七--土壤化学性质.课件

土壤化学性质土壤化学性质 园艺园林教研室王宾土壤化学性质 园艺园林教研室 王宾1第一节第一节 土壤胶体土壤胶体 一、土壤胶体的概念一、土壤胶体的概念 土壤中的固相、液相和气相呈互相分散的胶体状态，其固体颗粒直径小1m，土壤胶体常指这些固相颗粒。即土壤学中所指的土壤胶体是指土壤颗粒直径小于2m或者小于1m的土壤微粒。第一节 土壤胶体 一、土壤胶体的概念 2二、土壤胶体的种类二、土壤胶体的种类 （一）矿质胶体（一）矿质胶体 矿质胶体指土壤矿物中的细分散颗粒，比表面大，并带电荷，具有胶体特性。主要为极细微的粘土矿物，包括成分简单的含水氧化物和成分复杂的各种次生层状铝硅酸盐类等。二、土壤胶体的种类 31含水氧化物 主要包括水化程度不等的铁、铝、硅的氧化物。（1）含水氧化硅 是一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO2nH2O或写成H2SIO3。1含水氧化物 4（2）含水氧化铁 主要有:褐铁矿 2Fe2O33H2O针铁矿Fe2O3H2O多水针铁矿3FeO34H2O一水赤铁3Fe2O3H2O等。（2）含水氧化铁 主要有:5（3）含水氧化铝 主要有水铝石Ai2O3H2O和三水铝石Al2O33H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。（3）含水氧化铝6（4）粘土矿物胶体 土壤中最主要的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石，还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。（4）粘土矿物胶体7表71 3种主要类型硅酸盐粘粒性质比较 3 31515151540 40 8080100 100 阳离子交换量阳离子交换量（cmol/kgcmol/kg）低低中等中等高高膨胀度膨胀度 低低中等中等高高 内聚力，可塑性内聚力，可塑性 无无中等中等很大很大 内表面内表面 小小中等中等大大 外表面外表面 5 52020100100120 120 700700800 800 比表面（比表面（m m2 2/g/g）六方型晶体六方型晶体不规则片状不规则片状 不规则片状不规则片状 形状形状 0.l 0.l5.0 5.0 0.l0.l2.9 2.9 0.010.011.0 1.0 大小（大小（nmnm）高岭石高岭石伊利石伊利石 蒙脱石蒙脱石 粘粘 粒粒 类类 型型性质性质 表71 3种主要类型硅酸盐粘粒性质比较 3151548高岭石 化学式为Al2Si3O5（OH）4或Al2O32SiO22H2O，是矿物强烈风化作用下的产物 伊利石（水化云母）是云母分解向蛭石和蒙脱石过渡的中间产物。是干旱、半干旱地区土壤中的主要粘土矿物。高岭石 9蒙脱石 是由基性火成岩在微碱性环境下风化而成的。上述3种主要粘土矿物的共同特性是：颗粒细小，呈片状，有巨大的表面积。蒙脱石 10 土土壤壤有有机机胶胶体体指指土土壤壤中中腐腐殖殖质质、多多糖糖等等高高分分子子化化合合物物的的细细分分散散状状态态，具具胶胶体体特特性性。有有机机胶胶体体主要是腐殖质。主要是腐殖质。（二）有机胶体（二）有机胶体 土壤有机胶体指土壤中腐殖质、多糖等高分子化合物的细分11（三）有机矿质复合体（三）有机矿质复合体 土壤中有机胶体和矿质胶体一般土壤中有机胶体和矿质胶体一般很少单独存在。有机胶体与矿质胶体很少单独存在。有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢键合等作用连结在一起的复合体，称键合等作用连结在一起的复合体，称有机矿质复合体。因复合体具有高度有机矿质复合体。因复合体具有高度的吸收性能故又称为吸收性复合体。的吸收性能故又称为吸收性复合体。（三）有机矿质复合体12三、土壤胶体的构造1 1微粒核（胶核）微粒核（胶核）微粒核是土壤胶体微粒的核微粒核是土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成胶体微粒的心部分，它是由组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成。基本物质的分子群所组成。三、土壤胶体的构造1微粒核（胶核）132 2扩散双电层扩散双电层 扩散双电层是胶体表面电荷吸引扩散双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，在固相界面正负电荷反号电荷离子，在固相界面正负电荷分别排成两层，在电解质溶液中部分分别排成两层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。扩散双电反号离子呈扩散状态分布。扩散双电层分以下两层。层分以下两层。2扩散双电层 14（1）决定电位离子层 是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。（2）补偿离子层 分为两个层次。一、非活性补偿离子层。二、扩散层。（1）决定电位离子层15 在在物物体体的的表表面面，由由于于表表面面分分子子的的四四周周不不都都是是相相同同的的分分子子，受受到到的的力力就就不不均均衡衡，使使表表面面分分子子对对外外表表现现有有剩剩余余能能量量，这这种种能能量量是是由由于于表表面面的的存存在在而而产产生生，所所以叫做表面能。以叫做表面能。四、土壤胶体的性质四、土壤胶体的性质（一）巨大的表面能（一）巨大的表面能 在物体的表面，由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到16（二）带电性（二）带电性 土壤胶体微粒都带有一定的电荷，土壤胶体微粒都带有一定的电荷，在多数情况下带负电荷，但也有带正电在多数情况下带负电荷，但也有带正电荷的，还有因环境条件不同而带不同电荷的，还有因环境条件不同而带不同电荷的两性胶体。土壤胶体微粒带电的主荷的两性胶体。土壤胶体微粒带电的主要原因是由于微粒表面分子本身的解离要原因是由于微粒表面分子本身的解离所致。所致。（二）带电性172.腐殖质胶体带电COOHCOOHOHOH 由于腐殖质分子量大、官能团多，解离后带电量大，对土壤保肥供肥性有重要影响。1.含水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO3 SiO322H2.腐殖质胶体带电1.含水二氧化硅（H2SiO3）18（1）同晶置换作用 粘土矿物晶质中的一种离子被另一种离子取代的过程。在这个过程中，只改变了矿物质的化学成分，而矿物的结晶构造不变，故叫做同晶置换作用。3粘土矿物胶体带电 土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，其电荷来源有以下几个方面。（1）同晶置换作用 3粘土矿物胶体带电19（2）晶格破碎边缘带电 矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离子一部分电荷未被中和而产生剩余电荷，使晶体边缘带电。（3）晶格表面OH基解离 当土壤溶液PH值变化时，晶格表 面的OH基发生解离。（2）晶格破碎边缘带电（3）晶格表面OH基解离 20表面既带负电荷，亦带正电荷的土壤胶体称两性胶体随溶液土壤反应的变化而变化4两性胶体带电表面既带负电荷，亦带正电荷的土壤胶体称两性胶体随溶液土壤21以Al（OH）3为例说明如下：在碱性环境中带负电：Al（OH）3NaOH Al（OH）2ONaH2OAl（OH）3HCl Al（OH）2ClH2O在酸性环境中带正电：以Al（OH）3为例说明如下：在碱性环境中带负电：Al（O22（三）土壤胶体的分散性和凝聚性（三）土壤胶体的分散性和凝聚性 胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态，称为溶胶。1土壤胶体溶液（溶胶）2土壤中无定形的凝胶体（凝胶）微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶体，称凝胶。（三）土壤胶体的分散性和凝聚性 胶体微粒均匀分散在土壤23 3分散和凝聚作用 由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体的凝聚作用。凝聚的速度和强度与两个因素有关：一是电解质浓度；二是电解质种类。3分散和凝聚作用 由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫24 一般地，离子的价数越高，离子半径越大，所产生的凝聚能力越强。常见阳离子凝聚力的排列顺序是：FeFe3 3AlAl3 3CaCa2 2MgMg2 2K KNHNH4 4NaNa 一般地，离子的价数越高，离子半径越大，所产生的凝聚能25 凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的。凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。胶26 当土壤干燥时，土壤溶液中的电解质浓度相应增大，土壤胶体易成凝胶状态。相反，当土壤水分增多土壤溶液浓度相应降低，土壤胶体便会带有多余的负电荷，互相排斥而成溶胶状态。当土壤干燥时，土壤溶液中的电解质浓度相应增大，土壤胶27 一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍水过多，或胶体吸附的阳离子主要是NH4、Na，而且又处于稀溶液中，土壤胶体才呈溶胶状态。一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当渍水过多，或胶体吸附28 第二节第二节 土壤胶体的交换作用土壤胶体的交换作用 土壤胶体的交换作用是指土壤胶体微粒扩散层中的离子与土壤溶液中的离子相互交换过程。可分为阳离子交换作用和阴离子交换作用两种。第二节 土壤胶体的交换作用 土壤胶体的交换作用是指土29 一、土壤的阳离于交换作用一、土壤的阳离于交换作用（一）阳离子交换作用的过程（一）阳离子交换作用的过程 是指酸胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的过程。一、土壤的阳离于交换作用（一）阳离子交换作用的过程 30可用下式来表示：可用下式来表示：土壤土壤 Mg2 10NH4 胶粒胶粒 Al3 K 土壤土壤 10NH4 Ca2、Mg2、Al3、K、2H胶粒胶粒可用下式来表示：土壤 Mg2 10NH4 311.可逆反应，迅速平衡 阳离子交换是一种可逆反应。由于反应只是在胶粒表面进行，所以会很快达到平衡。（二）土壤阳离子交换作用的特点（二）土壤阳离子交换作用的特点2.交换反应是等量电荷对等量电荷的交换 1.可逆反应，迅速平衡 阳离子交换是一种可逆反应。由32（三）影响阳离子交换作用的因素（三）影响阳离子交换作用的因素1离子交换能力 一种阳离子将他种阳离子从胶粒上交换下来的能力叫做该种阳离子的交换能力。（三）影响阳离子交换作用的因素1离子交换能力 33 土壤中常见的离子交换能力排列顺序是：Fe3Al3HCa2Mg2KNH4Na 凡运动速度快的其交换能力也大。H半径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置。土壤中常见的离子交换能力排列顺序是：凡运动速341 10 0 1.000 1.000 1 1 H H 2 210.0010.001.06 1.06 40.08 40.08 2 2 Ca Ca2 2 3 313.30 13.30 0.780.7824.23 24.23 2 2 Mg Mg2 2 4 45.32 5.32 1.331.3339.10 39.10 1 1 K K 5 55.37 5.37 1.43 1.43 18.01 18.01 1 1 NH NH4 4 6 67.90 7.90 0.93 0.93 23.00 23.00 1 1 Na Na 水化水化未水化未水化交换力交换力顺序顺序离子半径（离子半径（A A）原子量原子量价数价数离子离子表表表表4 4 4 42 2 2 2离子半径及水化程度与交换力的美系离子半径及水化程度与交换力的美系离子半径及水化程度与交换力的美系离子半径及水化程度与交换力的美系10 1.000 1 H 210.001.06 40.352阳离子的相对浓度及交换生成物的性质 土壤土壤 土壤土壤 K 胶粒胶粒 Ca2K2SO4 胶粒胶粒 K CaSO4（四）土壤的阳离子交换量和盐基饱和度（四）土壤的阳离子交换量和盐基饱和度 2阳离子的相对浓度及交换生成物的 性质（四）土壤的阳36（1）胶体数量）胶体数量 一般是胶体物质越多，阳离子交一般是胶体物质越多，阳离子交换量越大；胶体粒子越少交换量越小；换量越大；胶体粒子越少交换量越小；土壤质地愈细，矿质胶体数量愈多，土壤质地愈细，矿质胶体数量愈多，交换量也愈高。交换量也愈高。1土壤的阳离子交换量土壤的阳离子交换量 指每千克土指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的厘摩尔数，单位为的厘摩尔数，单位为cmol1000g土土。（1）胶体数量 一般是胶体物质越多，阳离子交37表73 不同质地土壤的阳离子交换量 土壤砂土砂壤土壤土黏土阳 离 子 交换量157815182530单位：cmol1000g土表73 不同质地土壤的阳离子交换量 土 壤砂 土砂壤土38（2）胶胶体体种种类类 有有机机胶胶体体交交换换量量最最大大；矿矿质质胶胶体体中中交交换换量量大大小小是是：蒙蒙脱脱石石高高岭石。岭石。（3）电荷数量）电荷数量 一一般般来来说说，随随土土壤壤碱碱度度增增加加(pH值值增增高高)解解离离度度增增高高，带带电电量量多多，反反之之，随随土土壤壤酸酸度度增增加加(pH值值降降低低)解解离离度度降降低低，带电量减少。带电量减少。（2）胶体种类 有机胶体交换量最大；矿质胶体中交换量大39 我国土壤阳离子交换量，由南向我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐渐增多的趋势。北，由西向东有逐渐增多的趋势。阳离子可分为两大类：即盐基离阳离子可分为两大类：即盐基离子（子（Ca2、Mg2、K、Na、NH4等）和等）和H与与Al3。阳离子的代换量是。阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量。这两类离子被吸收的总量。我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐40所谓盐基饱和度，就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。交换性盐基离子总量（交换性盐基离子总量（cmol1000g土）土）阳离子交换量（阳离子交换量（cmol1000g土）土）盐基饱和度（）盐基饱和度（）=所谓盐基饱和度，就是土壤吸附的交换性盐基离子41盐基饱和度的大小常与雨量、母质、盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等自然条件有密切关系。一般干旱植被等自然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则小。小。二、土壤阴离子交换作用二、土壤阴离子交换作用 被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换，称为阴离子交换。溶液中阴离子的交换，称为阴离子交换。盐基饱和度42 根据土壤胶体对阴离子的吸收力不根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同，可分为同，可分为3种类型：种类型：（1）易被土壤胶体吸附的阴离子）易被土壤胶体吸附的阴离子 如如 H2PO4、HPO42、PO43、HSiO3、SiO32及某些有机酸根。及某些有机酸根。（2）很少被吸附甚至不能被吸收的阴）很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子离子 ，如，如 NO3、NO22、Cl等。等。根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同，可分为3种类43（3）介于上述两者之间的阴离子，如）介于上述两者之间的阴离子，如 SO42、CO32、HCO3以及某些有机以及某些有机酸根酸根 阴离子吸附的相对顺序为：阴离子吸附的相对顺序为：PO43SiO32CO32SO42Cl NO3（3）介于上述两者之间的阴离子，如 SO42、CO32、44第三节土壤反应 土壤反应是气候、植被及成土母质土壤反应是气候、植被及成土母质共同作用的结果共同作用的结果 一、土壤反应的概念一、土壤反应的概念 土壤反应是土壤酸性或碱性的程度，土壤反应是土壤酸性或碱性的程度，常以常以pH值表示。值表示。第三节 土壤反应 土壤反应是气候、植被及成土母45根据我国土壤反应的实际差异情况根据我国土壤反应的实际差异情况及其与肥力的关系，可把土壤反应分为及其与肥力的关系，可把土壤反应分为下列下列7级：级：强酸强酸性性 酸性酸性 微酸微酸性性 中性中性微微 碱碱性性碱性碱性强强碱碱性性pH值值4.5pH值值4.55.5 pH值值5.56.5pH值值 6.57.5pH值值7.58.5pH值值8.59.5pH值值95 根据我国土46二、土壤酸度二、土壤酸度（一）土壤溶液中氢离子的来源（一）土壤溶液中氢离子的来源 土壤的酸度是指土壤酸性的程土壤的酸度是指土壤酸性的程度，通常以度，通常以pH表示。它是土壤溶液表示。它是土壤溶液中中 H浓度的表现，浓度的表现，H浓度愈大，浓度愈大，土壤酸性愈强。土壤酸性愈强。二、土壤酸度 土壤的酸度是指土壤酸性的程度，通47 1动植物呼吸作用排出的动植物呼吸作用排出的CO2溶解溶解于水形成的碳酸解离产生的于水形成的碳酸解离产生的H。2微微生生物物分分解解作作用用产产生生的的有有机机酸酸、无机酸解离产生的无机酸解离产生的H。3土壤溶液中活性铝的作用。土壤溶液中活性铝的作用。4.吸附性吸附性H和和Al3的作用。的作用。土壤中土壤中H的来源有：的来源有：1动植物呼吸作用排出的CO2溶解于水形成的碳酸解离48（二）土壤酸度类型（二）土壤酸度类型 1活性酸度活性酸度 活性酸度是指土壤溶液中的氢离子活性酸度是指土壤溶液中的氢离子浓度导致的土壤酸度，通常用浓度导致的土壤酸度，通常用pH值来表值来表示。示。2潜性酸度潜性酸度 是指土壤中交换性是指土壤中交换性氢离子、铝离子、羟基铝离子被交换进氢离子、铝离子、羟基铝离子被交换进入溶液后引起的酸度，以入溶液后引起的酸度，以cmol/kg表示。表示。（二）土壤酸度类型49 （1）交交换换性性酸酸度度 土土壤壤中中通通过过阳阳离离子子交交换换反反应应进进入入溶溶液液的的氢氢离离子子浓浓度度称交换性酸度。称交换性酸度。（2）盐置换性酸度）盐置换性酸度 指土壤中可为指土壤中可为中性盐置换进入溶液的氢、铝离子数中性盐置换进入溶液的氢、铝离子数量。量。（3）水解性酸度）水解性酸度 指土壤中可为指土壤中可为碱性缓冲盐解离的氢离子浓度。碱性缓冲盐解离的氢离子浓度。（1）交换性酸度 土壤中通过阳离子交换反应进入溶50（三）活性酸与潜性酸的关系（三）活性酸与潜性酸的关系 土壤活性酸是土壤酸度的根本起点，土壤活性酸是土壤酸度的根本起点，没有活性酸就没有潜性酸；没有活性酸就没有潜性酸；潜性酸决定着土壤的总酸度（以强潜性酸决定着土壤的总酸度（以强碱滴定的土壤酸度）。碱滴定的土壤酸度）。活性酸与潜性酸是土壤胶体交换体活性酸与潜性酸是土壤胶体交换体系中两种不同的形式，可以互相转化。系中两种不同的形式，可以互相转化。（三）活性酸与潜性酸的关系 土壤活性酸是土壤酸51 由由碳碳酸酸盐盐和和重重碳碳酸酸盐盐导导致致土土壤壤碱碱性性的程度称土壤碱度。的程度称土壤碱度。主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及交换性钠、碳酸钙以及交换性Na的含量。的含量。三、土壤碱度三、土壤碱度 由碳酸盐和重碳酸盐导致土壤碱性的程度称土壤碱52四、土壤酸碱性对土壤肥力的影响四、土壤酸碱性对土壤肥力的影响 （一）土壤酸碱性对土壤养分有效（一）土壤酸碱性对土壤养分有效性的影响性的影响 （二）指标植物（二）指标植物 土土壤壤的的酸酸碱碱反反应应，虽虽然然可可用用化化学学方方法法测测定定，但但是是在在野野外外工工作作时时，常常根根据指示植物初步判断土壤的酸碱性。据指示植物初步判断土壤的酸碱性。四、土壤酸碱性对土壤肥力的影响531酸性土壤指示植物如：松树、杜鹃酸性土壤指示植物如：松树、杜鹃 2钙质土的指示植物如：柏树钙质土的指示植物如：柏树 3盐碱土的指示植物如：柽柳盐碱土的指示植物如：柽柳（三）主要木本植物适宜（三）主要木本植物适宜pH值范围值范围 大多数木本植物适宜微酸性到微碱大多数木本植物适宜微酸性到微碱性土壤，有些植物要求酸性土壤，在强性土壤，有些植物要求酸性土壤，在强碱性土壤上一般树种都不能生长。碱性土壤上一般树种都不能生长。1酸性土壤指示植物如：松树、杜鹃（三）主54五、土壤反应的调节五、土壤反应的调节（一）酸性土的调节（一）酸性土的调节 改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性、生理碱性肥料。粉和碱性、生理碱性肥料。（二）碱性土的调节（二）碱性土的调节 改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺等。亚铁和硫磺等。此外，改良碱土还需要此外，改良碱土还需要采取与灌溉、排水、园林植物栽培以及采取与灌溉、排水、园林植物栽培以及土壤耕作等相结合土壤耕作等相结合。五、土壤反应的调节55 第四节土壤缓冲性能概念：概念：酸性或碱性物质加入土壤后，酸性或碱性物质加入土壤后，土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能。土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能。（土壤具有抵抗外来物质引起酸碱强烈（土壤具有抵抗外来物质引起酸碱强烈变化的性能。）变化的性能。）土壤产生缓冲作用的原因主要有：土壤产生缓冲作用的原因主要有：第四节 土壤缓冲性能 56 一、土壤具有交换作用一、土壤具有交换作用土壤Ca2土壤H胶粒2HCl胶粒HCaCl2土壤H土壤Na胶粒NaOH胶粒H2O二、土壤中存有弱酸及其盐二、土壤中存有弱酸及其盐三、土壤中有两性物质三、土壤中有两性物质 一、土壤具有交换作用土壤 Ca2 57 土壤缓冲量土壤缓冲量 土壤缓冲量是指使土土壤缓冲量是指使土壤溶液的壤溶液的pH值改变一个单位所需要加入值改变一个单位所需要加入的酸量或碱量。的酸量或碱量。土壤缓冲量的一般顺序是：土壤缓冲量的一般顺序是：有机胶体无机胶体；蒙脱石伊有机胶体无机胶体；蒙脱石伊利石高岭石含水氧化铁、铝；腐殖利石高岭石含水氧化铁、铝；腐殖质粘土壤土砂土。质粘土壤土砂土。土壤缓冲量 土壤缓冲量是指使土壤溶液58