第八章 土壤胶体化学和表面反应

第八章胶体化学( 粘土——水系统)教学要求：1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。

明确憎液溶胶的主要特征。

2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。

3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。

4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。

5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。

6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。

7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。

8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。

教学重点难点：1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。

2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。

明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。

胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性（1）负电荷：①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。

蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。

（2）两性电荷①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。

②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。

2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。

（1）吸附：介质中的阳离子。

H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。

离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。

其顺序 H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4（2）离子交换：由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。

全文电子教材土壤与土壤资源学（上篇：土壤学）林学专业第八章土壤酸碱性和氧化还原过程第一节土壤酸碱性一、土壤酸度类型及来源1、活性酸由土壤溶液中游离的H+引起的，常用pH值表示，即溶液中氢离子浓度的负对数。

土壤中的水分含有各种可溶的有机、无机成分，有离子态、分子态，还有胶体态的，因此土壤中的水实际上是一种极为稀薄的溶液。

盐碱土中土壤溶液的浓度比较高。

土壤酸碱性主要根据活性酸划分：pH在6.6~7.4之间为中性。

我国土壤pH一般在4-9之间，在地理分布上由南向北pH逐渐减小，大致以长江为界。

长江以南的土壤为酸性和强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性，少数为强碱性。

2、潜性酸土壤胶体上吸附的氢离子或铝离子，进入溶液后才会显示出酸性，称之为潜性酸，常用1000克烘干土中氢离子的厘摩尔数表示潜性酸可分为两类：（1）代换性酸：用过量中性盐（氯化钾、氯化钙等）溶液，与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面的氢离子或铝离子被侵提剂的阳离子所交换，使溶液的酸性增加。

测定溶液中氢离子的浓度即得交换性酸的数量。

（2）水解性酸：用过量强碱弱酸盐（CH3COONa）浸提土壤，胶体上的氢离子或铝离子释放到溶液中所表现出来的酸性。

CH3COONa水解产生NaOH，pH值可达8.5，Na+可以把绝大部分的代换性的氢离子和铝离子代换下来，从而形成醋酸，滴定溶液中醋酸的总量即得水解性酸度。

要改变土壤的酸性程度，就必须中和溶液中和胶体上的全部交换性氢离子和铝离子。

在酸性土壤改良时，可根据水解性酸来计算所要施用的石灰的量。

3、土壤酸的来源（1）土壤中H+的来源由 CO2引起（土壤空气、有机质分解、植物根系和微生物呼吸）；土壤有机体的分解产生有机酸；硫化细菌和硝化细菌还可产生硫酸和硝酸；生理酸性肥料（硫酸铵、硫酸钾等）的施用。

（2）气候对土壤酸化的影响在多雨潮湿地带，盐基离子被淋失，溶液中的氢离子进入胶体取代盐基离子，导致氢离子积累在土壤胶体上。

林业基础知识综合（土壤学部分）考试大纲一、考试性质土壤作为水土流失的主要对象，其土壤组成、理化性质、剖面特性、地域差异及分布格局等均对土壤侵蚀产生不同程度的影响。

全面了解土壤及其地面组成物质的特性并深入认识水土流失规律，对揭示土壤侵蚀机理和设计实施有效的水土保持措施具有重要意义。

本课程考试是为招收林学一级学科生态工程方向专业型硕士研究生而设置的具有选拔功能的水平考试，其主要目的是测试考生对土壤学基本概念、重要机制和理论体系等内容的掌握程度和应用相关知识解决问题的能力。

本课程与植物学共同构成林业基础知识综合（150分）的考试科目，卷面分值各为75分。

为帮助考生明确本考试科目的考试复习范围和有关要求，特制定本考试大纲。

二、考试的基本要求要求考生全面系统地掌握土壤学的基本概念、理论与方法，熟悉本专业研究对象的基础属性，具有运用本课程基础理论、技术和方法分析土壤侵蚀机理、设计水土保持综合措施和有效防治水土流失的能力。

三、考试方法和考试时间考试采用闭卷笔试形式。

卷面满分为50分，考试时间为3个小时。

四、考试内容和考试要求绪论土壤的概念；土壤的基本组成；土壤与土体、土地概念的关系与区别；土壤在农业生产和生态系统中的重要性；土壤科学发展趋势。

第1章土壤矿物质土壤矿物质的概念；矿物质颗粒分级及其属性；土壤颗粒组成和质地分类体系；土壤质地和肥力的关系及其调控途径。

第2章土壤有机质土壤有机质的来源、组成及其特点；土壤有机物质的性质；土壤有机质对土壤肥力的影响作用。

第3章土壤生物土壤生物多样性；影响土壤微生物活性的因素；土壤微生物的空间分布特征（水平分布、剖面分布、共生等）。

第4章土壤质地和结构土壤三相组成（密度、容重、空袭度）；土粒种类与粒级；土壤机械组成、质地及分类制；不同土壤的肥力特点和利用改良途径；土壤结构及分类；团粒结构及其在土壤肥力上的意义。

第5章土壤水土壤水的类型（吸附水、毛管水、重力水）、相互联系及土壤水有效性；土壤水的能态；土壤水的运动（饱和流、非饱和流、水汽运动）；土壤水的再分布（渗透、蒸发）。

土壤学复习重点第一章绪论1、土壤的物质组成 : 土壤由矿物质、有机质 ( 土壤固相 ) 、土壤水分 ( 土壤液相 ) 、和土壤空气 ( 土壤气相 ) 三相四类物质组成。

2、土壤肥力 : 指土壤在某种程度上能同时不断地供给和调节植物正常生长发育所需要的水分、养分、空气、热量的能力。

3、土壤生产力 : 土壤生长植物并提供产品的能力, 由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定。

4、成土因素 : 气候、生物、地形、母质和时间。

第二章土壤的矿物组成1、矿物 : 矿物是天然产生与地壳中具有一定化学组成、物理性质和内在结构的化合物或单质。

土壤矿物按矿物来源, 可分为原生矿物和次生矿物; 按矿物的结晶状态 , 可分为结晶质和非晶质。

2、岩石 : 岩石是指由一种或数种矿物组成的自然集合体。

3、风化作用 : 风化作用是指地壳最表层的岩石在空气、水、温度和生物活动的影响下 , 发生机械破碎和化学变化的过程。

包括物理风化、化学风化、生物风化三种类型。

4、物理风化 : 指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。

特点: 只能引起岩石形状大小的改变 , 而不改变其矿物组成和化学成分。

5、化学风化 : 指岩石在化学因素作用下, 其组成矿物的化学成分发生分解和改变 , 直至形成在地表环境中稳定的新矿物。

特点: 不仅使已破碎的岩石进一步变细,更重要的是岩石发生矿物组成和化学成分的改变, 产生新的物质。

6、生物风化 : 指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用。

7、构成层状硅酸盐粘土矿物的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。

8、同晶替代 : 是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子替代而晶格构造保持不变的现象。

9、高岭组 :1:1型粘土矿物,晶层由一层硅片和一层铝片重叠而成。

两个晶层的层面间产生了键能很强的氢键 , 不易膨胀。

基层内没有或极少同晶替代现象 , 其电荷数量少。

颗粒较粗、总表面积相对较小 , 可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都较弱。

《土壤学》作业及复习题绪论一、名词解释：–土壤圈–土壤–土壤肥力–土壤生产力–土壤肥力的生态相对性二、填空1.自然界土壤由、、三相物质组成。

2.土壤的本质属性是。

3.四大肥力因子是。

4.土壤是由____、____、___三相组成的，固相约占土壤总体积的___，包括____和____。

5.土地日是每年的。

6.我国耕地面积占土地面积的。

7.土壤生产力的大小由（）和（）共同决定。

三、问答题1.土壤与土壤圈、土壤肥力与土壤生产力；肥力四因素是什么？★2. 简述土壤的基本物质组成。

★3.简述城市绿地土壤的特征。

★4.怎样提高土壤的生产力？5.土壤的基本特性？6.土壤在植物生长繁育中有哪些特殊作用？通过学习本课程您是如何认识土壤在农业生产中的重要作用的？第一章土壤矿物质(Soil mineral )一、名词解释：–风化作用–成土母质–硅铝铁率–同晶代换–粘土矿物二、填空1.土壤矿物质来自__，其矿物组成按其成因可分为____和____。

2.矿物按成因分为（）和（）。

3.根据成因将岩石分为（）、（）和（）三大类。

4.岩石风化作用的类型有（）、（）和（）三大类5.近代气候下形成的母质按其搬运方式和堆积特点，可分为母质和母质。

6.层状硅酸盐粘土矿物的基本结构单位是（）和（）。

7.土壤次生矿物种类主要有_____、______、______。

8.高岭石晶层一面为，另一面为，因而重叠时有＿键.9.粘土矿物的基本构造单元是（）和（）。

10.方土壤的粘土矿物以（）为主，北方土壤的粘土矿物主要以（）为主。

11.高岭石是类型的黏土矿物，蒙脱石是类型的黏土矿物。

12.三、单项选择1、下列风化过程不属于化学风化的为（）： A、溶解 B、水解 C、水化 D、水蚀2、自然界最难风化的矿物种类是（）： A、辉石 B、方解石 C、白云母 D、石英3、下列矿物中属于次生矿物的为（）。

A．石英 B. 正长石 C. 角闪石 D. 方解石4、影响土壤物理风化的主要因素是（）A．温度 B. 结冰 C. 流水 D. 风蚀5、影响土壤化学风化的主要因素是（）A．溶解 B. 水化 C. 水解 D. 氧化6、分布最广的成土岩石是（）。

第八章土壤胶体化学和表面反应一土壤胶体表面类型1硅氧烷型表面2：1型粘土矿物的单位片层是由八面体铝氧片或镁氧片夹在两层硅氧四面体片中间所组成。

它所暴露的基面是氧离子层紧接硅离子层所组成的硅氧烷，故将其基面称为硅氧烷型表面。

高岭石和其他1：1型粘土矿物只有一半的基面是硅氧烷型表面。

硅氧烷型表面是非极性的疏水表面，不易解离。

活性较弱，电荷来源主要是晶体内部同晶替代产生的多余电荷，电荷不随pH、阳离子和电解浓度的变化而变化。

2水合氧化物表面指的是由金属阳离子和氢氧基组成的表面。

水合氧化物型表面是极性的亲水表面。

水合氧化物表面质子的缔结和离解可以产生电荷，这种电荷的数量因土壤溶液的pH和电解质浓度的变化而变化。

3有机物表面有机物因有明显的蜂窝状特征而具有较大的表面。

表面存在大量含氧功能团。

二土壤胶体的比表面和表面积比表面，它是用一定实验技术测得的单位质量土壤的表面积土壤胶体的晶核对土壤的表面积有重要的贡献。

晶质粘土矿物是土壤胶体晶核的主体。

粘土矿物的类型不同,其表面积的大小和表面类型的差别相当大。

土壤胶体的有机成分和无机胶膜对胶体表面积也有一定的贡献。

土壤表面电荷和电位（1）永久电荷：该电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。

同晶替换一般形成于矿物的结晶过程，一旦晶体形成，它所具有的电荷就不受外界环境影响。

同晶替换作用是2：1型层状粘土矿物负电荷的主要来源。

（2）可变电荷：随pH的变化而变化的电荷，称为可变电荷。

可变电荷的数量和符号取决与可变电荷表面的性质、介质pH和电解质浓度等。

（3）正电荷：一般认为，土壤中游离氧化铁是土壤产生正电荷的主要物质，而游离的铝化合物对正电荷的贡献较为次要。

蒙脱石和伊利石的边面也可能出现正电荷。

水铝英石和有机物质在低pH下都可能接受质子而带正电荷。

（4）净电荷：土壤的正电荷和负电荷的代数和就是土壤的净电荷。

大多数土壤带有净负电荷。

土壤的电荷数量土壤电荷的数量一般用每千克物质吸附离子的厘摩尔数来表示土壤电荷数量的影响因素：（1）土壤电荷主要集中在胶体部分（2）胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础，含较多蛭石、蒙脱石（蒙蛭组）或有机质的土壤胶体，其电荷量一般较高。

南农专硕农综一考研土壤学复习资料部分第一章土壤矿物质1、层状硅酸盐粘土矿物种类及一般特性1）高岭组：1：1型的晶层结构、非膨胀性、电荷数量少、胶体特性较弱2）蒙蛭组：2：1型的晶层结构、张缩性大、电荷数量大、胶体特性突出3）水化云母组：2：1型的晶层结构、非膨胀性、电荷数量较大、胶体特性一般4）绿泥石组：2：1：1型的晶层结构、同晶替代较普遍、颗粒较小2、非硅酸盐粘土矿物种类1）氧化铁：针铁矿、赤铁矿2）氧化铝：三水铝石3）氧化硅4）水铝英石3、我国土壤粘土矿物的分布规律1）水云母区：包括新疆、内蒙古高原西部、柴达木盆地、青藏高原大部2）水云母—蒙脱石区：包括内蒙古高原东部、大小兴安岭、长白山地、东北平原大部3）水云母—蛭石区：包括青藏高原东南边缘山地、黄土高原、华北平原4）水云母—蛭石—高岭区：包括秦岭山地和长江中下游平原，为一狭长的过渡地带5）蛭石—高岭区：包括四川平原、云贵高原、喜马拉雅山东南端6）高岭—水云母区：包括浙、闽、湘、赣大部和粤、桂北部7）高岭区：包括贵州南部，闽、粤东南沿海，南海诸岛及台湾第二章土壤有机质1、土壤有机质的来源1）高等植物的根系、残茬、根系分泌物2）动植物残体3）土壤中的微生物4）工业和生活废水，废渣，微生物制品，施用的有机肥农药等有机物2、有机质的三种形态1）新鲜有机质（未分解有机质）2）半分解有机质3）腐殖质3、有机质对植物生长的作用1）提供植物需要的养分，是土壤养分的主要来源2）促进土壤团粒结构的形成，改善土壤物理性质3）提高土壤的保水保肥能力，增强对酸碱度变化的缓冲性能4）腐殖质具有生理活性，能促进作物生长发育5）腐殖质具有络合作用，有助于消除土壤污染4、有机质的积累和调控1）种植绿肥，增施有机肥料2）秸秆还田，轮作倒茬3）调节土壤水热状况5、腐殖质分解和转化过程1）腐殖质经过物理化学作用和生物降解，使其方向结构核心与其复合的简单有机物分离，或是整个复合体解体。

土壤胶体土壤是地球表面的重要覆盖物，其组成复杂多样。

土壤中的一种重要组分就是土壤胶体。

土壤胶体是土壤中颗粒大小在0.001到0.1微米之间的胶体颗粒。

它是土壤固相中的重要组成部分，对土壤的物理、化学和生物性质有着重要影响。

1. 土壤胶体的组成土壤胶体主要由有机胶体和无机胶体组成。

有机胶体是指土壤中由微生物、植物遗体和其他有机物质分解而成的胶体物质，主要包括胶体有机质和腐殖质。

无机胶体则是指土壤中的黏粒和胶粒。

2. 土壤胶体的作用土壤胶体在土壤中发挥着重要的作用：•保持土壤结构：土壤胶体由于其微小颗粒大小和表面电荷特性，能够黏合土壤颗粒，稳定土壤结构，防止土壤侵蚀。

•固定养分：土壤胶体表面带有负电，能够吸附和固定离子养分，如磷、钾等，减少养分的流失。

•调节土壤pH值：土壤胶体表面电荷性质可以影响土壤的pH值，调节土壤酸碱度，影响土壤中微生物的活性和养分的有效性。

•提高土壤保水保肥性：土壤胶体的大比表面积和多孔性能够增加土壤的保水保肥性，有利于作物生长和发育。

3. 土壤胶体的影响土壤胶体对土壤性质和作物生长都有着深远的影响：•土壤质地：土壤胶体的含量和性质直接影响土壤的质地，包括土壤的松紧程度、透气性和保水性。

•养分供应：土壤胶体对养分的吸附和释放影响着植物对养分的吸收利用，直接影响着作物的生长发育。

•土壤生态功能：土壤胶体是土壤微生物的生存环境，影响着土壤中微生物的种群结构和活性，进而影响着土壤的生态功能。

结语综上所述，土壤胶体作为土壤中重要的组成部分，对土壤的物理、化学和生物性质有着重要影响。

了解土壤胶体的组成和作用，有助于更好地进行土壤管理和土壤养分调控，提高土壤质量和作物产量，保护土壤生态环境。

愿土壤胶体这个微小而重要的组成部分，用其坚实的肩膀，支撑着土壤的稳固和丰饶。