土壤膠體課件

第二章

土壤的物質(zhì)組成《土壤肥料學(xué)》

SoilandFertilzers1第二章

土壤的物質(zhì)組成《土壤肥料學(xué)》

Soila第四節(jié)土壤膠體

soilcolloids

2第四節(jié)土壤膠體

soilcolloids21、概念：膠體：顆粒直徑1-100nm的分散質(zhì)分散到分散劑中，構(gòu)成的多相系統(tǒng)，稱為膠體。一、土壤膠體的概念及種類土壤膠體是土壤中最細(xì)小、最活躍的部分土壤膠體是土壤肥力性狀賴以表現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)中最精華的部分土壤膠體的組成和性質(zhì)對土壤的理化性質(zhì)，如土壤的吸附性、酸堿性、緩沖性以及土壤結(jié)構(gòu)都有很大的影響在一般情況下，是把土壤固相顆粒作為分散質(zhì)，而把土壤溶液和土壤空氣看做分散劑。31、概念：一、土壤膠體的概念及種類土壤膠體是土壤中最細(xì)小、土壤無機(jī)膠體次生鋁硅酸鹽黏土礦物2：1型如蒙脫石1：1型如高嶺石氧化物及其水合物Al、Fe、Si、Ca、Mn、Ti的氧化物及水合氧化物，常呈膠膜被覆于土粒表面土壤有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)及其各種組分少量的蛋白質(zhì)或氨基酸

多肽，多糖類化合物土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體：2、土壤膠體的組成和類型是土壤腐殖質(zhì)和黏土礦物通過混合和吸附結(jié)合在一起，結(jié)合過程比較復(fù)雜。4土壤無機(jī)膠體次生鋁硅酸鹽黏土礦物2：1型如蒙脫石1：1型如高★硅氧四面體（或簡稱四面體）

硅氧四面體是硅酸鹽礦物的最基本的結(jié)構(gòu)單位，不同的連接組合方式形成不同的硅酸鹽礦物。硅氧四面體形成的原因：一是硅具有正原子價，而氧具負(fù)原子價，二者可相互吸引。二是與原子大小有關(guān)，四個氧原子堆積成四面體時，其間所形成的空隙與硅原子的大小基本相似。5★硅氧四面體（或簡稱四面體）硅氧四面體形成的原因：5在水平方向上，四面體通過共用底部氧的方式，在兩維方向上無限延伸，排列成近似蜂窩狀的四面體片。6在水平方向上，四面體通過共用底部氧的方式，在兩維方向上無限延★鋁氧八面體（或簡稱八面體）鋁氧八面體是由六個氧原子圍繞一個鋁原子構(gòu)成。7★鋁氧八面體（或簡稱八面體）鋁氧八面體是由六個氧原子圍繞一個88硅片和鋁片以不同的方式化合，形成層狀鋁硅酸鹽的單位晶層。由于硅片和鋁片的配合比例不同，分為1：1型礦物和2：1型礦物；或分為二層礦物和三層礦物。9硅片和鋁片以不同的方式化合，形成層狀鋁硅酸鹽的單位晶層。9蒙脫石礦物結(jié)構(gòu)示意圖2:1型10蒙脫石礦物結(jié)構(gòu)示意圖2:1型10（1）無機(jī)膠體次生層狀鋁硅酸鹽類：1∶1型的高嶺石類；2∶1型的蒙脫石類及水化云母類。1∶1型的高嶺石類：二層型（1：1）粘土礦物，硅酸鹽層之間由氫鍵連接，作用力很強(qiáng)，間隙小，水分子或其他離子很難進(jìn)入層間。單位晶胞小，形成的顆粒較大,其膠體的分散度低,脹縮性、黏性和吸收容量小，電荷數(shù)量也少。高嶺石組粘土礦物是南方熱帶和亞熱土壤中普遍而大量存在的粘土礦物，在華北、西北、東北及西藏高原土壤中含量很少。kaolinite11（1）無機(jī)膠體次生層狀鋁硅酸鹽類：1∶1型的高嶺石類；2∶1高嶺石結(jié)構(gòu)示意圖12高嶺石結(jié)構(gòu)示意圖122∶1型的蒙脫石類及水化云母類：蒙脫石類屬三層型（2：1）粘土礦物，硅酸鹽層之間由鈣離子和鎂離子連接。結(jié)晶的晶胞較大,而形成的顆粒較小,其膠體分散度高,脹縮性、黏性和吸收容量都較大、電荷數(shù)量也多。（同晶代換）蒙脫石組在我國東北、華北和西北地區(qū)的土壤中分布較廣。132∶1型的蒙脫石類及水化云母類：13蒙脫石礦物結(jié)構(gòu)示意圖2:1型14蒙脫石礦物結(jié)構(gòu)示意圖2:1型14蒙脫石結(jié)構(gòu)示意圖15蒙脫石結(jié)構(gòu)示意圖15分布：主要分布在干旱半干旱地區(qū)。16分布：主要分布在干旱半干旱地區(qū)。16含水氧化物類主要包括水化程度不等的鐵、鋁、硅的氧化物含水氧化硅：是一種非晶質(zhì)的凝膠，其化學(xué)式為SiO2·nH2O含水氧化鐵：褐鐵礦2Fe2O3·3H2O；針鐵礦Fe2O3·H2O；多水針鐵礦3FeO3·4H2O；一水赤鐵3Fe2O3·H2O等。含水氧化鋁：水鋁石Ai2O3·H2O和三水鋁石Al2O3·3H2O等，也是兩性膠體，其電性決定于溶液的酸堿性。17含水氧化物類17（2）土壤有機(jī)膠體指土壤中腐殖質(zhì)、多糖等高分子化合物的細(xì)分散狀態(tài)，具膠體特性。有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)。結(jié)構(gòu)：高分子有機(jī)化合物，呈球形，具三維空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。帶電性：負(fù)電荷主要是由羧基和酚羥基解離的氫離子引起，與pH相關(guān)；腐殖質(zhì)膠體中的NH2可接受氫離子，導(dǎo)致腐殖質(zhì)膠體帶正電荷。18（2）土壤有機(jī)膠體指土壤中腐殖質(zhì)、多糖等高分子化合物的細(xì)分散（3）土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體有機(jī)膠體與礦質(zhì)膠體通過表面分子縮合、陽離子橋接及氫鍵等作用連結(jié)在一起的復(fù)合體，稱有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體。因復(fù)合體具有高度的吸收性能故又稱為吸收性復(fù)合體。19（3）土壤有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體有機(jī)膠體與礦質(zhì)膠體通過表面分子縮合3、土壤膠體的微粒結(jié)構(gòu)土壤膠體分散系土壤膠體微粒土壤溶液微粒核（膠核）雙電層決定電位離子層（內(nèi)層）補(bǔ)償離子層（外層）非活性層擴(kuò)散層擴(kuò)散雙電層

（1）決定電位離子層是吸附在膠粒核表面，決定膠粒電荷正負(fù)及大小的一層離子。（2）補(bǔ)償離子層，分為兩個層次。一、非活性補(bǔ)償離子層。二、擴(kuò)散層。微粒核（膠核）：是土壤膠體微粒的核心，由腐殖質(zhì)、黏粒、蛋白質(zhì)分子以及有機(jī)無機(jī)復(fù)合體的分子群所組成。203、土壤膠體的微粒結(jié)構(gòu)土壤膠體分散系土壤膠體微粒土壤溶液微粒2121二.土壤膠體的基本特性（一）具有豐富的表面積和巨大的表面能。1.比表面

是一個比值，即每一單位質(zhì)量或單位容積的表面積(單位質(zhì)量比表面積叫質(zhì)量比表面，cm2/g，單位容積比表面叫做容積比表面，cm2/m3）。土粒直徑(mm)總表面積(cm2)比面(cm2/cm3)103.146131.42600.05628.3212000.0013141660000

22二.土壤膠體的基本特性（一）具有豐富的表面積和巨大的表面能。2.影響顆粒表面積的因素（1）粒徑大?。?）顆粒形狀：同體積顆粒表面積最大的是薄片狀、最小的是球體（3）礦物類型表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力不均衡，使表面分子對外表現(xiàn)有剩余能量，這種能量是由于表面的存在而產(chǎn)生，所以叫做表面能。土壤膠體的表面能與表面積呈正相關(guān)232.影響顆粒表面積的因素（1）粒徑大小表面能：由于表面分子的土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2/g)膠體成分內(nèi)表面外表面總表面蒙脫石蛭石水云母高嶺石埃洛石水化埃洛石水鋁英石腐殖質(zhì)700~750400~7500~500400130~140-15~1501~590~1504~4010~4525~30130~140-700~850400~80090~1505~4010~45430260~800800~900不同土壤礦物組成不同，比表面積也不同。一般土壤中有機(jī)質(zhì)含量高，2:1型粘粒礦物多，則比表面積較大，如黑土。反之，如果有機(jī)質(zhì)含量低，1:1型粘粒礦物較多，則其表面積就較小，如紅壤、磚紅壤。24土壤中常見粘土礦物的比表面積（m2/g)膠體成分內(nèi)表面外表面（二）土壤膠體的帶電性

土壤膠體帶電性是其主要的特性。永久電荷，主要2:1型黏土礦物產(chǎn)生可變電荷，主要1:1型黏土礦物產(chǎn)生土壤膠體的電荷1.永久電荷：不受土壤溶液pH值變化而影響的電荷類型稱為永久電荷，也叫恒電荷或結(jié)構(gòu)電荷。

同晶替代是產(chǎn)生永久電荷的原因。25（二）土壤膠體的帶電性永久電荷，主要2:1型黏土礦物產(chǎn)生土壤同晶替代：是指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子所替代而晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。鋁＋4＋3在粘土礦物晶格的形成過程中，部分晶格中的中央離子，被其它價數(shù)的陽離子取代。如四面體中央的Si4+被Al3+代替，八面體中央的Al3+被Mg2+代替，就產(chǎn)生了剩余的負(fù)電荷。所產(chǎn)生的負(fù)電荷位于硅酸鹽層的晶格中，不受外界溶液的影響，稱為永久電荷或?qū)与姾伞?6同晶替代：是指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子所2.可變電荷：是由膠體表面分子或原子團(tuán)解離所產(chǎn)生的電荷，其數(shù)量和性質(zhì)隨著土壤溶液pH變化而變化。

可變電荷產(chǎn)生原因：主要是膠體表面分子解離；其次來自礦質(zhì)膠體晶格的斷鍵。

（1）含水氧化硅分子解離（2）粘土礦物晶面上羥基解離（1:1型粘土礦物在pH<5時可以解離）（3）腐殖質(zhì)分子表面解離（4）含水氧化鐵鋁表面解離出OH-，帶正電荷（在pH<5時帶正電荷）

272.可變電荷：是由膠體表面分子或原子團(tuán)解離所產(chǎn)生的電荷，其數(shù)土壤膠體總體顯負(fù)電荷，使得能夠緊密結(jié)合土壤中的許多陽離子。提高保肥性。28土壤膠體總體顯負(fù)電荷，使得能夠緊密結(jié)合土壤中的許多陽離子。提酸堿性影響土壤膠體的帶電性29酸堿性影響土壤膠體的帶電性293.土壤總電荷土壤總電荷等于永久電荷與可變電荷的總和。一般土壤的pH在5~9之間，大部分土壤膠體都帶負(fù)電荷。只有兩性膠體和少量的同晶替代可能產(chǎn)生一定量正電荷。但是，整體上來看，土壤膠體以帶負(fù)電荷為主。當(dāng)pH<5時則可能帶較多正電荷。土壤中80%以上的土壤電荷集中于粘粒上303.土壤總電荷30（三）土壤膠體存在可改變的狀態(tài)―凝聚與分散1、土壤膠體有兩種存在的狀態(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。膠體的兩種存在狀態(tài)，在一定條件才可以進(jìn)行某種程度的轉(zhuǎn)化，即溶膠可以轉(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。31（三）土壤膠體存在可改變的狀態(tài)―凝聚與分散31因土壤膠粒在同樣的土壤環(huán)境中帶有同種電荷促使膠?；ハ嗯懦馀c分散狀態(tài)，較少凝聚。向土壤溶液中加入電解質(zhì)以中和膠粒上的電性，并減少土壤水分，可促使溶液凝聚。因土壤中的膠體一般情況下帶負(fù)電的為多，所以加入陽離子有使膠體凝聚的作用。一般規(guī)律是：離子價越大，其凝聚作用越強(qiáng)，同價陽離子中，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為:Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+電解質(zhì)的濃度也影響凝聚作用，隨著濃度的加大，其凝聚作用也增強(qiáng)。32因土壤膠粒在同樣的土壤環(huán)境中帶有同種電荷促使膠?；ハ嗯懦馀c

膠體凝聚有可逆的也有不可逆的。由等濃度的一價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，有促進(jìn)土壤形成不可逆凝聚的顯著作用。（板結(jié)）

33膠體凝聚有可逆的也有不可逆的。由等濃度的一價土壤膠體吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子、離子、懸浮顆粒、氣體以及微生物的能力。（四）土壤膠體吸收性的類型及其意義機(jī)械吸收物理吸收化學(xué)吸收物理化學(xué)吸收生物吸收34土壤膠體吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子、離子、懸機(jī)械吸收：是指土壤對進(jìn)入其中的固體物質(zhì)的機(jī)械阻留作用。（砂土、黏土等不同質(zhì)地能力不同；其對養(yǎng)分的保存只能起部分極其有限的作用）物理吸收：指借助于土壤表面張力而吸附在土壤顆粒表面的物質(zhì)分子。吸附對象主要是：有機(jī)化合物分子，如有機(jī)肥料中的尿素、氨基酸、醇類、有機(jī)堿以及農(nóng)藥制劑中的一些分子，氣體的NH3、CO2。物理吸附的力主要是分子間的引力，其吸附力較弱，它不能對表面張力大的無機(jī)酸、無機(jī)鹽類進(jìn)行吸附。使根際土壤溶液濃度不一，為根系選擇適宜的濃度進(jìn)行吸收創(chuàng)造了條件。

化學(xué)吸收：指進(jìn)入土壤溶液的某些成分經(jīng)過化學(xué)作用,生成難溶性化合物或沉淀保存在土壤的過程，也稱化學(xué)固定。在土壤中易發(fā)生化學(xué)吸收的部分主要是土壤溶液中的陰離子，如：PO43-、HPO42-、H2PO