性大。
饱和度,胶体上被吸附的某种阳离子的量占土壤阳离
子交换量的百分数。
土壤 CEC/(c mol/kg 交换性 Ca量/(c mol/kg) 交换性 Ca的饱和度 % Ca的有效度
甲 10 4 40.0 大
乙 40 5 12.5 小
施肥一大片，不如一条线
（ 2） 陪补离子的种类：
对于某一特定的离子来说, 其它与
其共存的离子都是陪补离子 。 （ 如胶体
吸附了 H+,Ca+,Mg2+,K+等离子, 对
H+来说, Ca+,Mg2+,K+是它 陪补离子 ）
与胶体结合强度大的离子, 本身有效
性低, 但对其它离子的有效性有利 。 反
之亦然 。
土壤处理 交换性离子组成 盆中幼苗干重 (g) 盆中幼苗吸钙 量 (mg)
甲 40%Ca+60%H 2.8 11.15
乙 40%Ca+60%Mg 2.79 7.83
丙 40%Ca+60%Na 2.34 4.36
不同陪补离子对交换性钙有效性的影响
各处离子相互抑制的能力如下：
Na+>K+>Mg2+>Ca2+>H+和 Al3+
（ 3）无机胶体的种类：
在饱和度相同的前提下，各种离子在无机胶体上
的有效性：
高岭石 〉 蒙脱石 〉 水云母；
这是因为：
高岭石：阳离子吸附点主要在破裂边缘外表面；
蒙脱石：吸附点主要在晶层间内表面；
水云母：层间空隙狭窄，易使 NH4+,K+等离子产 晶
穴固定。
（ 4） 阳离子的非交换性吸收：
离子半径大小与晶格孔穴
大小的关系 。 离子大小与孔径
相近, 离子易进入孔穴中, 且
稳定性较大, 从而降低了有效
性 。
如：孔穴半径为 1.4埃,
钾离子的半径为 1.33埃, 铵离
子的半径为 1.42埃, 则有效性
较低 。
层状铝硅酸盐粘粒矿物
土壤阴离子的交换作用
土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子
与土壤溶液中阴离子的相互交换作用 。
土壤吸收阴离子的原因
1,两性胶体带正电荷
酸性 Al(OH)3 +HCl= Al(OH)2++Cl-+H2O
碱性 Al(OH)3 +NaOH= Al(OH)2O-+Na++H2O
2,土壤腐殖质中的 — NH2 在酸性条件下吸
收 H+成为 — NH3+ 而带正电 。
3,粘粒矿物表面上的 -OH原子团可与土壤
溶液中的阴离子代换 。
阴离子吸附类型
? 1 ） 易 于 被 土 壤 吸 附 的 阴 离 子, 如 磷 酸 根
（ H2PO4-,HPO42-,PO43-）, 硅酸根 （ HSiO3-、
SiO32-） 及某些有机酸的阴离子 。 此类阴离子常
和阳离子起化学反应产生难溶性化合物 。
? 2） 很少或根本不被吸附的阴离子：如 Cl-,NO3-、
NO2-等 。 易出现负吸附 。
? 3） 介于上述两者之间的阴离子, 如 SO42-,CO32-、
HCO3-及某些有机酸的阴离子, 土壤吸收它们的
能力很弱 。
土壤中各种阴离子代换吸收能力
不同阴离子代换吸收顺序如下：
草酸根离子 >柠檬酸离子 >磷酸根离子 >硫酸根
离子 >氯离子 >硝酸根离子
磷酸根离子和某些有机酸根离子易被土壤吸收。
磷酸根常被某些阳离子如钙、镁、铁、铝所固定，而失
去有效性。而土壤氯离子和硝酸根离子代换吸收能力最
弱，甚至不能吸收 。
二、土壤的酸碱性
什么是酸？ 什么是碱？
1,根据酸碱质子论：凡能给出质子
（ H+） 的物质就是酸, 能接受质子的物
质就是碱,HB H++B-
2,酸可以是阳离子, 阴离子或中性分子；
如果一种物质既能提供质子, 又能接受
质子, 则可以是酸又可以是碱 。
土壤酸碱性 是指土壤溶液的反应 （ soil
reaction）, 它反映土壤溶液中 H+浓度和
OH-浓度比例, 同时也决定土壤胶体上
致酸离子 （ H+或 Al3+） 或碱性离子 （ Na+ ）
的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存
在数量 。
? 土壤酸性 （ soil acidity）, 一方面与溶液中 H+
浓度相关, 另一方面更多的是与土壤胶体上吸
附的致酸离子 （ H+或 Al3+） 有密切关系 。
? 土壤中酸性的主要来源是：胶体上吸附的 H+或
Al3+,CO2溶于水所形成的碳酸, 有机质分解
产生的有机酸, 氧化作用产生少量无机酸, 以
及施肥加入的酸性物质等 。
（一）土壤酸性
1,活性酸 （ active acidity）
由土壤溶液中游离的 H+直接引起的, 常用 pH值表示,
即溶液中氢离子浓度的负对数 。
土壤酸碱性主要根据活性酸划分 ——
酸度分级,〈 5 5.0-6.5 6.6-7.5 7.6-8.5 >8.5
我国土壤 pH一般在 4~9之间 。
在地理分布上由南向北 pH逐渐增加, 大致以长江为界 。
长江以南的土壤为酸性和强酸性, 长江以北的土壤多
为中性或碱性, 少数为强碱性 。
2,潜性酸 （ potential acidity）
指土壤胶体上吸附的 H+或 Al3+,Al(OH)2+、
Al(OH)2+,Al(OH)2.50.5+所造成的酸性 。 因为它
们进入溶液后才会显示出酸性, 所以称之为潜
性酸, 常用 1000克烘干土中氢离子的厘摩尔数
表示 。
潜性酸与活性酸的动态平衡：
土壤胶粒
xH
yAl +(x+3y)K
+= 土壤胶粒 (x+3y)K+xH++yAl3+
潜性酸可分为两类：
（ 1）交换性酸 (exchangeable acidity)：
用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）溶液，
与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的氢离
子或铝离子被侵提剂的阳离子所交换，使溶液的
酸性增加。测定溶液中氢离子的浓度即得交换性
酸的数量。
土壤胶粒 H+KCl= 土壤胶粒 K+HCl
土壤胶粒 Al+3KCl= 土壤胶粒 +AlCl3
K
K
K
用中性盐溶液浸提而测得的酸量
只是土壤潜性酸量的大部分, 而不是
它的全部 。
（ 2） 水解性酸：
用过量强碱弱酸盐 （ CH3COONa） 浸提土
壤, 胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所
表现出来的酸性 。
CH3COONa水解产生 NaOH,pH值可达 8.5，
Na+可以把绝大部分的代换性的氢离子和铝离子
代换下来, 从而形成醋酸, 滴定溶液中 醋酸的
总量即得水解性酸度 。
CH3COONa +H2O= CH3COOH+NaOH
土壤胶粒 Al +3CH3COONa+3H2O= 土壤胶粒 +Al(OH)3
Na
Na
Na
土壤胶粒 H+Na+OH- = 土壤胶粒 +H2ONa
+3CH3COOH
用碱滴定溶液中醋酸的总量即是水解酸的
量 。 水解性酸度一般要比交换性酸度大得多,
但这两者是同一来源, 本质上是一样的, 都是
潜性酸, 只是换作用的程度不同而已 。
（二）土壤碱性
1,OH-的来源
（ 1） 土壤弱酸强碱盐的水解, 碳
酸及重碳酸的钾, 钠, 钙, 镁等盐类 。
如 Na2CO3,NaHCO3,CaCO3等；
（ 2） 其次是土壤胶体上的 Na+的代
换水解作用 。
2,土壤碱性的表示方法
（ 1） 土壤碱性的高低用 pH值表示，越大碱性越
强，碱性过强，对植物或微生物（少数耐碱或
喜碱的除外）的生长不利。
（ 2）碱度,Na2CO3和 NaHCO3（ c mol/kg）
（ 3） Na+饱和度,碱化度 =（交换性钠 /阳离子交换
量） *100%
碱化度在 5%-20%时称碱化土,>20%时称碱
土。
（ 三 ） 土壤缓冲性
? 在自然条件下, 土壤 pH值不因土壤酸碱
环境 条件的改变而发生剧烈的变化, 而是
保持在一定的范围内, 土壤这种特殊的抵抗
酸碱度变化的能力称土壤缓冲性 。
土壤缓冲作用的机制
?土壤胶粒上的交换性阳离子；
?土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在；
?土壤中两性物质的存在；
?酸性土壤中铝离子的缓冲作用
? 机制 1：土壤胶粒上的交换性阳离子
土壤胶粒 M+H = 土壤胶粒 H+M+
当土壤溶液中 H+增加时，胶体表面的交换性盐基
离子与溶液中的 H+交换，使土壤溶液中 H+的浓度基本
无变化或变化很小。
土壤胶粒 H+MOH = 土壤胶粒 M+H2O
当土壤溶液中加入 MOH时, 解离产生 M+或 OH-，
由于 M+与胶体上交换性 H+交换, H+转入溶液中, 同
OH-生成 H2O,pH变化极小 。
机制 1是产生缓冲作用的主要原因！
由以上可以得出：
（ 1） 土壤缓冲能力的大小和它的阳离子交换量
有关 。 粘质土及有机质含量高的土壤, 砂土及
有机质含量少的土壤？
（ 2） 不同的盐基饱和度表现出对酸碱的缓冲能
力是不同的 。 如果两种土壤阳离子交换量相同,
则盐基饱和度大的, 对酸的缓冲能力愈？ 而对
碱的缓冲能力愈？
? 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、腐殖酸以
及其他有机酸及其盐类构成一个良好的
缓冲体系，故对酸碱具有缓冲作用。
? 机制 2：土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在
H2CO3 +Ca(OH)2= CaCO3+2H2O
Na2CO3 +2HCl = H2CO3+2NaCl
? 机制 3：土壤中两性物质的存在
R-CH-COOH
NH2
+HCl= R-CH-COOH
NH3Cl
R-CH-COOH
NH2
+NaOH= R-CH-COONa+H2O
NH2
(氨基酸氯化铵盐）
(氨基酸钠）
在极强酸性土壤中 （ pH<4）, 铝以正三
价离子状态存在, 每个 Al3+周围有 6个水分子围
绕, 当加入碱类时, 6个水分子中即有一二个
解离出 H+来中和 OH-。 这时带有 OH-的铝离子
很不稳定, 与另一个相同的铝离子结合, 在结
合中, 两个 OH-被两个铝离子所共用, 并且代
替了两个水分子的地位, 结果这两个铝离子失去两个正电荷 。
? 机制 4：酸性土壤中铝离子的缓冲作用
2Al(H2O)63+ +2OH-1= [Al2(OH)2(H2O)8]4++4H2O
土壤缓冲作用的重要性
? （ 1） 缓冲性和适宜的植物生活环境
使土壤 pH值在自然条件下不致于因外界
条件改变而剧烈变化, 有利于营养无素平衡供
应, 维持一个适宜的植物生活环境 。
? （ 2） 缓冲性和酸碱度改良
土壤的缓冲性能愈大, 改变酸性土 （ 或碱
性土 ） pH所需要的石灰 （ 或硫磺等 ） 数量越
多 。
（ 四 ） 土壤酸碱性对植物的影响
? 1,各种植物对土壤酸碱性的要求不同,
有些植物可在很宽的 pH范围内正常生长, 大
多数植物在 pH>9.0或 <2.5的情况下都难以生长 。
? 喜酸植物：杜鹃属, 越桔属, 茶花属, 杉木, 松
树, 橡胶树, 帚石兰
? 喜钙植物：紫花苜蓿, 草木犀, 南天竺, 柏属,
椴树, 榆树等
? 喜盐碱植物：柽柳, 沙枣, 枸杞等
2,植物病虫害与土壤酸碱性直接相关
? 1） 地下害虫往往要求一定范围的 pH环境
条件,如竹蝗喜酸而金龟子喜碱；
? 2） 有些病害只在一定的 pH值范围内发作,
悴倒病往往在碱性和中性土壤上发生 。
3,土壤活性铝
?土壤中的活性铝是土壤胶体上吸附的交换性铝
和土壤溶液中的铝离子, 它是一个重要的生态
因子, 对自然植被的分布, 生长和演替有重大
影响；
?在强酸性土壤中含铝多, 生活在这类土壤上的
植物往往耐铝甚至喜铝 （ 帚石兰, 茶树 ） ；但
对于一些植物来说, 铝是有毒性的, 如三叶草,
紫花苜蓿, 土壤中富铝时生长受抑制 。
（ 五 ） 土壤酸碱性对养分有效性的影响
在正常范围内, 植物对土壤酸碱性
敏感的原因, 是由于土壤 pH值影响土壤
溶液中各种离子的浓度, 从而影响各种
元素对植物的有效性 。
?（ 1） 氮在 pH6~8时有效性较高, 是由
于 pH在小于 6时, 固氮菌活动降低, 而
大于 8时, 硝化作用受到抑制；
?（ 2） 磷在 pH6.5~7.5时有效性较高, 由
于在 pH小于 6.5时, 易形成磷酸铁, 磷
酸铝, 有效性降低, 在 pH高于 7.5时,
则易形成磷酸二氢钙；
?（ 3） 酸性土壤的淋溶作用强烈, 钾, 钙,
镁容易流失, 导致这些元素缺乏 。 在 pH高于
8.5时, 土壤钠离子增加, 钙, 镁离子被取代
形成碳酸盐沉淀, 因此钙, 镁的有效性在
pH6~8时最好 。
?（ 4） 铁, 锰, 铜, 锌, 钴五种微量元素在
酸性土壤中因可溶而有效性高；钼酸盐不溶
于酸而溶于碱, 在酸性土壤中易缺乏；硼酸
盐在 pH5~7.5时有效性较好 。
（ 六 ） 土壤酸碱性的调节
?1,调节酸性土壤, 最常用的方法是施加石
灰, 我国多施加氧化钙或氢氧化钙, 而国
外常用碳酸钙粉末 。 过量使用石灰, 会使
有机质过度分解, 导致土壤板结 。
?2,调节碱性土壤, 常使用石膏 （ CaSO4）
或硫酸亚铁或硫磺等使用石膏是通过离子
代换作用把土壤中有害的钠离子代换出来,
在结合灌水使之淋洗出去 。
Last Class
? 1、土壤孔性
? （孔隙度、相对密度、土壤容重、孔隙
类型）
? 2、土壤结构性
? （块状、核状、柱状、片状、团粒）
? 3、土壤耕性
? （粘结和粘着性、可塑性、胀缩性）
问题
? 1,结合本专业所学, 谈谈您对土壤耕性的认识 。
? 2,计算题：
(1) 某土壤测得其烘干土重为 100g,其吸湿水含量为
20 g/kg,求其风干土重 。
(2)计算一公顷 (10000m2)耕层 20cm深度的干土重 。
（ 测定土壤容重时, 用环刀采取 25cm3的土样, 称
量其湿土重为 37.5g,已知其水分含量为 250 g/kg。 ）
胶体的概念
胶体是物质存在的一种状态，是一
种分散体系。
根据分散体系中被分散的物质（分
散相）的大小，可把分散系分为：粗
分散系、胶体分散系和分子、离子分
散系。
胶体分散系
? 一般把分散相颗粒直径 （ 非球颗粒
则指长, 宽, 高三向中一个方向的长度 ）
在 1-1000纳米范围内的分散系称胶体分
散系 。 其颗粒大小介于粗分散系和分子,
离子分散系之间 。
举例
? 胶体分散系可以是固体颗粒分散在液体或气体
中, 也可以是液粒分散在气体或其他液体中 。
? 日常接触和研究的胶体, 大多是固体颗粒分散
在液体或液体微粒分散在另一液体介质中, 例
如氢氧化铁, 层状硅酸盐和腐殖质酸的胶体溶
液以及蛋白质和胶水等 。
? 思考：土壤泥浆？
一、土壤胶体：
1,概念：
是指大小在 1-100毫微米 （ 在长, 宽
和高的三个方向, 至少有一个方向在此
范围内 ） 的固体颗粒而言 。 实际上凡 1-
1000nm粘粒都具有胶体的特性 。
2、胶体的种类、组成
矿物颗粒：铝硅酸盐, 铁, 铝, 锰, 钛的氧
化物
有机态颗粒：膜状或游离态的腐殖质
A、无机胶体：
a.含水氧化硅胶体：游离态无定型
SiO2.H2O→H2SiO3 带负电
H2SiO3==H++HSiO3-== H++ SiO32-
b.含水氧化铁、铝：两性胶体
Al（ OH） 3+H+→Al（ OH） 2++H2O pH<5
+
OH-
↓
Al（ OH） 2O-+ H2O
c.层状硅酸盐：粘土矿物硅氧片和铝氧片
① 硅氧片、硅氧四面体
硅四面体可以
共用氧原子而形成
一层, 氧原子排列
成为中空的六角形,
称硅氧片或硅氧层 。
② 铝氧八面体
由六个氧原子 （ 或
氢离子 ） 环绕着一
个中心铝离子排列
而成, 氧原子排列
成两层, 铝原子居
于两层中心孔穴内 。
1:1型矿物
特点,晶层与晶层间距离稳定, 连接紧密, 内
部空隙小, 电荷量少, 单位个体小, 分散度低 。
多出现于酸性土壤 。 如高岭石类 。
硅氧片
铝氧片
2:1型粘土矿物
特点,胀缩性大, 吸湿
性强, 易在两边硅氧
片中以 Al3+代 Si4+,有
时可在硅铝片中, 一
般以 Mg2+代 Al3+→带负
电 →吸附负离子 。
如蒙脱石, 这类矿物
多出现于北方土壤 。
硅氧片
铝氧片
硅氧片
指组成矿物的中心离子被电性相同, 大
小相近的离子替代而晶格构造保持不变的现
象 。
对于 2,1型矿物来说：原来晶格中的中
心原子被其大小相近且电性符号相同的而原
子价较低的原子所代换 。 （ 带负电的原因 ）
土壤粘土矿物带电,同晶代换作用
B,有机胶体：
主要指腐殖质及少量的木质素, 蛋白质,
纤维素等 。
特点：颗粒极小, 巨大的比表面积, 带有
电荷高度的亲水性, 负电荷量比粘粒矿物大 。
C,有机 -无机复合体：
有机胶体以薄膜状紧密盖覆于粘土矿物表
面通过阳离子与 -COOH,-OH等官能团形成复
合体 。
土壤胶体的构造
+
+
+
+
+
+
+ - +
+ - + -
+ - + -
+ - +
+ -
-
+ -
- +
+
- +
本体溶液扩散层 双电层结构：当静电引
力与热扩散相平衡时，
在带电胶体表面与溶液
的界面上，形成的由一
层固相表面电荷与一层
溶液中相反符号离子所
组成的电荷非均匀分布
的空间结构
决定电位
离子层 非活性补偿离子层
微粒
核
1,微粒核 （ 胶核 ）, 核心, 基本物质 。 腐殖质,
SiO2,氧化铝, 氧化铁, 铝硅酸盐, 蛋白质及有
机无机胶体分子群 。
2、双电层,（ 1）决定电位离子层：是固定在胶
核表面，并决定其电荷和电位 一层离子。它是由
胶体表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某
一种离子而构成。
（ 2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层
带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带
相反电荷的离子，形成补偿离子层。
? A.非活性补偿离子层,补偿离子层的内层, 靠
近决定电位离子层, 受到的静电引力强, 离子
被牢牢吸引, 成平行密实排列, 不易自由解离,
只能随着胶核移动 。
? B.扩散层,在非活性补偿离子层的外面, 受到
的静电引力小, 活动性大 。 同时还受使离子均
匀分布的热运动的影响, 使此层阳离子随离子
距胶粒表面距离的增大而减少, 由稠密到稀疏,
呈扩散状态 。
土壤胶体的特性
? 土壤胶体比表面和比表面能
比表面：指单位重量或单位体积物体的总
表面积（ cm2/g,cm2/cm3）。
2:1型黏土矿物,腐殖质具有巨大的比表面
? 比表面能 （ 吸附能力产生的主要原因 ）
物体内部分子处在周围分子之间, 在
各个方向上受到吸引力相等而相互抵消,
表面分子则不同, 由于它们与外界的液
体或气体介质相接触, 因而在内, 外方
面受到的是不同分子的吸引力, 不能相
互抵消, 所以具有多余的表面能, 这种
能量产生于物体表面, 故称为表面能 。
土壤胶体电荷：
? 可分为永久电荷和可变电荷两种。
? 永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的同晶
代换所产生的电荷。
?电荷数量取决于同晶替的多少。
?特点：不受 pH的影响。
?2,1型矿物带负电的主要原因。
可变电荷
定义,电荷的数量和质量随介质的 pH而改变的电荷。
可变电荷零点 (pH0),土壤的可变正、负电荷数量相
等时的 pH
来源,胶核表面分子（或原子团）的解离
1、黏土矿物晶面上 -OH的解离
2、含水铁、铝氧化物的解离（ Al2O3.3H2O)
3、腐殖质上某些官能团的解离（ COOH）
4、含水氧化硅的解离
带电：净电荷
（ 1）黏土矿物晶面上 -OH的解离
层状硅酸盐晶层上的 -OH基可以解离
出 H+，带负电。
结
晶
体
-OH
-OH
-OH
结
晶
体
-O-
-O-
-O-
+3H+
如高岭石的 pH0为 5。
1,1型粘粒矿物带电的主要原因。
（ 2）含水氧化铁、氧化铝的解离
如三水铝石的 pH0值为 4.8。
当土壤 pH低于 pH0值时,
Al2O3.3H2O 2Al(OH)2++2OH-
当土壤 pH高于 pH0值时,
Al2O3.3H2O 2Al(OH)2O-+2OH-
（ 3）腐殖质上某些原子团的解离
高 pH条件下：
-COOH H+ + COO-
-OH H+ + -O-
低 pH条件下：
-NH2 -NH3+
（ 4）含水氧化硅的解离
SiO2.H2O（或 H2SiO3）的 pH0值为 2
在土壤中一般不产生正电荷
所带负电荷的量随土壤 pH值的升高而增加。
3,胶体的凝聚和分散作用
? 胶体的两种状态
? （ 1）胶体微粒均匀分散在水中，呈高
度分散状态的溶胶；
? （ 2）胶体微粒彼此联结凝聚在一起而
呈絮状的凝胶。
? 凝聚作用,土壤胶体溶液如受某些因素
的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成
凝胶。
? 分散作用,由凝胶分散成溶胶。
? 胶体的凝聚或分散决定于电动电位的高低,
? 越高，排斥力愈强，溶胶状态。
? 越低，当吸引力大于排斥力时，凝胶状态。
按凝聚力的大小：
Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ >
Na+
? 对于同一土壤来说, 电动电位的高低, 主要
决定于扩散层的厚度, 而扩散层的厚度与离
子电荷数量及离子水化度有关 。
凡电荷数量少而水化度大的离子 （ 如
Na+）, 形成的扩散层厚, 电动电位高, 使
胶体分散；电荷数量多, 水化度小的离子
（ 如 Ca2+）, 形成的扩散层薄, 电动电位降
至一定程度时, 胶体即可凝聚 。
4、土壤吸收性能
指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离
子，悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。
土壤吸收性能：
1、机械吸收：机械阻隔
2、物理吸收性
3、化学吸收性
4、物理化学吸收性
5、生物吸收性
? （ 1） 机械吸收性,是指土壤对物体的阻
留 。 如施有机肥时, 其中大小不等的颗
粒, 均可被保留在土壤中；污水, 洪淤
灌溉时, 其土粒及其他不溶物, 也可固
机械吸收性而被保留在土壤中 。
? 主要决定于土壤的孔隙状况 。
? （ 2） 物理吸收性,这种吸收性能是指土
壤对分子态物质的保持能力, 它表现在
某些养分聚集在胶体表面, 其浓度比在
溶液中为大, 另一些物质则胶体表面吸
附较少而溶液中浓度较大, 前者为 正吸
附, 后者为 负吸附 。
? （ 3） 化学吸收性,是指易溶性盐在土壤
中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中
的过程, 这种吸收作用是以纯化学作用
为基础的 。
? （ 4） 物理化学吸收性,是指土壤对可溶性物
质中离子态养分的保持能力, 由于土壤胶体带
有正电荷或负电荷, 能吸附溶液中带异号电荷
的离子, 这些被吸附的离子又可与土壤溶液中
的同号电荷的离子交换而达到动态平衡 。
这一作用是以物理吸附为基础, 而又呈现
出化学反应相似的特性 。
? （ 5） 生物吸收性,是指土壤中植物根系
和微生物对营养物质的吸收, 这种吸收
作用的特点是有选择性和创造性, 并且
具有累积和集中养分的作用 。
只有此种吸收才能吸收硝酸盐, 生
物吸收对于提高土壤肥力方面有着重要
意义 。
课程回顾
? 1、土壤胶体：概念、种类
2:1型和 1:1型粘土矿物、同晶代换
? 2、土壤胶体的结构：微粒核、双电层
? 3、土壤胶体电荷：永久电荷、可变电荷
可变电荷零点 (pH0)
? 4、土壤的吸收性能
? 即土壤离子交换作用 。 土壤离子交换可
分为两类：一类为阳离子交换作用, 另
一类为阴离子交换作用 。
阳离子交换作用,带负电胶体所吸附的
阳离子与溶液中的阳离子进行交换 。
阴离子交换作用,带正电胶体吸附的阴
离子与溶液中阴离子互相交换的作用 。
土壤物理化学吸收性能
（ 1） 阳离子交换作用
? 概念：土壤胶体吸附阳离子，在一定条
件下，与土壤溶液中的其他阳离子发生
交换，这就是土壤阳离子的交换过程。
? 能够参与交换过程的阳离子，就成为 交
换性阳离子 。
? 离子的吸附、解吸：
土壤胶粒 Ca2+ +2KCl= 土壤胶粒
K+
K+ +CaCl2
特点：
? 1、是可逆反应 任何一方的反应都不能进行到
底，反复浸提（交换性阳离子测定），才能把
胶体表面上的钙离子和钾离子全部交换出来；
? 2、等量交换，等摩尔交换,20克 Ca2+可以和
39.1克 K+交换；
? 3、反应迅速
影响阳离子交换能力的因素
?电荷的数量
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ >
Na+
?离子半径和离子水化半径
离子半径大水化半径小，交换性能强
?离子浓度
4、土壤阳离子交换量（ Cation
Exchange Capacity） CEC
? 定义：在一定 pH值条件下，每千克土壤所能吸
附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。
单位,cmol/kg 。
影响因素
?土壤胶体数量
?胶体类型,2,1,1,1
?土壤 pH值：？ pH升高？
? A.胶体数量 （ 土壤质
地 ）, 土壤胶体物质
越多 （ 包括矿质胶体,
有机胶体和复合胶
体 ）, 则 CEC越大 。
就矿质胶体而言,
CEC随着质地粘重程
度增加而增加, 所以
粘质土 CEC较砂质土
要大的多 。
质地 阳离子交换量
（ cmol(+)kg-1)
砂土 1-5
砂壤土 7-8
壤土 7-18
粘土 25-30
? B.胶体类型,不同土壤胶体阳离子交换量相差很大。
胶休
种类
腐殖质 蛭石 蒙脱石 水云母 高岭石 含水氧化
铁、铝
CEC
（ cmol(+
)kg-1) 150-500 100-150 60-100 20-40 3-15 微量
比表面
（ m2g-1) 800-1000 700 800 100-200 5-20 -
2:1>1:1，有机 >无机
? C,土壤 pH值,土壤酸碱度影响胶体表面官能
团中 H+的解离，因而影响可变电荷的多少。
pH4.5 pH6.4 pH8.1
沼泽土胡敏酸 170.0 286.3 400.0
灰化土胡敏酸 234.0 410.0 508.7
黑钙土胡敏酸 292.2 432.9 590.5
pH2.5-6 pH7
高岭石 4 10
蒙脱石 95 100
阳离子交换量和施肥的密切关系
? 施肥时不仅要了解作物的需要，同时还要考虑土壤交换量的大小：
例如在砂土上施用化肥
土壤交换量？土壤保肥能力？施肥次数？施肥
量？
对于交换量小、保肥力差的土壤，可通过
施用河塘泥、厩肥、泥炭或掺粘土，以增加土
壤中的无机、有机胶体，以及通过施用石灰调
节土壤 pH等来提高土壤的阳离子交换量。
? 土壤交换量的大小, 基本上代表了土壤
的保持养分数量, 也就是平常所说的保
肥力高低；交换量大, 也就是保存养分
的能力大, 反之则弱 。 所以, 土壤交换
量可以作为评价土壤保肥力的指标 。
? 一般地：小于 10 cmol/kg,保肥力弱；
10~20 cmol/kg,中等；大于 20 cmol/kg，
强 。
5、土壤盐基饱和度
? 1,盐基饱和度 （ BSP）,土壤胶体上的
交换性盐基离子总量占交换性阳离子总
量的百分比 。
土壤交换性阳离子可分为二类：
致酸离子 （ H+,Al3+）
盐基离子 (K+,Na+,Ca2+,Mg2+等 )
盐基离子为植物所需的速效养分 。
? 盐基饱和土壤,土壤胶体吸附的阳离子
如绝大多数（ 80%以上）为盐基离子。
? 盐基不饱和土壤,盐基饱和度在 80%以
下,H+,Al3+等离子含量较多。
?盐基饱和度与 pH的关系
?从西北、华北到东南、华南逐渐降低
?真正反映土壤有效速效养分含量的大小。若阳离
子交换量大，而盐基饱和度偏小，需要采取措施
对土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。
6、影响交换性阳离子有效性的因素：
（ 1）交换性阳离子的饱和度,饱和度大，该离
子的有效性大。
饱和度,胶体上被吸附的某种阳离子的量占土壤阳离
子交换量的百分数。
土壤 CEC/(c mol/kg 交换性 Ca量/(c mol/kg) 交换性 Ca的饱和度 % Ca的有效度
甲 10 4 40.0 大
乙 40 5 12.5 小
施肥一大片，不如一条线
（ 2） 陪补离子的种类：
对于某一特定的离子来说, 其它与
其共存的离子都是陪补离子 。 （ 如胶体
吸附了 H+,Ca+,Mg2+,K+等离子, 对
H+来说, Ca+,Mg2+,K+是它 陪补离子 ）
与胶体结合强度大的离子, 本身有效
性低, 但对其它离子的有效性有利 。 反
之亦然 。
土壤处理 交换性离子组成 盆中幼苗干重 (g) 盆中幼苗吸钙 量 (mg)
甲 40%Ca+60%H 2.8 11.15
乙 40%Ca+60%Mg 2.79 7.83
丙 40%Ca+60%Na 2.34 4.36
不同陪补离子对交换性钙有效性的影响
各处离子相互抑制的能力如下：
Na+>K+>Mg2+>Ca2+>H+和 Al3+
（ 3）无机胶体的种类：
在饱和度相同的前提下，各种离子在无机胶体上
的有效性：
高岭石 〉 蒙脱石 〉 水云母；
这是因为：
高岭石：阳离子吸附点主要在破裂边缘外表面；
蒙脱石：吸附点主要在晶层间内表面；
水云母：层间空隙狭窄，易使 NH4+,K+等离子产 晶
穴固定。
（ 4） 阳离子的非交换性吸收：
离子半径大小与晶格孔穴
大小的关系 。 离子大小与孔径
相近, 离子易进入孔穴中, 且
稳定性较大, 从而降低了有效
性 。
如：孔穴半径为 1.4埃,
钾离子的半径为 1.33埃, 铵离
子的半径为 1.42埃, 则有效性
较低 。
层状铝硅酸盐粘粒矿物
土壤阴离子的交换作用
土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子
与土壤溶液中阴离子的相互交换作用 。
土壤吸收阴离子的原因
1,两性胶体带正电荷
酸性 Al(OH)3 +HCl= Al(OH)2++Cl-+H2O
碱性 Al(OH)3 +NaOH= Al(OH)2O-+Na++H2O
2,土壤腐殖质中的 — NH2 在酸性条件下吸
收 H+成为 — NH3+ 而带正电 。
3,粘粒矿物表面上的 -OH原子团可与土壤
溶液中的阴离子代换 。
阴离子吸附类型
? 1 ） 易 于 被 土 壤 吸 附 的 阴 离 子, 如 磷 酸 根
（ H2PO4-,HPO42-,PO43-）, 硅酸根 （ HSiO3-、
SiO32-） 及某些有机酸的阴离子 。 此类阴离子常
和阳离子起化学反应产生难溶性化合物 。
? 2） 很少或根本不被吸附的阴离子：如 Cl-,NO3-、
NO2-等 。 易出现负吸附 。
? 3） 介于上述两者之间的阴离子, 如 SO42-,CO32-、
HCO3-及某些有机酸的阴离子, 土壤吸收它们的
能力很弱 。
土壤中各种阴离子代换吸收能力
不同阴离子代换吸收顺序如下：
草酸根离子 >柠檬酸离子 >磷酸根离子 >硫酸根
离子 >氯离子 >硝酸根离子
磷酸根离子和某些有机酸根离子易被土壤吸收。
磷酸根常被某些阳离子如钙、镁、铁、铝所固定，而失
去有效性。而土壤氯离子和硝酸根离子代换吸收能力最
弱，甚至不能吸收 。
二、土壤的酸碱性
什么是酸？ 什么是碱？
1,根据酸碱质子论：凡能给出质子
（ H+） 的物质就是酸, 能接受质子的物
质就是碱,HB H++B-
2,酸可以是阳离子, 阴离子或中性分子；
如果一种物质既能提供质子, 又能接受
质子, 则可以是酸又可以是碱 。
土壤酸碱性 是指土壤溶液的反应 （ soil
reaction）, 它反映土壤溶液中 H+浓度和
OH-浓度比例, 同时也决定土壤胶体上
致酸离子 （ H+或 Al3+） 或碱性离子 （ Na+ ）
的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存
在数量 。
? 土壤酸性 （ soil acidity）, 一方面与溶液中 H+
浓度相关, 另一方面更多的是与土壤胶体上吸
附的致酸离子 （ H+或 Al3+） 有密切关系 。
? 土壤中酸性的主要来源是：胶体上吸附的 H+或
Al3+,CO2溶于水所形成的碳酸, 有机质分解
产生的有机酸, 氧化作用产生少量无机酸, 以
及施肥加入的酸性物质等 。
（一）土壤酸性
1,活性酸 （ active acidity）
由土壤溶液中游离的 H+直接引起的, 常用 pH值表示,
即溶液中氢离子浓度的负对数 。
土壤酸碱性主要根据活性酸划分 ——
酸度分级,〈 5 5.0-6.5 6.6-7.5 7.6-8.5 >8.5
我国土壤 pH一般在 4~9之间 。
在地理分布上由南向北 pH逐渐增加, 大致以长江为界 。
长江以南的土壤为酸性和强酸性, 长江以北的土壤多
为中性或碱性, 少数为强碱性 。
2,潜性酸 （ potential acidity）
指土壤胶体上吸附的 H+或 Al3+,Al(OH)2+、
Al(OH)2+,Al(OH)2.50.5+所造成的酸性 。 因为它
们进入溶液后才会显示出酸性, 所以称之为潜
性酸, 常用 1000克烘干土中氢离子的厘摩尔数
表示 。
潜性酸与活性酸的动态平衡：
土壤胶粒
xH
yAl +(x+3y)K
+= 土壤胶粒 (x+3y)K+xH++yAl3+
潜性酸可分为两类：
（ 1）交换性酸 (exchangeable acidity)：
用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）溶液，
与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的氢离
子或铝离子被侵提剂的阳离子所交换，使溶液的
酸性增加。测定溶液中氢离子的浓度即得交换性
酸的数量。
土壤胶粒 H+KCl= 土壤胶粒 K+HCl
土壤胶粒 Al+3KCl= 土壤胶粒 +AlCl3
K
K
K
用中性盐溶液浸提而测得的酸量
只是土壤潜性酸量的大部分, 而不是
它的全部 。
（ 2） 水解性酸：
用过量强碱弱酸盐 （ CH3COONa） 浸提土
壤, 胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所
表现出来的酸性 。
CH3COONa水解产生 NaOH,pH值可达 8.5，
Na+可以把绝大部分的代换性的氢离子和铝离子
代换下来, 从而形成醋酸, 滴定溶液中 醋酸的
总量即得水解性酸度 。
CH3COONa +H2O= CH3COOH+NaOH
土壤胶粒 Al +3CH3COONa+3H2O= 土壤胶粒 +Al(OH)3
Na
Na
Na
土壤胶粒 H+Na+OH- = 土壤胶粒 +H2ONa
+3CH3COOH
用碱滴定溶液中醋酸的总量即是水解酸的
量 。 水解性酸度一般要比交换性酸度大得多,
但这两者是同一来源, 本质上是一样的, 都是
潜性酸, 只是换作用的程度不同而已 。
（二）土壤碱性
1,OH-的来源
（ 1） 土壤弱酸强碱盐的水解, 碳
酸及重碳酸的钾, 钠, 钙, 镁等盐类 。
如 Na2CO3,NaHCO3,CaCO3等；
（ 2） 其次是土壤胶体上的 Na+的代
换水解作用 。
2,土壤碱性的表示方法
（ 1） 土壤碱性的高低用 pH值表示，越大碱性越
强，碱性过强，对植物或微生物（少数耐碱或
喜碱的除外）的生长不利。
（ 2）碱度,Na2CO3和 NaHCO3（ c mol/kg）
（ 3） Na+饱和度,碱化度 =（交换性钠 /阳离子交换
量） *100%
碱化度在 5%-20%时称碱化土,>20%时称碱
土。
（ 三 ） 土壤缓冲性
? 在自然条件下, 土壤 pH值不因土壤酸碱
环境 条件的改变而发生剧烈的变化, 而是
保持在一定的范围内, 土壤这种特殊的抵抗
酸碱度变化的能力称土壤缓冲性 。
土壤缓冲作用的机制
?土壤胶粒上的交换性阳离子；
?土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在；
?土壤中两性物质的存在；
?酸性土壤中铝离子的缓冲作用
? 机制 1：土壤胶粒上的交换性阳离子
土壤胶粒 M+H = 土壤胶粒 H+M+
当土壤溶液中 H+增加时，胶体表面的交换性盐基
离子与溶液中的 H+交换，使土壤溶液中 H+的浓度基本
无变化或变化很小。
土壤胶粒 H+MOH = 土壤胶粒 M+H2O
当土壤溶液中加入 MOH时, 解离产生 M+或 OH-，
由于 M+与胶体上交换性 H+交换, H+转入溶液中, 同
OH-生成 H2O,pH变化极小 。
机制 1是产生缓冲作用的主要原因！
由以上可以得出：
（ 1） 土壤缓冲能力的大小和它的阳离子交换量
有关 。 粘质土及有机质含量高的土壤, 砂土及
有机质含量少的土壤？
（ 2） 不同的盐基饱和度表现出对酸碱的缓冲能
力是不同的 。 如果两种土壤阳离子交换量相同,
则盐基饱和度大的, 对酸的缓冲能力愈？ 而对
碱的缓冲能力愈？
? 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、腐殖酸以
及其他有机酸及其盐类构成一个良好的
缓冲体系，故对酸碱具有缓冲作用。
? 机制 2：土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在
H2CO3 +Ca(OH)2= CaCO3+2H2O
Na2CO3 +2HCl = H2CO3+2NaCl
? 机制 3：土壤中两性物质的存在
R-CH-COOH
NH2
+HCl= R-CH-COOH
NH3Cl
R-CH-COOH
NH2
+NaOH= R-CH-COONa+H2O
NH2
(氨基酸氯化铵盐）
(氨基酸钠）
在极强酸性土壤中 （ pH<4）, 铝以正三
价离子状态存在, 每个 Al3+周围有 6个水分子围
绕, 当加入碱类时, 6个水分子中即有一二个
解离出 H+来中和 OH-。 这时带有 OH-的铝离子
很不稳定, 与另一个相同的铝离子结合, 在结
合中, 两个 OH-被两个铝离子所共用, 并且代
替了两个水分子的地位, 结果这两个铝离子失去两个正电荷 。
? 机制 4：酸性土壤中铝离子的缓冲作用
2Al(H2O)63+ +2OH-1= [Al2(OH)2(H2O)8]4++4H2O
土壤缓冲作用的重要性
? （ 1） 缓冲性和适宜的植物生活环境
使土壤 pH值在自然条件下不致于因外界
条件改变而剧烈变化, 有利于营养无素平衡供
应, 维持一个适宜的植物生活环境 。
? （ 2） 缓冲性和酸碱度改良
土壤的缓冲性能愈大, 改变酸性土 （ 或碱
性土 ） pH所需要的石灰 （ 或硫磺等 ） 数量越
多 。
（ 四 ） 土壤酸碱性对植物的影响
? 1,各种植物对土壤酸碱性的要求不同,
有些植物可在很宽的 pH范围内正常生长, 大
多数植物在 pH>9.0或 <2.5的情况下都难以生长 。
? 喜酸植物：杜鹃属, 越桔属, 茶花属, 杉木, 松
树, 橡胶树, 帚石兰
? 喜钙植物：紫花苜蓿, 草木犀, 南天竺, 柏属,
椴树, 榆树等
? 喜盐碱植物：柽柳, 沙枣, 枸杞等
2,植物病虫害与土壤酸碱性直接相关
? 1） 地下害虫往往要求一定范围的 pH环境
条件,如竹蝗喜酸而金龟子喜碱；
? 2） 有些病害只在一定的 pH值范围内发作,
悴倒病往往在碱性和中性土壤上发生 。
3,土壤活性铝
?土壤中的活性铝是土壤胶体上吸附的交换性铝
和土壤溶液中的铝离子, 它是一个重要的生态
因子, 对自然植被的分布, 生长和演替有重大
影响；
?在强酸性土壤中含铝多, 生活在这类土壤上的
植物往往耐铝甚至喜铝 （ 帚石兰, 茶树 ） ；但
对于一些植物来说, 铝是有毒性的, 如三叶草,
紫花苜蓿, 土壤中富铝时生长受抑制 。
（ 五 ） 土壤酸碱性对养分有效性的影响
在正常范围内, 植物对土壤酸碱性
敏感的原因, 是由于土壤 pH值影响土壤
溶液中各种离子的浓度, 从而影响各种
元素对植物的有效性 。
?（ 1） 氮在 pH6~8时有效性较高, 是由
于 pH在小于 6时, 固氮菌活动降低, 而
大于 8时, 硝化作用受到抑制；
?（ 2） 磷在 pH6.5~7.5时有效性较高, 由
于在 pH小于 6.5时, 易形成磷酸铁, 磷
酸铝, 有效性降低, 在 pH高于 7.5时,
则易形成磷酸二氢钙；
?（ 3） 酸性土壤的淋溶作用强烈, 钾, 钙,
镁容易流失, 导致这些元素缺乏 。 在 pH高于
8.5时, 土壤钠离子增加, 钙, 镁离子被取代
形成碳酸盐沉淀, 因此钙, 镁的有效性在
pH6~8时最好 。
?（ 4） 铁, 锰, 铜, 锌, 钴五种微量元素在
酸性土壤中因可溶而有效性高；钼酸盐不溶
于酸而溶于碱, 在酸性土壤中易缺乏；硼酸
盐在 pH5~7.5时有效性较好 。
（ 六 ） 土壤酸碱性的调节
?1,调节酸性土壤, 最常用的方法是施加石
灰, 我国多施加氧化钙或氢氧化钙, 而国
外常用碳酸钙粉末 。 过量使用石灰, 会使
有机质过度分解, 导致土壤板结 。
?2,调节碱性土壤, 常使用石膏 （ CaSO4）
或硫酸亚铁或硫磺等使用石膏是通过离子
代换作用把土壤中有害的钠离子代换出来,
在结合灌水使之淋洗出去 。
