第四章土壤胶体和土壤吸收性能
土壤胶体是土壤中最活跃的部分，对土壤肥力有深刻的影响。
土壤胶体及其特性
土壤的交换吸收性能第一节、土壤胶体及其特性一、土壤胶体的概念
（一）胶体的概念
---一种或数种物质的微小颗粒均匀地分散于另一种物质中，便构成 分散体系 。均匀分散的颗粒称为 分散相颗粒 。
---分散相颗粒的粒径在 1-100nm（毫微米）
范围的分散相体系，称为胶体分散体系，
其中的分散相颗粒就是 胶体颗粒 。
土壤胶体 一般指土壤粘粒，其粒径在 1-2
微米之间（ 1000-2000毫微米）。比一般规定的胶体粒级大 10-20倍。
严格说来，土壤胶体是一种准胶体。
二、土壤胶体的特性
（一）具有巨大的比表面和表面积
---内表面,指膨胀性粘土矿物的晶层表面和腐植质分子聚集体内部的表面。
---外表面,指粘土矿物、氧化物和腐植质分子暴露在外的表面。
土壤常见粘粒矿物的比表面积
（ m2/g）
胶体成分 内表面积 外表面积 总表面积蒙脱石蛭石水云母高岭石埃洛石水化埃洛石水铝英石
700-750
400-750
0-5
0
0
400
130-400
15-150
1-50
90-150
5-40
10-45
25-30
130-400
700-850
400-800
90-150
5-40
10-45
430
260-800
（二）土壤胶体的带电性
土壤胶体所带的电荷可以分为两类：
永久电荷,指由于层状硅酸盐矿物晶格中的同晶替代作用所产生的剩余负电荷。
这种负电荷不受介质 pH值的影响。
可变负电荷,指随介质 pH的变化而变化的负电荷。
有机胶体、氧化物胶体的电荷属于可变电荷，层状硅酸盐矿物的电荷既有永久电荷，也有可变电荷。
（三）胶体的分散性和凝聚性
胶体有两种状态：
溶胶状态,胶粒带同种电荷，彼此互相排斥，所以可以稳定地分散在介质中。
凝聚状态,胶粒与胶粒之间互相凝聚在一起形成絮状或无定形沉淀。
（四）土壤胶体的吸收代换性
带电荷的土壤胶体会吸附土壤溶液中的带相反电荷的离子，以补偿胶体电性的不平衡。
一部分被吸附的离子，可以和土壤溶液中的离子进行交换。这种现象就称为 土壤胶体的 吸收交换性能 。
三、土壤胶体的类型及其电荷特征
土壤胶体可以分成三大类：无机胶体、
有机胶体和有机 --无机复合胶体。
（一）土壤无机胶体无机胶体存在土壤粘粒之中，包括：
层状（铝）硅酸盐矿物
含水氧化硅胶体；
含水氧化铁、铝胶体；
水铝英石；
1、层状硅酸盐矿物
（ 1）基本结构单位
A、硅氧四面体和铝氧八面体硅氧四面体 由一个硅原子和四个氧原子组成，硅原子位于中央，氧原子占据四个顶点。
铝氧八面体 由一个铝原子和八个氧原子组成，铝原子位于中央，氧原子占据八个顶点。
硅氧四面体结构示意图铝氧八面体结构示意图
B、硅氧片和水铝片硅氧四面体和硅氧四面体之间通过共用氧原子互相联结就形成了 硅氧片 。每六个硅氧四面体相连就形成一个六边形网孔。
铝氧八面体与铝氧八面体通过共用氧原子互相连接就形成了 水铝片 。
硅氧片与铝氧片（水铝片）称为 基本晶片 。
晶片与晶片按一定方式堆叠就形成了粘土矿物的 晶层。
硅氧四面体互相联结示意图硅氧四面体联结成硅氧片,在平面上形成六角形网眼
（ 2）主要的层状铝硅酸盐矿物高岭石：
单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成。故称 1,1型矿物。
晶层之间以氢键连接，联结力强。
塑性、粘结性、粘着性、膨胀性很弱。
对水和阳离子的吸附力弱,CEC=3-15
cmol(+)/kg。
主要存在于风化程度较高的土壤中。
硅酸盐矿物的一般结构示意图高岭石结构示意图高岭石结构示意图蒙脱石：
两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱石晶层。 2,1型矿物。
晶层之间通过键相连，联结力弱。
胀缩性、粘结性、可塑性很强。
对水和阳离子的吸附力强,CEC=60-100
Cmol(+)/kg。
主要存在于风化度低的土壤中。
蛭石与蒙皂石结构示意图蒙托石结构示意图蛭石：
2,1型矿物，晶层结构与蒙脱石相似。
同晶替代比蒙脱石普遍。
阳离子交换量比蒙脱石高,CEC可达
150Cmol(+)/kg.
膨胀性小于蒙脱石，但高于高岭石。
蛭石结构示意图水云母：
2,1型矿物，单位晶层与蒙脱石相似。
晶层与晶层之间由 K+离子联结，联结力比氧键大。
水化度、膨胀性、粘结性、可塑性和
CEC都低于蒙脱石，但高于高岭石。
云母结构示意图水云母结构示意图绿泥石：
单位晶层由一层水云母状晶层和一层水镁片 [Mg(OH)2]构成，称 2:1:1型或 2:2型矿物。
晶层与晶层之间通过静电引力联结，故不具有膨胀性。
绿泥石的性质与水云母相近。
绿泥石结构示意图绿泥石结构示意图
2、含水氧化硅胶体
成分为 SiO2.H2O （ H2SiO3）,
外层硅酸分子会发生解离，从而带负电；
土壤溶液越碱，负电荷越多。
3、含水氧化铁、铝胶体
包括褐铁矿、水赤铁矿、针铁矿、水铝石、三水铝石等晶质或非晶质物质。
当土壤溶液的 pH低于这些物质的等电点时，它们带正电荷；
当土壤溶液的 pH高于这些物质的等电点时，它们带负电荷；
4、水铝英石
非晶质物质；
成分是含水的硅铝二三氧化物；
两性胶体；
主要存在于火山灰发育的土壤中。
（二）土壤有机胶体
土壤有机胶体主要指腐植质。
腐植质胶体由各种腐植酸的分子团所组成。
胶体表面的基团在 pH升高时带负电荷，
pH降低时带正电荷。
有机胶体会被微生物分解。
（三）有机 -无机复合胶体
由有机胶体与无机胶体互相结合而形成的复合胶体。
在土壤中，有机胶体和无机胶很少独立存在，大部分是以有机 -无机复合胶体的形式存在的。
第二节、土壤的交换吸附性能一、土壤阳离子交换吸附作用
土壤中带负电荷的胶体所吸附的阳离子，
在静电引力、离子本身的热运动或浓度梯度的作用下，可以和土壤溶液或其它胶体表面的阳离子进行交换。这种作用就称为 阳离子交换作用 。
这种能互相交换的阳离子就称为 交换性阳离子 。
离子从溶液转移到胶体表面的过程，称为离子的 吸附过程 。
吸附的离子从胶体表面转移到溶液去的过程，称为离子的 解吸过程 。
（一）阳离子交换量
在一定的 pH值条件下，土壤所含有的交换性阳离子的最大量，就称为土壤的 阳离子交换量,简称 CEC。
测定 CEC时通常将土壤 pH控制为 7，但有的方法也有例外。
CEC的表示单位是是每公斤土壤交换性阳离子的厘摩尔数,Cmol(+)/kg,
(me/100g)
影响阳离子交换量的主要因素有：
（ 1）质地：质地越细,CEC越高；
（ 2）有机质：有机质含量高,CEC也高；
（ 3）无机胶体种类：
蒙脱石 >水云母 >高岭石 >氧化铁、铝
（ 4）土壤酸碱度,pH高,CEC也高。
（二）盐基饱和度盐基离子,K+,Na+,Ca2+,Mg2+,
吸附的 NH4+
阳离子致酸离子,Al3+,H+
土壤中盐基离子占交换性阳离子总量的百分率,
称为 盐基饱和度,
一般说来，酸性土壤的盐基饱和度较低，
而碱性土壤的盐基饱和度较高。
肥沃的土壤应该具有较高的盐基饱和度。
二、土壤的阴离子吸收作用
（一）阴离子吸收的机制
1、静电吸附：土壤带正电荷的胶体表面对阴离子的吸附。
以这种机制被吸附的阴离子，具有交换性。
如,Cl-,NO3-的吸附
2、配位体交换吸附指阴离子取代氧化物表面羟基而被吸附的过程。
这种吸附属于专性吸附。
能发生这种交换作用的阴离子主要有
F-和含氧酸根离子。
可以发生在正电、负电或中性胶体表面。
3、化学沉淀作用：
指阴离子与土壤矿物质形成沉淀的过程。
如磷酸根与铁、铝的沉淀。
阴离子的吸收强度取决于土壤的胶体类型和土壤 pH。
氧化物和 1,1型矿物含量越高,pH越低，
阴离子吸收越强烈。
（二）阴离子的吸收强度
1、被土壤强烈吸收的阴离子：
磷酸根、硅酸根和若干有机酸根
(C2O42-)。这类阴在土壤中常形成难溶沉淀。
2、吸附很弱或产生负吸附的阴离子：
所谓 负吸附,指阴离子在土壤胶体表面的浓度低于土壤溶液中的浓度的现象。
实际上指土壤胶体对阴离子的排斥现象。
土壤对 Cl-,NO3-的吸附通常较弱或产生负吸附。
3、中间类型的阴离子：
指吸收强度介于上述两种的阴离子。
如,SO42-,CO32-等。
常见阴离子被土壤吸收的难易顺序：
F->草酸根 >柠檬酸根 >H2PO4-
>HCO3- >H2BO3->CH3COO->SCN-
>SO42->Cl->NO3-
硝酸根容易被淋失，而磷酸根容易被固定。这是农业生产上十分需要注意的问题。
土壤胶体是土壤中最活跃的部分，对土壤肥力有深刻的影响。
土壤胶体及其特性
土壤的交换吸收性能第一节、土壤胶体及其特性一、土壤胶体的概念
（一）胶体的概念
---一种或数种物质的微小颗粒均匀地分散于另一种物质中，便构成 分散体系 。均匀分散的颗粒称为 分散相颗粒 。
---分散相颗粒的粒径在 1-100nm（毫微米）
范围的分散相体系，称为胶体分散体系，
其中的分散相颗粒就是 胶体颗粒 。
土壤胶体 一般指土壤粘粒，其粒径在 1-2
微米之间（ 1000-2000毫微米）。比一般规定的胶体粒级大 10-20倍。
严格说来，土壤胶体是一种准胶体。
二、土壤胶体的特性
（一）具有巨大的比表面和表面积
---内表面,指膨胀性粘土矿物的晶层表面和腐植质分子聚集体内部的表面。
---外表面,指粘土矿物、氧化物和腐植质分子暴露在外的表面。
土壤常见粘粒矿物的比表面积
（ m2/g）
胶体成分 内表面积 外表面积 总表面积蒙脱石蛭石水云母高岭石埃洛石水化埃洛石水铝英石
700-750
400-750
0-5
0
0
400
130-400
15-150
1-50
90-150
5-40
10-45
25-30
130-400
700-850
400-800
90-150
5-40
10-45
430
260-800
（二）土壤胶体的带电性
土壤胶体所带的电荷可以分为两类：
永久电荷,指由于层状硅酸盐矿物晶格中的同晶替代作用所产生的剩余负电荷。
这种负电荷不受介质 pH值的影响。
可变负电荷,指随介质 pH的变化而变化的负电荷。
有机胶体、氧化物胶体的电荷属于可变电荷，层状硅酸盐矿物的电荷既有永久电荷，也有可变电荷。
（三）胶体的分散性和凝聚性
胶体有两种状态：
溶胶状态,胶粒带同种电荷，彼此互相排斥，所以可以稳定地分散在介质中。
凝聚状态,胶粒与胶粒之间互相凝聚在一起形成絮状或无定形沉淀。
（四）土壤胶体的吸收代换性
带电荷的土壤胶体会吸附土壤溶液中的带相反电荷的离子，以补偿胶体电性的不平衡。
一部分被吸附的离子，可以和土壤溶液中的离子进行交换。这种现象就称为 土壤胶体的 吸收交换性能 。
三、土壤胶体的类型及其电荷特征
土壤胶体可以分成三大类：无机胶体、
有机胶体和有机 --无机复合胶体。
（一）土壤无机胶体无机胶体存在土壤粘粒之中，包括：
层状（铝）硅酸盐矿物
含水氧化硅胶体；
含水氧化铁、铝胶体；
水铝英石；
1、层状硅酸盐矿物
（ 1）基本结构单位
A、硅氧四面体和铝氧八面体硅氧四面体 由一个硅原子和四个氧原子组成，硅原子位于中央，氧原子占据四个顶点。
铝氧八面体 由一个铝原子和八个氧原子组成，铝原子位于中央，氧原子占据八个顶点。
硅氧四面体结构示意图铝氧八面体结构示意图
B、硅氧片和水铝片硅氧四面体和硅氧四面体之间通过共用氧原子互相联结就形成了 硅氧片 。每六个硅氧四面体相连就形成一个六边形网孔。
铝氧八面体与铝氧八面体通过共用氧原子互相连接就形成了 水铝片 。
硅氧片与铝氧片（水铝片）称为 基本晶片 。
晶片与晶片按一定方式堆叠就形成了粘土矿物的 晶层。
硅氧四面体互相联结示意图硅氧四面体联结成硅氧片,在平面上形成六角形网眼
（ 2）主要的层状铝硅酸盐矿物高岭石：
单位晶层由一层硅氧片和一层铝氧片构成。故称 1,1型矿物。
晶层之间以氢键连接，联结力强。
塑性、粘结性、粘着性、膨胀性很弱。
对水和阳离子的吸附力弱,CEC=3-15
cmol(+)/kg。
主要存在于风化程度较高的土壤中。
硅酸盐矿物的一般结构示意图高岭石结构示意图高岭石结构示意图蒙脱石：
两层硅氧片中间夹一层铝氧片构成蒙脱石晶层。 2,1型矿物。
晶层之间通过键相连，联结力弱。
胀缩性、粘结性、可塑性很强。
对水和阳离子的吸附力强,CEC=60-100
Cmol(+)/kg。
主要存在于风化度低的土壤中。
蛭石与蒙皂石结构示意图蒙托石结构示意图蛭石：
2,1型矿物，晶层结构与蒙脱石相似。
同晶替代比蒙脱石普遍。
阳离子交换量比蒙脱石高,CEC可达
150Cmol(+)/kg.
膨胀性小于蒙脱石，但高于高岭石。
蛭石结构示意图水云母：
2,1型矿物，单位晶层与蒙脱石相似。
晶层与晶层之间由 K+离子联结，联结力比氧键大。
水化度、膨胀性、粘结性、可塑性和
CEC都低于蒙脱石，但高于高岭石。
云母结构示意图水云母结构示意图绿泥石：
单位晶层由一层水云母状晶层和一层水镁片 [Mg(OH)2]构成，称 2:1:1型或 2:2型矿物。
晶层与晶层之间通过静电引力联结，故不具有膨胀性。
绿泥石的性质与水云母相近。
绿泥石结构示意图绿泥石结构示意图
2、含水氧化硅胶体
成分为 SiO2.H2O （ H2SiO3）,
外层硅酸分子会发生解离，从而带负电；
土壤溶液越碱，负电荷越多。
3、含水氧化铁、铝胶体
包括褐铁矿、水赤铁矿、针铁矿、水铝石、三水铝石等晶质或非晶质物质。
当土壤溶液的 pH低于这些物质的等电点时，它们带正电荷；
当土壤溶液的 pH高于这些物质的等电点时，它们带负电荷；
4、水铝英石
非晶质物质；
成分是含水的硅铝二三氧化物；
两性胶体；
主要存在于火山灰发育的土壤中。
（二）土壤有机胶体
土壤有机胶体主要指腐植质。
腐植质胶体由各种腐植酸的分子团所组成。
胶体表面的基团在 pH升高时带负电荷，
pH降低时带正电荷。
有机胶体会被微生物分解。
（三）有机 -无机复合胶体
由有机胶体与无机胶体互相结合而形成的复合胶体。
在土壤中，有机胶体和无机胶很少独立存在，大部分是以有机 -无机复合胶体的形式存在的。
第二节、土壤的交换吸附性能一、土壤阳离子交换吸附作用
土壤中带负电荷的胶体所吸附的阳离子，
在静电引力、离子本身的热运动或浓度梯度的作用下，可以和土壤溶液或其它胶体表面的阳离子进行交换。这种作用就称为 阳离子交换作用 。
这种能互相交换的阳离子就称为 交换性阳离子 。
离子从溶液转移到胶体表面的过程，称为离子的 吸附过程 。
吸附的离子从胶体表面转移到溶液去的过程，称为离子的 解吸过程 。
（一）阳离子交换量
在一定的 pH值条件下，土壤所含有的交换性阳离子的最大量，就称为土壤的 阳离子交换量,简称 CEC。
测定 CEC时通常将土壤 pH控制为 7，但有的方法也有例外。
CEC的表示单位是是每公斤土壤交换性阳离子的厘摩尔数,Cmol(+)/kg,
(me/100g)
影响阳离子交换量的主要因素有：
（ 1）质地：质地越细,CEC越高；
（ 2）有机质：有机质含量高,CEC也高；
（ 3）无机胶体种类：
蒙脱石 >水云母 >高岭石 >氧化铁、铝
（ 4）土壤酸碱度,pH高,CEC也高。
（二）盐基饱和度盐基离子,K+,Na+,Ca2+,Mg2+,
吸附的 NH4+
阳离子致酸离子,Al3+,H+
土壤中盐基离子占交换性阳离子总量的百分率,
称为 盐基饱和度,
一般说来，酸性土壤的盐基饱和度较低，
而碱性土壤的盐基饱和度较高。
肥沃的土壤应该具有较高的盐基饱和度。
二、土壤的阴离子吸收作用
（一）阴离子吸收的机制
1、静电吸附：土壤带正电荷的胶体表面对阴离子的吸附。
以这种机制被吸附的阴离子，具有交换性。
如,Cl-,NO3-的吸附
2、配位体交换吸附指阴离子取代氧化物表面羟基而被吸附的过程。
这种吸附属于专性吸附。
能发生这种交换作用的阴离子主要有
F-和含氧酸根离子。
可以发生在正电、负电或中性胶体表面。
3、化学沉淀作用：
指阴离子与土壤矿物质形成沉淀的过程。
如磷酸根与铁、铝的沉淀。
阴离子的吸收强度取决于土壤的胶体类型和土壤 pH。
氧化物和 1,1型矿物含量越高,pH越低，
阴离子吸收越强烈。
（二）阴离子的吸收强度
1、被土壤强烈吸收的阴离子：
磷酸根、硅酸根和若干有机酸根
(C2O42-)。这类阴在土壤中常形成难溶沉淀。
2、吸附很弱或产生负吸附的阴离子：
所谓 负吸附,指阴离子在土壤胶体表面的浓度低于土壤溶液中的浓度的现象。
实际上指土壤胶体对阴离子的排斥现象。
土壤对 Cl-,NO3-的吸附通常较弱或产生负吸附。
3、中间类型的阴离子：
指吸收强度介于上述两种的阴离子。
如,SO42-,CO32-等。
常见阴离子被土壤吸收的难易顺序：
F->草酸根 >柠檬酸根 >H2PO4-
>HCO3- >H2BO3->CH3COO->SCN-
>SO42->Cl->NO3-
硝酸根容易被淋失，而磷酸根容易被固定。这是农业生产上十分需要注意的问题。
