土壤的基本化學(xué)性質(zhì)與過(guò)程

1、第一節(jié)第一節(jié) 土壤的離子吸附與交換土壤的離子吸附與交換一、土壤膠體的概念及種類(lèi)一、土壤膠體的概念及種類(lèi) 大小在大小在1-100nm（在長(zhǎng)、寬和高三個(gè)方向上，至少有一（在長(zhǎng)、寬和高三個(gè)方向上，至少有一個(gè)方向在此范圍內(nèi)）的土壤固體顆粒。分三種類(lèi)型個(gè)方向在此范圍內(nèi)）的土壤固體顆粒。分三種類(lèi)型（一）土壤無(wú)機(jī)膠體（一）土壤無(wú)機(jī)膠體1、層狀硅酸鹽粘土礦物、層狀硅酸鹽粘土礦物 有有 1：1型如高嶺石，型如高嶺石，2：1型如蒙脫石型如蒙脫石2、氧化物及其水合物、氧化物及其水合物 Al Fe Si Ca Mn Ti的氧化物及水合氧化物的氧化物及水合氧化物，常呈膠膜被覆于土粒表面。，常呈膠膜被覆于土粒表面。（二）

2、土壤有機(jī)膠體（二）土壤有機(jī)膠體 （三）土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體（三）土壤有機(jī)礦質(zhì)復(fù)合體二、土壤膠體的構(gòu)造二、土壤膠體的構(gòu)造土壤膠體分散系土壤膠團(tuán)土壤溶液膠核雙電層定位離子層（內(nèi)層）補(bǔ)償離子層非活性層擴(kuò)散層反離子層膠粒 三、土壤膠體的性質(zhì)三、土壤膠體的性質(zhì)五、土壤陽(yáng)離子交換作用五、土壤陽(yáng)離子交換作用（一）概念：土壤中普遍存在的一種膠體現(xiàn)象，是土壤能保存養(yǎng)分（一）概念：土壤中普遍存在的一種膠體現(xiàn)象，是土壤能保存養(yǎng)分并且向植物提供養(yǎng)分的主要原因。并且向植物提供養(yǎng)分的主要原因。土壤膠體一般帶負(fù)電，能吸附土土壤膠體一般帶負(fù)電，能吸附土壤溶液中的陽(yáng)離子于膠體的周?chē)?，叫做離子吸附；這些被吸附的陽(yáng)壤溶液中的陽(yáng)離子于

3、膠體的周?chē)凶鲭x子吸附；這些被吸附的陽(yáng)離子在一定條件下可以和土壤溶液中的陽(yáng)離子互相交換，從膠體表離子在一定條件下可以和土壤溶液中的陽(yáng)離子互相交換，從膠體表面進(jìn)入溶液，叫做解吸，這種通過(guò)吸附和解吸，引起離子位置相互面進(jìn)入溶液，叫做解吸，這種通過(guò)吸附和解吸，引起離子位置相互交換的作用叫陽(yáng)離子交換作用。被吸附的陽(yáng)離子稱(chēng)為交換性陽(yáng)離子交換的作用叫陽(yáng)離子交換作用。被吸附的陽(yáng)離子稱(chēng)為交換性陽(yáng)離子交換性陽(yáng)離子可分兩種：交換性陽(yáng)離子可分兩種：致酸離子致酸離子 H+ Al3+ 鹽基離子鹽基離子Ca2+ 、Mg2+、K+、NH4+、 Na+交換反應(yīng)示意圖如上。交換反應(yīng)示意圖如上。土壤土壤膠粒膠粒土壤土壤膠粒膠粒

4、Ca2+NH4+3K+ Ca2+ +NH4+ K+K+K+（二）陽(yáng)離子交換作用的基本特征（二）陽(yáng)離子交換作用的基本特征1、可逆反應(yīng)、可逆反應(yīng) 2、等價(jià)交換、等價(jià)交換3、受質(zhì)量作用定律的支配、受質(zhì)量作用定律的支配（三）影響陽(yáng)離子交換的因素（三）影響陽(yáng)離子交換的因素1.陽(yáng)離子交換能力陽(yáng)離子交換能力 受以下因素影響：受以下因素影響：(1)離子價(jià)：離子價(jià)： 高價(jià)離子交換能力低價(jià)離子高價(jià)離子交換能力低價(jià)離子 (2)離子半徑和離子水化半徑離子半徑和離子水化半徑 同價(jià)離子，離子半徑大的、水化半徑同價(jià)離子，離子半徑大的、水化半徑小的交換能力大，小的交換能力大，(3)離子的運(yùn)動(dòng)速度離子的運(yùn)動(dòng)速度 H+水化很弱只

5、與水化很弱只與1個(gè)水分子結(jié)合，個(gè)水分子結(jié)合，H3O+半徑很半徑很小，運(yùn)動(dòng)速度快，因此交換能力大于二價(jià)離子。小，運(yùn)動(dòng)速度快，因此交換能力大于二價(jià)離子。(4)離子濃度離子濃度 交換能力弱的離子在濃度足夠大的情況下，可以交換交換能力弱的離子在濃度足夠大的情況下，可以交換吸附濃度低高價(jià)離子。綜上所述，陽(yáng)離子交換能力順序?yàn)椋何綕舛鹊透邇r(jià)離子。綜上所述，陽(yáng)離子交換能力順序?yàn)椋?Fe3+ 、Al3+ H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+（四）陽(yáng)離子交換量（四）陽(yáng)離子交換量（CEC) Cation Exchange Capacity 是指在一定是指在一定PH時(shí)每時(shí)每1000g干土所能吸附的全部交換性陽(yáng)離子

6、的厘摩爾數(shù)干土所能吸附的全部交換性陽(yáng)離子的厘摩爾數(shù)。土壤。土壤CEC大小受這些因素影響：大小受這些因素影響：1、膠體含量、膠體含量 質(zhì)地粘重質(zhì)地粘重CEC大。大。2、膠體類(lèi)型、膠體類(lèi)型 有機(jī)膠體有機(jī)膠體CEC遠(yuǎn)比礦質(zhì)膠體大，施有機(jī)肥可大幅度提遠(yuǎn)比礦質(zhì)膠體大，施有機(jī)肥可大幅度提高土壤保肥能力。高土壤保肥能力。3、土壤、土壤PH值值 影響可變電荷的多少，一般影響可變電荷的多少，一般PH值升高，值升高，H+解離，可解離，可變負(fù)電荷逐漸增多，變負(fù)電荷逐漸增多，CEC也隨之增加。也隨之增加。（四）鹽基飽和度（四）鹽基飽和度 指土壤中交換性鹽基離子（指土壤中交換性鹽基離子（K+、Na+、NH4+、Ca2+

7、 、Mg2+等）總量占陽(yáng)離子交換量的百分?jǐn)?shù)等）總量占陽(yáng)離子交換量的百分?jǐn)?shù)它與土壤酸堿反應(yīng)關(guān)系密切。它與土壤酸堿反應(yīng)關(guān)系密切。交交換換性性鹽鹽基基離離子子總總量量（cmol/kg） 鹽鹽基基飽飽和和度度（%）= 陽(yáng)陽(yáng)離離子子交交換換量量（cmol/kg） 100% 六、土壤中的陰離子吸附六、土壤中的陰離子吸附土壤溶液中的陰離子可以被帶正電膠體吸附，但是土壤對(duì)陰離子吸土壤溶液中的陰離子可以被帶正電膠體吸附，但是土壤對(duì)陰離子吸附和保持機(jī)理比陽(yáng)離子更為復(fù)雜，往往和化學(xué)固定專(zhuān)性吸附等交織附和保持機(jī)理比陽(yáng)離子更為復(fù)雜，往往和化學(xué)固定專(zhuān)性吸附等交織在一起。一般土壤中存在的陰離子常按被土壤吸附保持的難易程度在

8、一起。一般土壤中存在的陰離子常按被土壤吸附保持的難易程度分為三類(lèi)：分為三類(lèi)：（1）易于被土壤吸附的陰離子）易于被土壤吸附的陰離子 如磷酸根（如磷酸根（H2PO4- HPO42- PO43-）、硅酸根（、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）和某些有機(jī)酸的陰離子（如草酸根）和某些有機(jī)酸的陰離子（如草酸根）（2）吸附作用很弱或進(jìn)行負(fù)吸附的離子）吸附作用很弱或進(jìn)行負(fù)吸附的離子 如如Cl-、NO3- NO2-出現(xiàn)負(fù)出現(xiàn)負(fù)吸附（固體表面濃度低于溶液中濃度）極易隨水流失。吸附（固體表面濃度低于溶液中濃度）極易隨水流失。（3）中間類(lèi)型的陰離子）中間類(lèi)型的陰離子 如如SO42-、CO32-、HCO3-、及某些有

9、機(jī)酸、及某些有機(jī)酸（如醋酸根）的陰離子，土壤吸收它們的能力介于以上兩類(lèi)之間。（如醋酸根）的陰離子，土壤吸收它們的能力介于以上兩類(lèi)之間。 第二節(jié)第二節(jié) 土壤酸堿性一、土壤酸堿性產(chǎn)生的原因一、土壤酸堿性產(chǎn)生的原因（一）氣候因素（一）氣候因素 它決定成土過(guò)程的淋溶強(qiáng)度。氣溫高、降雨量大它決定成土過(guò)程的淋溶強(qiáng)度。氣溫高、降雨量大的氣候條件，母質(zhì)、土壤中的鹽基成分易于遭受淋失，使土壤逐漸的氣候條件，母質(zhì)、土壤中的鹽基成分易于遭受淋失，使土壤逐漸酸化。反之，干旱氣候，降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)量，鹽基成分積累于酸化。反之，干旱氣候，降雨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)量，鹽基成分積累于土壤及地下水，使土壤向堿化方向演化。即土壤及地

10、下水，使土壤向堿化方向演化。即“南酸北堿南酸北堿”。（二）母質(zhì)因素（二）母質(zhì)因素 母巖母質(zhì)的組成性質(zhì)對(duì)土壤酸堿度具有深刻的影響母巖母質(zhì)的組成性質(zhì)對(duì)土壤酸堿度具有深刻的影響。如酸性巖上發(fā)育的土壤容易向酸性發(fā)展，而基性巖相反。如酸性巖上發(fā)育的土壤容易向酸性發(fā)展，而基性巖相反。（三）生物因素（三）生物因素 生物產(chǎn)生的生物產(chǎn)生的CO2溶于水產(chǎn)生的溶于水產(chǎn)生的H+對(duì)于土壤酸化有對(duì)于土壤酸化有重要作用。另外植被不同，殘?bào)w成分不同，影響土壤酸堿性。重要作用。另外植被不同，殘?bào)w成分不同，影響土壤酸堿性。（四）施肥和灌溉的影響（四）施肥和灌溉的影響 如酸性肥（如酸性肥（NH4）2SO4、 KCl長(zhǎng)期使用長(zhǎng)期使用

11、造成土壤酸化等。造成土壤酸化等。二、土壤酸堿的存在形式和表示方法二、土壤酸堿的存在形式和表示方法（一）土壤（一）土壤pH和酸堿性分級(jí)：和酸堿性分級(jí)： pH 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 級(jí)別級(jí)別 強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性 酸性酸性 弱酸性弱酸性 中性中性 弱堿性弱堿性 堿性堿性 強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性土壤反應(yīng)就是土壤酸堿性。土壤反應(yīng)分為酸性、中性和堿土壤反應(yīng)就是土壤酸堿性。土壤反應(yīng)分為酸性、中性和堿性，其區(qū)分決定于土壤溶液中游離的性，其區(qū)分決定于土壤溶液中游離的H+與與OH-的濃度的的濃度的比例。土壤的酸堿度一般用比例。土壤的酸堿度一般用pH值表示。土壤酸堿性的來(lái)值表示。土壤酸堿性的來(lái)源不僅決定于

12、土壤溶液中源不僅決定于土壤溶液中H+,更重要的是決定于土壤膠體更重要的是決定于土壤膠體上致酸離子（上致酸離子（H+和和Al3）或致堿離子（）或致堿離子（Na）的數(shù)量，）的數(shù)量，也決定于土壤中酸性鹽類(lèi)或堿性鹽的存在。也決定于土壤中酸性鹽類(lèi)或堿性鹽的存在。 指與土壤固相處于平衡狀態(tài)指與土壤固相處于平衡狀態(tài)的土壤溶液中游離的的土壤溶液中游離的H濃度所直接顯示濃度所直接顯示的酸度。它是土壤酸度的活度指標(biāo)，通的酸度。它是土壤酸度的活度指標(biāo)，通常用常用pH值表示。一般用水浸出液加指示值表示。一般用水浸出液加指示劑來(lái)測(cè)定。劑來(lái)測(cè)定。 指土壤膠體上吸附著的指土壤膠體上吸附著的H和和Al3所引起的酸度。它是土壤

13、酸度的所引起的酸度。它是土壤酸度的容量指標(biāo)。一般情況下它不顯示出來(lái)，容量指標(biāo)。一般情況下它不顯示出來(lái)，只有當(dāng)被吸附的只有當(dāng)被吸附的H和和Al3被交換到溶液被交換到溶液中后才顯示，所以稱(chēng)為潛性酸度，通常中后才顯示，所以稱(chēng)為潛性酸度，通常用用1000g烘干土中烘干土中H的厘摩爾數(shù)來(lái)表示。的厘摩爾數(shù)來(lái)表示。 用中性鹽溶液浸提土壤，將膠體上吸附用中性鹽溶液浸提土壤，將膠體上吸附的致酸離子代換到土壤溶液中所表現(xiàn)的的致酸離子代換到土壤溶液中所表現(xiàn)的酸度叫做酸度叫做； 用弱酸強(qiáng)堿鹽溶液浸提土壤，將膠體上用弱酸強(qiáng)堿鹽溶液浸提土壤，將膠體上吸附的致酸離子代換到土壤溶液中所表吸附的致酸離子代換到土壤溶液中所表現(xiàn)的

14、酸度叫做現(xiàn)的酸度叫做。 一般水解性酸度要比交換性酸度大。一般水解性酸度要比交換性酸度大。 土壤活性酸度與潛性酸度的總量稱(chēng)為土壤活性酸度與潛性酸度的總量稱(chēng)為。 土壤呈堿性反應(yīng)主要是因?yàn)槠淙芤褐泻寥莱蕢A性反應(yīng)主要是因?yàn)槠淙芤褐泻囊欢〝?shù)量的弱酸強(qiáng)堿鹽及土壤膠體表的一定數(shù)量的弱酸強(qiáng)堿鹽及土壤膠體表面吸附有堿金屬及堿土金屬的陽(yáng)離子。面吸附有堿金屬及堿土金屬的陽(yáng)離子。即土壤堿性強(qiáng)弱的程度，是土即土壤堿性強(qiáng)弱的程度，是土壤堿性的容量指標(biāo)。堿度可以用平衡溶壤堿性的容量指標(biāo)。堿度可以用平衡溶液的液的pH值表示，也可以用土壤中值表示，也可以用土壤中HCO3和和CO32含量的重量百分?jǐn)?shù)表示。含量的重量百分?jǐn)?shù)表示

15、。 常用于地下水。常用于地下水。交交換換性性鈉鈉（cmol/kg） 堿堿化化度度（%）= 陽(yáng)陽(yáng)離離子子交交換換量量(cmol/kg) 100 520%堿化土堿化土20% 堿土堿土%三、土壤酸堿度的肥力意義三、土壤酸堿度的肥力意義（一）直接影響植物生長(zhǎng)（一）直接影響植物生長(zhǎng)（二）影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化和有效性（二）影響?zhàn)B分的轉(zhuǎn)化和有效性 在中性條件下，有機(jī)質(zhì)礦化在中性條件下，有機(jī)質(zhì)礦化較快，土壤有效氮供應(yīng)較好，較快，土壤有效氮供應(yīng)較好，PH6-7磷的有效性最大，磷的有效性最大，F(xiàn)e、Mn、Zn、Cu、Co強(qiáng)酸性條件下，溶解性強(qiáng)易對(duì)作物造成毒強(qiáng)酸性條件下，溶解性強(qiáng)易對(duì)作物造成毒害。害。Mo在堿性條件下有效

16、性高，在堿性條件下有效性高，B在中性條件下有效性高。在中性條件下有效性高。（三）影響土壤微生物活性（三）影響土壤微生物活性 （四）影響土壤物化性質(zhì)（四）影響土壤物化性質(zhì) 酸性土壤和堿性土壤的物理性質(zhì)都酸性土壤和堿性土壤的物理性質(zhì)都很差。很差。4 45 56 67 78 89 9N NCa&MgCa&MgP PK KS SFeFe、MnMn、ZnZn、CuCu、CoCoMoMoB BPHPH。 土壤中主要的氧化劑是大氣中的氧進(jìn)入土壤中主要的氧化劑是大氣中的氧進(jìn)入土壤中，與土壤中的化合物起作用，得土壤中，與土壤中的化合物起作用，得到兩個(gè)電子而還原為到兩個(gè)電子而還原為O2-，土壤中生

17、物，土壤中生物化學(xué)過(guò)程的方向與強(qiáng)度，在很大程度上化學(xué)過(guò)程的方向與強(qiáng)度，在很大程度上決定于土壤空氣和溶液中氧的含量。決定于土壤空氣和溶液中氧的含量。 土壤中的還原劑主要是有機(jī)質(zhì)。土壤中的還原劑主要是有機(jī)質(zhì)。 土壤吸收保持各種離子、分子、氣體和懸浮體的能力稱(chēng)為土壤吸收保持各種離子、分子、氣體和懸浮體的能力稱(chēng)為。它也是土壤具有保肥性能的原因，因此也稱(chēng)為它也是土壤具有保肥性能的原因，因此也稱(chēng)為土壤對(duì)顆粒物質(zhì)的機(jī)械阻留。土壤對(duì)顆粒物質(zhì)的機(jī)械阻留。土粒吸附分子態(tài)物質(zhì)于表面以減少其表面能。土粒吸附分子態(tài)物質(zhì)于表面以減少其表面能。一些可溶性鹽類(lèi)與土壤中某些物質(zhì)起化學(xué)反一些可溶性鹽類(lèi)與土壤中某些物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，

18、生成溶解度很低的化合物，保存在土壤中而免于淋失，這種作應(yīng)，生成溶解度很低的化合物，保存在土壤中而免于淋失，這種作用稱(chēng)化學(xué)吸收又叫化學(xué)固定。用稱(chēng)化學(xué)吸收又叫化學(xué)固定。植物根系和微生物選擇吸收土壤中的養(yǎng)分叫生物吸收。植物根系和微生物選擇吸收土壤中的養(yǎng)分叫生物吸收。土壤膠體帶電吸附離子與土壤溶液中同土壤膠體帶電吸附離子與土壤溶液中同號(hào)離子交換而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，稱(chēng)為物理化學(xué)吸收或離子交換吸收。號(hào)離子交換而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，稱(chēng)為物理化學(xué)吸收或離子交換吸收。 土壤在作物整個(gè)生育期內(nèi)，持續(xù)不斷地供應(yīng)作物生長(zhǎng)發(fā)育所必須土壤在作物整個(gè)生育期內(nèi)，持續(xù)不斷地供應(yīng)作物生長(zhǎng)發(fā)育所必須的各種速效養(yǎng)分的能力和特性，稱(chēng)為土壤的保肥

19、性能。的各種速效養(yǎng)分的能力和特性，稱(chēng)為土壤的保肥性能。（一）土壤供肥性能的表現(xiàn)（一）土壤供肥性能的表現(xiàn)1.作物的長(zhǎng)相作物的長(zhǎng)相 作物整個(gè)生長(zhǎng)期生長(zhǎng)好產(chǎn)量高，說(shuō)明土壤供肥作用好作物整個(gè)生長(zhǎng)期生長(zhǎng)好產(chǎn)量高，說(shuō)明土壤供肥作用好2.土壤形態(tài)土壤形態(tài) 耕作層深厚、土色深暗、砂粘適中，土壤結(jié)構(gòu)良好松耕作層深厚、土色深暗、砂粘適中，土壤結(jié)構(gòu)良好松緊適度的土壤供肥性能好。緊適度的土壤供肥性能好。3.施肥效應(yīng)施肥效應(yīng)不同的土壤類(lèi)型具有不同的保肥供肥特性，對(duì)肥料養(yǎng)分不同的土壤類(lèi)型具有不同的保肥供肥特性，對(duì)肥料養(yǎng)分的要求和反應(yīng)不同，因此施肥的數(shù)量、時(shí)間、方法、品種應(yīng)不同。的要求和反應(yīng)不同，因此施肥的數(shù)量、時(shí)間、方法

20、、品種應(yīng)不同。4.土壤樣品室內(nèi)化驗(yàn)的結(jié)果土壤樣品室內(nèi)化驗(yàn)的結(jié)果 應(yīng)測(cè)土施肥、配方施肥。應(yīng)測(cè)土施肥、配方施肥。（二）土壤養(yǎng)分的有效化（二）土壤養(yǎng)分的有效化 是復(fù)雜的作用是復(fù)雜的作用主要是指遲效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分和土壤膠體吸附的養(yǎng)分離子解吸主要是指遲效養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分和土壤膠體吸附的養(yǎng)分離子解吸釋放的作用。釋放的作用。1.遲效養(yǎng)分有效化化包括有礦物態(tài)養(yǎng)分的釋放和有機(jī)遲效養(yǎng)分有效化化包括有礦物態(tài)養(yǎng)分的釋放和有機(jī)態(tài)養(yǎng)分的礦化分解釋放。我們重點(diǎn)講態(tài)養(yǎng)分的礦化分解釋放。我們重點(diǎn)講2.交換性離子的有效化問(wèn)題：交換性離子的有效化問(wèn)題：2.交換性離子有效度交換性離子有效度交換性陽(yáng)離子對(duì)植物有效性的如何，很大程

21、度上取決于它們從膠體交換性陽(yáng)離子對(duì)植物有效性的如何，很大程度上取決于它們從膠體上解吸或交換的難易，影響這些過(guò)程的主要因素有：上解吸或交換的難易，影響這些過(guò)程的主要因素有： （1）飽和度效應(yīng)）飽和度效應(yīng) 土壤膠體吸附某一種離子的數(shù)量占土壤陽(yáng)離子交土壤膠體吸附某一種離子的數(shù)量占土壤陽(yáng)離子交換量的百分?jǐn)?shù)稱(chēng)為此種離子的飽和度。換量的百分?jǐn)?shù)稱(chēng)為此種離子的飽和度。某離子飽和度愈大，被交換某離子飽和度愈大，被交換而解吸的機(jī)會(huì)愈多，則有效度愈大。而解吸的機(jī)會(huì)愈多，則有效度愈大。 表表 72 土土壤壤中中交交換換性性離離子子飽飽和和度度對(duì)對(duì)其其有有效效度度的的影影響響 土土壤壤 陽(yáng)陽(yáng)離離子子交交換換量量 (cm

22、ol/kg 土土) 交交換換性性 Ca2+ (cmol/kg 土土) 交交換換性性 Ca2+ 的的 飽飽和和度度(%) Ca2+的的有有效效度度 甲甲 10 4 40.0 大大 乙乙 40 5 12.5 小小 （2）陪補(bǔ)離子效應(yīng)）陪補(bǔ)離子效應(yīng) 土壤膠體上同時(shí)吸附多種離子如（土壤膠體上同時(shí)吸附多種離子如（Al3+、H+、Ca+、Mg2+、K+、Na+）對(duì)于其中某一種離子）對(duì)于其中某一種離子K+來(lái)說(shuō)，其余各來(lái)說(shuō)，其余各種離子都稱(chēng)種離子都稱(chēng)K+的陪補(bǔ)離子。陪補(bǔ)離子與膠粒間的結(jié)合強(qiáng)度大時(shí)的陪補(bǔ)離子。陪補(bǔ)離子與膠粒間的結(jié)合強(qiáng)度大時(shí)，會(huì)降低該離子的結(jié)合強(qiáng)度而使其解離度增大，從而提高了該離，會(huì)降低該離子的結(jié)合強(qiáng)度而使其解離度增大，從而提高了該離子的有效