土壤的保肥性与供肥性土壤的保肥性与供肥性 第第六六 章章第一节第一节第一节第一节 土壤保肥性与供肥性含义土壤保肥性与供肥性含义土壤保肥性与供肥性含义土壤保肥性与供肥性含义第二节第二节第二节第二节 土壤胶体及其基本特性土壤胶体及其基本特性土壤胶体及其基本特性土壤胶体及其基本特性第三节第三节第三节第三节 土壤的吸附保肥作用土壤的吸附保肥作用土壤的吸附保肥作用土壤的吸附保肥作用第四节第四节第四节第四节 土壤的供肥性土壤的供肥性土壤的供肥性土壤的供肥性第五节第五节第五节第五节 影响土壤供肥性的化学条件影响土壤供肥性的化学条件影响土壤供肥性的化学条件影响土壤供肥性的化学条件 通过本章学习，学生应重点掌握土壤保肥性与供肥性的含义，土壤吸附保肥特性以及影响土壤供肥性的因素。第一节 土壤保肥性与供肥性的含义土壤保肥性：土壤吸持、保存植物养分的能力。土壤供肥性：土壤向植物提供有效养分的能力。 第二节 土壤胶体及其基本特性一、土壤胶体的概念及种类一、土壤胶体的概念及种类 土壤胶体：土壤胶体：土壤胶体：土壤胶体：直径小于直径小于直径小于直径小于0.0010.001mmmm的土壤固体颗粒。分三种类型：的土壤固体颗粒。分三种类型：（一）土壤无机胶体（一）土壤无机胶体 1、层状硅酸盐粘土矿物（、层状硅酸盐粘土矿物（2：1型和型和1：1型等粘土矿物）型等粘土矿物） 2、氧化物及其水合物、氧化物及其水合物（二）土壤有机胶体（二）土壤有机胶体 主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋白质或主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋白质或主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋白质或主要是腐殖质及其各种组分，此外还有少量的蛋白质或氨基酸，多肽，多糖类化合物氨基酸，多肽，多糖类化合物氨基酸，多肽，多糖类化合物氨基酸，多肽，多糖类化合物。（三）土壤有机无机复合体（三）土壤有机无机复合体 二、土壤胶体的基本构造土壤胶体分散系胶体微粒土壤溶液胶核双电层决定电位离子层补偿离子层非活性层扩散层胶粒三、土壤胶体的性质三、土壤胶体的性质 土壤胶体特性对土壤理化性质和肥力状况起土壤胶体特性对土壤理化性质和肥力状况起着巨大影响其中影响最大的特性有三个：着巨大影响其中影响最大的特性有三个： （一）土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能（一）土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能 （二）胶体带电性（二）胶体带电性 （三）土壤胶体凝聚与分散（三）土壤胶体凝聚与分散（一）土壤胶体的比表面积和表面能（一）土壤胶体的比表面积和表面能（一）土壤胶体的比表面积和表面能（一）土壤胶体的比表面积和表面能 比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体积）物体的总表面积：比面积表面积积）物体的总表面积：比面积表面积积）物体的总表面积：比面积表面积积）物体的总表面积：比面积表面积/ /重量重量重量重量 土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是在土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是在土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是在土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是在不断破碎，粒径逐渐变小，比面积都是在不断增加的。不断破碎，粒径逐渐变小，比面积都是在不断增加的。不断破碎，粒径逐渐变小，比面积都是在不断增加的。不断破碎，粒径逐渐变小，比面积都是在不断增加的。如高岭石比面积的典型值是如高岭石比面积的典型值是如高岭石比面积的典型值是如高岭石比面积的典型值是10102020mm2 2/g/g，蒙脱石是蒙脱石是蒙脱石是蒙脱石是600600800800mm2 2/g/g， 由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。物质物质物质物质的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。大的表面积，因而具有巨大的表面能。大的表面积，因而具有巨大的表面能。大的表面积，因而具有巨大的表面能。 （二）胶体带有电荷（二）胶体带有电荷l l1、胶体带电的原因、胶体带电的原因l l土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学特土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学特性。造成胶体带电的原因主要有以下三种：性。造成胶体带电的原因主要有以下三种： l l（1）同晶代换）同晶代换 l l（2）断键）断键 l l（3）表面分子的解离）表面分子的解离 l l 土壤胶体能解离出土壤胶体能解离出H+,而带负电的胶体称为而带负电的胶体称为酸胶酸胶基或负胶体基或负胶体；l l能解离出能解离出OH-而带正电的而带正电的 胶体称为胶体称为碱胶基或正胶碱胶基或正胶体体，l l能解离出能解离出H+也能解离出也能解离出OH-的则称为的则称为两性胶体两性胶体。2土壤胶体电荷的种类土壤胶体电荷的种类l l（1）永久电荷）永久电荷 由于同晶代换的作用产生的电由于同晶代换的作用产生的电荷，叫永久负电荷荷，叫永久负电荷。 同晶置换是指铝硅酸盐矿物中硅氧片或水铝片中的配位中心离子，被与其大小相近而电性符号相同的离子所取代，但其晶层结构未变，这种现象称为同晶置换。由于置换中低价离子取代高价离子，使晶层产生剩余负电荷，它不受外界环境的影响，故称为永久电荷。l l（2）可变电荷）可变电荷 指胶体随土壤溶液指胶体随土壤溶液pH值的值的 变化变化而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。其主其主要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来自矿要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来自矿质胶体晶格的断键。质胶体晶格的断键。l l（三）土壤胶体凝聚与分散（三）土壤胶体凝聚与分散l l土壤胶体由两种存在的土壤胶体由两种存在的 状态，一种是胶体微粒状态，一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。液的胶体溶液，称为溶胶。l l另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的成的 处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。l l溶胶转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可溶胶转变为凝胶，这一过程称为凝聚；凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。以转变为溶胶，这一过程称为分散。l l因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，所以因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，所以加入阳离有使胶体凝聚的加入阳离有使胶体凝聚的 作用。但多种阳离子作用。但多种阳离子促使胶体凝聚作用的大小并不同。促使胶体凝聚作用的大小并不同。l l一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强，同一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强，同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为作用大小的顺序为:l l Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+ l l电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚作用也增强。作用也增强。作用也增强。作用也增强。l l胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。l l由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚可逆凝聚可逆凝聚可逆凝聚。由二价。由二价。由二价。由二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为的凝聚称为的凝聚称为的凝聚称为不可逆凝聚不可逆凝聚不可逆凝聚不可逆凝聚。l l土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影响土壤的肥力状况。一些农业技术措施，如施肥、中耕、响土壤的肥力状况。一些农业技术措施，如施肥、中耕、响土壤的肥力状况。一些农业技术措施，如施肥、中耕、响土壤的肥力状况。一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而使浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而使浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而使浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而使胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，由促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。质肥料，由促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。质肥料，由促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。质肥料，由促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。 第三节 土壤的吸附保肥性能一、土壤的吸附性能的一般概念一、土壤的吸附性能的一般概念1土壤吸附 土壤是一个多孔体，同时在土壤表面具有大的表面能及电荷，是土壤具有明显的吸附性能，表现在土壤颗粒表面具有能够吸附阴阳离子、气体、液体等物质的能力，称土壤的吸附性能。土壤由于具有吸附性能，是土壤起到“库”的作用，避免了土壤养分的淋失，从而达到保蓄养分的能力，这对于植物营养、土壤肥力以及污染土壤的自净能力等方面起极其重要的作用。 2 2土壤吸附的类型土壤吸附的类型（1 1）交换性吸附是土壤胶粒带有电荷借静电引力从溶液）交换性吸附是土壤胶粒带有电荷借静电引力从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。土壤固相从溶液中吸附带异号电荷的离子或极性分子。土壤固相从溶液中吸附离子的同时，也伴随着固相表面上交换离子的解中吸附离子的同时，也伴随着固相表面上交换离子的解吸。吸。（2 2）专性吸附是非静电因素引起的土壤对离子的吸附作）专性吸附是非静电因素引起的土壤对离子的吸附作用。它是指离子通过表面交换与晶体的阳离子共用用。它是指离子通过表面交换与晶体的阳离子共用1个个或或2个氧原子，形成共价键而被土壤吸附的现象。个氧原子，形成共价键而被土壤吸附的现象。（3 3）负吸附是指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶）负吸附是指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶液中该离子或分子的浓度的现象。液中该离子或分子的浓度的现象。二、土壤阳离子吸附与交换作用二、土壤阳离子吸附与交换作用1阳离子的静电吸附 一般而言，土壤胶体表面带负电荷越多，吸附阳离子的数量也越多。土壤胶体表面的电荷密度越大，阳离子所带电荷越多，则离子吸附的越牢。2阳离子的交换作用概念 是指土壤胶体表面能吸附的阳离子（主要是扩散层中的阳离子）与土壤溶液中的阳离子相互交换的作用。阳离子的交换能力 是指一种阳离子将胶体另一种阳离子交换出来的能力。 影响阳离子交换能力的因素：a. 离子电荷数量的影响 在离子浓度相同的情况下，溶液中离子的电荷价越高，阳离子受胶体的吸附能力越大。b. 离子的半径及水化程度 对于同价离子而言，原子量越低，离子半径越小，单位面积上的电荷密度越大，对水的吸引力在增加，水化程度越高，在阳离子周围包被着相当厚度的水膜，增加了阳离子与胶粒表面的距离，减弱了胶粒与离子的引力，而离子半径大的，水化膜薄，易于胶粒接近，所以彼此的引力较大。所以一价阳离子交换能力大小为Rb+NH4+、K+、Na+Li+。c. 离子浓度 由于阳离子交换作用受质量作用定律的支配，所以能力较弱的离子，如果有较高的浓度， NH4+ 、K+等，也可将交换能力强的Ca2+、Mg2+离子从土壤中交换下来。所以根据这一原理，酸性土壤通过试用石灰，从而改良土壤酸性的目的。土壤的阳离子交换量 是指pH值为7时每kg干土所吸收的全部交换性阳离子的厘摩尔数，以cmol（+）/kg表示。一般用CEC表示。它直接反映了土壤的保肥性、供肥性能和缓冲能力。盐基饱和度 土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量的百分数称为盐基饱和度。盐基饱和度80%的土壤, 一般认为是肥沃土壤。盐基饱和度在50%80%为肥力中等的土壤。盐基饱和度50%的土壤被认为是肥力较低的土壤。3. 阳离子专性吸附 发生专性吸附的阳离子主要是过渡金属离子，因为这些离子具有较高的水合热，较易水解成羟基阳离子，致使离子在向吸附剂表面接近时所需克服的障碍（阻力）降低，从而有利于与表面的相互作用。三、土壤对阴离子的吸附与交换作用（一）土壤中的阴离子与土壤溶液中的阴离子相互交换作用。 （二）特点：发生在双电层外层，吸持松，易解吸。主要离子有Cl-、NO3-、ClO4-等，但Cl-、NO3-不易被胶体吸附；阴离子浓度、离子价、互补离子等对阴离子交换作用的影响和阳离子的吸附与交换相似；阴离子吸附数量与土壤pH值有关。（三）阴离子的负吸附 大多数土壤主要带负电荷，对土壤中的阴离子有排斥作用，表现出较强的负吸附。 重点和难点重点和难点：土壤保肥性与供肥性的概念及与土壤养分的缓冲容量的关系；土壤胶体及性质；土壤胶体的基本构造；土壤吸附保肥性及阳离子的交换作用；专性吸附 。第四节第四节 土壤的土壤的供肥性一、一、土壤的供肥性 土壤的供肥性是指土壤供应作物所必须的各种速效养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强弱，土壤供肥能力表现的主要内容有：1土壤供应速效养分的数量 土壤中各种速效养分的数量可反映农作物根系直接吸收利用养分数量。 土壤的供肥容量（供应容量）是指持续地供应某种养分的基础，反映出土壤供应某种养分潜在能力的大小，一般指全量养分。速效养分占全量养分的比值称为供应强度，表明养分转化和供应能力的强弱。 如果养分的供应容量大，供应强度也大，表明在一般时间内养分供应充足而不至于脱肥；如果二者均小，表明土壤的供肥能力都很弱，必须考虑及时施肥。2缓效养分转变为速效养分的速率3速效养分持续供应供应的时间二、土壤养分的有效化过程二、土壤养分的有效化过程 土壤养分的有效化过程是一个对立矛盾的发展过程。影响土壤胶体吸附离子有效性，应考虑以下几个方面： 1离子的饱和度 2互补离子的影响 3粘土矿物的种类三、土壤供肥性的调节 土壤供肥性的调节包括增加速效养分的数量，加强供肥速度，延长供肥时间，使作物所需的各种养分能够全面、充分、持续地供应，以保证作物的高产、优质，具体措施如下：1合理施肥，提高供肥性能建立有机肥料为基础，有机无机相结合，并配合各种肥料的施肥体系，对土壤供肥性和保肥性的调节均是有意义的。2合理耕作和灌溉，促进养分的转化供应精耕细作，疏松耕层，以耕促肥 合理灌排，调节水、热、气状态，达到以水促肥的目的3用养结合，进行合理的轮、间、套作4消除有害物质，改善养分的供应状况 土壤中有害物质的存在，会降低土壤微生物的活性并影响到土壤养分的转化及作物对养分的吸收，消除土壤有害物质以及改善植物生长环境，对养分的调节起重要的作用。 具体包括：消除酸害和碱害；消除盐害；消除还原性物质毒害；消除污染的毒害。重点：重点：掌握土壤供肥能力表现的方面及土壤供肥性的调节第五节 影响土壤供肥性的化学因素一、土壤酸碱反应一、土壤酸碱反应1土壤酸性反应活性酸土壤活性酸是由土壤溶液中游离的H+所表现出的酸度。土壤潜性酸是由于土壤胶体上吸附的H+和Al3+所引起的酸度。分为交换性酸和水解性酸。 2土壤碱性反应土壤碱性的来源除了用平衡溶液的pH值表示以外，还可用土壤中碱性盐类特别是Na2CO3和NaHCO3来表示。碱性土壤中氢氧离子的来源主要是弱酸强碱盐水解的结果。土壤中常见的弱酸强碱盐有磷酸根及重磷酸根的钾、钠、钙、镁盐。碱性的表示方法 土壤碱性可用pH 值、总碱度和碱化度表示。碱化度（钠碱化度：ESP）：交换性钠离子占阳离子交换量的百分数。 3影响土壤酸碱性的因素 气候；地形；母质；植被； 人类活动；盐基饱和度；氧化还原条件 4土壤酸碱性对土壤养分和作物生长的影响土壤酸碱性和土壤养分 土壤中的有机态养分要经过微生物参与活动，才能转化为速效养分以供植物吸收，而适合大多数微生物生长发育的土壤酸碱度微弱酸性至弱碱性，因此土壤养分的有效性一般以pH6-8的范围内有效性最高。土壤酸碱性与作物生长的影响 5土壤酸碱反应的调节 对于不适应作物生长的过酸或过碱的土壤，应该因地制宜采用适当的措施进行调节，使其适应高产作物发育的要求。酸性土通常用石灰进行改良；草木灰可以作为钾肥来施用，同时有可起到中和土壤酸性的作用；对于碱性土壤，可用石膏、硫磺或明矾（硫酸铝钾）来改良。三、土壤的缓冲性三、土壤的缓冲性1土壤的缓冲作用及其重要性 土壤的缓冲性（缓冲作用）是指将酸或酸性盐，碱或碱性盐施入土壤后，在一定限度内土壤具有抵抗这些物质改变土壤酸碱反应的能力。 重要性：由于土壤具有缓冲性，使它可以稳定土壤溶液的反应，使土壤的酸碱变化保持在一定的范围内。2土壤缓冲作用的机制 土壤胶体的阳离子交换作用是土壤具有缓冲性能的主要原因。 土壤溶液中弱酸及其盐类的存在也是土壤具有缓冲性能的原因。 土壤中两性物质的存在 土壤中存在的两性物质包括蛋白质、氨基酸、胡敏酸（有机磷酸）等，这些物质对酸碱均具有缓冲能力。四、土壤氧化还原反应四、土壤氧化还原反应1土壤的氧化还原电位体系 氧化还原反应中氧化剂（电子供体）和还原剂（电子受体）构成了氧化还原体系。2土壤氧化还原电位 土壤中氧化物质和还原物质的相对比例，决定着土壤的氧化还原状况。氧化还原电位可以作为土壤通气的指标。3氧化还原电位与土壤养分有效性和作物生长的关系 作物所需的矿质养分有些需要是呈氧化态是才能被植物吸收。如磷以H2PO4-或HPO4-形态被吸收，硫以SO4 2 -形态被吸收。有效养分则需要还原态才能被吸收，如铁、锰分别以Fe2+、Mn2+形态被吸收。 4影响土壤氧化还原电位的因素土壤的通气性土壤中易分解的有机质土壤中易氧化物质或易还原物质 植物根系的代谢作用 思考题思考题1. 简述土壤保肥性和供肥性的关系。2. 土壤胶体有何特性？简述其对土壤肥力的影响？3. 影响土壤保肥性和供肥性的因素主要有哪些？如何调节？4. 试比较高岭石与蒙脱石晶层构造上的差异。5.简述土壤酸碱性类型，如何调节土壤的酸碱性？6.土壤氧化还原状况对作物生长有何影响？