土壤膠體和土壤離子交換

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1、第 八 章 土 壤 膠 體 和 土 壤 離 子 交 換 l 土 壤 膠 體 的 構(gòu) 造 和 性 質(zhì)l 土 壤 膠 體 的 類 型l 土 壤 陽 離 子 交 換 作 用l 土 壤 陰 離 子 交 換 作 用內(nèi) 容 提 要 膠 體 的 概 念膠 體 是 物 質(zhì) 存 在 的 一 種 狀 態(tài) ， 是 一 種 分 散 體 系 。一 種 物 質(zhì) 分 散 在 另 一 種 物 質(zhì) 中 所 形 成 的 體 系 ， 稱 為 分 散 體 系或 分 散 系 。 根 據(jù) 分 散 體 系 中 被 分 散 的 物 質(zhì) （ 分 散 相 ） 的 大 小 ， 可 把 分 散系 分 為 ： 粗 分 散 系 、 膠 體 分 散 系

2、和 分 子 、 離 子 分 散 系 。何 為 分 散 體 系 ？ 一 般 把 分 散 相 顆 粒 直 徑 （ 非 球 顆 粒 則 指 長 、 寬 、高 三 向 中 一 個 方 向 的 長 度 ） 在 1-100納 米 范 圍 內(nèi)的 分 散 系 稱 膠 體 分 散 系 。 其 顆 粒 大 小 介 于 粗 分散 系 和 分 子 、 離 子 分 散 系 之 間 。膠 體 分 散 系 按聚集狀態(tài)分類： 分散介質(zhì) 分散相 名 稱 固 溶膠、懸浮液、軟膏 液 乳狀液液 氣 泡沫 固氣 液 氣溶膠 固 固態(tài)懸浮液 液 固態(tài)乳狀液固 氣 固態(tài)泡沫 第 一 節(jié) 土 壤 膠 體 的 構(gòu) 造 和 性 質(zhì) 一 、 土

3、 壤 膠 體 的 概 念 顆 粒 直 徑 （ 非 球 形 顆 粒 則 指 其 長 、 寬 、 高 三 向中 一 個 方 向 的 長 度 ） 在 1100nm范 圍 內(nèi) 的 帶 電 的土 壤 顆 粒 與 土 壤 水 組 成 的 分 散 系 。注 ： 通 常 情 況 下 ， 直 徑 小 于 2m（ 或1m） 的 土 粒 便 具 有 膠 體 的 性 質(zhì) ， 因 而被 視 為 土 壤 膠 體 顆 粒 。 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 二 、 土 壤 膠 體 的 構(gòu) 造膠 核雙 電 層 決 定 電 位 離 子 層補 償 離 子 層 非 活 性 補 償 離 子 層 擴 散 層膠 粒膠團(tuán) _+ _

4、+ + 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 土 壤 膠 體 構(gòu) 造 示 意 圖 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 這 是 膠 體 的 固 體 部 分 , 土 壤 中 膠 核一 般 由 含 水 SiO2 ,Fe2 O3,Al2 O3 、 次生 鋁 硅 酸 鹽 、 腐 殖 質(zhì) 或 蛋 白 質(zhì) 等 分子 團(tuán) 分 子 組 成 。(一 ) 膠 核土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 由 于 內(nèi) 層 電 荷 的 靜 電 引 力 的 作 用 , 吸 附 土 壤 溶液 中 相 反 的 離 子 而 形 成 的 :非 活 性 離 子 層 和 擴散 層 （ 發(fā) 生 離 子 交 換 ） 。 (二 ) 雙

5、電 層1、 決 定 電 位 離 子 層 (內(nèi) 層 )是 固 定 在 膠 核 表 面 , 并 決 定 其 電 荷 和 電 位 的 一 層 離 子 。2、 補 償 離 子 層 (外 層 )土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 注 意 ：把 土 壤 膠 粒 完 全 理 解 為 球 形 構(gòu) 造 ， 顯 然 是 錯 誤 的 。現(xiàn) 代 土 壤 學(xué) 的 研 究 說 明 ， 只 有 土 壤 有 機 膠 粒 ， 或無 定 形 的 氫 氧 化 鐵 、 氫 氧 化 鋁 、 含 水 氧 化 硅 和 水鋁 英 石 等 礦 質(zhì) 膠 粒 可 以 認(rèn) 為 近 似 圓 球 形 構(gòu) 造 。 而土 壤 中 大 多 數(shù) 礦 質(zhì) 膠

6、 粒 ， 例 如 層 狀 硅 酸 鹽 類 粘 土礦 物 通 過 X-射 線 和 電 子 顯 微 鏡 的 研 究 ， 已 經(jīng) 明 確是 層 狀 構(gòu) 造 .土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 層 狀 黏 土 礦 物 膠 體 的 構(gòu) 造 示 意 圖 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 三 、 土 壤 膠 體 的 性 質(zhì)1. 巨 大 的 比 表 面 積 和 表 面 能 單 位 質(zhì) 量 或 體 積 物 體 的 總 表 面 積 稱 為 比 表 面 積或 比 面 ， 單 位 為 cm2g-1或 cm2cm-3。 物 體 分 割 得 愈 細(xì) 小 ， 單 體 數(shù) 愈 多 ， 總 面 積 愈 大 ，比 面

7、 也 愈 大 。土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 1 cm3物 質(zhì) 表 面 積 隨 分 散 度 變 化 的 情 況立 方 體 邊 長（ cm） 立 方 體 數(shù)目 總 表 面 積 比 表 面 積（ cm2cm-3）1 1 6cm2 60.1 103 60cm2 6 100.01 106 600cm2 6 1020.001 109 6000cm2 6 1030.0001 10 12 6m2 6 1040.00001 1015 60m2 6 1050.000001 1018 600m2 6 1060.0000001 1021 6000m2 6 107 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 各

8、 粒 徑 土 粒 的 比 面土 粒（ 粒 徑 mm） 比 表 面 積（ cm2g-1） 土 粒（ 粒 徑 mm） 比 表 面 積（ cm2g-1） 粗 砂 粒 （ 1） 22.6 粘 粒 （ 0.0005）500nm 45,200中 砂 粒 （ 0.1） 226 膠 粒 （ 0.0001）100nm 226,000細(xì) 砂 粒 （ 0.01） 2,260 膠 粒 （ 0.00005）50nm 452,000粘 粒 （ 0.001） 22,600 膠 粒 （ 0.00001）10nm 2,260,000很 顯 然 ,土 粒 越 細(xì) 比 表 面 越 大 ,土 壤 中 顆 粒 的 形 狀 多 種 多

9、樣 . 只 有 砂 粒 近似 球 形 ,但 其 表 面 大 多 不 平 ,大 部 分 粘 粒 多 為 片 狀 ,棒 狀 ,針 狀 , 實 際 上 膠 體 的 表 面 積 比 光 滑 的 球 體 大 得 多 。由 于 土 壤 膠 體 具 有 巨 大 表 面 積 ， 從 而 具 有 巨 大 的 表 面 能 。 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 2. 土 壤 膠 體 的 帶 電 性 由 于 膠 體 表 面 的 分 子 解 離 或 吸 附 溶 液 中 的 離 子 ,使 膠 粒 帶 電 .土 壤 中 所 有 膠 粒 都 是 帶 電 的 （ 膠 體 的 基 本 條 件 ） ，這 是 土 壤 產(chǎn) 生

10、離 子 吸 附 和 交 換 、 離 子 擴 散 、 酸 堿 平衡 、 氧 化 還 原 反 應(yīng) 以 及 膠 體 的 分 散 與 絮 凝 等 現(xiàn) 象 的根 本 原 因 ， 而 這 些 反 應(yīng) 都 直 接 或 間 接 關(guān) 系 到 土 壤 的水 、 肥 、 氣 、 熱 性 質(zhì) 。因 此 ， 土 壤 膠 體 的 帶 電 性 對 土 壤 肥力 性 質(zhì) 有 重 要 影 響 。 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) (1)同 晶 異 質(zhì) 代 換 作 用 層 狀 鋁 硅 酸 鹽 粘 土 礦 物 在 形 成 時 ， 中 心 離 子 可 以 被 其 它 相 近或 稍 大 的 同 性 離 子 代 換 而 產(chǎn) 生 電

11、 荷 ， 但 礦 物 的 結(jié) 晶 構(gòu) 造 型 式不 變 。如 Al3+代 Si4+或 Fe2+代 Al3+等 ,這 樣 晶 體 中 就 產(chǎn) 生 了 剩 余 負(fù) 電 荷 ,這 種 電 荷 一旦 產(chǎn) 生 ,就 不 能 改 變 ,故 稱 永 久 電 荷 。土 壤 膠 體 電 荷 的 來 源 指 組 成 礦 物 的 中 心 離 子 被 電 性相 同 、 大 小 相 近 的 離 子 替 代 而晶 格 構(gòu) 造 保 持 不 變 的 現(xiàn) 象 。土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 四 面 體 中 的 硅 可 被 鋁 代 換 Si4+ Al3+八 面 體 中 的 鋁 可 被 鐵 、 鎂 代 換 Al 3+ F

12、e2+或 Mg2+ 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) (2)晶 格 破 碎 邊 緣 的 斷 鍵 在 礦 物 風(fēng) 化 破 碎 的 過 程 中 ， 晶 體 晶 格 邊 緣 的 離 子 有 一部 分 電 荷 未 得 到 中 和 ， 而 產(chǎn) 生 剩 余 價 鍵 ， 使 晶 層 帶 電 。例 如 晶 格 在 硅 層 或 鋁 層 截 面 上 斷 裂 ， Si O Si， AlO Al在 斷 裂 后 ， 斷 面 上 留 下 Si O-、 Al O-， 從 而 帶負(fù) 電 。土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) (3)膠 體 表 面 分 子 的 解 離 膠 核 表 面 的 分 子 或 原 子 團(tuán) 的 解

13、 離 ,這 種 電 荷 的 數(shù) 量和 性 質(zhì) 隨 介 質(zhì) 的 pH而 改 變 ,故 稱 可 變 電 荷 。l 黏 土 礦 物 晶 面 上 -OH的 解 離l 含 水 鐵 、 鋁 氧 化 物 的 解 離 （ Al 2O3 3H2O)l 腐 殖 質(zhì) 上 某 些 官 能 團(tuán) 的 解 離 （ 如 -COOH）l 含 水 氧 化 硅 的 解 離來 源 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 結(jié) 晶 的 粘 土 礦 物 大 部 分 表 面 都 裸 露 著 O H 原 子 團(tuán) ， 在一 定 條 件 下 ：l當(dāng) H +解 離 后 ， 則 使 膠 核 帶 負(fù) 電 ， 如 H 2SiO 3和 層 狀 硅 鋁酸 鹽

14、 粘 土 礦 物 中 解 離 H +后 使 膠 核 帶 負(fù) 電 。l當(dāng) O H -發(fā) 生 解 離 時 ， 則 膠 核 帶 正 電 ， 如 Fe(O H )3或Al(O H )3中 的 O H -解 離 后 則 帶 正 電 。 這 種 作 用 與 普 通 酸 堿解 離 相 似 ， 受 溶 液 的 pH 影 響 ， 因 此 稱 為 可 變 電 荷 。a. 黏 土 礦 物 晶 面 上 -O H 的 解 離土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) Al(O H )3+NaO H Al(O H )2O -+Na+H 2O 膠 核 中 的 分 子 帶 負(fù) 電 荷 的 膠 體 核 粒Al(O H )3+H C

15、l Al(O H )2+Cl-+H 2O 膠 核 中 的 分 子 帶 正 電 荷 的 膠 體 核 粒如 Al（ OH） 3在 堿 性 環(huán) 境 中 的 解 離 ：如 Al（ OH） 3在 酸 性 環(huán) 境 中 的 解 離 ： Fe(OH)3或 Al(OH)3解 離 H+而 成 為 帶 負(fù) 電 的 膠 體 ， 還是 解 離 OH -而 成 為 帶 正 電的 膠 體 主 要 取 決 于 溶 液 的pH值 。 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 層 狀 硅 酸 鹽 晶 層 上 的 -OH基 可 以 解 離 出H+， 帶 負(fù) 電 :結(jié)晶體 -OH-OH-OH 結(jié)晶體 -OH-OH-OH +3H+土 壤

16、 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 當(dāng) 土 壤 膠 體 解 離 陽 離 子 和 陰 離 子 數(shù) 量 相 等 ， 即 膠 體 的 正 負(fù)電 荷 相 等 時 ， 此 時 膠 體 懸 液 的 pH值 稱 為 等 電 點 (isoelectric point)。在 土 壤 pH5-8的 條 件 下 ， 大 多 數(shù) 土 壤 膠 體 的 等 電 點 低 于 這 個范 圍 ， 因 此 ， 對 于 土 壤 膠 體 來 講 ， pH5-8相 當(dāng) 于 在 堿 性 環(huán) 境下 ， 此 時 ， 腐 殖 質(zhì) 和 鋁 硅 酸 鹽 等 膠 體 都 帶 負(fù) 電 ， 表 現(xiàn) 為 對 陽離 子 的 吸 附 ， 只 有 Fe(OH)3

17、和 Al(OH)3帶 正 電 ， 吸 附 陰 離 子 。故 土 壤 膠 體 在 通 常 情 況 下 以 帶 負(fù) 電 為 主 。土 壤 膠 體 為 什 么一 般 帶 負(fù) 電 ? 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 如 三 水 鋁 石 的 pH0值 為 4.8。 當(dāng) 土 壤 pH低 于 pH0值 時 :（ 相 當(dāng) 于 酸 性 環(huán) 境 ） Al2O3 3H2O 2Al(OH)2+2OH- 當(dāng) 土 壤 pH高 于 pH0值 時 : （ 相 當(dāng) 于 堿 性 環(huán) 境 ） Al2O3 3H2O 2Al(OH)2O-+2OH-b. 含 水 氧 化 鐵 、 氧 化 鋁 的 解 離土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu)

18、和 性 質(zhì) 高 pH 條 件 下 ： -CO O H H + + CO O - -O H H + + -O - 低 pH 條 件 下 ： -NH 2 -NH 3+ c. 腐 殖 質(zhì) 上 某 些 原 子 團(tuán) 的 解 離土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) d. 含 水 氧 化 硅 的 解 離SiO 2H 2O （ 或 H 2SiO 3） 的 pH 0值 為 2， 在 土 壤 中一 般 不 產(chǎn) 生 正 電 荷 ， 所 帶 負(fù) 電 荷 的 量 隨 土 壤 pH值 的 升 高 而 增 加 。H 2SiO 3 H SiO 3- +H + （ 帶 正 電 ）SiO 3-+H + 土 壤 膠 體 的 結(jié)

19、構(gòu) 和 性 質(zhì) 3. 土 壤 膠 體 的 分 散 性 和 凝 聚 性 膠 體 的 兩 種 狀 態(tài) 溶 膠凝 膠 膠 體 微 粒 均 勻 分 散 在 水 中 ，呈 高 度 分 散 狀 態(tài)膠 體 微 粒 彼 此 聯(lián) 結(jié) 凝 聚 在一 起 而 呈 絮 狀凝聚作用分散作用膠 體 的 凝 聚 或 分 散 決 定 于 動 電 電 位 的高 低 ：越 高 ， 排 斥 力 愈 強 ， 溶 膠 狀 態(tài) 。 越 低 ， 當(dāng) 吸 引 力 大 于 排 斥 力 時 ， 凝 膠狀 態(tài) 。 土 壤 膠 體 由 于 大 多 帶 有 負(fù) 電荷 ， 相 互 具 有 負(fù) 電 位 ， 而 互相 排 斥 ， 不 易 凝 聚 。 土 壤

20、 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) l 電 解 質(zhì) 的 濃 度 愈 大 ， 愈 能 有 效 地 中 和 異 電 膠 體 的 電 性 ， 愈 能 減 小 擴 散 層 厚 度 ， 使 膠 粒 凝 聚 。l 電 解 質(zhì) 中 異 電 離 子 的 價 數(shù) 愈 高 ， 聚 沉 能 力 愈 大 ， 三 價 離 子 大 于 二 價 離 子 ， 二 價 離 子 大 于 一 價 離 子 ；l 同 價 離 子 中 ， 凝 聚 力 大 小 與 本 身 半 徑 和 水 化 半 徑 有 關(guān) ， 凡 離 子 本 身 半 徑 大 或 水 化 后 半 徑 小 的 離 子 凝 聚 力 大 ， 相 反 則 小 。 電 解 質(zhì) 陽 離

21、 子 的 凝 聚 力 大 小 順 序 為 ： Fe 3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H + NH 4+ K+ Na+ 電 解 質(zhì) 對 膠 體 的 凝 聚 作 用 受 以 下 因 素 的 影 響 ：土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 0.5 m粘 土 懸 濁 液 開 始 凝 聚 時 的 電 解 質(zhì) 濃 度電 解 質(zhì) 名 稱 開 始 凝 聚 時 的 濃 度（ molL-1） 電 解 質(zhì) 名 稱 開 始 凝 聚 時 的 濃 度（ molL-1）NaCl 0.02500.0125 CaCl2 0.00060.00025NH 4Cl 0.02500.0125 AlCl3 0.000042KCl

22、0.02500.0125 FeCl3 0.000042MgCl2 0.00060.00025 H Cl 0.0010.0005注 ： 膠 體 的 凝 聚 作 用 ， 有 的 是 可 逆 的 ， 有 的 是 不 可逆 的 。 陽 離 子 這 種 凝 聚 作 用 的 可 逆 和 不 可 逆 ， 與 土壤 結(jié) 構(gòu) 的 穩(wěn) 定 性 有 關(guān) ， 鈣 離 子 和 腐 殖 質(zhì) 膠 結(jié) 的 結(jié) 構(gòu)具 有 水 穩(wěn) 性 ， 而 鈉 離 子 膠 結(jié) 的 不 具 水 穩(wěn) 性 。土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 凝 聚 作 用 強 ， 利 于 膠 體 互 相 凝 聚 形 成 結(jié) 構(gòu) （ 團(tuán) 粒 結(jié) 構(gòu) ） 。農(nóng)

23、業(yè) 上 促 進(jìn) 土 壤 團(tuán) 粒 結(jié) 構(gòu) 形 成 措 施 的 理 論 解 釋 ：l土 壤 干 燥 、 凍 結(jié) 過 程 中 ， 水 膜 消 失 ， 也 就 加 大 了 電 解 質(zhì) 濃 度 ， 減小 擴 散 層 厚 度 ， 使 膠 粒 互 相 凝 聚 而 形 成 結(jié) 構(gòu) 。 生 產(chǎn) 上 曬 垡 、 凍 垡 等措 施 也 就 起 了 這 個 作 用 ， 所 以 曬 、 凍 垡 有 利 于 土 壤 形 成 結(jié) 構(gòu) ；相 反 ， 土 壤 水 分 過 多 ， 土 壤 溶 液 電 解 質(zhì) 濃 度 相 應(yīng) 減 小 ， 擴 散 層 加 厚 ，膠 粒 互 相 排 斥 而 成 溶 膠 狀 。l常 年 泡 水 的 漚

24、水 田 、 爛 泥 田 ， 土 粒 分 散 ， 缺 少 結(jié) 構(gòu) ， 通 氣 性 差 ，栽 秧 后 易 產(chǎn) 生 浮 秧 ， 就 是 因 為 膠 粒 分 散 ， 土 壤 不 沉 實 。 這 種 情 況 下 ，施 用 石 灰 （ CaO） 、 石 膏 （ CaSO 4） ， 增 加 Ca2+濃 度 ， 對 沉 實 土 壤 ，改 良 土 性 ， 有 明 顯 效 果 。 在 生 產(chǎn) 上 的 意 義土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 由 于 膠 體 的 巨 大 表 面 能 ， 使 其 對 周 圍 分 子或 離 子 有 很 強 的 吸 附 力 ， 同 樣 膠 體 的 電 性使 其 擴 散 層 的 離 子

25、 與 土 壤 溶 液 中 的 離 子 有交 換 能 力 。 4. 土 壤 膠 體 的 吸 附 性 和 交 換 能 力 土 壤 膠 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) 第 二 節(jié) 土 壤 膠 體 的 類 型 一 、 無 機 膠 體土 壤 膠 體 的 類 型 含 水 氧 化 鐵含 水 氧 化 鋁含 水 氧 化 硅次 生 鋁 硅 酸 鹽 類（ 即 粘 土 礦 物 ）主 要 包 括 ： SiO 2.H 2O H 2SiO 3 帶 負(fù) 電H 2SiO 3 H + H SiO 3-H + SiO 32-1.含 水 氧 化 硅 膠 體 ：（ 游 離 態(tài) 無 定 型 ）注 ： 土 壤 反 應(yīng) 越 偏 堿 性 ， 硅

26、酸 的 解 離度 也 越 大 ， 所 帶 的 負(fù) 電 荷 也 越 多 。土 壤 膠 體 的 類 型 此 類 膠 體 包 括 褐 鐵 礦 （ 2Fe2O33H2O） 、 水 赤 鐵 礦（ 3Fe2O3H2O） 、 針 鐵 礦 （ Fe2O3H2O） 、 水 鋁 礦（ Al2O3H2O） 、 三 水 鋁 礦 （ Al2O33H2O） 等 晶 質(zhì) 礦 物和 氫 氧 化 鐵 Fe(OH)3、 氫 氧 化 鋁 Al(OH)3等 非 晶 質(zhì) 礦物 。 這 些 礦 物 都 是 鋁 硅 酸 鹽 深 度 風(fēng) 化 的 產(chǎn) 物 ， 均 為 兩性 膠 體 。2.含 水 氧 化 鐵 、 鋁 ： （ 兩 性 膠 體 ）土

27、 壤 膠 體 的 類 型 Al(O H )3+H +Al(O H )2+H 2O （ pH 5）純 凈 的 氫 氧 化 鐵 的 等 電 點 為 pH7.1， 氫 氧 化 鋁 等電 點 為 pH8.1， 所 以 它 們 在 大 多 數(shù) 酸 性 或 中 性 土壤 中 都 帶 正 電 荷 。土 壤 膠 體 的 類 型 其 成 分 為 水 化 的 硅 、 鋁 二 三 氧 化 物 ， 簡 化 的 分 子 式 為 ：xSiO 2yAl2O 3nH 2O 。水 鋁 英 石 的 硅 氧 四 面 體 中 由 Al3+置 換 Si4+可 產(chǎn) 生 凈 負(fù) 電 荷 ，同 時 表 面 有 AlO H 、 SiO H 。

28、當(dāng) 溶 液 堿 性 增 加 、 pH 增 大 時 產(chǎn) 生 以 下 解 離 而 帶 負(fù) 電 ： =Al - O H pH 加 大 =Al - O - + H + Si - O H Si - O - + H +因 此 ， 水 鋁 英 石 表 面 可 吸 附 很 多 陽 離 子 ， 其 表 面 積 很 大 ，陽 離 子 交 換 量 可 達(dá) 154210cmol(+)kg-1。 3.水 鋁 英 石（ 非 晶 質(zhì) 無 定 形 的 膠 態(tài) ）土 壤 膠 體 的 類 型 4.黏 土 礦 物（ 次 生 層 狀 鋁 硅 酸 鹽 類 ） 大 多 是 結(jié) 晶 層 狀 構(gòu) 造 ， 由 硅 氧 片 （ 由 硅 四 面

29、體 連接 而 成 ） 和 水 鋁 片 （ 由 鋁 八 面 體 連 接 而 成 ） 迭 合而 成 。 水 鋁 片 層 面 上 氧 離 子 的 電 價 不 飽 和 ， 可 與 氫 離 子結(jié) 合 成 OH群 ， 形 成 水 鋁 礦 ， 或 與 硅 氧 片 結(jié) 合 ， 共用 氧 離 子 ， 形 成 鋁 硅 酸 鹽 粘 土 礦 物 。根 據(jù) 其 迭 合 情 況 的 不 同 ， 可 將 粘 土 礦 物 分 為 不 同類 型 。土 壤 膠 體 的 類 型 硅 氧 片 、 硅 氧 四 面 體 硅 四 面 體可 以 共 用 氧 原 子而 形 成 一 層 ， 氧原 子 排 列 成 為 中空 的 六 角 形 ， 稱

30、硅 氧 片 或 硅 氧 層 。土 壤 膠 體 的 類 型 鋁 氧 八 面 體 由 六 個 氧 原 子（ 或 氫 離 子 ） 環(huán)繞 著 一 個 中 心 鋁離 子 排 列 而 成 ，氧 原 子 排 列 成 兩層 ， 鋁 原 子 居 于兩 層 中 心 孔 穴 內(nèi) ，稱 水 鋁 片 。土 壤 膠 體 的 類 型 由 一 個 硅 氧 片 和 一 個 水 鋁 片 ， 通 過 共用 硅 氧 頂 端 的 氧 原 子 連 接 起 來 的 片狀 晶 格 構(gòu) 造 。 ( ) 高 嶺 石 （ ： 型 鋁 硅 酸 鹽 礦 物 ） 每 個 晶 層 的 一 面 是 O H 離 子組 （ 水 鋁 片 上 的 ） ， 另 一

31、面是 O 離 子 （ 硅 氧 片 上 的 ） ，因 而 疊 加 時 晶 層 間 可 形 成 氫鍵 ， 使 各 晶 層 之 間 緊 密 相 連從 而 形 成 大 顆 粒 ， 晶 粒 多 呈六 角 形 片 狀 。 其 分 子 結(jié) 構(gòu) 外 形 特 征 為 . 頂 層 底 層 . 許 多 晶 片 相 互 重 疊 形 成 高 嶺 礦 物 土 壤 膠 體 的 類 型 特 點 ： 晶 層 與 晶 層 間 距 離 穩(wěn) 定 ， 連 接 緊 密 ， 內(nèi) 部 空 隙 小 ，電 荷 量 少 ， 單 位 個 體 小 ， 分 散 度 低 。 多 出 現(xiàn) 于 酸 性 土 壤 。如 高 嶺 石 類 。硅 氧 片鋁 氧 片土

32、壤 膠 體 的 類 型 水水土 壤 膠 體 的 類 型 l 晶 格 內(nèi) 的 水 鋁 片 和 硅 氧 片 很 少 發(fā) 生 同 晶 替 代 ，因 此 無 永 久 性 電 荷 。 但 水 鋁 片 上 的 - 在 一定 條 件 下 解 離 出 氫 離 子 ， 使 高 嶺 石 帶 負(fù) 電 。高 嶺 石 的 性 質(zhì) 特 點 ：l晶 片 與 晶 片 之 間 形 成 氫 鍵 而 結(jié) 合 牢 固 ， 水 分子 及 其 他 離 子 難 以 進(jìn) 入 層 間 ， 并 且 形 成 較 大 的顆 粒 。 因 此 其 吸 濕 性 、 粘 結(jié) 性 和 可 塑 性 較 弱 ，富 含 高 嶺 石 的 土 壤 保 肥 性 差 。

33、土 壤 膠 體 的 類 型 由 兩 片 硅 氧 片 和 一 片 水 鋁 片結(jié) 合 成 的 一 個 晶 片 （ 層 ） 單元 ， 再 相 互 疊 加 而 成 的 。 （ 2） 蒙 脫 石 類 （ ： 型 鋁 硅 酸 鹽 礦 物 ）每 個 晶 層 的 兩 面 均 由 O 離 子組 （ 硅 氧 片 上 的 ） ， 因 而 疊加 時 晶 層 間 不 能 形 成 氫 鍵 ，而 是 通 過 “ 氧 橋 ” 聯(lián) 結(jié) ， 這種 聯(lián) 結(jié) 力 弱 ， 晶 層 易 碎 裂 ，其 晶 粒 比 高 嶺 石 小 。土 壤 膠 體 的 類 型 脹 縮 性 大 ， 吸 濕 性 強 ，易 在 兩 邊 硅 氧 片 中 以 Al3

34、+代 Si4+， 有 時 可 在 硅 鋁 片中 ， 一 般 以 Mg2+代 Al3+帶 負(fù) 電 吸 附 負(fù) 離 子 。 如 蒙 脫 石 ， 這 類 礦 物 多出 現(xiàn) 于 北 方 土 壤 。 如 東北 、 華 北 的 栗 鈣 土 、 黑鈣 土 和 褐 土 等 。 硅 氧 片鋁 氧 片硅 氧 片特 點 ：土 壤 膠 體 的 類 型 蛭 石 的 膨 脹 性 比 蒙 脫 石 要 小 得 多 ， 其 晶 層 間 距 1.45nm， 屬 有 限膨 脹 型 。 它 具 有 一 定 的 內(nèi) 表 面 ， 但 較 蒙 脫 石 小 ， 晶 體 顆 粒 介 于 蒙脫 石 和 高 嶺 石 之 間 。 蛭 石 在 黃 棕

35、 壤 和 黃 壤 中 含 量 較 高 。蛭 石也 是 2 1型 膨 脹 型 粘 土 礦 物 ， 其 晶 層 結(jié) 構(gòu) 與 蒙 脫 石 基 本 相 同 ，也 是 兩 層 硅 氧 片 中 夾 一 層 水 鋁 片 。與 蒙 脫 石 不 同 的 是 ， 硅 氧 片 中 的 硅 大 部 分 被 鋁 所 取 代 ， 水 鋁 片中 的 鋁 也 有 不 少 被 鎂 取 代 ， 因 而 具 有 比 蒙 脫 石 高 得 多 的 凈 負(fù) 電荷 ， 具 有 很 高 的 吸 附 陽 離 子 能 力 ， 陽 離 子 交 換 量 達(dá) 150 cmol(+)kg-1。 土 壤 膠 體 的 類 型 2:1型 礦 物 (蒙 脫 石

36、 、 綠 泥 石 、 蛭 石 等 )土 壤 膠 體 的 類 型 （ ） 水 云 母 類 （ ： 型 粘 土 礦 物 ）結(jié) 構(gòu) 與 蒙 脫 石 相 類 似 ， 只 是 同 晶替 代 產(chǎn) 生 的 負(fù) 電 荷 主 要 被 鉀 離 子中 和 ,而 少 量 被 鈣 鎂 離 子 中 和 。 特 點 ： a、 永 久 性 電 荷 數(shù) 量 少 于 蒙 脫 石 。b、 層 與 層 之 間 由 鉀 離 子 中 和 ， 使 得 各 層相 互 緊 密 結(jié) 合 。 形 成 的 顆 粒 相 對 比 蒙 脫 石粗 而 比 高 嶺 石 細(xì) 。 其 粘 結(jié) 性 、 可 塑 、 脹 縮性 居 中 。c、 鉀 離 子 被 固 定

37、在 硅 氧 片 的 六 角 形 網(wǎng) 孔中 ， 當(dāng) 晶 層 破 裂 時 ， 可 將 被 固 定 的 鉀 重 新釋 放 出 來 ， 供 植 物 利 用 。分 布 廣 泛 ， 特 別 在 西 北 干 旱 地 區(qū) 和 高 寒 地區(qū) ， 以 及 風(fēng) 化 度 淺 的 土 壤 。土 壤 膠 體 的 類 型 三 種 主 要 粘 土 礦 物 的 性 質(zhì) 比 較粘 土礦 物 結(jié)晶類型 分 子 層排 列 情 況 晶 格距 離(nm) 晶層間聯(lián)結(jié)力 顆粒大小 比 面(m2g-1) CEC（cmol(+) kg-1） 粘 結(jié)性可 塑性 脹縮性高 嶺 石 1:1 -O H 層 與O 層 相 接 0.72 強 大 520

38、5 15 弱 弱水 云 母 2:1 -O 層 相 接中 間 有 K 1.00 較強 中 100120 20 40 中 等 中等 蒙 脫 石 2:1 -O 層 相 接 0.962.14 弱 小 700800 80 100 強 強 土 壤 膠 體 的 類 型 高 嶺 石 逐 漸 代 替 水 云 母 ， 鐵 鋁 氧 化 物也 迅 速 增 多 。我 國 土 壤 粘 土 礦 物 的 分 布溫 帶 干 旱 的 漠 境 和半 漠 境 地 帶 ： 風(fēng) 化 程 度 低 ， 化 學(xué) 風(fēng) 化 程 度 弱 ， 以形 成 水 化 度 低 的 水 云 母 為 主 ， 蒙 脫石 不 多 。半 干 旱 草 原 地 區(qū) ： 蒙

39、 脫 石 迅 速 增 加 ， 結(jié) 晶 良 好 ， 以蒙 脫 石 和 水 云 母 為 主 。暖 溫 帶 濕 潤 地 區(qū) ： 蛭 石 顯 著 增 加 ， 以 水 云 母 蛭 石 為主 ， 說 明 環(huán) 境 有 利 于 進(jìn) 一 步 脫 鉀 。中 亞 熱 帶 以 南 地 區(qū) ： 土 壤 膠 體 的 類 型 二 、 有 機 膠 體特 點 ： 高 分 子 有 機 化 合 物 ， 高 度 親 水 性 。帶 負(fù) 電 ， 并 且 電 荷 數(shù) 量 多 于 黏 土 礦 物 ， 因 此 陽 離 子 交 換 量 大 。 保 肥 性 強 ， 但 不 穩(wěn) 定 （ 因 受 微 生 物 作 用 而 分 解 ）主 要 是 腐 殖

40、質(zhì) 。少 量 的 木 素 、 蛋 白 質(zhì) 、 纖 維 素 等 。腐 殖 質(zhì) 的 電 荷 是 由 腐 殖 質(zhì) 含 的 羧 基 （ -COOH） 、 羥 基 （ -OH） 、酚 羥 基 解 離 出 H+、 -COO-、 -O-等 離 子 留 在 膠 粒 上 而 使 膠 粒 帶 負(fù) 電 。 一 般 每 千 克 腐 殖質(zhì) 的 代 換 量 在 200 cmol(+) kg-1左 右 ，高 者 可 達(dá) 5001000 cmol(+) kg-1 土 壤 膠 體 的 類 型 三 、 有 機 無 機 復(fù) 合 膠 體通 過 Ca2+而 結(jié) 合 。有 機 膠 體 與 鐵 鋁 膠 體 的 結(jié) 合 。有 機 膠 體 與

41、 無 機 膠 體 的 直 接 結(jié) 合 。有 機 膠 體 以 薄 膜 狀 緊 密 蓋 覆 于 粘 土 礦 物 表 面 通 過 陽 離 子與 -COOH、 -OH等 官 能 團(tuán) 形 成 復(fù) 合 體 。結(jié) 合 方 式土 壤 膠 體 的 類 型 在 生 產(chǎn) 上 的 意 義我 國 勞 動 人 民 在 長 期 生 產(chǎn) 實 踐 中 ， 充 分 體 會 到 有 機無 機 復(fù) 合 體 的 重 要 ， 創(chuàng) 造 了 施 用 有 機 肥 加 速 土 壤 有機 無 機 復(fù) 合 體 形 成 的 措 施 ， 群 眾 稱 之 為 土 肥 相 融 。土 壤 有 機 無 機 復(fù) 合 膠 體 的 形 成 ， 有 利 于 土 壤 結(jié)

42、 構(gòu) 的形 成 ， 改 善 土 壤 理 化 性 質(zhì) 。 如 復(fù) 合 體 中 的 胡 敏 酸 ，比 單 獨 存 在 時 分 解 顯 著 減 慢 ， 并 可 使 土 壤 中 有 效 磷增 加 ， 增 強 土 壤 的 緩 沖 性 能 等 。 土 壤 膠 體 的 類 型 第 三 節(jié) 土 壤 陽 離 子 交 換 作 用 一 、 土 壤 陽 離 子 交 換 吸 附 作 用 的 概 念土 壤 膠 體 表 面 所 吸 附 的 陽 離 子 ， 與 土 壤 溶 液 中 的 陽 離 子或 不 同 膠 粒 上 的 陽 離 子 相 互 交 換 的 作 用 ， 稱 為 陽 離 子 交換 吸 附 作 用 。 土 壤 膠 粒

43、 Ca2+ +2KCl = 土 壤 膠 粒 K+K+ + CaCl2陽 離 子 交 換 作 用 對 土 壤 中 養(yǎng) 分 的 保 持 和 供 應(yīng) 起 著 重 要 作 用 。當(dāng) 土 壤 溶 液 中 陽 離 子 吸 附 在 膠 體 上 時 ， 表 示 陽 離 子 養(yǎng) 分 的 暫 時 保 蓄 ，即 保 肥 過 程 ； 當(dāng) 膠 體 上 的 陽 離 子 解 離 至 土 壤 溶 液 中 時 ， 表 示 養(yǎng) 分 的 釋 放 ， 即 供 肥 過 程 。 陽 離 子 交 換 二 、 土 壤 陽 離 子 交 換 吸 附 作 用 的 特 點1. 可 逆 反 應(yīng)在 濕 潤 地 區(qū) 的 一 般 酸 性 土 壤 中 ， 吸

44、 附 的 陽 離 子 有 Al 3+、 H +、Ca2+、 Mg2+、 K+等 ； 在 干 旱 地 區(qū) 的 中 性 或 堿 性 土 壤 中 ， 主 要 的吸 附 性 陽 離 子 是 Ca2+， 其 次 有 Mg2+、 K+、 Na+等 。因 此 ， 在 自 然 狀 況 下 ， 很 難 把 土 壤 膠 體 上 某 一 陽 離 子 完 全 徹 底 地代 換 到 溶 液 中 去 。 同 時 ， 土 壤 膠 體 上 吸 附 的 陽 離 子 也 必 然 是 多 種多 樣 的 ， 不 可 能 為 單 一 種 離 子 所 組 成 。 陽 離 子 交 換 2. 等 量 交 換以 等 量 電 荷 關(guān) 系 進(jìn) 行

45、 。 如 一 個 Ca2+可 交 換 兩 個 Na+； 一 個 二 價 的 鈣離 子 可 以 交 換 兩 個 一 價 的 氫 離 子 。 陽 離 子 交 換 3. 速 度 受 交 換 點 位 置 和 溫 度 的 影 響位 置 ：如 果 溶 液 中 的 離 子 能 直 接 與 膠 粒 表 面 代 換 性 離 子 接 觸 ， 交 換 速 度 就快 ； 如 離 子 要 擴 散 到 膠 粒 內(nèi) 層 才 進(jìn) 行 交 換 ， 則 交 換 時 間 就 較 長 ， 有的 需 要 幾 晝 夜 才 能 達(dá) 成 平 衡 。高 嶺 石 類 礦 物 交 換 作 用 主 要 發(fā) 生 在 膠 粒 表 面 邊 緣 上 ， 所

46、 以 速 率 很 快 ；蒙 脫 石 類 礦 物 的 離 子 交 換 大 部 分 發(fā) 生 在 膠 粒 晶 層 之 間 ， 其 速 率 取 決于 層 間 間 距 或 膨 脹 程 度 ； 水 云 母 類 的 交 換 作 用 發(fā) 生 在 狹 窄 的 晶 層 間 ，所 以 交 換 速 率 較 慢 。溫 度 ： 高 溫 可 加 快 離 子 交 換 反 應(yīng) 的 速 率 ， 因 為 溫 度 升 高 ， 離 子 的 熱 運 動 變 得更 為 劇 烈 ， 致 使 單 位 時 間 內(nèi) 碰 撞 固 相 表 面 的 次 數(shù) 增 多 。 陽 離 子 交 換 三 、 影 響 陽 離 子 交 換 作 用 的 因 素1.陽 離

47、 子 的 交 換 能 力主 要 決 定 于 陽 離 子 被 膠 粒 吸 附 的 力 量 （ 或 稱 陽 離子 與 膠 體 的 結(jié) 合 強 度 ） ， 它 實 質(zhì) 上 是 陽 離 子 與 膠體 之 間 的 靜 電 能 。 是 指 一 種 陽 離 子 將膠 體 上 另 一 種 陽 離子 交 換 下 來 的 能 力 。陽 離 子 交 換 b.離 子 的 半 徑 及 水 化 程 度 ：同 價 離 子 ， 離 子 半 徑 大 水 化 半 徑 小 ， 交 換 能 力 越 強 。離 子 價 數(shù) 原 子 量 離 子 半 徑 （ nm） 代 換 力 順序未 水 化 水 化Na + 1 23.00 0.093 0

48、.790 6NH 4+ 1 18.01 0.143 0.532 5K+ 1 39.10 0.133 0.537 4Mg2+ 2 24.32 0.078 1.330 3Ca2+ 2 40.08 0.106 1.000 2H + 1 1.008 1 a. 離 子 電 荷 價 ：M3+ M2+ M+（ M表 示 陽 離 子 ）離 子 價 、 離 子 半 徑 及 水 化 程 度 與 交 換 力 的 關(guān) 系陽 離 子 交 換 c. 離 子 運 動 速 度 ：凡 離 子 運 動 速 度 愈 大 的 ， 其 交 換 力 也 愈 大 。 例 如 氫 離 子 就 是這 樣 ， 而 且 氫 離 子 水 化 很 弱

49、 ， 通 常 H+只 帶 一 個 水 分 子 ， 即 以H3O+的 形 態(tài) 參 加 交 換 ， 水 化 半 徑 很 小 ， 因 此 它 在 交 換 力 上 具有 特 殊 位 置 。 陽 離 子 交 換 能 力 順 序 ： Fe3 + Al 3+ H + Ca2 + Mg 2+ K + NH 4+ Na+ 陽 離 子 交 換 2.陽 離 子 的 相 對 濃 度 及 交 換 生 成 物 的 性 質(zhì)陽 離 子 交 換 作 用 也 受 質(zhì) 量 作 用 定 律 所 支 配 ， 如 果 溶 液 中 某 種 離子 的 濃 度 較 大 ， 則 雖 其 交 換 能 力 較 小 ， 同 樣 能 把 膠 體 上 交

50、 換 能力 較 大 的 其 它 陽 離 子 代 換 下 來 。 另 外 ， 當(dāng) 交 換 后 形 成 不 溶 性 或難 溶 性 物 質(zhì) 時 ， 或 將 其 交 換 后 的 生 成 物 不 斷 除 去 時 ， 都 可 使 交換 作 用 繼 續(xù) 進(jìn) 行 。陽 離 子 交 換 3. 膠 體 性 質(zhì)l交 換 量 大 的 膠 體 （ 如 蒙 脫 石 ） 結(jié) 合 兩 價 離 子 的 能 力 強 ，結(jié) 合 一 價 離 子 的 能 力 稍 弱 ；l交 換 量 小 的 膠 體 （ 如 高 嶺 石 ） 則 結(jié) 合 一 價 離 子 能 力 強 ，與 兩 價 離 子 的 結(jié) 合 能 力 較 弱 ， 即 一 價 離 子

51、可 將 兩 價 離 子 交換 下 來 。l 又 如 ： 水 云 母 具 有 六 角 形 網(wǎng) 孔 （ 晶 孔 ） ， 容 易 吸 附 與其 孔 徑 大 小 相 當(dāng) 的 K +和 NH4+， 這 些 離 子 一 旦 進(jìn) 入 六 角形 孔 穴 ， 即 可 發(fā) 生 配 位 作 用 ， 很 難 出 來 ， 只 有 當(dāng) 晶 層破 裂 時 ， 被 固 定 的 K+、 NH4+方 可 重 新 釋 放 出 來 。 陽 離 子 交 換 四 、 土 壤 陽 離 子 交 換 量（ 一 ） 定 義 ： 在 一 定 土 壤 pH值 條 件 下 ， 土 壤 能 吸 附 的 交 換 性 陽 離 子 的總 量 。 通 常 以

52、每 千 克 土 壤 所 能 吸 附 的 全 部 交 換 性 陽 離 子的 厘 摩 爾 數(shù) （ Cation Exchange Capacity， CEC） 。 單 位 ： cmol（ +） kg-1 。注 ： 因 為 陽 離 子 交 換 量 隨 土 壤 pH值 變 化 而 變 化 （ 因 可 變 電 荷 變 化 ） ，一 般 未 特 別 注 明 時 ， 是 以 pH為 7的 條 件 下 測 定 土 壤 的 交 換 量 。陽 離 子 交 換 量 的 大 小 與 土 壤 可 能 吸 附 的 速 效 養(yǎng) 分 （ 即 陽 離 子 ） 的 容 量 有 關(guān) ， 是 土 壤 保 肥 力 的 重 要 指 標(biāo)

53、。 陽 離 子 交 換 （ 二 ） 影 響 CEC的 因 素 1. 膠 體 數(shù) 量（ 土 壤 質(zhì) 地 ）土 壤 膠 體 物 質(zhì) 越 多 （ 包 括礦 質(zhì) 膠 體 、 有 機 膠 體 和 復(fù)合 膠 體 ） ， 則 CEC越 大 。就 礦 質(zhì) 膠 體 而 言 ， CEC隨著 質(zhì) 地 粘 重 程 度 增 加 而 增加 ， 所 以 粘 質(zhì) 土 CEC較 砂質(zhì) 土 要 大 的 多 。 質(zhì) 地 陽 離 子 交 換 量（ cmol(+)kg-1)砂 土 1-5砂 壤 土 7-8壤 土 7-18粘 土 25-30陽 離 子 交 換 2. 膠 體 類 型不 同 土 壤 膠 體 陽 離 子 交 換 量 相 差 很

54、 大膠 休種 類 腐 殖 質(zhì) 蛭 石 蒙 脫 石 水 云 母 高 嶺 石 含 水 氧 化 鐵 、鋁CEC（ cmol(+)kg-1) 150-500 100-150 60-100 20-40 3-15 微 量比 表 面（ m 2g-1) 800-1000 700 800 100-200 5-20 -有 機 無 機 ， 2:11:1， 粘 土 礦 物 含 水 的 氧 化 物 粘 土 礦 物 主 要 通 過 兩 個 方 面 影 響 C ： a、 粘 土 礦 物 的 比 表 面 積 : 蛭 石 、 蒙 脫 石 水 鋁 英 石 、 水 云 母 高 嶺 石 b、 粘 土 礦 物 所 帶 的 電 荷 數(shù)

55、量 陽 離 子 交 換 3. 土 壤 pH 值 ： 土 壤 酸 堿 度 影 響 膠 體 表 面 官 能 團(tuán) 中 H +的 解 離 ，因 而 影 響 可 變 電 荷 的 多 少 。pH 4.5 pH 6.4 pH 8.1沼 澤 土 胡 敏 酸 170.0 286.3 400.0灰 化 土 胡 敏 酸 234.0 410.0 508.7黑 鈣 土 胡 敏 酸 292.2 432.9 590.5pH 2.5-6 pH 7高 嶺 石 4 10 蒙 脫 石 95 100 陽 離 子 交 換 4. 土 壤 有 機 質(zhì) 含 量 ：有 機 質(zhì) 中 的 腐 殖 質(zhì) 含 有 大 量 -COOH、 -OH等 官 能

56、團(tuán) ， 當(dāng) 它 們 解 離 出 H+時 ， 可 使 膠 體 帶 有 大 量 負(fù) 電荷 ， 而 且 腐 殖 質(zhì) 分 散 度 大 ， 具 有 很 大 的 吸 收 表 面 。所 以 腐 殖 質(zhì) 的 CEC遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 大 于 無 機 膠 體 。施 用 有 機 肥 料 ， 增 加 土 壤 腐 殖 質(zhì) ， 可 以 提高 CEC， 增 強 土 壤 保 肥 性 。陽 離 子 交 換 附 ： 主 要 粘 土 礦 物 的 （ p =7） （ cmol（ +） kg-1 水 鋁 英 石 50-100 針 鐵 礦 、 三 水 鋁 石 0.5-1.0 (pH ,8.0) 水 合 氧 化 硅 4.6(pH ,8.0) 高 嶺

57、 石 4.6 伊 利 石 15-40 蒙 脫 石 60-120 膨 潤 土 59-120 蛭 石 120-200 陽 離 子 交 換 幾 種 不 同 土 壤 的 腐 殖 質(zhì) 的 H F pH 8.02 5.50 8.02 5.50 黑 土 1 682 344 - - 黑 土 2 642 358 736 514 花 崗 磚 紅 壤 560 310 800 583 武 磚 紅 壤 - - 780 556 陽 離 子 交 換 土 壤 交 換 量 的 大 小 ， 基 本 上 代 表 了 土 壤 的 保 持 養(yǎng)分 數(shù) 量 ， 也 就 是 平 常 所 說 的 保 肥 力 高 低 ； 交 換 量大 ， 也

58、就 是 保 存 養(yǎng) 分 的 能 力 大 ， 反 之 則 弱 。 所 以 ，土 壤 交 換 量 可 以 作 為 評 價 土 壤 保 肥 力 的 指 標(biāo) 。一 般 地 ：l小 于 10 cmol/kg， 保 肥 力 弱 ；l1020 cmol/kg， 中 等 ；l大 于 20 cmol/kg， 強 。CEC與 土 壤 肥 力 的 關(guān) 系陽 離 子 交 換 陽 離 子 交 換 量 和 施 肥 有 密 切 關(guān) 系 ：在 施 肥 時 不 僅 要 了 解 作 物 的 需 要 ， 同 時 還 要 考 慮 土 壤 交換 量 的 大 小 。 在 生 產(chǎn) 上 的 意 義例 如 在 砂 土 上 施 用 化 肥 ，

59、由 于 土 壤 交 換 量 小 ， 土 壤 保 肥 力 差 ， 應(yīng) 該 分 多 次 施肥 ， 每 次 施 量 不 宜 多 ， 以 免 養(yǎng) 分 淋 失 。對 于 交 換 量 小 、 保 肥 力 差 的 土 壤 ， 可 通 過 施 用 河 塘 泥 、 廄 肥 、 泥 炭 或 摻 粘 土 ， 以 增 加 土 壤 中 的 無 機 、 有 機 膠 體 ， 以 及 通 過 施 用 石 灰 調(diào) 節(jié) 土 壤 反 應(yīng) 等 來 提 高土 壤 的 陽 離 子 交 換 量 。舉 例 ？ ？ ？ 陽 離 子 交 換 長 江 中 下 游 發(fā) 育 在 沖 積 母 質(zhì) 上 的 土 壤 ，粘 土 礦 物 以 蒙 脫 石 、 水

60、 云 母 為 主 ， 交 換量 大 約 為 2030cmol(+)kg-1。我 國 南 北 方 土 壤 的 CEC比 較含 蒙 脫 石 、 水 云 母 較 多 ， 土 壤 反 應(yīng) 又 多 為 中 性或 微 堿 性 ， 因 此 ， 陽 離 子 交 換 量 一 般 較 高 。 例如 東 北 的 黑 土 、 內(nèi) 蒙 的 栗 鈣 土 的 交 換 量 在3050 cmol(+) kg-1。北 方華 南 、 西 南 為 紅 、 黃 壤 地 帶 ， 無 機 膠 體 以 高 嶺 石 和 含 水 氧 化鐵 、 氧 化 鋁 為 主 ， 土 壤 酸 性 大 ， pH 值 低 ， 陽 離 子交 換 量 小 ， 一 般

61、 每 千 克 土 只 有 十 幾 個 厘 摩 爾 ， 廣東 的 磚 紅 壤 的 交 換 量 只 有 5.2 cmol(+)kg-1。長 江 中 下 游 地 區(qū)陽 離 子 交 換 五 、 土 壤 鹽 基 飽 和 度膠 體 上 吸 附 的 陽 離 子 分 為 兩 類 ：一 類 是 致 酸 離 子 （ 如 H+ 和 Al3+） 。另 一 類 是 鹽 基 離 子 （ 如 Ca2+、 Mg2+、 K+、 Na+、 NH4+等 ） ， 鹽 基 離 子 為植 物 所 需 的 速 效 養(yǎng) 分 。1. 定 義指 土 壤 膠 體 上 交 換 性 鹽 基 離 子 占 交 換 性 陽 離 子 總 量 的 百 分率 。

62、 以 算 式 表 示 為 ： 100)kg)(cmol( )kg)(cmol(% 1 1 陽 離 子 交 換 量交 換 性 鹽 基 總 量鹽 基 飽 和 度 陽 離 子 交 換 l 鹽 基 飽 和 土 壤 ： 土 壤 膠 體 吸 附 的 陽 離 子 如絕 大 多 數(shù) （ 80%以 上 ） 為 鹽 基 離 子 。l 鹽 基 不 飽 和 土 壤 ： 鹽 基 飽 和 度 在 80%以 下 ，H+、 Al3+等 離 子 含 量 較 多 。土 壤 鹽 基 飽 和 度 越 大 ， 養(yǎng) 分 有 效 性 越 高 ， 因此 鹽 基 飽 和 度 是 土 壤 肥 力 的 指 標(biāo) 之 一 。真 正 反 映 土 壤 有

63、 效 速 效 養(yǎng) 分 含 量 的 大 小 。 若陽 離 子 交 換 量 大 ， 而 鹽 基 飽 和 度 偏 小 ， 需 要采 取 措 施 對 土 壤 加 以 改 良 ， 如 施 肥 或 用 石 灰中 和 。陽 離 子 交 換 我 國 南 方 巖 石 礦 物 風(fēng) 化 作 用 強 、 鹽 基 淋 失 強 ， 一 般為 鹽 基 不 飽 和 的 土 壤 （ 酸 性 土 壤 ） ， 北 方 則 相 反 ，土 壤 的 鹽 基 飽 和 度 都 在 80%以 上 （ 中 性 或 堿 性 土壤 ） 。2. 影 響 鹽 基 飽 和 度 的 因 素 a.氣 候陽 離 子 交 換 一 般 闊 葉 樹 種 吸 收 鹽

64、基 比 針 葉 樹 多 ， 通 過 枯 落 物歸 還 給 土 壤 的 鹽 基 也 多 ， 另 外 ， 針 葉 在 分 解 過 程中 產(chǎn) 生 相 對 較 多 的 有 機 酸 ， 增 強 了 鹽 基 的 淋 溶 作用 ， 使 針 葉 林 下 耕 層 土 壤 鹽 基 飽 和 度 更 低 于 闊 葉林 土 壤 。b.地 上 植 被 類 型陽 離 子 交 換 c.母 巖 （ 或 母 質(zhì) ）原 母 質(zhì) 所 含 鹽 基 的 多 少 對 土 壤 鹽 基 飽 和 度 有 較 大 影響 ， 在 相 同 或 類 似 的 生 物 氣 候 條 件 下 ， 玄 武 巖 發(fā) 育的 土 壤 鹽 基 飽 和 度 高 于 花 崗

65、 巖 。 為 什 么 ？陽 離 子 交 換 六 、 影 響 交 換 性 陽 離 子 有 效 性 的 因 素1.交 換 性 陽 離 子 的 飽 和 度飽 和 度 大 ， 該 離 子 的 有 效 性 大 。 飽 和 度 :膠 體 上 被 吸 附 的某 種 陽 離 子 的 量 占 土 壤陽 離 子 交 換 量 的 百 分 數(shù) 。土 壤 CEC/(c molkg -1） 交 換 性 Ca量/(c molkg-1) 交 換 性 Ca的飽 和 度 % Ca的 有 效 度甲 10 4 40.0 大乙 40 5 12.5 小農(nóng) 諺 ： “ 施 肥 一 大 片 ， 不 如 一 條 線 。 ” 的 含 義 ？ 陽

66、 離 子 交 換 2.陪 補 離 子 的 種 類 對 于 某 一 特 定 的 離 子 來 說 ，其 它 與 其 共 存 的 離 子 都 是 陪補 離 子 。 （ 如 膠 體 吸 附 了 H+、Ca2+、 Mg2+、 K+等 離 子 ， 對H+來 說 ， Ca2+、 Mg2+、 K+是它 陪 補 離 子 ）與 膠 體 結(jié) 合 強 度 大 的 離 子 ， 本 身 有 效 性 低 ， 但 對其 它 陪 補 離 子 的 有 效 性 有 利 。 反 之 亦 然 。思 考 ： K + 的 陪 補 離 子 分 別 為 Ca2+、 Na+時 ， 有 效 性高 低 比 較 ？ 陽 離 子 交 換 土 壤 處 理 交 換 性 離 子 組 成 盆 中 幼 苗 干 重(g) 盆 中 幼 苗 吸 鈣量 (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 補 離 子 對 交 換 性 鈣 有 效 性 的 影 響各 種 離 子 相 互 抑 制 的 能 力 如 下 ：Na+K+Mg2+Ca2+H +和 Al3+ 3.