土壤胶体与土壤交换性能

全文电子教材土壤与土壤资源学（上篇：土壤学）林学专业第七章土壤胶体和土壤交换性第一节土壤胶体一、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。

土壤胶体的成分比较复杂，按化学成分和来源，可分无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体三类。

土壤胶体的一系列性质的表现都是由于具有巨大的比表面和带有电荷的原因。

二、几种主要的胶体类型（一）土壤无机胶体土壤无机胶体存在于极微细的土壤粘粒部分。

包括成分较简单的次生含水氧化铁、含水氧化铝、含水氧化硅等，以及成分较复杂的结晶层状次生铝硅酸盐类（即粘土矿物）。

1、含水氧化硅胶体其分子式为SiO2•H2O或H2SiO3。

在一般情况下，含水氧化硅的外层分子发生解离，解离出H+，而把HSiO3-或SiO32-留在胶核表面，组成决定电位离子层，使胶粒带负电。

土壤反应越偏碱性，硅酸的解离度也越大，所带的负电荷也越多。

2 、含水氧化铁、铝胶体此类胶体包括褐铁矿（2Fe2O3•3H2O）、水赤铁矿（3Fe2O3•H2O）、针铁矿（Fe2O3•H20）、水铝矿（Al2O3•H2O）、三水铝矿（Al2O3•3H2O）等晶质矿物和氢氧化铁[Fe(OH)3]、氢氧化铝[Al(OH)3]等非晶质矿物。

这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为两性胶体，其电荷随土壤溶液酸碱反应的变化而变化。

当环境反应在它的等电点的酸性方面时，它带正电；反应在等电点的碱性方面时，它带负电。

纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1，氢氧化铝等电点为pH8.1。

所以它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。

但土壤中氢氧化铁、氢氧化铝胶体都覆被有机胶体。

因此，测定这些胶体的等电点时，其pH值都大大低于纯净氢氧化铁、铝的等电点。

未经去除腐殖质的砖红壤胶体的等电点大约在pH4~5之间。

铁铝氧化物常以胶膜状态包被土壤颗粒，使其成为稳定性很强的土壤结构。

土壤胶体的名词解释土壤是地球表面上由岩石风化而形成的一种复杂的自然体系，由固体、液体和气体组成。

其中固体部分包括矿物质、有机质和水分，而土壤胶体则是土壤中矿物质和有机质的重要组成部分。

1. 土壤胶体的定义和特征土壤胶体指的是在土壤中具有胶体状态的微小颗粒，其大小一般在1纳米到0.1微米之间。

土壤胶体具有以下几个特征：1.1 小颗粒大小：土壤胶体颗粒的尺寸非常小，这使得它们具有显著的比表面积，从而增加了与其他物质的接触面积，有利于物质的吸附和交换。

1.2 动力稳定性：土壤胶体颗粒在水和土壤溶液中具有很强的稳定性，不易沉淀，这是由于胶体粒子的电荷特性所致。

1.3 微观孔隙率：由于土壤胶体颗粒的小尺寸和颗粒间的紧密排列，土壤胶体能够形成微观孔隙，这些孔隙能够储存水分和提供生物活性空间。

2. 土壤胶体的组成土壤胶体主要由矿物质和有机质两部分组成。

2.1 矿物质：土壤中的矿物质主要来自于岩石的风化作用。

常见的土壤矿物质包括黏土矿物、氧化物、腐殖质等。

其中，黏土矿物是土壤胶体的主要组成部分，其结构特点决定了土壤胶体的吸附和交换能力。

2.2 有机质：有机质是土壤中的一种重要成分，主要由植物和动物残体的分解产物组成。

有机质中富含碳、氢、氧等元素，它能够增加土壤的保水性和肥力，并对土壤胶体的形成和稳定起到重要作用。

3. 土壤胶体的作用土壤胶体在土壤形成和肥力调控中发挥着重要的作用。

3.1 吸附和交换：土壤胶体具有很强的吸附和交换能力，能够吸附和保持营养物质、水分、有机物质和微生物等。

这一特性使土壤胶体能够提供植物生长所需的养分和水分，并调控土壤环境的稳定性。

3.2 保水性和通气性：由于土壤胶体的微观孔隙结构，其能够储存并释放水分，保持土壤水分平衡。

此外，土壤胶体还能够提供氧气和二氧化碳等气体的通道，维持土壤的通气性。

3.3 影响土壤质地和结构：土壤胶体的含量和性质对土壤的质地和结构具有重要影响。

胶体颗粒的聚集和胶体团粒的形成会改变土壤的结构和透水性，进而影响土壤的肥力和生物多样性。

土壤的组成和性质一、土壤的组成土壤是环境中特有的组成部分，是位于陆地表面呈连续分布，具有肥力并能生长植物的疏松层，它是一个复杂的体系。

它的组成包括固相（矿物质、有机质）、液相（土壤水分或溶液）和气相（土壤空气）等三相物质四种成分有机地组合在一起构成的一种特殊物质。

按容积计，在较理想的土壤中，矿物质约占38—45%，有机质约占5—12%，土壤孔隙约占50%，土壤水分和空气存在于土壤孔隙内，三相之间亦经常变动而相互消长。

按重量计，矿物质可占固相部分的90—95%以上，有机质约占1—10%左右。

（一）土壤矿物质土壤矿物质来源于地壳岩石（母岩）和母质，它对土壤的性质、结构和功能影响很大。

土壤中的矿物质由岩石风化和成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒（或土粒）组成的。

自然界的土壤都是由很多大小不同的土粒，按不同的比例组合而成，各粒级在土壤中所占的相对比例或重量百分数称为土壤的机械组成，也叫土壤质地。

（二）土壤有机质进入土壤中的有机物质包括植物、动物及微生物等死亡残体，经分解转化逐渐形成有机质，即腐殖质，土壤腐殖质是土壤有机质的主要部分，约占有机质总量的50—65%。

腐殖质不是单一分子的有机质，而是在组成、结构和性质上具有共同特征，又有差异的一系列高分子有机化合物，腐殖质在土壤中可以呈腐殖酸或腐殖酸盐类存在，亦可以铁、铝的凝胶状态存在，也可与粘粒紧密结合，以有机-无机复合体等形态存在。

这些存在形态对土壤一系列的物理化学性质有很大影响，对土壤肥力有重大作用。

土壤有机质的化学组成包括：糖类（碳水化合物）、木质素、有机氮、脂肪、蜡质、单宁、木栓质、角质、有机磷及灰分等。

土壤中的有机质组成二、土壤的物理化学性质一）土壤的物理性质土壤结构：一般把土壤颗粒（包括单独颗粒、复粒和团聚体）的空间排列方式及其稳定程度，孔隙的分布和结合的状况称为土壤的结构。

土壤中的Ca2+、Fe3+等多价阳离子及有机质，腐殖质都有胶结剂的作用，参与土壤颗粒的团聚。

土壤胶体表面类型
土壤胶体表面类型通常可以分为以下几类：
1. 硬质表面：硬质表面土壤胶体中的交换性离子与土壤颗粒表面结合较紧密，很难被替换出来。

这种类型的土壤胶体表面通常具有较高的吸附能力和更大的离子交换容量。

2. 软质表面：软质表面土壤胶体中的交换性离子与土壤颗粒表面结合较松散，容易被替换出来。

这种类型的土壤胶体表面通常具有较低的吸附能力和较小的离子交换容量。

3. Fe和Al氧化物表面：这种类型的土壤胶体表面主要由氧化
铁和氧化铝等物质组成，具有良好的吸附能力和离子交换容量。

这些氧化物表面通常具有较高的电荷密度，能够吸附和固定有机物质、磷酸盐等。

4. 有机质表面：有机质是土壤胶体中重要的组成部分，其表面通常具有较高的电荷密度和丰富的功能基团，能够吸附和固定许多物质，如营养元素、重金属等。

总之，土壤胶体表面类型的不同决定了其吸附能力、离子交换容量以及对不同物质的亲和力和固持能力。

这些特性对土壤的肥力、养分循环和环境污染等方面具有重要影响。

土壤胶体保肥作用的原理
土壤胶体对于保肥作用有着重要的影响。

土壤胶体是指土壤中粒径小于0.002毫米的颗粒，由于其特殊的表面性质，具有吸附、交换和固定养分的作用，从而对土壤肥力和植物生长发挥着重要的作用。

土壤胶体的保肥作用主要有以下两个方面：
1. 土壤胶体对养分的吸附和固定作用
由于土壤胶体颗粒的表面积很大，因此具有很强的吸附和固定能力。

它可以吸附并固定土壤中的养分，如氮、磷、钾、钙、镁等，防止它们被水分冲刷或淋失。

这样，土壤中的养分就能够被有效地保留下来，供植物生长所需。

2. 土壤胶体对养分的交换作用
土壤胶体还具有养分的交换作用。

在土壤中，养分通常以阳离子或阴离子的形式存在，而土壤胶体表面带有负电荷，可以与阳离子发生交换，从而释放出植物所需的养分，如钾、钙、镁等。

这样，植物就能够更加充分地利用土壤中的养分，促进其生长发育。

综上所述，土壤胶体对于保肥作用的原理在于其具有较强的吸附和固定能力以及养分的交换作用，能够有效地保留和释放土壤中的养分，从而促进植物的生长发
育。

土壤胶体.第二册,土壤胶体研究法1、土壤胶体的特性土壤胶体是指土壤中的有机和无机颗粒之间的粘结物，它具有高度粘性和可塑性，可以形成一个稳定的结构，从而影响土壤的物理、化学和生物性质。

土壤胶体可以吸附水分，保持土壤的湿润状态，并可以吸附有机物和无机物，从而影响土壤的肥力和生物活性。

土壤胶体的结构可以分为粒间胶体、粒内胶体和粒内外胶体三种。

粒间胶体是指粒间的粘结物，它们可以形成一个稳定的结构，从而影响土壤的物理性质。

粒内胶体是指粒内的粘结物，它们可以影响土壤的化学和生物性质。

粒内外胶体是指粒内外的粘结物，它们可以影响土壤的物理、化学和生物性质。

2、土壤胶体的结构土壤胶体是由一系列结构复杂的颗粒组成的，它们可以被分为三类：细颗粒、粗颗粒和有机颗粒。

细颗粒由石英、铁氧化物、硅酸盐和其他矿物质组成，粗颗粒则是由粒径大于2μm的矿物质组成，有机颗粒则是由有机物质组成，如木炭、木质素、植物碎屑等。

土壤胶体的结构还可以由比表面积、比容量、比比重等参数来表征。

土壤胶体的形成机制主要是由三种因素共同作用的结果：一是土壤中的离子交换，二是土壤中的有机质，三是土壤中的结构空间。

离子交换是指土壤中的离子，如钾、钙、镁等，在土壤中相互交换，从而形成胶体结构。

有机质是指土壤中的有机物质，如有机酸、有机酯等，它们可以与离子结合，形成胶体结构。

结构空间是指土壤中的空间结构，这种空间结构可以把离子和有机物质放在一起，形成胶体结构。

4、土壤胶体的分类土壤胶体可以根据其结构、粒径、组成和结合力等特征进行分类。

根据结构，可将土壤胶体分为紧密胶体和松散胶体；根据粒径，可将土壤胶体分为粗胶体和细胶体；根据组成，可将土壤胶体分为有机胶体和无机胶体；根据结合力，可将土壤胶体分为弱结合胶体和强结合胶体。

土壤胶体的研究法包括：1、悬浮液浊度测定法：测定土壤胶体悬浮液的浊度，可以推断出土壤胶体的含量。

2、滤液比重测定法：测定土壤胶体滤液的比重，可以推断出土壤胶体的粒径分布。

土壤胶体的性质离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。

一、土壤阳离子交换吸附作用的概念1.土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。

2.当土壤溶液中阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。

二、土壤阳离子交换吸附作用的特点1.可逆反应：在自然状况下，很难把土壤胶体上某一阳离子完全彻底地代换到溶液中去。

同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。

在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca2+，其次有Mg2+、K+、Na+等。

2.等量交换：以等量电荷关系进行，如一个Ca2+可交换两个Na+；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。

3.速度受交换点位置和温度的影响：①位置：如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。

高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。

（高岭石〉蒙脱石〉水云母）。

②温度：高温可加快离子交换反应的速率，因为温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多。

三、影响阳离子交换作用的因素1.阳离子的交换能力：（指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换下来的能力。

）主要决定于阳离子被胶粒吸附的力量（或称阳离子与胶体的结合强度），它实质上是阳离子与胶体之间的静电能。

a.离子电荷价：M3+>M2+>M+（M表示阳离子）b.离子的半径及水化程度：同价离子，离子半径大水化半径小，交换能力越强。

土壤胶体与土壤吸收性能汇总土壤胶体是土壤中具有胶体性质的粒子，主要包括胶粒、胶体有机质和胶状饱和土壤。

它们对土壤的吸收性能有着重要的影响。

首先，胶粒是土壤胶体的主要成分之一、它们主要由硅酸铝酸盐以及铁、锰等负电荷离子组成。

胶粒的主要特点是颗粒细小，负电荷多。

这使得土壤胶粒具有较大的比表面积和良好的吸附能力。

胶粒表面的负电荷可以吸附阳离子，例如钙、镁、铵等阳离子，从而提高土壤的持水和保肥性能。

此外，胶粒间还存在着微量孔隙，可以容纳水分和养分，保持土壤的适度湿润状态。

其次，胶体有机质是土壤胶体的另一个重要成分。

胶体有机质主要来自于植物和动物的残体和分解产物，具有较高的胶体性质。

胶体有机质主要通过离子交换和表面吸附的方式，富集养分，并为微生物提供生长和繁殖的场所。

另外，胶体有机质具有特殊的孔隙结构，可以增加土壤的保水性能，提高土壤的持水能力。

最后，胶状饱和土壤也是土壤胶体的重要组成部分。

胶状饱和土壤主要由胶土和水分组成。

胶土是指一种由细颗粒纳米状矿物质和吸附水分组成的胶状物质。

胶状饱和土壤具有较高的水分吸附能力和黏性，可以有效保持土壤湿润状态，并增加土壤的保湿性能。

此外，胶状饱和土壤还能提高土壤的透气性和抗坍塌性，有利于根系的生长和通气。

综上所述，土壤胶体对土壤的吸收性能有着重要的影响。

胶粒和胶体有机质具有较大的比表面积和良好的吸附能力，可以吸附养分和保持水分。

胶状饱和土壤能够增加土壤的保水性能和保湿能力。

因此，在土壤管理中，应充分利用土壤胶体的吸附能力和保湿性能，以提高土壤的肥力和水分利用效率。