第八章土壤胶体及其对离子的吸附
交换作用
【教学目标】
●土壤胶体
1、掌握土壤胶体的含义、类型和基本构造。
2、重点了解土壤胶体的性质及其在土壤物理、化学和生物学过程中的重要作用。
3、了解土壤的保肥供肥性与土壤胶体组成的关系，为什么说土壤腐殖质含量高的其
保肥性强？
●土壤离子交换作用
1、解土壤产生吸收（吸附）性的根本原因、吸收类型及其产生的机理。
2、重点掌握阳离子交换作用产生的机理以及对土壤性状产生的影响。
土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分，土壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质，如土壤的吸附性、酸碱性、缓冲性以及土壤结构都有很大的影响。土壤肥力的高低与土壤胶体的组成、数量和性质密切相关，土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物质基础中最精华的部分；同时，土壤胶体的形成过程也是土壤形成过程的反映，由于土壤形成条件的不同，土壤的胶体类型、含量和性质均有较大的差异。所以，要了解土壤的形成过程和土壤肥力的实质，必须弄清土壤胶体的性质。本章将着重讨论对土壤肥力影响较大的土壤胶体的组成、结构、性质及其相关的离子交换性的一般规律。
8.1 土壤胶体
8.1.1 土壤胶体的概念
8．1. 1. 1 土壤胶体是一种分散系统
任何胶体系统都是一种分散系统，而分散系统通常由两种物质所组成，一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介质；另一种物质的分子是不连续的，称为分散相，分散相均匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。
在自然界中这种分散系统是很多的，如烟是微细的碳粒分散在空气里，云雾是小水滴分散在大气里，豆浆是大豆蛋白分子分散在水里等。土壤本身就是一个复杂的多元分散系统。
在一般情况下，是把土壤固相颗粒作为分散相，而把土壤溶液和土壤空气看做分散介质。
8．1. 1. 2 土壤胶体的大小范围
一般胶体是指作为分散相的那些细小颗粒，其大小的上限是0.1 μm, 下限为 1
nm(<1 nm属于溶液范围)。但是胶体大小的界限也不是绝对的，而主要应根据表现出的胶体性质而定，如光学、电学性质等。
根据以上这种认识，土壤胶体的大小范围与通常所指的胶体有所不同。一般将其上限规定为0.001 mm, 即1 μm，这比一般胶体大10倍，因为这样大小的颗粒已明显表现出胶体性质，如黏粒又称为胶粒。
8.1.2 土壤胶体的种类土壤胶体从形态上可分为无机胶体(也称矿质胶体)、
有机胶体和有机-无机复合胶体。
8．1. 2. 1 有机胶体
土壤中的有机物质, 尤其是腐殖质，是土壤中含有的一类分子量大、结构复杂的高分子化合物，具有明显的胶体性质，故称之为土壤有机胶体。土壤腐殖物质是土壤有机胶体的主体，此外，土壤中还有少量的蛋白质、多肽、氨基酸以及多糖类高分子化合物也具有胶体的性质。值得注意的是，土壤中还有大量的微生物，它们本身也具有胶体性质，是一种生物胶体。
土壤中大量的微生物对增加土壤的表面积和吸附性，促进土壤结构的形成有很大的作用。
土壤有机胶体在土壤中的含量同其他胶体相比并不多，但其性质却极为活跃，因为它带有大量的活性功能团，尤其是表面的酸性功能团如H+解离后, 使其带有大量的负电荷，阳离子代换量可高达300～500 cmol(M+)/kg。大多数土壤的有机胶体是非晶质的，有很高的亲水性，虽然数量不多，但起的作用却很大。
8．1. 2. 2 无机胶体
无机胶体又称矿质胶体, 主要是层状铝硅酸盐矿物和无定形氧化物组成。一般为极细微的黏粒，在数量上，无机胶体比有机胶体高几倍到几十倍。通常用土壤中黏粒(d<0.001mm)的含量来反映土壤无机胶体的数量。不同的土壤, 无机胶体的含量差异很大, 沙性土无机胶体的含量要比黏性土少得多。土壤中无机胶体的数量和组成对土壤的理化性质影响较大。土壤无机胶体主要包括：
(1)层状硅酸盐矿物它是无机胶体的主要组分, 大都是呈结晶态的次生矿物, 主要有1∶1型的高岭石类、2∶1型的蒙脱石类及水化云母类。有关矿物的一般特性已在土壤矿物质一章中介绍过。值得注意的是，不同类型的黏粒矿物表现出的胶体性质差异较大。
1∶1型的高岭石矿物单位晶胞小，形成的颗粒较大, 其胶体的分散度低, 胀缩性、黏性和吸收容量都不如2∶1型矿物大。2∶1型蒙脱石类矿物结晶的晶胞较大, 而形成的颗粒较小, 其胶体分散度高,胀缩性、黏性和吸收容量都较大。电荷来源主要是由于同晶替代作用，其中以2∶1型矿物的同晶替代较多, 电荷数量也多； 1∶1型的同晶替代少, 电荷也较少,因为它是边角-OH的解离产生的电荷，其数量一般很少。
(2)含水氧化物类胶体
①含水氧化硅胶体。多为游离的无定形氧化硅的水合物(SiO2·nH2O), 当发生电离时,使H+解离到溶液中, 致使胶体带负电。
H2SiO3(SiO2·nH2O)＝ H+ + HSiO3-＝ H+ + SiO32-
土壤中氧化硅的含量很多, 多以石英存在于沙粒和粉粒之中, 只有无定形的氧化硅才可能具有胶体性质, 无定形的氧化硅可溶于土壤溶液, 形成Si(OH)4, 通过聚合过程, 向稳定状态转化, 即从单体—水溶胶—水凝胶—干凝胶—最终形成类似蛋白石的脆性物质。不论溶胶或凝胶，都是一种活性很高的吸附剂。尤其是氧化硅凝胶，它具有很大的表面积和孔隙度，在pH值3.5以上, 带负电荷,能吸附阳离子或极性物质或其他带正电的溶胶。在一定条件下，凝胶也可转化为溶胶，随水流动、迁移。土壤中氧化硅胶体的存在和集聚，对土壤的形成和理化性质都有重要影响。一般把无定形氧化硅看做酸胶基，它与氧化铁、铝等碱胶基相互作用是形成土壤黏粒矿物的途径之一，氧化硅溶解随水流动沉积，不仅可填充土壤空隙，有利于细孔隙的形成，同时沉积的氧化硅凝胶可使土壤松脆。如形成脆盘。氧化硅胶体带有一定的负电荷，随pH值升高, 负电荷数增加, 但总的来说, 其交换量很有限。
②含水氧化铁、铝胶体。
含水氧化铁、铝在土壤中多以结晶态的矿物存在，最常见的铁氧化物是针铁矿和赤铁矿，还有磁赤铁矿、磁铁矿、纤铁矿和氢氧化铁或水铁矿等。各种铁氧化物在不同土壤中的种类和含水数量不同，各种氧化铁的颜色也不同，因此对土壤的染色也不同。
土壤中的氧化铁一般以两种以上的形态混合存在，它可以形成黏膜包被在土壤颗粒的外面，也可以形成溶胶沿剖面移动或者结晶形成小的颗粒存在于土壤中，还有部分形成络合物或者被吸附在黏土矿物表面。氧化铁普遍存在于黏粒和非黏粒之中，但一般在黏粒中较多。土壤中氧化铁的形态可以相互转化，受土壤pH、温度、有机质和Fe2+的浓度的影响,如当pH>7时, 可形成Fe(OH)3生成针铁矿。
土壤中含水氧化铝胶体是矿物风化而来的，有晶态的，也有非晶态的，Al2O3Al(OH)3、AlOOH是晶态, 无定形铝主要是羟基铝及其聚合物，Al3+在溶液中可形成较大的OH-Al聚合物呈溶胶状。氧化铝的形态和数量对土壤结构、土壤酸碱性、土壤缓冲性等都有重要影响。
氧化铁、氧化铝胶体都是两性胶体，其带电性随环境的酸碱度变化而改变，在酸性条件下(一般pH<5)带正电, 而碱性条件下可带负电。
Al(OH)3+ H+＝ Al(OH)2+ + H2O 带正电
Al(OH)3+ OH-＝ Al(OH)2O-+ H2O 带负电
8．1. 2. 3 有机—无机复合胶体
土壤中的有机胶体和无机胶体通过物理、化学或物理化学的作用，相互结合在一起形成有机—无机复合体。在复合的过程中，很多有机化合物可以和黏粒形成稳定性不等的各种复合体。实际上，土壤有机质因其性质极为活跃，绝大部分是以有机-无机复合体的形式存在的。一般把土壤的有机-无机复合体中含碳量占土壤总碳量的百分数称为有机无机复合度, 作为衡量土壤有机-无机复合体的数量指标。据资料(熊毅，1975), 土壤有机无机复合度可达50%～70％，不同土壤类型差异很大。
土壤有机-无机胶体的形成对改善土壤的理化性质有重要作用, 有机-无机复合体的稳定性比单纯的有机胶体高, 实际上土壤腐殖质的稳定性正是由于形成有机-无机复合体所造成的。在很多情况下，有机质在矿质胶体的表面形成一层胶膜，可以改变(或改善)无机胶体的表面性质,由于胶膜的作用使一些原来颗粒较大而胶体性质较差的矿质颗粒, 也表现出胶体的性质, 使土壤胶体颗粒的大小, 最大可达黏粒的上限, 甚至达到细粉粒的范围(1 μm)。有机-无机复合胶体的黏性、塑性要比黏粒弱，其表面积和代换量一般比复合前有机胶体和无机胶体两者之和小，不具有加和性。土壤有机-无机复合体是形成良好的稳定性团聚体的基础，其水稳性要比单纯的矿质团聚体高，从而对土壤的结构性、通透性、耕性等产生重要影响。
一般把有机无机复合体分为G0、G1、G2组。
关于土壤有机无机复合体分组最早始于丘林（1937），他提出土壤有机矿质结构的假说，进而将土壤复合体分为两组：G1组和G2组。但是在G1组中往往混有一部分能直接分散于水中的“非团聚化细土”，实际上它是一组水分散的复合体，故把它称为G0组。
G1组是通钙离子为键桥把有机质和矿物质连接起来的。
如：
３Si—O—Ca—OOC COO—Ca—O—Si３
R
３Si—O—Ca—OOC COO—Ca—O—Si３
但这种连结并不牢固，可用中性NaCl溶液拆开。
G1组复合体主要是胡敏酸钙凝聚的。它主要分布在离根较远，通气性良好的地方。其特点是腐殖质和活性氧化物含量较低，有机物质中的木质素和半纤维素较少。由于G1组缺乏活泼的胶体表面，若要使它黏结体变大，需要靠游离胶体的胶结。
另一种是由铁、铝氧化物的胶结作用连接起来的。这种有机质胶结作用可用下式表示（其中的Al也可换成Fe）。
３Si O Fe(OH) OOC COO Fe(OH) O Si３
如： R
３Si O Fe(OH) OOC COO Fe(OH) O Si３
这种连接比较牢固，不能用NaCl拆开，只能用稀碱溶液或研磨处理才能分开。
近根的团聚体主要由G2构成。由于这里的水分状况比较好，根际微生物活动旺盛，有机质丰富，在微生物的参与下，大量粗有机质分解，造成氧气不足，使氧化铁还原成亚铁，提高了铁的活性，有利于在矿物颗粒表面凝聚生成。它的特点是：腐殖质和活性二三氧化物含量较高，在有机物质中，同时包含腐殖质和未腐化物质（木质素、纤维素和半纤维素）。
8.1.3 土壤胶体的基本构造
土壤胶体分散系包括胶体微粒(分散相)和微粒间溶液(分散介质)两部分。描述胶体微粒的构造，通常用双电层理论。根据双电层理论，胶体微粒在构造上，可分为微粒核和双电层两部分(如图8-1)。
8．1. 3. 1 微粒核(胶核)
它是胶体微粒的核心物质,主要由腐殖质、硅酸盐矿物、土壤氧化物、蛋白质分子以及有机-无机复合胶体的分子群组成。
8．1. 3. 2 双电层结构
作为胶粒微粒核的物质在溶液中通常是带电荷的, 由于静电引力的作用,在微粒核的外围形成一个反号电荷的离子层，这样就构成了双电层。微粒核表面的电荷数量和密度对外层的反号离子的多少及两层电荷间电位具有决定作用，故称为决定电位离子层。
图8-1 胶体微粒构造示意图
外层电荷(离子)对决定电位离子层起补偿作用,使整个胶体微粒达到电中性, 故称之为补偿离子层, 而这些来源于溶液中的反号离子就称为补偿离子。
在溶液中胶核表面的电荷通过静电引力，将反号离子吸引在胶核的外围, 而反号离子由于热运动, 总有远离胶核表面的趋势, 同时反号离子被吸附的力大小与离子的电荷数量成正比, 与其距离的平方成反比。因此，胶核表面处的反号离子多而活性低，离胶核表面越远，反号离子越少而活性增大。根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为两层：靠近胶核表面的决定电位离子层的补偿离子被吸附得很紧，活性很小，难以解离，不起交换作用，故称为非活性补偿离子层。另一层距胶核表面较远，吸附的较松，有较大的活动性，可以和周围的离子交换，称为扩散层。扩散层中的离子分布很不均匀。
非活性补偿离子，被吸附得很牢固，它和微粒核决定电位离子层一个整体，故称为胶粒。当胶体和周围环境起代换作用时，大都发生在胶粒表面，而不在胶粒内部，故胶粒是起胶体作用的基本单位。
在双电层的两层电荷之间存在着电位差，电位的高低随着离胶核表面距离的增加逐渐降低。由决定电位离子层到扩散层外缘的电位差, 称之为全电位(ζo),全电位的大小取决于胶核表面的电性质(电荷数量和密度)。从胶粒(滑动面)到溶液的电位差称电动电位(用ζ表示), ζ电位是表现双电层特性的重要指标, 可以测定出来。电动电位的大小受扩散层厚度的制约，而扩散层的厚度在一定浓度条件下，决定于补偿离子的性质，即受离子价数，离子半径及水化程度等的制约。离子价数愈高，其水化半径愈小，扩散层愈薄。离子的水化程度越大，则水化半径也越大，扩散层也越厚。一般来说，扩散层越厚，电动电位越高，胶粒的电性也就显示得越充分。胶粒电性显示的充分与否，直接关系到胶体存在的状态，从而影响土壤的一系列物理性质，如结构性、黏性、耕性、胀缩性等等，这在实践中都是很有意义的。
8.1.4 土壤胶体的基本性质
土壤胶体的性质很多，但最能体现胶体性质并对土壤性质产生巨大影响的主要有以下几方面。
8．1. 4. 1 胶体的表面积和表面能
在固体物质的破碎过程中, 其总表面积和比表面是不断增加的。所谓比表面是指单位质量的物质的表面积总和，即
比表面＝总面积 / 质量 (8.1)
例如, 设有一半径为r 的球形土粒, 土壤的密度为2.65 cm 3/g, 则其比面为
比表面＝4 πr 2÷(4/3πr 3×2.65)
＝1.13/r(cm 2/g) (8.2)
从(8.1)式可以看出, 比表面和颗粒半径成反比, 也就是说, 一定质量的物体, 颗粒愈细则
总比表面积愈大。如半径为0.1 cm 的1g 沙粒, 则其比表面为11.3 cm 2/g, 而半径为0.0001
cm 的1g 黏粒的比表面则可达11300cm 2/g, 增加了1000倍。土壤胶体如黏粒、腐植酸分子
等都相当细微，土壤胶体的表面积很大，加之黏粒矿物的层状结构和腐殖质的网状多孔结构还有很大的内表面积，可以吸附大量的养分离子(如图8-2)。因此, 1g 土壤胶体的表面积是巨大的(见表8-1)。
不同土壤的胶体组成不同,土壤的比表面积也不同。一般土壤中有机质含量高,2∶1型黏粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。反之，如果有机质含量低, 1∶1型黏粒矿物较多, 则其比表面积就较小, 如红壤、砖红壤。
随着土壤胶体比表面积的增加，其表面能也发生很大的变化。表面能是指界面上的物质分子(表面分子)所具有的多余的不饱和能量。在胶体与液体或气体接触的界面上，由于液体
图8-2 分子或气体分子对它的引力小于胶体内部分子 的引力，使胶体表面分子产生多余的不饱和能 量。按照热力学定律，多余的能量消耗在与外 界其他分子的作用上，从而达到稳定状态。土 壤的物理吸附作用就是表面能作用的结果。一 般比表面积愈大，表面能愈大。表面能的大小 与比表面呈正相关，表面能愈高，产生的物理 吸附作用就愈强。因此，一般土壤质地愈黏， 其物理吸附作用愈强。随着表面积和表面能的增
加，土壤胶体的性质如胀缩性、可塑性、黏性等明显增强。
8．1. 4. 2 土壤胶体的带电性
土壤胶体带电的事实, 可以通过电泳现象观察到, 当直流电通过一土壤胶体溶液时, 胶粒大多向阳极聚集, 而所吸附的离子却向阴极聚集。这一现象说明土壤胶体在总体上是带表8-1 各种胶体的比表面积
胶体类型 比表面积(m 2/g)
蒙脱石 600～800
伊利石 050～200
高岭石 01～40
蛭 石 600～800
铝英石 070～300
腐殖质 800～900
负电的。从电性来看，土壤胶体可以有正电荷也可以有负电荷，只是在一般情况下，土壤胶体的静电荷常表现为负电荷。土壤胶体上的电荷根据其稳定性可分为永久电荷和可变电荷。永久电荷不随土壤环境pH值的变化而变化, 而可变电荷的多少, 则随介质pH值的变化而变化。土壤电荷的来源是由土壤胶体本身的构造决定的，主要有以下几种情况。
（1）同晶代换
这种作用产生于粘粒矿物形成时, 其硅氧片中的Si4+有时可被大小与其相近的电性相同的其他离子(一般为Al3+)所代换，而水铝片中的铝则可被Mg2+、Fe2+、Fe3+等代换。代换的结果, 使得粘粒矿物晶层内产生多余的电荷, 由于土壤中多数的同晶代换是以低价代换高价的阳离子, 故产生的主要是负电荷, 但有时也会产生正电荷。
由同晶代换所产生的电荷是由于晶体结构本身的变化所引起的。一般不随介质pH的变化而变化, 属永久电荷或内电荷, 一般2∶1型的粘粒矿物如蒙脱石类、伊利石类的同晶代换产生的永久负电荷较多, 而1∶1型的高岭石类则较少。
（2）矿物晶格断键矿物在风化破碎的过程中, 其晶格边缘的离子, 有一部分未被中和,这就产生了剩余价键, 它以负电荷居多。以这种方式产生的电荷，高岭石＞伊利石＞蒙脱石。（3）表面分子的解离粘粒矿物的晶格表面的OH基, 腐植酸分子的酸性含氧官能团(如羟基、酚羟基)和羧基和黏粒中的无定形胶体(如硅酸胶体、氧化铁、铝等)，在介质的pH值发生变化时, 就有不同程度的解离, 从而使胶粒带电。如高岭石在pH<5时, 它表面的OH基就解离出H+,使高岭石胶粒带负电。而二三氧化物(R2O3)在酸性条件下(pH<5),则成为带正电荷的胶体，如图8-2所示。
通常自然土壤的pH值在5～9之间, 而土壤胶体的大部分, 特别是腐植酸的等电点远远低于这个范围, 所以大部分土壤胶体都带负电荷。只有两性胶体的可变电荷和少量的同晶代换可产生一定正电荷。但是，从整体来看，土壤胶体以带负电荷为主。当pH<5的土壤, 则可能带有较多的正电荷, 甚至比负电荷还多。
一般情况下，土壤胶体整体上显负电性，使土壤胶体以静电引力把土壤溶液中的阳离子吸附在土壤胶体的表面，而不致随水流失，使土壤具有保肥性。
8．1. 4. 3 土壤胶体的凝聚和分散
胶体有两种存在状态。一种是分散相均匀地分散在介质中, 称溶胶; 另一种是分散相在外因的作用下, 相互凝结聚合在一起, 称为凝胶。溶胶和凝胶并不是永久不变的，在一定条件下，可以相互转化。由溶胶变成凝胶的过程称为胶体的凝聚；反之，由凝胶转化为溶胶的过程，称为胶体的分散。土壤胶体在大多数情况下都是凝聚状态，凝聚态的土壤胶体可以用一价的阳离子如Na+、K+使其分散。
土壤胶体存在状态主要受两种力的作用。一是胶粒之间的静电斥力，它使胶体分散，二是胶粒之间的分子引力，它使胶粒相互吸引呈凝聚的趋势。如果静电斥力大于分子引力，则胶体呈分散的溶胶状，反之，若静电斥力小于分子引力则胶体呈凝胶状。这两种力的大小都与胶粒之间的距离有关。在胶粒电荷和胶粒大小一定的情况下，随着胶粒间距离的减小，引力可能超过斥力，使胶粒相互团聚。影响胶粒静电斥力大小的另一主要因素是胶粒静电荷的数量，而静电荷的数量则受补偿作用的控制。不同阳离子的补偿作用不同。如果土壤胶体所吸附的是二价以上的阳离子，其水化半径又较小，如Ca2+、Mg2+、Fe2+等。它们对土壤胶体所带的负电荷的补偿作用就大, 这样胶粒的剩余电荷就较少, 在胶粒间的静电斥力大大减小,甚至接近于零, 此时分散的胶粒之间的距离可达到分子引力作用的范围之内, 使胶粒相互团聚凝结起来。如果土壤胶体所吸附的主要是一价阳离子, 其水化半径较大, 如Na+、K+、NH4+等, 它们对胶体所带的负电荷的补偿作用较小, 静电斥力就相当高, 同时扩散层的厚度较大, 分子引力较小, 因而胶体不能凝聚, 而呈分散状态。
土壤中常见的阳离子按其对胶体的凝聚力的大小，可排成如下顺序：
Fe3+> Al3+> H+>Ca2+> Mg2+> NH4+ > K+ > Na+
由此可见, 阳离子价数高的，其凝聚力大于价数低的，一般三价阳离子的凝聚力是二价阳离子的4～6倍, 而二价阳离子的凝聚力比一价阳离子高20～25倍。一种离子凝聚力的大小取决于其所带相反电荷的数量和水化半径的大小。离子的价数越高，离子的电荷也越多，对胶体本身的电荷的中和能力越强。而离子的水化半径越小，或离子的水膜越薄，则使胶体的扩散层越薄，使胶体粒之间的距离更近，有利于胶粒的相互凝聚。对于价数相同的离子，水化半径小的，其凝聚力大于水化半径大的。离子的水化度越高，其水膜越厚，则其凝聚力越低。H+的情况很特殊, 这是因为H+作为单纯的质子, 其电场强度很大, 而半径又极小, 故其凝聚力很强。因此, 在土壤中, 一般二价以上的阳离子和H+一般起凝聚作用, 而一价(H+除外)离子经常起分散作用。
此外，溶液中的离子浓度对胶体的分散和凝聚的影响也是很大的。即使凝聚力很强的三价阳离子，如果其浓度很低，也不能使分散的胶体凝聚下来。相反，当溶液中的一价阳离子的浓度很高时, 由于每个阳离子都没有充分水化, 水膜很薄, 其凝聚能力较强, 同样也可使溶胶变成凝胶。如在盐渍化土壤中，在含钠、钾盐较高，其表层有凝聚很好的假团聚体柱状或团粒结构。但当盐分淋失后, 这些结构体就不复存在了，土壤的通透性立刻就变得很糟，其他的物理性状也随之恶化。对于土壤胶体，由一价阳离子形成的凝胶, 当稀释时, 则又可转化为溶胶。但是由二价以上的阳离子形成的土壤凝胶一般是不可逆的，即不能再分散成溶胶。因为高价的阳离子被土壤胶体吸附得很紧，不易被代替出来。所以，由二价或三价阳离子形成的凝胶可以进一步形成稳定性较高的结构体，对土壤的其他理化性质都有较好的影响。
土壤中的电解质浓度是经常变化的，如干湿交替、冻融作用以及各种农业技术措施包括施肥、灌水、中耕、烤田等，都可使土壤溶液中的电解质浓度发生变化，从而使胶体的状态发生变化，或凝聚或分散，如施用石灰、可显著增加土壤中Ca2+的浓度, 从而促进土壤胶体凝聚, 形成良好的结构。又如集中施用化肥，显著提高局部土壤溶液的电解质浓度，也可改变局部土壤胶体的状态。
总之，土壤胶体的凝聚与分散，直接影响土壤的许多重要性质，尤其是土壤的结构、通透性和土壤耕性等。
8.2 土壤胶体对离子的吸附作用
农民施用化肥如铵态氮肥随水施入土壤, 并不担心化肥随水流失, 化肥可保存在土壤中逐渐被植物吸收利用。这是为什么呢？要弄清这个问题，就必须了解土壤的吸附性能。
8.2.1 土壤胶体吸附性的含义
土壤的吸附性就是土壤能吸附并保持一些物质的性质。它主要是吸收(附)并保持土壤溶液中的离子、分子以至一些悬浮物质的性质。
人们在长期的实践过程中，早就发现并利用土壤的吸附性。如施用人粪尿作肥料时，常将人粪尿和土壤拌匀，以防止其中的氨挥发损失；堆制有机肥时，覆土而避免养分逸失, 也减少臭味的散发和空气污染。
土壤的吸附性与土壤胶体是分不开的，它是土壤胶体最主要的性质，对土壤的化学、物理、生物学性质影响很大，可以说土壤的吸收性对土壤性状的影响是全面而深刻的，直接反应了土壤肥沃性的高低。
8.2.2 土壤吸附性的类型及其意义
按吸附的机理和作用力的性质可将吸附性分为下列5种类型。
8．2. 2. 1 机械吸附
机械吸附是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。土壤是个多孔体系，有大孔隙，也有小孔隙，孔隙的状况极其复杂，如大小孔隙相互连接，孔径弯曲多种多样。这样随水(灌水或降水)进入土壤的一些固体物质, 如有机残体, 肥料颗粒和细小的黏粒等被截留, 使这些物质保存于土壤中。机械吸附对可溶性的分子和离子，如水溶性养分等不起保存作用。机械吸附的程度与土壤质地有关，一般质地细的土壤，小孔隙多，能截获较多的固体物质，如水稻田的犁底层，比较紧实，透水性较差，它的形成增强了机械吸附作用。
8．2. 2. 2 物理吸附
物理吸附是指借助于土壤表面张力而吸附在土壤颗粒表面的物质分子。由于土壤的细粒部分具有巨大的表面积和表面能，要降低土壤颗粒的表面能，只有靠降低其表面张力来完成。当土壤细粒吸附表面张力较小的物质分子以后就可以降低其表面能，这就是物理吸附的机理降低土壤表面张力的物质主要是有机化合物分子，如肥料中的尿素、氨基酸、醇类、有机碱以及农药制剂中的一些分子，气体的NH3、CO2也可降低土壤颗粒的表面能。这些物质降低了土壤颗粒的表面张力，吸附并暂时保存在土壤中，物理吸附的力主要是分子间的引力，其吸附力较弱，它不能对表面张力大的无机酸、无机盐类进行吸附。
土壤物理吸附强弱主要受质地和胶体类型的影响，土壤表面积越大的土壤，其物理吸附越强烈。另外，温度升高，可降低物理吸附的量。利用物理吸附的原理，可以测定土壤的表面积和比表面积，如甘油吸附法，是把土壤(或土壤胶体)放在饱和的甘油蒸汽中, 让甘油分子吸附在土壤胶体的表面(包括内表面), 根据吸附的甘油量可以计算出土壤的比表面积。由于土壤的物理吸附作用，使土壤溶液的浓度不均一，便于根系选择适宜的浓度进行吸收，只是它所保存的养分无论在时间上或在空间上都是比较有限的。
8．2. 2. 3 化学吸附
化学吸附是指进入土壤溶液的某些成分经过化学作用, 生成难溶性化合物或沉淀, 因而保存于土壤中的现象。这种吸附是以化学反应为基础的，故称为化学吸收。在土壤中易发生化学吸收的部分主要是土壤溶液中的阴离子，如：
磷酸根：PO43-、HPO42-、H2PO4-
硅酸根: SiO32-、HSiO3-
碳酸根: CO32-
硫酸根: SO42-
有机酸根: C2O42-(草酸根)等。
这些阴离子在土壤中容易和土壤中的高价阳离子发生化学反应，形成沉淀物质。如在酸性土壤中被固定的磷酸三钙、磷酸八钙，其溶解度很小，在酸性土壤中与Fe3+、Al3+形成磷酸铁铝, 溶解度更低,这就导致磷素不能被作物吸收利用, 从有效转为无效。土壤对磷的固定是非常普遍的, 关于磷的固定, 将在养分一章详述。
化学吸收虽然可以减少可溶性物质(养分)的流失, 但却使这些营养物质的有效性大大降低, 事实上它是提高磷肥或其他营养物质肥效的最大障碍。因此，在农业生产上，要尽量减少或避免发生化学固定。
8．2. 2. 4 生物吸附
生物吸收是指借助于生活在土壤中的生物(包括植物、微生物和一些小动物)的生命活动,
把有效性养分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称为养分生物固定。生物吸收的方式有3个特点：
(1)选择性生物根据自身生物学特性及生命活动的需要，有选择地而不是完全机械被动地吸收养分，当然有些养分是通过被动吸收的。生物体的元素并不都是生物必需的，但大部分元素都是生物所必需的，这些被生物累积下来的养分，越来越适合生物体的需要。
(2)表聚性由植物根系和其他生物主要活动在土壤的表层，而根系又往往把下层的土壤养分集中到表层，长此以往，使表层土壤中养分的含量和种类都比下层更丰富更完全。一些深根性作物如豆类、棉花等作用更为明显。如磷在土壤剖面上的含量以表层最高，往下逐渐降低，这就是生物吸收作用对磷表聚的结果。
(3)创新性随着生物在土壤母质上的发展, 使土壤中增加了原来没有的营养元素, 这就是生物固氮作用, 使土壤的氮素从无到有, 从少到多, 土壤的肥沃性越来越高。另外，土壤生物的活动对土壤母质具有生物风化作用，可以加速土壤母质的矿化分解，丰富土壤中的营养元素, 故生物吸收对土壤和土壤肥力的形成和发展是很关键的。在土壤的形成因素中，生物因素是主导因素。在农业实践中，人们利用生物固定的原理去培肥土壤，如种
绿肥(可固氮)以肥田。被生物固定的养分虽然暂时失去了有效性，但随着生物的死亡和分解，又可释放出来供作物吸收利用；也可以避免养分随水流失和逸散，减轻化学吸收固定养分的作用。因此，在种植绿肥时施用磷肥, 既可促进固氮作用, 又可提高下茬作物所需磷的有效性。施用菌肥可以提高土壤的磷、钾等元素的有效性, 而使固定作用减轻。
8．2. 2. 5 物理化学吸收(附)
物理化学吸附是发生在土壤溶液和土壤胶体界面上的一种物理化学反应, 土壤胶体借助于极大的表面积和电性, 把土壤溶液中的离子吸附在胶体的表面上而保存下来, 避免这些水溶性的养分流失, 被吸附在胶体表面的养分离子并不失去其有效性, 还可被解吸下来供作物吸收利用，也可通过植物根系接触代换被吸收。物理化学吸附对土壤的理化性质及肥力的影响极大，也是本节的重点内容。
土壤的物理化学吸附主要是对阳离子的吸附。按物理化学的概念，溶质在溶液中呈不均一的分布状态，胶体表面吸附的离子浓度和溶液中的离子浓度不同，近胶体表面离子浓度高，远胶体表面离子浓度小，这种浓度差异现象服从最小自由能原理，称为物理化学吸附作用。在土壤学上通常用胶体的固液相界面由静电作用而产生的双电层到自由溶液中离子浓度分布的均匀性来解释这种吸附作用。
离子吸附的动力主要是静电引力，这是因为土壤胶体一般都带有大量的电荷，有正电荷也有负电荷，因此它可以吸附土壤溶液中符号相反的其他阴阳离子。
按照吸附的离子种类可分为阳离子吸附和阴离子吸附。
（1）阳离子吸附
通常情况下, 土壤胶体综合表现为带负电, 故在胶体上吸附的离子主要为阳离子。土壤中常见的吸附性阳离子有：Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe3+、Fe2+、Al3+和H+等。其中Al3+和H+称为致酸离子, 它们和土壤酸度有密切关系。除Al3+和H+离子以外的其他阳离子，它们都能和阴离子形成盐类，传统上称这些阳离子为盐基离子。它们大多是植物能迅速吸收同化的营养元素的一种形态。
不同地区的土壤，在阳离子组成上有很大的差异，而阳离子的组成对土壤的酸碱度、缓冲性和养分的有效性有很大的影响。当土壤胶体吸附的阳离子都属于盐基离子时，则土壤呈盐基饱和状态，这一土壤称为盐基饱和土壤。当土壤胶体所吸附的阳离子仅部分地为盐基离子，而其余一部分为H+和Al3+时, 则这一土壤胶体呈盐基不饱和状态, 称为盐基不饱和土
壤。各种土壤盐基饱和的程度是不同的，通常用盐基饱和度来表示。所谓盐基饱和度就是指
土壤胶体上交换性盐基离子占全部交换性阳离子的百分数，即
盐基饱和度％＝交换性盐基量(mmol/kg)/阳离子交换量(mmol/kg) 盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应, 而盐基不饱和的土壤则呈酸性反应。南方土壤中H+
和Al3+等致酸离子较多, 土壤的盐基饱和度小，而北方土壤的盐基饱和度大, Ca2+和Mg2+占
有较大的数量和比例；盐渍化土壤中, Na+和K+所占的比例较大, 而水稻土壤中, NH4+有时占
有较大的比例。土壤胶体上阳离子的组成和盐基饱和度，是土壤在自然条件下，长期平衡的
结果，随着土壤条件的变化，土壤所吸附的阳离子的组成也经常变化，如灌溉、施肥和作物
的吸收均可影响土壤胶体的阳离子组成。
土壤胶体所吸附的阳离子不仅保存了土壤中的速效养分，防止养分流失，同时，它们也
可以通过阳离子交换作用而进入土壤溶液，被作物吸收利用，土壤有效养分的绝大部分都是
以这种形态存在的，一般把这部分被土壤胶体吸附而又能交换下来的养分称为交换态养分，
它对当季作物养分的吸收利用具有决定性作用。如某种交换态养分少，那么土壤溶液中的这
种养分也不会多，这样就可能导致作物缺乏该种养分元素。
（2）阴离子吸附
土壤胶体一般带负电, 但某些胶体或胶体的局部也可带正电荷, 如溶液中pH值低于等
电点时,两性胶体——含水氧化铝、铁或腐植酸中的氨基(-NH2)就会带正电荷。这种胶体就
可以吸附阴离子，发生阴离子吸附作用。和土壤中阳离子吸附相比，阴离子的吸附作用则弱
得多，有些阴离子反而出现负吸附现象。
土壤中的阴离子种类很多，不同的阴离子和土壤胶体的亲和力不同，有的容易被土壤
吸附，有的不易被土壤吸附，有些离子既可被交换吸附，又可产生化学吸收，而且常发生化
学固定，因而其性质很难区分，如PO43-、SO42-、CO32-(特别是PO43-)。所以一般按照土壤对阴
离子吸附能力的大小和难易程度笼统的将其分为3类。
①易被土壤吸附的, 如PO43-、HPO42-、H2PO4-、SiO32-、HSiO3-和有机酸根离子如草酸根C2O2-4
等都属于此种情况。
②不易被吸附甚至发生负吸附的阴离子, 如Cl-、NO3-、NO2-等。
③介于二者之间的阴离子如，SO42-、CO32-等。
吸附顺序如下：
F->草酸离子>柠檬酸离子>H2PO4->HCO3->醋酸离子>PO43->SO42->Cl-阴离子的吸附，一方面受离子交换能力的影响，另一方面与土壤胶体类型和pH值有关。
一般而言，含高岭石、氧化铁和三水铝石的土壤容易带正电荷，对阴离子的吸附作用较明显，
而富含2∶1型粘粒矿物的土壤则不明显。
阴离子的负吸附，是指阴离子不但不被胶体表面吸附，而且使溶液中离子浓度增高，即
近胶体表面的浓度低于远胶体表面溶液中的浓度, 这种现象，称为阴离子的负吸附。这是由
于土壤胶体一般带负电荷，对阴离子产生排斥的结果。由于土壤胶体只带有部分的正电荷，
且常发生土壤胶体表面的化学固定，从而掩盖了负吸附现象，使一般土壤的负吸附现象并不
十分明显，负吸附的规律是随着土壤胶体数量和交换量的增加而增加，随着阴离子价数的增
加而增加，随陪伴阳离子的价数增加而减少。
因此，在农业上，根据阴离子吸附的特点，对于一些含阴离子养分的肥料或其他药剂，
在施用时应注意。如硝态氮肥要防止负吸附, 不应施后立即灌水或在下雨前大量施用, 含
Cl-的化肥要早施、深施、作基肥，以便其Cl-提早排出土体以减少Cl-的毒害, 含F-的药剂
应注意其吸附性强的特点, 以免影响其药效。
第8章液体吸附与离子交换 吸附与离子交换都是相间传质过程，物质传递方向是由液相到固相。 1 液体吸附 1.1 吸附作用和吸附剂 1.1.1 吸附作用 利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中的一个或几个组分，从而使流体混合物得以分离的单元操作。 分离的依据：各组分的吸附力不同。 吸附剂：具有吸附作用的物质； 吸附质：被吸附的组分。 固相具有吸附能力的根本原因是固体表面分子处在一个不平衡力场中，也既是表面力在起作用。 物理吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力仅为分子间引力的吸附； 化学吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力为化学键力的吸附。 物理吸附的特点： ①放热过程；②吸附无选择性；③吸附速度快，易达平衡；④可以是多分子层吸附； ⑤可逆过程，解吸容易。 化学吸附的特点： ①放热过程；②吸附有选择性；③吸附速度慢，不易达平衡；④单分子层吸附； ⑤解吸困难。 1．1．2 吸附剂及其性能 吸附剂的来源： ①天然矿产： 活性白土、漂白土、硅藻土、凹凸棒等； ②人工制品：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛、吸附树脂等。 食品工业中常用的吸附剂有： (1)活性炭 包括粉末活性炭和颗粒活性炭两种。 (2)活性白土 (3)硅胶 包括球形、无定形、粉末状及加工成型四种。 (4)膨润土 (5)分子筛 (6)吸附树脂 食品工业对吸附剂的要求主要有： ①吸附量大；②选择性好。 一些常用吸附剂的性能见表8-1。 1．2 吸附理论 1．2．1 吸附平衡 (1)单组分吸附吸附剂只选择性的吸附一个组分（溶质）。
可用等温吸附方程（弗氏方程）表示： n kC 1*=ω 式中：ω-吸附质在固相中的浓度，kg 吸附质/kg 吸附剂； C *-吸附质与固相浓度成平衡的液相质量浓度，kg 吸附质/m 3。 k ，n-与吸附剂（质）性质、温度有关的常数。一般n 在2～10之间易吸附，小于0.5时，吸附困难。 吸附浓度较低时，可用线性方程表示： * kC =ω 参见下图，活性炭对醋酸（水容液）和苯甲酸（苯溶液）的吸附： 从图中可以看出，吸附质不同，吸附平衡浓度不同；另外，浓度低时ω～C *基本为线性关系。 吸附平衡后，对吸附质作物料衡算，得： m C C V ) (*0-=ω 式中：m-吸附剂的质量，kg ； V-液相体积，m 3； C 0，C *-平衡前、后的溶液浓度，kg 吸附质/m 3。 (2)双组分吸附 既吸附溶质又吸附溶剂。 设 x-液体中溶质的体积分数； y-固体中溶质的体积分数。 则以x ～y 曲线表示的平衡关系如下图所示：
土壤中阳离子交换量测定综述 摘要; 土壤阳离子交换量是随着土壤在风化过程中形成，一些矿物和有机质被分解成极细小的颗粒。化学变化使得这些颗粒进一步缩小，肉眼便看不见。这些最细小的颗粒叫做“胶体”。每一胶体带净负电荷。电荷是在其形成过程中产生的。它能够吸引保持带正电的颗粒，就像磁铁不同的两极相互吸引一样。阳离子是带正电荷的养分离子，如钙（Ca)、镁（Mg)、钾（K)、钠（Na)、氢（H)和铵(NH4)。粘粒是土壤带负电荷的组份。这些带负电的颗粒（粘粒）吸引、保持并释放带正电的养分颗粒（阳离子）。有机质颗粒也带有负电荷，吸引带正电荷的阳离子。砂粒不起作用。阳离子交换量（CEC)是指土壤保持和交换阳离子的能力，也有人将它称之为土壤的保肥能力 关键词阳离子交换量：氯化钡 化钡一硫酸强迫交换法 正文. 2.1原理 氯化钡一硫酸强迫交换法f简称氯化钡法。下同1其原理是：土壤中存在的各种阳离子可被氯化钡(BaCl2)水溶液中的阳离子(Ba2+ )）等价交换。土壤B aCl2溶液处理。使之和Ba2+ 饱和，洗去剩余的B aC乜溶液后，再用强电解质硫酸溶液把交换到土壤中的Ba2+交换下来。由于生成了硫酸钡沉淀，而且氢离子的交换吸附能力很强，使交换反应基本趋于完全。这样通过测定交换反应前后硫酸含量的变化，可以讣算出消耗硫酸的量，从而计算出阳离子交换量。 1.2.2操作步骤 A、称取过2mm筛孔土样2g至100 ml离心管，向管中加入30 ml BaC l2（0.5m olL-1）溶液，用带橡皮头玻璃棒搅拌3～5min后，以3000r/m讪转速离心至下层土壤紧实为止。弃其上清液，再加30mlBaC L溶液，重复上述操作。 B、在离心管内加50 ml蒸馏水，用橡皮头玻璃棒搅拌3～5min后，离心沉降，弃其上清液。重复数次。直至无氯离子f用硝酸银溶液检验1。 C、移取25. 00 ml 0.1 moIL-1。1（浓度需标定1的硫酸溶液至离心管中，搅拌分散土壤，用振荡机振荡15min后。将离心管内溶液全部过滤入250m1锥形瓶中，用蒸馏水冲洗离心管及滤纸数次，直至无硫酸根离子f用氯化钡溶液检验在锥形瓶中，加1～2滴酚酞指示剂，再用0. 1molL-1 f浓度需标定）标准氢氧化钠溶液滴定，溶液转为红色并数分钟不褪色为终点。 D、在锥形瓶中, 加1~ 2滴酚酞指示剂, 再用0.11molL- 1 (浓度需标定) 标准氢氧化钠溶液滴定, 溶液转为红色并数分钟不褪色为终点 E、CEC值计算： [C (H2 SO4 ) x 50-NxB(NaOH)] x 100／ (Wo×K2) 式中：CEC -土壤阳离子交换量。cmokg-1； C-标准硫酸溶液浓度，moIL-1： B-滴定消耗标准氢氧化钠溶液体积，ml Wo-称取昀土样重，g N-标准氢氧化钠溶液的浓度，m 01L。1 K2 -水分换算系数。 2试剂及设备
土壤的阳离子交换性能是由土壤胶体表面性质所决定，由有机质的交换基与无机质的交换基所构成，前者主要是腐殖质酸，后者主要是粘土矿物。它们在土壤中互相结合着，形成了复杂的有机无机胶质复合体，所能吸收的阳离子总量包括交换性盐基(K+、Na+、Ca++、Mg++)和水解性酸，两者的总和即为阳离子交换量。其交换过程是土壤固相阳离子与溶液中阳离子起等量交换作用。 阳离子交换量的大小，可以作为评价土壤保水保肥能力的指标，是改良土壤和合理施肥的重要依据之一。 测量土壤阳离子交换量的方法有若干种，这里只介绍一种不仅适用于中性、酸性土壤，并且适用于石灰性土壤阳离子交换量测定的EDTA—铵盐快速法。 方法原理采用0.005mol/LEDTA与1mol/L的醋酸铵混合液作为交换剂，在适宜的pH条件下(酸性土壤pH7.0，石灰性土壤pH8.5)，这种交换络合剂可以与二价钙离子、镁离子和三价铁离子、铝离子进行交换，并在瞬间即形成为电离度极小而稳定性较大的络合物，不会破坏土壤胶体，加快了二价以上金属离子的交换速度。同时由于醋酸缓冲剂的存在，对于交换性氢和一价金属离子也能交换完全，形成铵质土，再用95%酒精洗去过剩的铵盐，用蒸馏法测定交换量。对于酸性土壤的交换液，同时可以用作为交换性盐基组成的待测液用。主要仪器架盘天平(500g)、定氮装置、开氏瓶(150ml)、电动离心机(转速3000—4000转/分)；离心管(100ml)；带橡头玻璃棒、电子天平(1/100)。 试剂(1)0.005mol/LEDTA与1mol/L醋酸铵混合液：称取化学纯醋酸铵77.09克及EDTA1.461克，加水溶解后一起冼入1000ml容量瓶中，再加蒸溜水至900ml左右，以1：1氢氧化铵和稀醋酸调至pH至7.0或pH8.5，然后再定容到刻度，即用同样方法分别配成两种不同酸度的混合液，备用。其中pH7.0的混合液用于中性和酸性土壤的提取，pH8.5的混合液仅适用于石灰性土壤的提取用。 (2)95%酒精。工业用，应无铵离子反应。 (3)2%硼酸溶液：称取20g硼酸，用热蒸馏水(60℃)溶解，冷却后稀释至1000ml，最后用稀盐酸或稀氢氧化钠调节pH至4.5(定氮混合指示剂显酒红色)。 (4)定氮混合指示剂：分别称取0.1克甲基红和0.5克溴甲酚绿指示剂，放于玛瑙研钵中，并用100ml95%酒精研磨溶解。此液应用稀盐酸或氢氧化钠调节pH至4.5。 (5)纳氏试剂(定性检查用)：称氢氧化钠134克溶于460ml蒸馏水中；称取碘化钾20克溶于50ml蒸馏水中，加碘化汞使溶液至饱和状态(大约32克左右)。然后将以上两种溶液混合即可。 (6)0.05mol/L盐酸标准溶液：取浓盐酸4.17ml,用水稀释至1000ml，用硼酸标准溶液标定。 (7)氧化镁(固体)：在高温电炉中经500—600℃灼烧半小时，使氧化镁中可能存在的碳酸镁转化为氧化镁，提高其利用率，同时防止蒸馏时大量气泡发生。 (8)液态或固态石蜡 操作步骤称取通过60目筛的风干土样1.××克(精确到0.01g)，有机质含量少的土样可称2—5克，将其小心放入100ml离心管中。沿管壁加入少量EDTA—醋酸铵混合液，用带橡皮头玻璃棒充分搅拌，使样品与交换剂混合，直到整个样品呈均匀的泥浆状态。再加交换剂使总体积达80ml左右，再搅拌1—2分钟，然后洗净带橡皮头的玻璃棒。 将离心管在粗天平上成对平衡，对称放入离心机中离心3—5分钟，转速3000转/分左右，弃去离心管中的清液。然后将载土的离心管管口向下用自来水冲洗外部，用不含铵离子的95%酒精如前搅拌样品，洗去过剩的铵盐，洗至无铵离子反应为止。 最后用自来水冲洗管外壁后，在管内放入少量自来水，用带橡皮头玻璃棒搅成糊状，并洗入150ml开氏瓶中，洗入体积控制在80—100ml 左右，其中加2ml液状石蜡(或取2克固体石蜡)、1克左右氧化镁。然后在定氮仪进行蒸馏，同时进行空白试验。 结果计算 阳离子交换量(cmol/kg土)＝M×(V-V0)/样品重 式中：V—滴定待测液所消耗盐酸毫升数。 V0—滴定空白所消耗盐酸毫升数。 M—盐酸的摩尔浓度 样品重—烘干土样质量。
1、是土壤养分的主要来源 有机质中含有作物生长所需的各种养分，可以直接或简接地为作物生长提供氮、磷、钾、钙、镁、硫和各种微量元素。特别是土壤中的氮，有95%以上氮素是以有机状态存在于土壤中的。因为土壤矿物质一般不含氮素，除施入的氮肥外，土壤氮素的主要来源就是有机质分解后提供的。土壤有机质分解所产生的二氧化碳，可以供给绿色植物进行光合作用的需要。此外，有机质也是土壤中磷、硫、钙、镁以及微量元素的重要来源。 2、促进作物的生长发育 有机质中的胡敏酸，可以增强植物呼吸，提高细胞膜的渗透性，增强对营养物质的吸收，同时有机质中的维生素和一些激素能促进植物的生长发育。 3、促进改善土壤性质，结构 有机质中的腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤有机胶体是形成水稳性团粒结构不可缺少的胶结物质，所以有助于黏性土形成良好的结构，从而改变了土壤孔隙状况和水、气比例，创造适宜的土壤松紧度。土壤有机质的黏性远远小于黏粒的黏性，只是黏粒的几分之一。一方面，它能降低黏性土壤的黏性，减少耕作阻力，提高耕作质量；另一方面它可以提高砂土的团聚性，改善其过分松散的状态。 4、提高土壤的保肥能力和缓冲性能 土壤有机质中的有机胶体，带有大量负电荷，具有强大的吸附能力，能吸附大量的阳离子和水分，其阳离子交换量和吸水率比黏粒要大几倍、甚至几十倍，所以它能提高土壤保肥蓄水的能力，同时也能提高土壤对酸碱的缓冲性。 5、促进土壤微生物的活动 土壤有机质供应土壤微生物所需的能量和养分，有利于微生物活动。 6、提高土壤温度 有机质颜色较暗，一般是棕色到黑褐色，吸热能力强，可以提高地温。可改善土壤热状况。 7、提高土壤养分性
实验五土壤的阳离子交换量 一．实验目的 通过测定表层和深层土的阳离子交换量，了解不同土阳离子交换量的差别。 二．实验原理 本实验采用的是快速法来测定阳离子交换量。土壤中存在的各种阳离子可被某些中性盐（BaCl2）水溶液中的阳离子（Ba2+）等价交换。由于在反应中存在交换平衡，交换反应实际上不能进行完全。当增大溶液中交换剂的浓度、增加交换次数时，可使交换反应趋于完全。交换离子的本性，土壤的物理状态等对交换反应的进行程度也有影响。 再用强电解质（硫酸溶液）把交换到土壤中的Ba2+交换下来，这由于生成了硫酸钡沉淀，而且氢离子的交换吸附能力很强，使交换反应基本趋于完全。这样通过测定交换反应前后硫酸含量的变化，可以计算出消耗硫酸的量，进而计算出阳离子交换量。 三．仪器试剂 1.离心机、离心管 2.锥形瓶：100 mL 3.量筒：50 mL 4.移液管：10 mL 、25 mL 5.碱式滴定管：25 mL 6.试管 7.0.1N 氢氧化钠标准溶液 8. 1N氯化钡溶液 9. 酚酞指示剂1% 10. 0.2 N硫酸溶液 11.土壤样品，风干后磨碎过200目筛 四．实验步骤 1．取 4个洗净烘干且重量相近的50mL离心管，贴好标签。在天平上分别称出其重量（W 克）（准确至0.005 g,以下同）。在其中2个各加入1 g左右表层风干土壤样品，其余2个加入1 g深层风干土壤样品，并做好相应标记。 2．向各管中加入20 mL氯化钡溶液，用玻棒搅拌4 min后，以3000r/min转速离心10min 至上层溶液澄清，下层土样紧实为止。倒尽上清液，然后再加20 mL氯化钡溶液，重复上述操作一次，离心完后保留管内土层。 3. 在各离心管内加20 mL蒸馏水，用玻棒搅拌1 min后，再离心一次，倒尽上层清液。称出离心管连同土样的重量（G克）. 4．移取25.00 mL 0.2 mol/L硫酸溶液至各离心管中，搅拌10 min后，放置20 min，离心沉降，将上清液分别倒入4个锥形瓶中。再从中分别移取10.00 mL上清液至另外4个100 mL 锥形瓶中。同时，分别移取10.00 mL 0.2 mol/L硫酸溶液至第五，六个锥形瓶中。在这6个锥形瓶中各加入10 mL蒸馏水和1滴指示剂。用标准氢氧化钠溶液滴定，溶液转为红色并
土壤阳离子交换性能的分析 1.1概述 土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+等。它们称为交换性阳离子。在交换中还可能有少量的金属微量元素和铁、铝。Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子。因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。 土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。 土壤交换性能是土壤胶体的属性。土壤胶体有无机胶体和有机胶体。土壤有机胶体腐殖质的阳离子交换量为200～400cmol·kg-1。无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1，这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。 阳离子交换量的测定受多种因素影响。例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba2+，亦有选用H+作为指示阳离子。各种离子的置换能力为Al3+> Ba2+>
实验题目：土壤的阳离子交换量 实验原理： 土壤是环境中污染物迁移转化的重要场所，土壤的吸附和离子交换能力又和土壤的组成、结构等有关，因此对土壤性能的测定，有助于了解土壤对污染物质的净化及对污染负荷的允许程度。 土壤中主要存在三种基本成分，一是无机物，二是有机物，三是微生物。在无机物中，粘土矿物是其主要部分。粘土矿物的晶格结构中存在许多层状的硅铝酸盐，其结构单元是硅氧四面体和铝氧八面体。四面体硅层中的Si4-常被Al3+离子部分取代；八面体铝氧层中的Al3+可部分地被Fe2+、Mg2+等离子取代，取代的结果便在晶格中产生负电荷。这些电荷分布在硅铝酸盐的层面上，并以静电引力吸附层间存在的阳离子，以保持电中性。这些阳离子主要是Ca、Mg、Al、Na、K、H等，它们往往被吸附于矿物胶体表面上，决定着粘土矿物的阳离子交换行为。 土壤中存在的这些阳离子可被某些中性盐水溶液中的阳离子交换。当溶液中交换剂浓度大、交换次数增加时，交换反应可趋于完全。同时，交换离子的本性，土壤的物理状态等对交换完全也有影响。若用过量的强电解质，如硫酸溶液，把交换到土壤中去的钡离子交换下来，这时由于生成了硫酸钡沉淀，且由于氧离子的交换吸附能力很强，交换基本完全。这样，通过测定交换反应前后硫酸含量变化，可算出消耗的酸量，进而算出阳离子交换量。这种交换量是土壤的阳离子交换总量，通常用每1000克干土中的厘摩尔数表示。 实验目的： 1．测定污灌区表层和深层土的阳离子交换总量。 2．了解污灌对阳离子交换量的影响。 仪器与试剂： 电动离心机离心管锥形瓶量筒移液管滴定管试管 1N氯化钡溶液酚酞指示剂1%（W/V）硫酸溶液0.2N 土壤实验过程： 1.0.1N氢氧化钠标准溶液的标定：称2克分析纯氢氧化钠，溶解
老师列的复习题归纳如下： 1、什么是土壤和土壤肥力？如何正确理解土壤肥力的概念？ 答： 土壤是指覆盖于地球表面，具有肥力特征的生长植物的疏松物质表层。 土壤肥力是土壤的基本属性和质的特征，是土壤从营养条件和环境条件方面，供应和协调植物生长的能力。 土壤肥力是在某种程度上能同时不断地供应与协调植物生长发育所需要的水分、养分、空气、热量的能力。 2、土壤的基本物质组成概况如何？ 答：由矿物质、有机质、土壤生物（土壤固相）、土壤水分（液相）和土壤空气（气相）三相5种物质组成的多相多孔分散体系。 3、试述岩石、母质、土壤三者的区别与联系。 答：联系： 1)成土的母岩及其矿物成分、结构、构造和风化特点都与土壤的理化性质等有直接关系。 2)土壤是在岩石风化形成的母质上发育而来的，土壤的许多性质与成土岩石、矿物和母质 类型有关。 3)裸露的岩石经风化作用而形成的疏松的、粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，是形成 4)土壤的母体，称为母质。 区别：母质有别于岩石，其颗粒小单位体积或单位重量的表面积（即比表面积）较大，颗粒间多孔隙，疏松，有一定的透水性，通气性及吸附性能。 4、不同土壤质地的土壤如何进行改良和利用？ 答：土壤质地改良方法： 1)掺沙掺粘，客土调剂 2)翻淤压沙或翻沙压淤 3)引洪漫淤或引洪漫沙 4)增施有机肥，改善土壤结构 5)种树种草，培肥改土 土壤质地的利用： 1)砂质土：通透性强；保蓄性弱；养分含量低；气多水少；温度高，土温变化快。砂质土 疏松，结持力小，易耕作，但耕作质量差。根据土类土壤的肥力特点，在作物种植上宜选种耐瘠、耐旱作物，生长期短、早熟作物，以及块根、块茎类作物和蔬菜。 2)黏质土：含砂粒少，黏粒多，毛管孔隙特别发达，大孔隙少，土壤透水通气性差，排水 不良，不耐涝。“发老不发小”，此类土壤宜施用腐熟的有机肥，化肥一次用量可比砂质土多，在苗期注意施用速效肥促早发。适宜种植粮食作物以及果、桑、茶等多年生的深根植物。 3)壤质土：由于含砂粒、黏粒比例较适宜，它的肥力特点兼有沙土类土壤和黏土类土壤的 优点。即通气透水性好；养分丰富；耕性表现良好。壤质土壤中水、肥、气、热以及植物扎根条件协调，适种范围较广，是农林业生产较为理想的质地类型。
第六章土壤胶体和土壤交换性能 主要学习目标：要求学生了解土壤胶体的晶格构造，掌握土壤胶体的性质。本章是今后学习肥料学的基础。因为土壤胶体的行为影响着土壤的发生发展、土壤的理化性质及土壤保肥供肥能力。 第一节土壤胶体 一、概念 土壤胶体是指颗粒直径小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。 目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。这是因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。没有截然划分的界限。 二、土壤中的胶体主要分为三类 1、土壤无机胶体：主要是矿物在化学风化过程中产生的次生矿物，包括氧化硅类、三氧化物类和层状铝硅酸盐等。有时将无机胶体称为粘土矿物。 粘土矿物的来源有以下几个途径：（1）由白云母、黑云母演变而来；（2）在一定条件下有矿物的分解产物合成形成；（3）由一种粘土矿物演变成另一种粘土矿物。 2、土壤中有机胶体主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的。 3、有机无机复合体是土壤腐殖质和粘土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复杂。 三、硅酸盐粘粒的晶格构造 1、粘土矿物的基本单位：有2个即硅氧片和铝氧片 （1）硅氧片：由硅氧四面体连接而成。 硅、氧两元素能组成一个单位的原因：一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可相互吸引。二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子的大小基本相似。但四面体的键价并不平衡（SiO44-），因此许多四面体可共用氧原子形成一层。此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合形成各类粘土矿物。 （2）铝氧片，又称铝氧八面体。 由六个氧原子围绕一个铝原子构成。六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似。许多铝八面体相互连接，形成铝氧片。铝氧片有两个层面的电价不平衡，可与氢原子连接形成水铝矿，或与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐。粘土矿物分为二层矿物和三层矿物； 四、粘土矿物负电荷的来源（本章的重点是土壤的电化学特性） 1、同晶取代：晶格构造中的中央离子被其他阳离子取代后会产生负电荷（被电荷比它低的取代）。 2、晶格断裂产生电荷。 3、胶体表面分子解离产生电荷。随pH变化改变而产生的电荷称可变电荷 五、几种主要土壤胶体 1、高岭石（kaolinite）是二层型（1：1）粘土矿物，是强烈化学风化条件下的产物（南方）（教材p178 8-3构造图）晶格较稳定，硅酸盐层之间由氢键连接，作用力很强，间隙小，水分子或其他离子很难进入层间。因此只有外表面，没有内表面，无胀缩性（陶器不会太大），比表面积较小，为30m2/g。高岭石带有的电荷一部分是晶格破裂产生的，另外晶格表面的—OH在土壤酸度变化时带有可变电荷，但高岭石的带电量较少； 2、伊利石属三层型（2：1）粘土矿物，主要分布在干旱半干旱地区。硅酸盐层间由钾
土壤、底泥、危废和固体废弃物阳离子量交换量和交换性盐 基的测定方法确认报告 1. 目的 通过标准酸溶液滴定来确定土壤、底泥、危废和固体废弃物阳离子量交换量和交换性盐基的检出限、精密度、准确度的分析，判断本实验室的检测方法是否合格。 2. 职责 2.1 检测人员负责按操作规程操作，确保测量过程正常进行，消除各种可能影 响试验结果的意外因素，掌握检出限、精密度、准确度的计算方法。 2.2 技术负责人负责审核检测结果和方法确认报告。 3.适用范围及方法标准依据 本标准规定了土壤阳离子交换量和交换盐基的测定原理、试剂、样品制备、分析步骤和结果表述。 本标准适用于中性土壤阳离子交换量和交换盐基的测定，也可用于胃酸性少含2：1型粘土矿物的土壤。 4. 方法原理 用1mol/L的乙酸铵溶液反复处理土壤，使土壤成为铵离子饱和土，过量的乙酸铵用95%乙醇洗去，然后加氧化镁，用定氮蒸馏的方法进行蒸馏。蒸馏出的氨用硼酸溶液吸收，以标准酸液滴定，根据铵离子的量计算土壤阳离子交换量。土壤交换性盐基是用土壤阳离子交换量测定时所得到的乙酸土壤浸提液，在选定工作条件的原子吸收分光光度计上直接测定；但所用钙、镁、钾、钠标准溶液应用乙酸铵溶液配制，以消除基体效应。用土壤浸出液测定钙、镁时，还应加入释放剂锶，以消除铝、磷和硅对钙、镁测定的干扰。 5. 仪器与试剂 5.1 仪器与设备： a)土壤筛： b)离心管： c)天平： d)电动离心机： e)原子吸收分光光度计： 5.2试剂 所有试剂除注明者外，均为分析纯，水均指去离子水。
5.2.1 1mol/L乙酸铵溶液：称取77.09g乙酸铵，用水溶解并稀释至近1L。必要时用1:1氨水或乙酸调节至PH7.0，然后定容至1L。 5.2.2 95%乙醇溶液 5.2.3 液体石蜡（化学纯） 5.2.4 氧化镁：将氧化镁放入镍蒸发皿内，在500~600℃马福炉中灼烧30min，冷却后贮藏在密闭的玻璃器皿中。 5.2.5 20g/L硼酸溶液：20g硼酸溶于1L无二氧化碳蒸馏水。 5.2.6 甲基红—溴甲酚绿混合指示剂：将0.066g甲基红和0.0990g溴甲酚绿置于玛瑙研钵中，加少量95%乙醇，研磨纸指示剂完全溶解为止，最后加95%乙醇至100ml。 5.2.7 0.5mol/L的盐酸标准溶液：吸取37%的浓盐酸20.9ml定容至500ml。 标定：按GB601中4.2得知盐酸标准溶液浓度为0.5mol/L时，称取0.95g高温下烘过的无水碳酸钠于50ml水中，用盐酸标准溶液标定，同时做空白试验； c= m×1000/（V1-V0）×M 式中： m—无水碳酸钠的质量的准确数值，g; V1—盐酸标准溶液消耗体积的数值，（ml）； V0—空白试验盐酸标准溶液体积的数值（ml）； M—无水碳酸钠的摩尔质量的数值—52.994； 5.2.8 0.025mol/L盐酸标准溶液：吸取250ml0.5mol/L的盐酸标准溶液（5.2.7），用水稀释定容至500ml。 5.2.8 pH缓冲溶液：67.5g氯化铵溶于无二氧化碳水中，加入新开瓶中浓氨水570ml，用水稀释至1L，贮存于塑料瓶中，并注意防止吸收空气中的二氧化碳。 5.2.9 K-B指示剂：0.5g酸性铬蓝K和1.0g萘酚率与100g一同研磨匀，越细越好，贮于棕色瓶中。 5.2.10 钠氏试剂：134g氢氧化钾溶于460ml水中，20g碘化钾溶于50ml水中加入约32g碘化汞，使溶液至饱和状态，然后将两溶液混合即成。 5.2.11 1000㎎/L钙标准贮备液：2.497g碳酸钙溶于1mol/L盐酸溶液中，煮沸赶去二氧化碳。用水吸入1L容量瓶中，定容，贮存于塑料瓶中备用。 5.2.12 钙镁标准混合工作液：分别吸取钙标准贮备液和镁标准贮备液0.25ml于50ml容量瓶中，用1mol/L乙酸铵溶液定容，此液含钙50㎎/L，含镁5㎎/L。 5.2.13 1000㎎/L钠标准贮备液：2.5421g氯化钠溶于水定容至1L。 5.2.14 1000㎎/L钾标准贮备液：1.9068g氯化钾溶于水定容至1L。 4.2.15 钾钠标准混合工作液：分别吸取钾标准贮备液和钠标准贮备液各2.5ml
第六章吸附与离子交换分离原理 第一节吸附 一、概念：指流体与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔表面并附着 1935年亚当斯、霍姆斯开始创制离子交换树脂，我国南开大学何炳林教授为鼻祖 例子：制备软水、各种抗生素（大孔网状树脂）的制备等 一、交换原理 应用合成的离子交换树脂作为载体，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到反应、分离、浓缩、提纯的目的。画示意图说明交换过程。 二、交换特点 树脂无毒性、能再生使用、基本不用溶剂，设备简单，操作方便。 三、用途 反应、产物分离提纯、脱色、转盐、去盐、制备软水等 四、离子交换树脂的组成 具有网状立体结构，含有高分子活性基团的高分子聚合物（不溶、稳定） 单元结构的组成：网络骨架（R）、功能活性基（-SO3，-N(CH)3-）、与活性带相反电荷的活性离子（可交换H+、OH-、Na+） 第二节离子交换树脂的分类及理化性能 一、分类（不同的分法有四种） 1．按树脂骨架（R）分：烯型（聚苯乙烯）、酸型（聚丙烯酸）、烷型（聚环氧氯丙烷）、胺型（环氧氯丙烯型多烯多胺型）、酚-醛型等 2．按树脂合成的方式：共聚（加成）型（聚苯乙烯）、缩聚型（酚-醛） 3．按骨架的物理结构 微孔（凝胶型）：2~4nm，分子链间距拉开，水干后闭合，孔为暂时性的。 大孔：100~1000nm，孔径大小不受外界条件影响，孔为永久性的。 等孔：树脂内部的孔道大小均匀，Frieded-Grafts反应生成二次甲基桥链 4．按活性基团 含酸性基团的阳离子交换树脂、含碱性基团的阴离子交换树脂 5．其他树脂 敖合树脂：含有敖合能力基团，对某些离子具有特殊选择力。 两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂，主要勇于苦咸水的淡化及废水处理。 二、活性基团分类的四种类型树脂 1．强酸基团的阳离子交换树脂 活性基：-SO3H、-CH2SO3H、-PO(OH)2、-PHO(OH)次磷酸基团 树脂特点：稳定、电离程度不受PH的影响，任何情况下可发生交换，交换快，再生剂用量较大3~5倍。 2．弱酸阳离子交换树脂
土壤阳离子交换量（Bacl 2 实验原理 本实验采用的是快速法来测定阳离子交换量。土壤中存在的各种阳离子可被某些中性盐 （B aCl2 ）水溶液中的阳离子（ Ba2+）等价交换。由于在反应中存在交换平衡，交换反应实 际上不能进行完全。当增大溶液中交换剂的浓度、增加交换次数时，可使交换反应趋于完全。交 换离子的本性，土壤的物理状态等对交换反应的进行程度也有影响。 再用强电解质（硫酸溶液）把交换到土壤中的 Ba2+ 交换下来，这由于生成了硫酸钡沉淀，而 且氢离子的交换吸附能力很强，使交换反应基本趋于完全。这样通过测定交换反应前后硫酸含量 的变化，可以计算出消耗硫酸的量，进而计算出阳离子交换量。用不同方法测得 的阳离子交换量的数值差异较大，在报告及结果应用时应注明方法。 1.仪器 （1）离心机：北京产 CD5 –A 型离心机 （2）离心管： 100 mL （3）锥形瓶： 100 mL （4）量筒： 50 mL （5）移液管： 10 mL 、 25 mL （6）碱式滴定管： 25 mL 2.试剂 （ 1）氯化钡溶液：称取60 g 氯化钡（ BaCl2 ·2H2O ）溶于水中，转移至500 mL 容量瓶中，用水定容。 （2） 0.1%酚酞指示剂（ W∕V）：称取 0.1 g 酚酞溶于 100 mL 醇中。 （3）硫酸溶液（ 0.1 mol/L ）：移取 5.36 mL 浓硫酸至 1000 mL 容量瓶中，用水稀释至刻 度。 （ 4）标准氢氧化钠溶液（≈ 0.1 mol/L）：称取 2 g氢氧化钠溶解于500 mL 煮沸后冷却的蒸馏水中。其浓度需要标定。 标定方法：各称取两份0.5000g 邻苯二甲酸氢钾（预先在烘箱中105 ℃烘干）于 250 mL 锥形瓶中，加100 mL 煮沸后冷却的蒸馏水溶解，再加 4 滴酚酞指示剂，用配制好的氢氧化 钠标准溶液滴定至淡红色。再用煮沸后冷却的蒸馏水做一个空白试验，并从滴定邻苯二甲酸氢钾 的氢氧化钠溶液的体积中扣除空白值。计算公式如下： 式中：W ——邻苯二甲酸氢钾的重量， V1 ——滴定邻苯二甲酸氢钾消耗的氢氧化钠体积，mL ； V0 ——滴定蒸馏水空白消耗的氢氧化钠体积，mL ； 204.23 ——邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量，g/mol 。
土壤阳离子交换量的测定 一、目的意义 阳离子交换量的大不，可以作为评价土壤保水保肥能力的指标，是改良土壤和合理施肥的重要依据之一，也是高产稳产农田肥力的重要指标。 二、方法原理 有醋酸铵法，EDTA—铵盐快速法，醋酸法-氯化铵法，同位素法，醋酸钙法等，本实验仅介绍目前国内外普遍应用的醋酸铵法。但此法在洗去多余盐溶液时，容易洗过头或洗不彻底，使结果偏低或偏高，故常用于例行分析。对研究工作则不太适宜，适用于中性和酸性土壤。EDTA—铵盐快速法适用于石灰法、中性和酸性土壤，此法除所用的交换剂为乙二铵四乙酸与醋酸铵的混合液而不同于醋酸铵法外。其余操作方法及计算均相同。醋酸铵-氯化铵法及醋酸钙法适用于石灰性土壤。 土壤吸收性复合体上的钾、钠、镁、铝、氢等阳离子，被提取液中的铵离子进行当量交换，使土壤成为NH4+饱和土，用95%酒精洗去多余的醋酸铵后，用定氮蒸馏的方法进行测氨，即可计算出土壤阳离子交换量。 三、操作步骤 称取通过0.25mm筛孔的风干土2g（精确到0.01g），（如还要测定盐基含量则称5g），放入100ml离心管中，沿管壁加入少量1NNH4Ac溶液，用皮头玻璃棒搅拌样品，使成为均匀的泥浆状，再加NH4Ac溶液使总体积达到约60ml，充分搅拌使土壤分散，然后用NH4Ac 溶液洗净皮头玻棒与管壁上粘附的土粒。 将离心管成对地在粗天平上平衡，对称地放入离心机中，离心3-5分钟（转速3000转/分），弃去管中清液。如此连续处理3-4次直到提取液中无钙离子反应为止。（如要测交换性盐基时则须收集清液）。 将载土的离心管口向下，用自来水冲洗外部，然后再用不含铵离子的95%酒精如前搅拌样品，以洗去过量的NH4Ac，洗至无铵离子反应为止。 用自来水冲洗管外壁后，在管内放入少量自来水，用皮头玻棒搅成糊状，并洗入250ml 开氏瓶中，洗入体积控制在80-100ml左右，加1ml液体石蜡及10ml12%MgO悬浊液，然后在定氮器上进行蒸馏（蒸馏方法见土壤全氮量的测定），最后用HCL标准溶液滴定。同时做空白实验。 四、结果计算 阳离子交换量(毫克当量/100g土)= 式中：V—滴定待测液所消耗HCL毫升数； V0—滴定空白所消耗HCL毫升数； N—HCL的当量浓度； 100—换算成每百克样品中的毫克当量数。 五、试剂与仪器 1NNH4Ac溶液：称取化学纯NH4Ac77.09加水溶解，定容至1升，取出50ml溶液，用溴百里酚兰作指示剂，以1∶1NH4OH或稀HAc调至绿色，即为pH7.0（也可在酸度计上调节）。根据50ml所用的NH4OH或HAc的升数，将溶液最后调至PH7.0。 95%酒精：工业用，必须无铵离子。
土壤阳离子交换量测定方法 一、测定目的 土壤的阳离子交换性能是由土壤胶体表面性质所决定，由有机质的交换基与无机质的交换基所构成，前者主要是腐殖质酸，后者主要是粘土矿物。它们在土壤中互相结合着，形成了复杂的有机无机胶质复合体，所能吸收的阳离子总量包括交换性盐基(K+、Na+、Ca++、Mg++)和水解性酸，两者的总和即为阳离子交换量。其交换过程是土壤固相阳离子与溶液中阳离子起等量交换作用。 阳离子交换量的大小，可以作为评价土壤保水保肥能力的指标，是改良土壤和合理施肥的重要依据之一。 二、方法原理 EDTA—铵盐快速法不仅适用于中性、酸性土壤，并且适用于石灰性土壤阳离子交换量测定的。 采用0.005mol/LEDTA与1mol/L的醋酸铵混合液作为交换剂，在适宜的pH条件下(酸性土壤pH7.0，石灰性土壤pH8.5)，这种交换络合剂可以与二价钙离子、镁离子和三价铁离子、铝离子进行交换，并在瞬间即形成为电离度极小而稳定性较大的络合物，不会破坏土壤胶体，加快了二价以上金属离子的交换速度。同时由于醋酸缓冲剂的存在，对于交换性氢和一价金属离子也能交换完全，形成铵质土，再用95%酒精洗去过剩的铵盐，用蒸馏法测定交换量。对于酸性土壤的交换液，同时可以用作为交换性盐基组成的待测液用。 三、仪器及设备 架盘天平(500g)、定氮装置、开氏瓶(150ml)、电动离心机(转速3000—4000转/分)；离心管(100ml)；带橡头玻璃棒、电子天平(1/100)。 四、试剂配制 (1)0.005mol/LEDTA与1mol/L醋酸铵混合液：称取化学纯醋酸铵77.09克及EDTA1.461克，加水溶解后一起冼入1000ml容量瓶中，再加蒸溜水至900ml左右，以1：1氢氧化铵和稀醋酸调至pH至7.0 或pH8.5，然后再定容到刻度，即用同样方法分别配成两种不同酸度的混合液，备用。其中pH7.0的混合液用于中性和酸性土壤的提取，pH8.5的混合液仅适用于石灰性土壤的提取用。 (2)95%酒精。工业用，应无铵离子反应。 (3)2%硼酸溶液：称取20g硼酸，用热蒸馏水(60℃)溶解，冷却后稀释至1000ml，最后用稀盐酸或稀氢氧化钠调节pH至4.5(定氮混合指示剂显酒红色)。
第六讲吸附与离子交换6学时 一、通过本章学习应掌握的问题 1、什么是吸附过程？ 2、吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？ 3、常用的吸附剂种类有哪些？ 4、什么是吸附等温线？其意义何在？ 5、影响吸附过程的因素有哪些？ 6、什么是亲和吸附？其特点有哪些？ 7、常用的吸附单元操作有哪些方式？ 8、什么是离子交换？ 9、离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？ 10、离子交换的机理是什么？ 11、什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？ 12、基本的离子交换操作是怎样的？ 13、如何利用离子交换法分离蛋白质？ 二、什么是吸附？（Adsorption） 1、吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 2、吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。 三、常见的吸附类型及其主要特点 1、物理吸附：吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。 2、化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。 四、常用吸附剂种类 吸附剂通常应具备以下特征：对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉。 1、活性炭：是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力针对不同的物质，活性炭的吸附规律遵循以下规律： （1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物
（2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物; （3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物; （4）pH 值的影响 碱性 中性吸附 酸性洗脱; 酸性 中性吸附 碱性洗脱; （5）温度 未平衡前 随温度升高而增加; 2、大孔网状吸附剂 特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。 但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。 大孔网状吸附树脂的种类： （1）非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。 （2）中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。 （3）极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。 吸附机理： 非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。通常遵循以下规律： （1）非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质； （2）极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质； （3）中等极性吸附剂兼有以上两种能力 四、吸附等温线 概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。 Langmuir 吸附等温线 qo 和K 是经验常数，c 代表溶液中溶质浓度 蛋白质分离提纯时适合此吸附方程 五、影响吸附的主要因素 1、吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性… c K c q q +=
土壤阳离子交换量测定方法概述 环境科学143 郑富斌2014013624 1.土壤阳离子交换量测定的意义 1.1土壤是环境中污染物迁移、转换的重要场所，土壤胶体以其巨 大的比表面积和带点性，而使土壤具有吸附性。土壤的吸附性和离子交换性能又使它成为重金属类污染物的主要归属。土壤阳离子交换性能对于研究污染物的坏境行为有重大意义，它能调节土壤溶液的浓度，保证土壤溶液成分的多样性，因而保证了土壤溶液的“生理平衡”，同时还可以保持养分免于被雨水淋失。 1.2阳离子交换量是指土壤溶液能吸附的各种阳离子的总量。阳离 子交换量的大小，可以作为评价土壤保肥能力的指标。土壤阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的指标。 2 土壤阳离子交换量的测定方法 2．1土壤阳离子的测定受多种因素影响，如交换剂的性质、盐溶液的浓度和PH、淋洗方法等。联合国粮农组织规定用于土壤分类的土壤分析中使用经典的中性乙酸铵法或乙酸钠法。NaOAc法是目前国内广泛应用于石灰性土壤和盐碱土壤交换量测定的常规方法。随着土壤分析化学的发展，现在已有了测定土壤有效阳离子交换量的方法。如美国农业部规定用求和法测定阳离子交换量；对于可变电荷为主的热
带和亚热带地区高度风化的土壤，国际热带农业研究所建议测定用求和法土壤有效阳离子交换量（ECEC）；最近国际上又提出测定土壤有效阳离子交换量和潜在阳离子交换量的国际标准方法，如ISO 11260：1994（E）和ISO 13536：1995（P），这两种国际标准方法适合于各种土壤类型。 2.2中性乙酸铵法是我国土壤和农化实验室所采用的常规分析方法，适于酸性和中性土壤。其方法是用中性乙酸铵溶液反复处理土壤，使土壤成为铵饱和的土，再用95%乙醇洗去多余的乙酸铵后，用水将土样洗入凯氏瓶中，加固体氧化镁蒸馏，蒸馏出的氨用硼酸溶液吸收，然后用盐酸标准溶液滴定，根据铵的量计算土壤阳离子交换量。最近的土壤化学研究表明，对于热带和亚热带的酸性、微酸性土壤，常规方法由于浸提液pH值和离子强度太高，与实际情况相差较大，所得结果较实际情况偏高很多。 2.3氯化钡-硫酸强迫交换法。将土壤用BaCl2 饱和，然后用相当于土壤溶液中离子强度那样浓度的BaCl2溶液平衡土壤，继而用硫酸溶液交换钡离子，生成硫酸钡沉淀。通过测定交换反应前后的硫酸含量的变化，可以计算出硫酸消耗量，进而计算出阳离子交换量。 3土壤阳离子交换量的测定，有许多的方法：中性乙酸铵法、乙酸钠法、氯化钡-硫酸强迫交换法甚至是同位素示踪法等等。每个方法都有它的优点所在，选择适合当前条件的方法进行合理的实验。而在实验室中我们采用的是氯化钡-硫酸强迫交换法。这个方法原理操作简单，虽然有些误差，但是我们可以用严谨实验操作避免一些不必要的
土壤阳离子交换量（Bacl2 实验原理 本实验采用的是快速法来测定阳离子交换量。土壤中存在的各种阳离子可被某些中性盐（BaCl2）水溶液中的阳离子（Ba2+）等价交换。由于在反应中存在交换平衡，交换反应实际上不能进行完全。当增大溶液中交换剂的浓度、增加交换次数时，可使交换反应趋于完全。交换离子的本性，土壤的物理状态等对交换反应的进行程度也有影响。 再用强电解质（硫酸溶液）把交换到土壤中的Ba2+交换下来，这由于生成了硫酸钡沉淀，而且氢离子的交换吸附能力很强，使交换反应基本趋于完全。这样通过测定交换反应前后硫酸含量的变化，可以计算出消耗硫酸的量，进而计算出阳离子交换量。用不同方法测得的阳离子交换量的数值差异较大，在报告及结果应用时应注明方法。 1. 仪器 （1）离心机：北京产CD5–A型离心机 （2）离心管：100 mL （3）锥形瓶：100 mL （4）量筒：50 mL （5）移液管：10 mL 、25 mL （6）碱式滴定管：25 mL 2. 试剂 （1）氯化钡溶液：称取60 g氯化钡（BaCl2·2H2O）溶于水中，转移至500 mL容量瓶中，用水定容。 （2）0.1%酚酞指示剂（W∕V）：称取0.1 g酚酞溶于100 mL醇中。 （3）硫酸溶液（0.1 mol/L）：移取5.36 mL浓硫酸至1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度。 （4）标准氢氧化钠溶液（≈0.1 mol/L）：称取2 g氢氧化钠溶解于500 mL煮沸后冷却的蒸馏水中。其浓度需要标定。 标定方法：各称取两份0.5000g邻苯二甲酸氢钾（预先在烘箱中105 ℃烘干）于250 mL 锥形瓶中，加100 mL煮沸后冷却的蒸馏水溶解，再加4滴酚酞指示剂，用配制好的氢氧化钠标准溶液滴定至淡红色。再用煮沸后冷却的蒸馏水做一个空白试验，并从滴定邻苯二甲酸氢钾的氢氧化钠溶液的体积中扣除空白值。计算公式如下： 式中：W ——邻苯二甲酸氢钾的重量， V1 ——滴定邻苯二甲酸氢钾消耗的氢氧化钠体积，mL； V0 ——滴定蒸馏水空白消耗的氢氧化钠体积，mL； 204.23 ——邻苯二甲酸氢钾的摩尔质量，g/mol。