第六章第六章 土壤的保肥性与供肥性土壤的保肥性与供肥性第一节第一节第一节第一节 土壤保肥性和供肥性与植物生长土壤保肥性和供肥性与植物生长土壤保肥性和供肥性与植物生长土壤保肥性和供肥性与植物生长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第一节第一节 土壤保肥性和供肥性与植物生长土壤保肥性和供肥性与植物生长一、土壤的保肥性与供肥性一、土壤的保肥性与供肥性土壤土壤保肥性保肥性：土壤吸持、保存植物养分的能力。：土壤吸持、保存植物养分的能力。土壤土壤供肥性供肥性：土壤向植物提供有效养分的能力。：土壤向植物提供有效养分的能力。二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响 要求土壤既有要求土壤既有较好的保肥能力较好的保肥能力， 又有又有较强的供肥能力较强的供肥能力。 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1 1 mm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（矿质胶体）（一）土壤无机胶体（矿质胶体） 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 1、层状硅酸盐粘土矿物、层状硅酸盐粘土矿物(晶体晶体)A：构造特征：构造特征 a、硅氧四面体和硅氧片、硅氧四面体和硅氧片硅氧四面体：硅氧四面体：硅氧四面体：硅氧四面体：SiOSiO4- 4- 正四面体形状。正四面体形状。正四面体形状。正四面体形状。 （一）土壤无机胶体（矿质胶体）（一）土壤无机胶体（矿质胶体）硅氧片：（单位晶片）硅氧片：（单位晶片）硅氧片：（单位晶片）硅氧片：（单位晶片）b、铝氧八面体和铝氧片、铝氧八面体和铝氧片铝氧八面体：铝氧八面体：铝氧八面体：铝氧八面体：AlOAlO6 69-9-铝氧片铝氧片铝氧片铝氧片 c、单位晶层、单位晶层 1 1：1 1型型型型 由由一个硅氧片一个硅氧片和和一个水铝片一个水铝片，通过共，通过共用硅氧顶端用硅氧顶端 的氧原子连接起来的片的氧原子连接起来的片状晶格构造。状晶格构造。 ( () ) 高岭石类（：型铝硅酸盐矿物）高岭石类（：型铝硅酸盐矿物） 每个晶层的一面是每个晶层的一面是OH离子离子组（水铝片上的），另一面组（水铝片上的），另一面是是O离子（硅氧片上的），离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢因而叠加时晶层间可形成氢键，使各晶层之间紧密相连键，使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。六角形片状。 其分子结构外形特征为其分子结构外形特征为 . 顶层顶层 底层底层 . 许多晶片相互重叠形成高岭矿物许多晶片相互重叠形成高岭矿物 特特点点：晶晶层层与与晶晶层层间间距距离离稳稳定定，连连接接紧紧密密，内内部部空空隙隙小小，电电荷荷量量少少，单单位位个个体体小小，分分散散度度低低。多多出出现现于于酸酸性性土土壤壤。如高岭石类。如高岭石类。硅氧片硅氧片铝氧片铝氧片水水晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代，晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代，因此因此无永久性电荷无永久性电荷。但水铝片上的。但水铝片上的- 在一在一定条件下解离出氢离子，使高岭石定条件下解离出氢离子，使高岭石带负电带负电。高岭石的性质特点：高岭石的性质特点：l晶晶片片与与晶晶片片之之间间形形成成氢氢键键而而结结合合牢牢固固，水水分分子子及及其其他他离离子子难难以以进进入入层层间间，并并且且形形成成较较大大的的颗颗粒粒。因因此此其其吸吸湿湿性性、粘粘结结性性和和可可塑塑性性较较弱弱，富含高岭石的土壤富含高岭石的土壤保肥性差保肥性差。 由由两片硅氧片两片硅氧片和和一片水铝片一片水铝片结合成的一个晶片（层）单结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的。元，再相互叠加而成的。 （2 2）蒙脱石类（）蒙脱石类（ ：型铝硅酸盐矿物）：型铝硅酸盐矿物）每个晶层的两面均由每个晶层的两面均由O离子离子组（硅氧片上的），因而叠组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间加时晶层间不能形成氢键不能形成氢键，而是通过而是通过“氧桥氧桥”联结，这种联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，其联结力弱，晶层易碎裂，其晶粒比高岭石小。晶粒比高岭石小。 胀胀缩缩性性大大，吸吸湿湿性性强强，易易在在两两边边硅硅氧氧片片中中以以AlAl3+3+代代SiSi4+4+，有有时时可可在在硅硅铝铝片片中中，一一般般以以MgMg2+2+代代AlAl3+3+带负电带负电吸附阳离子。吸附阳离子。 如如蒙蒙脱脱石石，这这类类矿矿物物多多出出现现于于北北方方土土壤壤。如如东东北北、华华北北的的栗栗钙钙土土、黑钙土和褐土等。黑钙土和褐土等。硅氧片硅氧片铝氧片铝氧片硅氧片硅氧片特点：特点：土壤胶体的类型蛭石蛭石的的膨胀性比蒙脱石要小得多膨胀性比蒙脱石要小得多，其晶层间距，其晶层间距1.45nm，属有限膨，属有限膨胀型。它具有一定的内表面，但较蒙脱石小，晶体颗粒介于蒙脱胀型。它具有一定的内表面，但较蒙脱石小，晶体颗粒介于蒙脱石和高岭石之间。蛭石在黄棕壤和黄壤中含量较高。石和高岭石之间。蛭石在黄棕壤和黄壤中含量较高。蛭石蛭石也是也是21型型膨胀型粘土矿物，其晶层结构与蒙脱石基本相同，膨胀型粘土矿物，其晶层结构与蒙脱石基本相同，也是两层硅氧片中夹一层水铝片。也是两层硅氧片中夹一层水铝片。与蒙脱石不同的是，硅氧片中的与蒙脱石不同的是，硅氧片中的硅大部分被铝所取代硅大部分被铝所取代，水铝片水铝片中的铝也有不少被镁取代中的铝也有不少被镁取代，因而具有比蒙脱石高得多的净负电，因而具有比蒙脱石高得多的净负电荷，具有很高的吸附阳离子能力，阳离子交换量达荷，具有很高的吸附阳离子能力，阳离子交换量达150 cmol(+)kg-1。d、同晶替代、同晶替代 组成矿物的中心离子被电性相同大小相近的组成矿物的中心离子被电性相同大小相近的离子所替代，而晶格构造保持不变的现象。离子所替代，而晶格构造保持不变的现象。 例如：例如：Al3+与与Fe3+ Si4+被被Al3+ Al3+被被Mg2+由由于同晶替代作用产生负电荷，称为永久电荷。于同晶替代作用产生负电荷，称为永久电荷。 硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性 a、高岭组：、高岭组： Al4Si4O10(OH)8 1：1型非膨胀型粘土矿物，高岭石、珍珠陶土、迪型非膨胀型粘土矿物，高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石，热带、亚热带土壤中多。华中、华南、恺石、埃洛石，热带、亚热带土壤中多。华中、华南、西南。西南。 1）1：1型型 2）无膨胀性，氢键作用，膨胀性小于）无膨胀性，氢键作用，膨胀性小于5% 3）电荷数量少，同晶替代弱或无，负电荷来源）电荷数量少，同晶替代弱或无，负电荷来源断键，断键，CEC：3-15cmol(+)/kg 4) 胶体性较弱，较其它粘土矿物粗，塑性，粘结胶体性较弱，较其它粘土矿物粗，塑性，粘结性，吸湿性弱。性，吸湿性弱。 b、蒙蛭组、蒙蛭组 Al4 Si8 O20(OH)4 2：1型膨胀型粘土矿物，蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石，东型膨胀型粘土矿物，蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石，东北北 华北华北 西北较多。西北较多。 1）2：1型型 2）胀缩性大，层间分子引力）胀缩性大，层间分子引力 3）电荷数量多：）电荷数量多：CEC：80-120cmol(+)/kg 发生铝片发生铝片Al3+被被Mg2+替代。替代。 4）胶体性质突出：颗粒细小。）胶体性质突出：颗粒细小。 0.01-1mc、水化云母组：水化云母组：(OH)4 K9(AI4 Fe4 Mg4 Mg6)(Si8-y Al9)O20 2：1型非膨胀性粘土矿物，青藏高原型非膨胀性粘土矿物，青藏高原 东北东北 西北西北 华北华北 1）2：1型型 2）无膨胀性：）无膨胀性：k+位六边形晶格中，起键联作用。位六边形晶格中，起键联作用。 3）电荷数量较多：同晶替代普遍，发生硅片）电荷数量较多：同晶替代普遍，发生硅片Si4+被被Al3+替代，替代，CEC：20-40cmol(+)/kg 4）胶体特性：大小介于前二者之间，力学性质介于前）胶体特性：大小介于前二者之间，力学性质介于前二者之间。二者之间。此类胶体包括此类胶体包括褐铁矿褐铁矿（2Fe2Fe2 2O O3 33H3H2 2O O）、）、水赤铁矿水赤铁矿（3Fe3Fe2 2O O3 3HH2 2O O）、）、针铁矿针铁矿（FeFe2 2O O3 3HH2 2O O）、）、水铝矿水铝矿（AlAl2 2O O3 3HH2 2O O）、）、三水铝矿三水铝矿（AlAl2 2O O3 33H3H2 2O O）等晶质矿物和）等晶质矿物和氢氧化铁氢氧化铁Fe(OH)Fe(OH)3 3 、氢氧化铝氢氧化铝Al(OH)Al(OH)3 3 等非晶质矿物。等非晶质矿物。这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为两性胶两性胶体。体。2.2.含水氧化铁、铝：（两性胶体）含水氧化铁、铝：（两性胶体）土壤胶体的类型Al(OH)3+H+Al(OH)2+H2O （pH5）纯净的氢氧化铁的等电点为纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1pH7.1，氢氧化铝等，氢氧化铝等电点为电点为pH8.1pH8.1，所以它们在大多数酸性或中性土，所以它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。壤中都带正电荷。土壤胶体的类型高岭石高岭石逐渐代替水云母，逐渐代替水云母，铁铝氧化物铁铝氧化物也迅速增多。也迅速增多。我国土壤粘土矿物的分布我国土壤粘土矿物的分布温带干旱的漠境和温带干旱的漠境和半漠境地带：半漠境地带：风化程度低，化学风化程度弱，以风化程度低，化学风化程度弱，以形成水化度低的形成水化度低的水云母为主水云母为主，蒙脱，蒙脱石不多。石不多。半干旱草原地区：半干旱草原地区：蒙脱石迅速增加，结晶良好，以蒙脱石迅速增加，结晶良好，以蒙脱石和水云母为主蒙脱石和水云母为主。暖温带湿润地区：暖温带湿润地区：蛭石显著增加，以蛭石显著增加，以水云母水云母蛭石为蛭石为主主，说明环境有利于进一步脱钾。，说明环境有利于进一步脱钾。中亚热带以南地区：中亚热带以南地区：土壤胶体的类型二二 、有机胶体、有机胶体特点：特点： 高分子有机化合物，高度亲水性。高分子有机化合物，高度亲水性。带负电，并且电荷数量多于黏土矿物，因此阳离子交换量大。带负电，并且电荷数量多于黏土矿物，因此阳离子交换量大。保肥性强，但不稳定（因受微生物作用而分解）保肥性强，但不稳定（因受微生物作用而分解）主要是腐殖质。主要是腐殖质。少量的木素、蛋白质、纤维素等。少量的木素、蛋白质、纤维素等。腐殖质的电荷是由腐殖质含的腐殖质的电荷是由腐殖质含的羧基（羧基（-COOH-COOH）、羟基（羟基（-OH-OH）、酚酚羟基解离出羟基解离出H H+ +、-COO-COO- -、-O-O- -等离子等离子留在胶粒上而使胶粒留在胶粒上而使胶粒带负电带负电。 一般每千克腐殖一般每千克腐殖质的代换量在质的代换量在200 200 cmol(+)kgcmol(+)kg-1-1左左右，高者可达右，高者可达50050010001000 cmol(+)kgcmol(+)kg-1-1 三、三、 有机无机复合胶体有机无机复合胶体游离松结态腐殖质游离松结态腐殖质-通过通过Ca2+而而结合。结合。吸着联结态腐殖质吸着联结态腐殖质-有机胶体与铁铝胶体的结合。有机胶体与铁铝胶体的结合。紧结态腐殖质紧结态腐殖质-有机胶体与无机胶体的直接结合。有机胶体与无机胶体的直接结合。有有机机胶胶体体以以薄薄膜膜状状紧紧密密盖盖覆覆于于粘粘土土矿矿物物表表面面通通过过阳阳离离子子与与-COOH-COOH、-OH-OH等官能团形成复合体。等官能团形成复合体。结合方式结合方式土壤胶体的类型二、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（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（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（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（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 比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体积）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：比面积表面积物体的总表面积：比面积表面积/ /重量重量 土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是在不断破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。如高岭石比碎，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面积的典型值是101020m20m2 2/g/g，蒙脱石是，蒙脱石是600600800m800m2 2/g/g， 由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。物质的比由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。物质的比面积越大，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。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1 1、胶体带电的原因、胶体带电的原因（1 1）同晶置换）同晶置换：硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位：硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位中心离子，被大小相近而电性相同的离子所取代，但其中心离子，被大小相近而电性相同的离子所取代，但其晶层结构未变。晶层结构未变。（2 2）表面分子的解离）表面分子的解离：基团解离出：基团解离出H H+ +，大多数土壤胶体产，大多数土壤胶体产生电荷的原因。生电荷的原因。（3 3）断键）断键 ：粘土矿物破碎、腐殖质胶体的碳键断裂。：粘土矿物破碎、腐殖质胶体的碳键断裂。（4 4）胶体表面从介质中吸附离子）胶体表面从介质中吸附离子：吸附：吸附H H+ +，带正电荷；吸，带正电荷；吸附附POPO4 43-3-、OHOH- -产生负电荷；产生负电荷；NHNH2 2基质子化，产生正电荷。基质子化，产生正电荷。 2 2土壤胶体电荷的种类土壤胶体电荷的种类 （1 1）永久电荷永久电荷 一般同晶置换发生在矿物的结晶过程，一般同晶置换发生在矿物的结晶过程，一旦晶体形成，它所具有的电荷就不受外界环境（如一旦晶体形成，它所具有的电荷就不受外界环境（如pHpH、电解质浓度等）的影响，故称为永久电荷（恒电、电解质浓度等）的影响，故称为永久电荷（恒电荷、结构电荷）。同晶置换产生的电荷。荷、结构电荷）。同晶置换产生的电荷。 （2 2）可变电荷可变电荷 其主要是由胶体表面分子的电离引起其主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。胶体所带电荷受的，其次来自矿质胶体晶格的断键。胶体所带电荷受pHpH值等影响，这种电荷称为可变电荷。由断键、表面值等影响，这种电荷称为可变电荷。由断键、表面分子解离和吸附离子产生的电荷分子解离和吸附离子产生的电荷（三）土壤胶体的分散性与凝聚性（三）土壤胶体的分散性与凝聚性 土土壤壤胶胶体体有有两两种种存存在在的的状状态态，一一种种是是胶胶体体微微粒粒相相当当充充分分的的分分散散在在介介质质中中形形成成的的一一种种外外观观颇颇似似溶溶液液的的胶胶体体溶溶液液，称称为为溶溶胶胶。另另一一种种是是在在外外因因作作用用下下，胶胶体体微微粒粒聚聚合合在在一一起起形形成成的的处处于于凝凝聚聚状状态态的的胶胶体体，称称为为凝胶凝胶。 土土壤壤胶胶体体分分散散在在土土壤壤溶溶液液中中，由由于于胶胶粒粒有有一一定定的的电电动动电电位位，有有一一定定厚厚度度的的扩扩散散层层相相隔隔，而而使使之之能能均均匀匀分分散散呈呈溶溶胶胶态态，这这就就是是胶胶体体的的分分散散性性。当当加加入入电电解解质质时时，胶胶粒粒的的电电动动电电位位降降低低趋趋近近零零，扩扩散散层层减减薄薄进进而而消消失失，使使胶胶粒粒相相聚聚成成团团，此此时时由由溶溶胶胶转转变变为为凝凝胶胶，这这就就是是胶胶体体的凝聚性的凝聚性。 溶溶胶胶转转变变为为凝凝胶胶，这这一一过过程程称称为为凝凝聚聚；凝凝胶胶也也可可以以转转变变为为溶溶胶胶，这这一过程称为分散。一过程称为分散。一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强，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，水膜厚度小的同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序顺序: Fe: Fe3+3+AlAl3+3+HH+ +CaCa2+2+MgMg2+2+NHNH4 4+ +KK+ +NaNa+ + 一一价价离离子子引引起起的的凝凝聚聚是是可可逆逆的的，二二三三价价离离子子引引起的凝聚作用一般是不可逆的。起的凝聚作用一般是不可逆的。 第三节第三节 土壤的吸附保肥性能土壤的吸附保肥性能一、土壤吸附性能的一般概念一、土壤吸附性能的一般概念1 1土壤吸附土壤吸附 土壤是一个多孔体，同时在土壤表面具有大的表土壤是一个多孔体，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。质的能力，称土壤的吸附性能。2 2土壤吸附的类型土壤吸附的类型（1 1）交换性吸附交换性吸附 是是土土壤壤胶胶粒粒带带有有电电荷荷借借静静电电引引力力从从溶溶液液中中吸吸附附带带异号电荷的离子或极性分子。异号电荷的离子或极性分子。（2 2）专性吸附专性吸附 它它是是指指离离子子通通过过表表面面交交换换与与晶晶体体的的阳阳离离子子共共用用1 1个个或或2 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）负吸附负吸附 是是指指土土粒粒表表面面的的离离子子或或分分子子浓浓度度低低于于整整体体溶溶液液中中该离子或分子的浓度的现象。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 1阳离子的静电吸附阳离子的静电吸附2 2阳离子的交换作用阳离子的交换作用概念概念 是指土壤胶体表面能吸附的阳离子（主要是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。互交换的作用。胶粒胶粒-Ca+2NH4Cl-2NH4+CaCl2阳离子的交换能力阳离子的交换能力 是指一种阳离子将胶体另一种阳离子交是指一种阳离子将胶体另一种阳离子交换出来的能力。换出来的能力。 影响阳离子交换能力的因素：影响阳离子交换能力的因素：a. a. 离子电荷数量的影响离子电荷数量的影响b. b. 离子的半径及水化程度离子的半径及水化程度 c. c. 离子浓度离子浓度 1 1 1 10 0 0 0 1.00 1.00 1.00 1.00 1 1 1 1 H H H H 2 2 2 210.0010.0010.0010.001.06 1.06 1.06 1.06 40.0840.0840.0840.08 2 2 2 2 CaCaCaCa2 2 2 2 3 3 3 313.3013.3013.3013.30 0.780.780.780.7824.23 24.23 24.23 24.23 2 2 2 2 MgMgMgMg2 2 2 2 4 4 4 45.32 5.32 5.32 5.32 1.331.331.331.3339.10 39.10 39.10 39.10 1 1 1 1 K K K K 5 5 5 55.375.375.375.37 1.43 1.43 1.43 1.43 18.0118.0118.0118.01 1 1 1 1 NHNHNHNH4 4 4 4 6 6 6 67.90 7.90 7.90 7.90 0.93 0.93 0.93 0.93 23.0023.0023.0023.00 1 1 1 1 NaNaNaNa 水化水化水化水化未水化未水化未水化未水化交换力交换力交换力交换力顺序顺序顺序顺序离子半径（离子半径（离子半径（离子半径（A A A A）原子量原子量原子量原子量价数价数价数价数离子离子离子离子 离子半径及水化程度与交换力的关系离子半径及水化程度与交换力的关系土壤的阳离子交换量土壤的阳离子交换量 是是指指pHpH值值为为7 7时时每每kgkg干干土土所所吸吸附附的的全全部部 交交 换换 性性 阳阳 离离 子子 的的 厘厘 摩摩 尔尔 数数 ， 以以cmolcmol（+ +）/kg/kg表示。一般用表示。一般用CECCEC表示。表示。影响因素影响因素： 1 1）胶体种类：有蒙伊高）胶体种类：有蒙伊高 2 2）土壤质地：细，有机质多，粘土矿物多）土壤质地：细，有机质多，粘土矿物多 3 3）pHpH： pH pH下降，下降，CECCEC降低降低 不同质地土壤的阳离子交换量不同质地土壤的阳离子交换量 土土 壤壤砂砂 土土砂壤土砂壤土壤壤 土土粘粘 土土阳阳 离离 子子 交换量交换量 15787182530单位：单位：cmolkg土土 可交换可交换阳离子阳离子致酸离子（致酸离子（AlAl3+3+、H H+ +）盐基离子盐基离子（CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +等）等）盐基饱和度盐基饱和度(BS)(BS) 土壤中交换性盐基离子总量占阳离子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。交换量的百分数称为盐基饱和度。 3阳离子的专性吸附阳离子的专性吸附过渡金属离子过渡金属离子铁、铝、锰等的氧化物铁、铝、锰等的氧化物均为非交换态均为非交换态三、土壤对阴离子的吸附与交换作用三、土壤对阴离子的吸附与交换作用土壤对阴离子的静电吸附土壤对阴离子的静电吸附特点：特点：产生静电吸附的阴离子主要为产生静电吸附的阴离子主要为ClCl- -、NONO3 3- -、ClOClO4 4- -等；等；浓度、离子价浓度、离子价 、互补离子等对阴离子交换、互补离子等对阴离子交换作用的影响和阳离子相似；作用的影响和阳离子相似；数量与土壤数量与土壤pHpH值有关。值有关。三、土壤对阴离子的吸附与交换作用三、土壤对阴离子的吸附与交换作用阴离子的负吸附阴离子的负吸附 是指电解质溶液加入土壤后阴离子浓度相对增大是指电解质溶液加入土壤后阴离子浓度相对增大的现象。大多数土壤在一般情况下主要带负电荷，的现象。大多数土壤在一般情况下主要带负电荷，因此会造成对土壤的阴离子的排斥，表现出较强因此会造成对土壤的阴离子的排斥，表现出较强的负吸附。的负吸附。 阴离子的专性吸附阴离子的专性吸附 发生于胶体双电层内层，直接与胶体表面的配位发生于胶体双电层内层，直接与胶体表面的配位离子（配位基）置换，故又称为配位基交换。离子（配位基）置换，故又称为配位基交换。 主要发生在铁、铝氧化物的表面。主要发生在铁、铝氧化物的表面。 第四节第四节 土壤的供肥性土壤的供肥性一、土壤的供肥能力一、土壤的供肥能力土壤的供肥性能土壤的供肥性能是指土壤供应作物所必是指土壤供应作物所必需的各种速效养分的能力，也就是将缓需的各种速效养分的能力，也就是将缓效养分迅速转化为速效养分的能力。效养分迅速转化为速效养分的能力。土壤供肥能力表现的主要内容有：土壤供肥能力表现的主要内容有：1土壤中各种速效养分的数量土壤中各种速效养分的数量速效养分：土壤溶液溶解态养分，包括胶体表面速效养分：土壤溶液溶解态养分，包括胶体表面容易吸收利用的养分。容易吸收利用的养分。供肥容量供肥容量供肥强度供肥强度2缓效养分转变为速效养分的速率缓效养分转变为速效养分的速率缓效养分：土壤中的固态（矿质态和有机态）养缓效养分：土壤中的固态（矿质态和有机态）养分，须经过各种化学和生物化学作用逐步转化为溶分，须经过各种化学和生物化学作用逐步转化为溶解态或交换态后才能被植物吸收利用。解态或交换态后才能被植物吸收利用。转化速率转化速率3速效养分持续供应的时间速效养分持续供应的时间土壤肥劲大小的表现土壤肥劲大小的表现时间长，土壤养分含量丰富，不易脱肥时间长，土壤养分含量丰富，不易脱肥时间短，养分供应不足，容易脱肥时间短，养分供应不足，容易脱肥二、土壤养分的有效化过程二、土壤养分的有效化过程土壤胶体上吸附的养分离子对植物的有效性，取决于解土壤胶体上吸附的养分离子对植物的有效性，取决于解离和被交换的难易，影响因素：离和被交换的难易，影响因素： 1 1离子的饱和度离子的饱和度 土壤中某种交换性阳离子的数量占阳离子交换量的土壤中某种交换性阳离子的数量占阳离子交换量的百分数。饱和度越大，被解吸和交换的机会越多，有效百分数。饱和度越大，被解吸和交换的机会越多，有效性越大。性越大。“集中施肥集中施肥” 2 2互补离子的影响互补离子的影响 与与某某种种交交换换性性阳阳离离子子共共存存的的其其他他交交换换性性阳阳离离子子称称为为互补离子。互补离子。 3 3粘土矿物的种类粘土矿物的种类三、土壤供肥性的调节三、土壤供肥性的调节1.合理施肥，提高供肥性能2.合理耕作和灌溉，促进养分的转化供应3.用养结合，进行合理的轮、间、套作4.消除有毒物质，改善养分供应状况第五节第五节 影响土壤供肥性的化学因素影响土壤供肥性的化学因素一、土壤溶液组成和浓度一、土壤溶液组成和浓度土土壤壤溶溶液液：土土壤壤的的液液相相部部分分，含含有有各各种种无无机机、有有机机可可溶物质和悬浮胶粒。溶物质和悬浮胶粒。组成为：组成为：无机物：钾钠钙镁铵等无机物：钾钠钙镁铵等有机物：可溶性蛋白质、糖类、氨基酸、腐殖酸有机物：可溶性蛋白质、糖类、氨基酸、腐殖酸胶体物质：硅酸、铁、铝的氢氧化物和一些有机物胶体物质：硅酸、铁、铝的氢氧化物和一些有机物浓浓度度：非非常常稀稀薄薄的的不不饱饱和和溶溶液液，浓浓度度随随土土壤壤类类型型、土土体深度、水、气、热状况及外界施肥而变化。体深度、水、气、热状况及外界施肥而变化。二、土壤酸碱反应二、土壤酸碱反应1 1土壤酸性反应土壤酸性反应 土土壤壤酸酸性性是是根根据据氢氢离离子子存存在在的的方方式式，按按其其为为溶溶液液态态或或胶体吸附态分为两大类型：活性酸和潜性酸胶体吸附态分为两大类型：活性酸和潜性酸活性酸活性酸潜性酸潜性酸土土壤壤酸酸代换性酸代换性酸水解性酸水解性酸1）活性酸：土壤溶液中的氢离子所表现出来）活性酸：土壤溶液中的氢离子所表现出来的酸度。用的酸度。用pH表示表示代换性酸度：用过量的中性盐（KCl、NaCl等) 浸提土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换作用，而表现出来的酸度。 土壤胶体 -H+ + KCl 土壤胶体 -K+ + HCl 土壤胶体 -Al3+ 3KCl 土壤胶体 -3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O Al(HO)3 + 3HCl 用方程式说明Al3+是潜性酸度的主要来源2）潜性酸：土壤胶体上吸附的氢离子和铝离）潜性酸：土壤胶体上吸附的氢离子和铝离子所引起的酸度。子所引起的酸度。水解性酸度：用强碱弱酸盐（如醋酸钠）浸提土壤，溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的H+、Al3+离子代换出来，同时生成弱酸（如醋酸），此时测定该弱酸的酸度。H+土壤胶体Al3+ + 4CH3COONaNa+土壤胶体 + Al(OH)3 + 4CH3COOHNa+Na+Na+3H2OH+土壤胶体Al3+ + 4CH3COONaNa+土壤胶体 + Al(OH)3 + 4CH3COOHNa+Na+Na+3H2O水解性酸度大于交换性酸度水解性酸度大于交换性酸度活性酸度与潜性酸度的关系活性酸度与潜性酸度的关系统一平衡体系的不同表现形式两者可以相互转化，并在一定条件下处于暂时的平衡态潜性酸度是活性酸度的储备 （二）土壤碱性反应（二）土壤碱性反应土壤溶液中的土壤溶液中的OH-离子离子1、来来源源：碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属的的碳碳酸酸盐盐类类水水解解和和土壤胶体上吸附性土壤胶体上吸附性Na离子的水解。离子的水解。Na2CO3+H2O 2Na+2OH-+H2CO3土土壤壤胶胶体体上上吸吸附附阳阳离离子子（Na+、K+、Mg2+ ）的的饱饱和和度度增增加加，可可引引起起交交换换性性阳阳离离子子的的水水解作用：解作用： 土壤胶体土壤胶体|-xNa+ + yH2O 土壤胶体土壤胶体|-(x-y)Na+、yH+ + yNaOH2、表示方法：、表示方法：（1）总碱度）总碱度：碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总量。碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总量。总碱度总碱度CO32-+HCO3-cmol(+)/L土壤碱化程度分级指标之一土壤碱化程度分级指标之一 不同碳酸盐和重碳酸盐对碱度的贡献不同：不同碳酸盐和重碳酸盐对碱度的贡献不同： CaCO3、MgCO3 难溶，石灰性土壤难溶，石灰性土壤 pH 7.5 - 8.5， Na2CO3 pH 10， NaHCO3、Ca(HCO3)2 pH 7.5 - 8.5（2 2）碱化度（）碱化度（ESPESP）土土壤壤胶胶体体吸吸附附的的交交换换性性钠钠离离子子占占阳阳离离子子交交换换量量的的百分率。百分率。ESPESP交换性钠交换性钠/CEC/CEC100碱土分类及碱化土壤改良利用的指标和依据碱土分类及碱化土壤改良利用的指标和依据（三）影响土壤酸碱性的因素（三）影响土壤酸碱性的因素1、气候、气候2、地形、地形3、母质、母质4、植被、植被5、人类活动、人类活动6、盐基饱和度、盐基饱和度7、氧化还原条件、氧化还原条件（四）土壤酸碱性反应对土壤养分和作物生长的影响（四）土壤酸碱性反应对土壤养分和作物生长的影响（五）土壤酸碱反应的调节（五）土壤酸碱反应的调节 1 1 1 1、酸性土施用石灰、酸性土施用石灰、酸性土施用石灰、酸性土施用石灰 2 2 2 2、施用、施用、施用、施用S S S S、硫化铁、废硫酸、硫化铁、废硫酸、硫化铁、废硫酸、硫化铁、废硫酸、FeSOFeSOFeSOFeSO4 4 4 4 3 3 3 3、施用生理酸性肥料、施用生理酸性肥料、施用生理酸性肥料、施用生理酸性肥料 4 4 4 4、碱土施用石膏、碱土施用石膏、碱土施用石膏、碱土施用石膏三、三、 土壤的缓冲性土壤的缓冲性土壤溶液的缓冲性能：土壤溶液的缓冲性能：土壤中加入少量酸或碱时，土壤中加入少量酸或碱时，土壤中加入少量酸或碱时，土壤中加入少量酸或碱时，土壤土壤土壤土壤pHpH不做相应改变，土壤这种抗拒酸碱改变的能不做相应改变，土壤这种抗拒酸碱改变的能不做相应改变，土壤这种抗拒酸碱改变的能不做相应改变，土壤这种抗拒酸碱改变的能力。力。力。力。缓冲量：缓冲量：缓冲量：缓冲量：单位质量土壤改变单位质量土壤改变单位质量土壤改变单位质量土壤改变pHpH单位所需酸或碱的单位所需酸或碱的单位所需酸或碱的单位所需酸或碱的数量（数量（数量（数量（mol/Lmol/L）。）。）。）。产生的原因产生的原因 1）弱酸及其盐类，构成一个缓冲系）弱酸及其盐类，构成一个缓冲系 例例如如：碳碳酸酸盐盐体体系系，在在通通常常CO2浓浓度度下下，CaCO3石灰性土壤石灰性土壤pH在在7.5-8.5H2CO3+ Ca(OH)2 =CaCO3+2H2O 例如：硅酸盐体系，例如：硅酸盐体系，Mg2SiO4+4H+=Mg2+Si(OH)42）土壤胶体作用）土壤胶体作用 胶体胶体-Ca2+ 2H+ = 胶体胶体-2H+ +Ca2+ 胶体胶体-H+ + NaOH= 胶体胶体-Na+ + H2O盐盐基基饱饱和和度度大大对对酸酸缓缓冲冲作作用用强强；盐盐基基饱饱和和度度小对碱缓冲作用强。小对碱缓冲作用强。3）铝缓冲作用）铝缓冲作用 在在pH5.0酸酸性性土土壤壤中中，Al3+对对碱具有缓冲能力。碱具有缓冲能力。OH-由R.K.Schofield提出的模型（条件：pH5)OH-4）土壤中两性物质）土壤中两性物质蛋蛋白白质质、氨氨基基酸酸、腐腐殖殖酸酸、无无机机磷磷酸酸等等四、土壤氧化还原反应四、土壤氧化还原反应（一）土壤的氧化还原体系（一）土壤的氧化还原体系 （二）土壤氧化还原电位（二）土壤氧化还原电位Eh（mv）：土壤中氧化态物质和还原态物）：土壤中氧化态物质和还原态物质在氧化还原电极（铂电极）上达到平衡质在氧化还原电极（铂电极）上达到平衡时的电极电位，称氧化还原电位。时的电极电位，称氧化还原电位。可以作为土壤通气性的指标！可以作为土壤通气性的指标！（三）土壤氧化还原电位与土壤养分有（三）土壤氧化还原电位与土壤养分有效性和作物生长的关系效性和作物生长的关系存在形态影响吸收Eh负值，产生H2S，对作物产生毒害旱地，Eh过高，表明水分过少（四）影响土壤氧化还原电位的因素（四）影响土壤氧化还原电位的因素土壤的通气性土壤的通气性土壤中易分解的有机质土壤中易分解的有机质土壤中易氧化物质或易还原物质土壤中易氧化物质或易还原物质 植物根系的代谢作用植物根系的代谢作用 复习思考题复习思考题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？