之土壤膠體特性與酸堿性.ppt

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土壤的保肥性與供肥性,,,,第,六,章,,第一節(jié)土壤保肥性與供肥性含義第二節(jié)土壤膠體及其基本特性第三節(jié)土壤的吸附保肥作用第四節(jié)土壤的供肥性第五節(jié)影響土壤供肥性的化學(xué)條件,通過本章學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)重點(diǎn)掌握土壤保肥性與供肥性的含義，土壤吸附保肥特性以及影響土壤供肥性的因素。第一節(jié)土壤保肥性與供肥性的含義土壤保肥性：土壤吸持、保存植物養(yǎng)分的能力。土壤供肥性：土壤向植物提供有效養(yǎng)分的能力。,第二節(jié)土壤膠體及其基本特性一、土壤膠體的概念及種類土壤膠體：直徑小于0.001mm的土壤固體顆粒。分三種類型：（一）土壤無機(jī)膠體1、層狀硅酸鹽粘土礦物（2：1型和1：1型等粘土礦物）2、氧化物及其水合物（二）土壤有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)及其各種組分，此外還有少量的蛋白質(zhì)或氨基酸，多肽，多糖類化合物。（三）土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合體,二、土壤膠體的基本構(gòu)造,,土壤膠體分散系,膠體微粒,土壤溶液,膠核,雙電層,決定電位離子層,補(bǔ)償離子層,非活性層,擴(kuò)散層,膠粒,,,,,,三、土壤膠體的性質(zhì)土壤膠體特性對(duì)土壤理化性質(zhì)和肥力狀況起著巨大影響其中影響最大的特性有三個(gè)：（一）土壤膠體具有巨大的比表面積和表面能（二）膠體帶電性（三）土壤膠體凝聚與分散,（一）土壤膠體的比表面積和表面能比表面積也可叫做比面積，是指每單位重量（或體積）物體的總表面積：比面積＝表面積/重量土壤在風(fēng)化及成土因素作用下，其固相顆粒都是在不斷破碎，粒徑逐漸變小，比面積都是在不斷增加的。如高嶺石比面積的典型值是10－20m2/g，蒙脫石是600－800m2/g，由于表面的存在而產(chǎn)生的能量，叫做表面能。物質(zhì)的比面積越大，吸附能力也越強(qiáng)，由于土壤膠體具有巨大的表面積，因而具有巨大的表面能。,（二）膠體帶有電荷1、膠體帶電的原因土壤膠體表面帶有電荷是其最重要的膠體化學(xué)特性。造成膠體帶電的原因主要有以下三種：（1）同晶代換（2）斷鍵（3）表面分子的解離土壤膠體能解離出H+,而帶負(fù)電的膠體稱為酸膠基或負(fù)膠體；能解離出OH-而帶正電的膠體稱為堿膠基或正膠體，能解離出H+也能解離出OH-的則稱為兩性膠體。,2．土壤膠體電荷的種類（1）永久電荷由于同晶代換的作用產(chǎn)生的電荷，叫永久負(fù)電荷。同晶置換是指鋁硅酸鹽礦物中硅氧片或水鋁片中的配位中心離子，被與其大小相近而電性符號(hào)相同的離子所取代，但其晶層結(jié)構(gòu)未變，這種現(xiàn)象稱為同晶置換。由于置換中低價(jià)離子取代高價(jià)離子，使晶層產(chǎn)生剩余負(fù)電荷，它不受外界環(huán)境的影響，故稱為永久電荷。（2）可變電荷指膠體隨土壤溶液pH值的變化而發(fā)生電荷數(shù)量、符號(hào)變化的那部分電荷。其主要是由膠體表面分子的電離引起的，其次來自礦質(zhì)膠體晶格的斷鍵。,（三）土壤膠體凝聚與分散土壤膠體由兩種存在的狀態(tài)，一種是膠體微粒相當(dāng)充分的分散在介質(zhì)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，稱為凝膠。溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，這一過程稱為凝聚；凝膠也可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，這一過程稱為分散。,因土壤中的膠體一般情況下帶負(fù)電的為多，所以加入陽離有使膠體凝聚的作用。但多種陽離子促使膠體凝聚作用的大小并不同。一般規(guī)律是：離子價(jià)越大，其凝聚作用越強(qiáng)，同價(jià)陽離子中，離子半徑大的，水膜厚度小的離子凝聚作用強(qiáng)。土壤中常見的陽離子引起膠體凝聚作用大小的順序?yàn)?Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+,電解質(zhì)的濃度影響凝聚作用，隨著濃度的加大，其凝聚作用也增強(qiáng)。膠體凝聚有可逆的也有不可逆的。由等濃度的一價(jià)陽離子凝聚形成的凝膠，如反復(fù)用水淋洗，凝膠可再分散形成溶膠，這叫做可逆凝聚。由二價(jià)以上的陽離子凝聚形成的凝膠，很難或不能再變成溶膠的凝聚稱為不可逆凝聚。土壤膠體所處的狀態(tài)直接影響土壤的物理性質(zhì)，進(jìn)而影響土壤的肥力狀況。一些農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，如施肥、中耕、澆水、烤田等都可使土壤中的電解質(zhì)發(fā)生變化，從而使膠體的狀態(tài)發(fā)生改變，或局部發(fā)生改變，尤其是施用鈣質(zhì)肥料，由促進(jìn)土壤形成不可逆凝聚的顯著作用。,第三節(jié)土壤的吸附保肥性能一、土壤的吸附性能的一般概念1．土壤吸附土壤是一個(gè)多孔體，同時(shí)在土壤表面具有大的表面能及電荷，是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(zhì)的能力，稱土壤的吸附性能。土壤由于具有吸附性能，是土壤起到“庫”的作用，避免了土壤養(yǎng)分的淋失，從而達(dá)到保蓄養(yǎng)分的能力，這對(duì)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。,2．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(hào)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(shí)，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(duì)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(gè)或2個(gè)氧原子，形成共價(jià)鍵而被土壤吸附的現(xiàn)象。（3）負(fù)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、土壤陽離子吸附與交換作用1．陽離子的靜電吸附一般而言，土壤膠體表面帶負(fù)電荷越多，吸附陽離子的數(shù)量也越多。土壤膠體表面的電荷密度越大，陽離子所帶電荷越多，則離子吸附的越牢。2．陽離子的交換作用①概念是指土壤膠體表面能吸附的陽離子（主要是擴(kuò)散層中的陽離子）與土壤溶液中的陽離子相互交換的作用。②陽離子的交換能力是指一種陽離子將膠體另一種陽離子交換出來的能力。影響陽離子交換能力的因素：a.離子電荷數(shù)量的影響,,在離子濃度相同的情況下，溶液中離子的電荷價(jià)越高，陽離子受膠體的吸附能力越大。b.離子的半徑及水化程度對(duì)于同價(jià)離子而言，原子量越低，離子半徑越小，單位面積上的電荷密度越大，對(duì)水的吸引力在增加，水化程度越高，在陽離子周圍包被著相當(dāng)厚度的水膜，增加了陽離子與膠粒表面的距離，減弱了膠粒與離子的引力，而離子半徑大的，水化膜薄，易于膠粒接近，所以彼此的引力較大。所以一價(jià)陽離子交換能力大小為Rb+>NH4+、K+、Na+>Li+。c.離子濃度由于陽離子交換作用受質(zhì)量作用定律的支配，所以能力較弱的離子，如果有較高的濃度，NH4+、K+等，也可將交換能力強(qiáng)的Ca2+、Mg2+離子從土壤中交換下來。所以根據(jù)這一原理，酸性土壤通過試用石灰，從而改良土壤酸性的目的。,,③土壤的陽離子交換量是指pH值為7時(shí)每kg干土所吸收的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)，以cmol（+）/kg表示。一般用CEC表示。它直接反映了土壤的保肥性、供肥性能和緩沖能力。④鹽基飽和度土壤中交換性鹽基離子總量占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)稱為鹽基飽和度。鹽基飽和度>80%的土壤,一般認(rèn)為是肥沃土壤。鹽基飽和度在50%~80%為肥力中等的土壤。鹽基飽和度<50%的土壤被認(rèn)為是肥力較低的土壤。3.陽離子專性吸附發(fā)生專性吸附的陽離子主要是過渡金屬離子，因?yàn)檫@些離子具有較高的水合熱，較易水解成羥基陽離子，致使離子在向吸附劑表面接近時(shí)所需克服的障礙（阻力）降低，從而有利于與表面的相互作用。,,三、土壤對(duì)陰離子的吸附與交換作用（一）土壤中的陰離子與土壤溶液中的陰離子相互交換作用。（二）特點(diǎn)：發(fā)生在雙電層外層，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(jià)、互補(bǔ)離子等對(duì)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(guān)。（三）陰離子的負(fù)吸附大多數(shù)土壤主要帶負(fù)電荷，對(duì)土壤中的陰離子有排斥作用，表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)吸附。重點(diǎn)和難點(diǎn)：土壤保肥性與供肥性的概念及與土壤養(yǎng)分的緩沖容量的關(guān)系；土壤膠體及性質(zhì)；土壤膠體的基本構(gòu)造；土壤吸附保肥性及陽離子的交換作用；專性吸附。,,第四節(jié)土壤的供肥性一、土壤的供肥性土壤的供肥性是指土壤供應(yīng)作物所必須的各種速效養(yǎng)分的能力土壤供肥能力土壤供肥能力可以反映土壤供肥性的強(qiáng)弱，土壤供肥能力表現(xiàn)的主要內(nèi)容有：1．土壤供應(yīng)速效養(yǎng)分的數(shù)量土壤中各種速效養(yǎng)分的數(shù)量可反映農(nóng)作物根系直接吸收利用養(yǎng)分?jǐn)?shù)量。土壤的供肥容量（供應(yīng)容量）是指持續(xù)地供應(yīng)某種養(yǎng)分的基礎(chǔ)，反映出土壤供應(yīng)某種養(yǎng)分潛在能力的大小，一般指全量養(yǎng)分。速效養(yǎng)分占全量養(yǎng)分的比值稱為供應(yīng)強(qiáng)度，表明養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和供應(yīng)能力的強(qiáng)弱。如果養(yǎng)分的供應(yīng)容量大，供應(yīng)強(qiáng)度也大，表明在一般時(shí)間內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)充足而不至于脫肥；如果二者均小，表明土壤的供肥能力都很弱，必須考慮及時(shí)施肥。2．緩效養(yǎng)分轉(zhuǎn)變?yōu)樗傩юB(yǎng)分的速率3．速效養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng)供應(yīng)的時(shí)間,,二、土壤養(yǎng)分的有效化過程土壤養(yǎng)分的有效化過程是一個(gè)對(duì)立矛盾的發(fā)展過程。影響土壤膠體吸附離子有效性，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1．離子的飽和度2．互補(bǔ)離子的影響3．粘土礦物的種類三、土壤供肥性的調(diào)節(jié)土壤供肥性的調(diào)節(jié)包括增加速效養(yǎng)分的數(shù)量，加強(qiáng)供肥速度，延長供肥時(shí)間，使作物所需的各種養(yǎng)分能夠全面、充分、持續(xù)地供應(yīng)，以保證作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，具體措施如下：1．合理施肥，提高供肥性能建立有機(jī)肥料為基礎(chǔ)，有機(jī)無機(jī)相結(jié)合，并配合各種肥料的施肥體系，對(duì)土壤供肥性和保肥性的調(diào)節(jié)均是有意義的。,,2．合理耕作和灌溉，促進(jìn)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化供應(yīng)①精耕細(xì)作，疏松耕層，以耕促肥②合理灌排，調(diào)節(jié)水、熱、氣狀態(tài)，達(dá)到以水促肥的目的3．用養(yǎng)結(jié)合，進(jìn)行合理的輪、間、套作4．消除有害物質(zhì)，改善養(yǎng)分的供應(yīng)狀況土壤中有害物質(zhì)的存在，會(huì)降低土壤微生物的活性并影響到土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化及作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，消除土壤有害物質(zhì)以及改善植物生長環(huán)境，對(duì)養(yǎng)分的調(diào)節(jié)起重要的作用。具體包括：消除酸害和堿害；消除鹽害；消除還原性物質(zhì)毒害；消除污染的毒害。,重點(diǎn)：掌握土壤供肥能力表現(xiàn)的方面及土壤供肥性的調(diào)節(jié),第五節(jié)影響土壤供肥性的化學(xué)因素一、土壤酸堿反應(yīng)1．土壤酸性反應(yīng)①活性酸土壤活性酸是由土壤溶液中游離的[H+]所表現(xiàn)出的酸度。②土壤潛性酸是由于土壤膠體上吸附的H+和Al3+所引起的酸度。分為交換性酸和水解性酸。,2．土壤堿性反應(yīng)①土壤堿性的來源除了用平衡溶液的pH值表示以外，還可用土壤中堿性鹽類特別是Na2CO3和NaHCO3來表示。堿性土壤中氫氧離子的來源主要是弱酸強(qiáng)堿鹽水解的結(jié)果。土壤中常見的弱酸強(qiáng)堿鹽有磷酸根及重磷酸根的鉀、鈉、鈣、鎂鹽。②堿性的表示方法土壤堿性可用pH值、總堿度和堿化度表示。堿化度（鈉堿化度：ESP）：交換性鈉離子占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)。3．影響土壤酸堿性的因素①氣候；②地形；③母質(zhì)；④植被；⑤人類活動(dòng)；⑥鹽基飽和度；⑦氧化還原條件,4．土壤酸堿性對(duì)土壤養(yǎng)分和作物生長的影響①土壤酸堿性和土壤養(yǎng)分土壤中的有機(jī)態(tài)養(yǎng)分要經(jīng)過微生物參與活動(dòng)，才能轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分以供植物吸收，而適合大多數(shù)微生物生長發(fā)育的土壤酸堿度微弱酸性至弱堿性，因此土壤養(yǎng)分的有效性一般以pH6-8的范圍內(nèi)有效性最高。②土壤酸堿性與作物生長的影響5．土壤酸堿反應(yīng)的調(diào)節(jié)對(duì)于不適應(yīng)作物生長的過酸或過堿的土壤，應(yīng)該因地制宜采用適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行調(diào)節(jié)，使其適應(yīng)高產(chǎn)作物發(fā)育的要求。酸性土通常用石灰進(jìn)行改良；草木灰可以作為鉀肥來施用，同時(shí)有可起到中和土壤酸性的作用；對(duì)于堿性土壤，可用石膏、硫磺或明礬（硫酸鋁鉀）來改良。,三、土壤的緩沖性1．土壤的緩沖作用及其重要性土壤的緩沖性（緩沖作用）是指將酸或酸性鹽，堿或堿性鹽施入土壤后，在一定限度內(nèi)土壤具有抵抗這些物質(zhì)改變土壤酸堿反應(yīng)的能力。重要性：由于土壤具有緩沖性，使它可以穩(wěn)定土壤溶液的反應(yīng)，使土壤的酸堿變化保持在一定的范圍內(nèi)。2．土壤緩沖作用的機(jī)制土壤膠體的陽離子交換作用是土壤具有緩沖性能的主要原因。土壤溶液中弱酸及其鹽類的存在也是土壤具有緩沖性能的原因。土壤中兩性物質(zhì)的存在土壤中存在的兩性物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、氨基酸、胡敏酸（有機(jī)磷酸）等，這些物質(zhì)對(duì)酸堿均具有緩沖能力。,,四、土壤氧化還原反應(yīng)1．土壤的氧化還原電位體系氧化還原反應(yīng)中氧化劑（電子供體）和還原劑（電子受體）構(gòu)成了氧化還原體系。2．土壤氧化還原電位土壤中氧化物質(zhì)和還原物質(zhì)的相對(duì)比例，決定著土壤的氧化還原狀況。氧化還原電位可以作為土壤通氣的指標(biāo)。3．氧化還原電位與土壤養(yǎng)分有效性和作物生長的關(guān)系作物所需的礦質(zhì)養(yǎng)分有些需要是呈氧化態(tài)是才能被植物吸收。如磷以H2PO4-或HPO4-形態(tài)被吸收，硫以SO42-形態(tài)被吸收。有效養(yǎng)分則需要還原態(tài)才能被吸收，如鐵、錳分別以Fe2+、Mn2+形態(tài)被吸收。,,4．影響土壤氧化還原電位的因素①土壤的通氣性②土壤中易分解的有機(jī)質(zhì)③土壤中易氧化物質(zhì)或易還原物質(zhì)④植物根系的代謝作用,思考題,1.簡(jiǎn)述土壤保肥性和供肥性的關(guān)系。2.土壤膠體有何特性？簡(jiǎn)述其對(duì)土壤肥力的影響？3.影響土壤保肥性和供肥性的因素主要有哪些？如何調(diào)節(jié)？4.試比較高嶺石與蒙脫石晶層構(gòu)造上的差異。5..簡(jiǎn)述土壤酸堿性類型，如何調(diào)節(jié)土壤的酸堿性？6.土壤氧化還原狀況對(duì)作物生長有何影響？,,