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土壤的离子交换和酸碱反应

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土壤的离子交换和酸碱反应
一、学习指导
（一）本章教学要求
1、 掌握本章涉及的概念
2、 了解土壤胶体类型及其基本性质
3、 重点掌握土壤的离子交换与吸附的特征及其与土壤供肥能力的关系
4、 了解土壤酸的类型及其特性，了解土壤的缓冲作用
5、 掌握土壤反应与肥力的关系
（二）本章重点、难点内容
1、土壤胶体的类型和基本性质。
通常把粘粒和腐殖质视为土壤胶体。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。有机胶体即土壤中的有机物质，无机胶体主要由层状铝硅酸盐
矿物和无定形氧化物组成，有机无机胶体是由土壤中的有机化合物与粘粒通过物理、化学或
物理化学等作用形成的各种复合体。
土壤胶体的基本性质：土壤胶体如粘粒、腐殖酸分子等不仅有巨大的表面积，而且由于
粘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。土壤胶体的具有带电
性，其电荷根据稳定性可分为永久电荷和可变电荷。胶体一般以两种状态存在，一种是均匀
地分散在水等介质中，称为溶胶，另一种是在相互凝结聚合在一起，称为凝胶。土壤胶体存
在的状态主要受两种力的作用：一是胶体微粒之间的静电排斥力，它使胶体颗粒分散；二是
胶体微粒之间的分子引力，它使胶体颗粒相互吸引呈凝聚状态。
2、土壤的吸附性
土壤胶体不仅表面积很大，而且带有大量电荷，因而具有强大的吸附能力。按吸附的机
理和作用力的性质可将土壤的吸附性能分为机械吸附、物理吸附、化学吸附、物理化学吸附
和生物吸附5种类型，按照吸附的离子种类可分为阳离子吸附和阴离子吸附。
机械吸附是指土壤对进入的物质的机械阻留作用。
物理吸附是指借助于土壤颗粒的表面能而发生的吸附作用。
化学吸附是指进入土壤中的物质经过化学作用，生成难溶性化合物或沉淀，因而存留在
土壤中的现象。
生物吸附是指土壤中的生物在其生命活动过程中，把有效性养分吸收、积累、保存在生
物体中的作用。生物吸收的重要特点表现在：选择性、表聚性、创造性、临时性。
物理化学吸附是指土壤溶液中的离子通过静电引力吸附在胶体微粒的表面上，被吸附的
离子可以被其它的离子替代而重新进入土壤溶液中的现象。
阳离子吸附：土壤胶体一般都带负电, 所以吸附的离子主要是阳离子。当土壤胶体吸附
的阳离子都为盐基离子时，土壤呈盐基饱和状态，这种土壤称为盐基饱和土壤。如果土壤胶
体所吸附的阳离子部分为盐基离子，部分为H+和Al3+时, 这种土壤胶体呈盐基不饱和状态,
称为盐基不饱和土壤。
土壤盐基饱和度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。
阴离子吸附：土壤胶体一般带负电, 但两性胶体如含水氧化铝、铁在土壤pH较低时，
也会带正电荷,从而吸附阴离子。
3、土壤离子交换作用的特点
交换反应是可逆的，交换反应是等当量进行的，交换反应受质量作用定律的支配。
土壤的离子吸附作用是指土壤胶体颗粒通过把溶液中的离子吸附在胶体微粒的表面上
的作用，具体来说是在扩散层，分为阳离子吸附和阴离子吸附
土壤的离子交换作用是指土壤溶液中的离子将胶体上吸附的离子代换下来的作用，分为
阳离子和阴离子交换作用，主要是阳离子交换作用。
4、土壤离子吸收和交换与土壤肥力的关系
土壤离子吸附与交换对土壤养分状况的影响：吸附性强的土壤保肥性能、供肥性能均强，
土壤中养分的有效性强。
土壤离子吸附与交换对土壤酸碱性的影响：土壤胶体上吸附的阳离子的组成决定了土壤的酸
碱反应。土壤酸碱性与土壤的盐基饱和程度有关，一般盐基不饱和的土壤，土壤胶体上有较
多的致酸离子Al3+和H+，使土壤呈酸性反性；而盐基饱和的土壤一般呈中性或碱性。土壤
胶体上吸附了大量的交换性阳离子，从而使土壤对酸和碱具有缓冲能力。
土壤离子吸附与交换对土壤物理性质的影响：土壤胶体凝聚和分散的特性受土壤胶体上
吸附交换性阳离子组成的影响很大，而土壤胶体的凝聚与分散直接关系到土壤的结构性。
5、土壤酸的类型和性质。
土壤呈酸性一方面与土壤溶液中的H+ 浓度有关，而主要取决于土壤胶体上吸附的致酸
离子数量。因此土壤酸可分为两种：活性酸和潜在酸。
活性酸是指土壤溶液中存在的氢离子，其大小一般都用氢离子浓度或活度的负对数来表
示，即pH值来表示。
潜在酸是指土壤胶体上吸附的H+和Al3+，这些致酸离子只有在通过离子的交换作用进
入土壤溶液时，才显出酸性，是土壤酸性的潜在来源，一般用交换性酸度或水解性酸度来表
示
6、土壤的缓冲作用及其影响因素
土壤的缓冲作用是指土壤对酸碱物质加入的抵抗能力，即向土壤中加入少量的酸碱物
质，其pH值并不发生明显的变化。土壤之所以具有缓冲能力，一是由于土壤溶液中含有碳
酸、硅酸、磷酸、腐殖酸、有机酸等弱酸及其盐类，二是由于土壤胶体上离子的吸附与交换
作用，土壤胶体上吸附的盐基离子能通过交换作用被解吸，从而对进入土壤中的酸性离子起
中和作用；而胶体上吸附的H+和Al3+离子又对碱性物质起缓冲作用。一般把土壤溶液改变
一个pH单位所需要的酸量或碱量，叫做土壤的缓冲容量，可用酸碱滴定方法来测定。
影响土壤缓冲能力的因素有：土壤胶体类型及其阳离子交换量，土壤阳离子交换量越大，
其缓冲能力越大；土壤盐基饱和度，在土壤阳离子交换量相等的条件下，盐基饱和度愈高，
对酸的缓冲能力愈大。
7、土壤酸碱反应与土壤肥力的关系
Fe、Mn、Zn、Cu、Mo在酸性条件下有效性较高，其它养分元素在中性和碱性条件下有
效性较高。土壤酸碱度与微生物的活性及种群分布密切相关，对植物的生长和发育也有很大
影响。
农业上一般通过向土壤施用石灰来调节土壤酸度，施用有机肥料、硫磺、硫化铁、生理
酸性肥料、石膏等措施来调节土壤碱度。
二、练习题
1、《土壤肥料学自学指导及实验》第三章练习题：（1）名词解释；（2）填空；（5）选择
题；（6）简答题1，2，3，4，7，8；（7）论述题1，2，3，6，7。

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土壤的基本化学性质与过程

土壤的基本化学性质与过程


，常呈胶膜被覆于土粒表面。 常呈胶膜被覆于土粒表面。
主要是腐殖质及其各种组分， （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 或氨基酸，多肽，多糖类化合物。 或氨基酸，多肽，多糖类二、土壤胶体的构造
土壤胶体是一种分散系统。土壤胶体分散 土壤胶体是一种分散系统。 系统由胶体微粒（分散相） 系统由胶体微粒（分散相）和微粒间溶液 分散介质）两大部分构成。 （分散介质）两大部分构成。 胶体微粒在构造上可分为微粒核、 胶体微粒在构造上可分为微粒核、决定电 位离子层和补偿电位离子层三部分， 位离子层和补偿电位离子层三部分，决定 电位离子层与补偿电位离子层共同组成胶 体微粒的双电层。 体微粒的双电层。
由于表面的存在而产生的能量，叫做表 由于表面的存在而产生的能量， 面能。表面能可以做功， 面能。表面能可以做功，能够吸附其他 物质，物质的比面积越大， 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大的表面积， 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。 因而具有巨大的表面能。
pH值对土壤胶体带电状况影响很大，通 pH值对土壤胶体带电状况影响很大， 值对土壤胶体带电状况影响很大 常自然界中土壤pH值大多在 值大多在5 之间， 常自然界中土壤pH值大多在5－9之间， 等电点， 高于土壤胶体大部分组分的 等电点，所 以大部分土壤胶体在通常条件下带负电， 以大部分土壤胶体在通常条件下带负电， 但强酸性条件下的土壤及某些两性胶体 的某些部位也会出现正电荷。 的某些部位也会出现正电荷。
（二）胶体带有电荷 1、胶体带电的原因 土壤胶体表面带有电荷是其最重要的胶体化学特性。 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： 造成胶体带电的原因主要有以下三种： （1）同晶代换 （2）断键 （3）表面分子的解离 土壤胶体能解离出H 而带负电的胶体称为酸胶基 土壤胶体能解离出H+,而带负电的胶体称为酸胶基 或负胶体； 或负胶体； 能解离出OH 胶体称为碱胶基或正胶体 碱胶基或正胶体， 能解离出OH-而带正电的 胶体称为碱胶基或正胶体， 能解离出H 也能解离出OH 的则称为两性胶体 两性胶体。 能解离出H+也能解离出OH-的则称为两性胶体。
土壤阳离子交换量测定

土壤阳离子交换量测定

土壤阳离子交换量测定土壤阳离子交换量（Cation Exchange Capacity, CEC）是指土壤中可以与阳离子进行交换的能力。

阳离子交换量的测定对于评估土壤的肥力、酸碱度、土壤改良和养分管理等方面具有重要意义。

以下是与土壤阳离子交换量测定相关的内容：一、土壤阳离子交换量的意义和作用1.土壤肥力评估：土壤阳离子交换量可以反映土壤对养分的吸持能力，评估土壤的肥力水平，为合理施肥提供科学依据。

2.土壤酸碱度评估：土壤阳离子交换量与土壤酸碱度密切相关，可以判断土壤的酸碱性及其对肥料的利用能力。

3.土壤改良：阳离子交换量高的土壤具有良好的保水和保肥性，有利于改善土壤结构，增加土壤肥力和水分保持能力。

4.养分管理：通过测定土壤阳离子交换量，可以合理调配土壤养分，优化施肥方案，提高农作物产量和品质。

二、土壤阳离子交换量的测定方法1.铵盐饱和法：将土壤与铵盐（如铵醋盐）进行反应，阳离子交换量等于样品中交换的铵阳离子的量。

测定时，将一定量的土壤和适量的铵盐一起加入瓶中，振摇反应一段时间，再通过过滤、蒸发、称重等步骤计算样品中的交换铵阳离子量。

2.酸替换法：将土壤中的阳离子用强酸替换掉，测定替换后土壤中剩余的酸性，从而计算出阳离子交换量。

测定过程中，使用酸溶液与土壤反应，然后通过滴定法测定土壤中剩余酸性的浓度，进而计算阳离子交换量。

3.钴胺法：利用胺类化合物与土壤中的阳离子进行置换反应，再测定未被置换的胺类化合物的浓度，从而计算阳离子交换量。

测定过程中，将土壤与钴胺溶液反应，然后使用分光光度法或氢离子浓度法测定未被置换的胺类化合物的浓度。

三、影响土壤阳离子交换量的因素1.土壤类型：不同土壤类型的阳离子交换量存在差异，例如，粘土质土壤的阳离子交换量通常高于沙质土壤。

2.土壤pH值：土壤的酸碱度对阳离子交换量有很大影响，土壤pH值越低，阳离子交换量通常也会降低。

3.土壤有机质含量：土壤中的有机质可以增加土壤的结构稳定性和可交换性，从而提高阳离子交换量。

第六章土壤化学性质

第六章土壤化学性质


（四）土壤碱度和碱化度 土壤中Na2CO3和NaHCO3含量叫做土壤碱度（单 位cmol/kg土），常用于地下水。 土壤碱化度—土壤中交换性钠离子占 阳离子交换量的百分数叫做土壤碱化度。
碱化度（%）= 交 换 性 钠 （ cm o l/k g ± ） 阳 离 子 交 换 量 (cm o l/k g ± ) × 100
二、土壤的氧化还原电位
☻ (一)概念
由于溶液氧化态物质和还原态物质 的浓度关系而产生的电位，称为氧化还 原电位(Eh)，单位为mv。
在土壤里普遍存在着各种氧化还原反应，氧化还 原过程在土壤中具有十分重要的地位，氧化反应和还原 反应的实质是电子转移，氧化还原反应的电极反应可表 示如下：
氧化态 ＋ ne ==== 还原态
土壤有机胶
主要是腐殖质及其各种组分 少量的蛋白质或氨基酸 多肽，多糖类化合物
土壤有机矿质复合体
3.土壤胶体的构造
土壤胶体是一种分散系统。土 壤胶体分散系统由胶体微粒（分散 相）和微粒间溶液（分散介质）两 大部分构成。
土壤胶体颗粒的构造
胶核 土壤胶团 定位离子层（内层） 双电层 补偿离 子层 非活性层 扩散层
在强酸性土壤中，游离的Al3+对碱有缓冲作用，这
是由于Al3+结合的六个水分子能解离出2个H＋以中和土 壤溶液和增加的OH-,而本身形成复合铝离子的结果。 反应式如下： 2[Al(H2O)6]3++2OH- → Al2(OH)2(H2O)5]4++4H2O 当pH>5时，复合铝离子及游离Al3+开始互相结合，成为
（三）影响土壤物化性质
酸性土壤和碱性土壤的物理性质都很差
（四）主要木本植物适宜pH值范围
土壤胶体离子的吸附和交换过程

土壤胶体离子的吸附和交换过程

土壤胶体离子的吸附和交换过程土壤，是地球表面能够生长植物的疏松表层，它就像是一个巨大的“宝库”，其中包含着无数微小但极其重要的成分，土壤胶体离子就是其中之一。

土壤胶体离子是指土壤中直径在 1 到 100 纳米之间的微小颗粒，它们带有电荷，能够对周围的离子进行吸附和交换。

这个过程对于土壤的肥力、结构和生态功能都有着至关重要的影响。

让我们先来了解一下土壤胶体离子的吸附过程。

想象一下，土壤胶体离子就像是一个个微小的“磁铁”，它们能够吸引周围带有相反电荷的离子。

比如，带负电荷的土壤胶体离子可以吸附带正电荷的离子，像铵离子（NH₄⁺）、钾离子（K⁺）等。

这些吸附过程主要有物理吸附和化学吸附两种方式。

物理吸附就像是用胶水把东西粘住，比较容易发生，也比较容易解吸。

比如说，一些离子只是因为靠近胶体表面而被暂时吸附住，没有发生强烈的化学作用。

而化学吸附则像是把两个东西焊接在一起，吸附力更强，也更难让被吸附的离子脱离。

土壤胶体离子的吸附能力还受到很多因素的影响。

比如胶体离子的种类和数量，不同类型的胶体离子吸附能力有所不同。

有机胶体通常比无机胶体具有更强的吸附能力。

另外，土壤的酸碱度（pH 值）也很关键。

在酸性条件下，土壤胶体离子对阳离子的吸附能力会增强；而在碱性条件下，对阴离子的吸附能力可能会提高。

接下来，我们再看看土壤胶体离子的交换过程。

这就像是一场“离子的换位游戏”。

当土壤溶液中的离子与已经被吸附在胶体表面的离子具有相同的电荷时，它们就有可能发生交换。

比如说，土壤溶液中的钙离子（Ca²⁺）可能会与已经被吸附的钾离子（K⁺）进行交换。

这种交换是动态平衡的，也就是说，一边在进行交换，另一边也在不断地调整，以达到一个相对稳定的状态。

离子交换对于土壤中的养分供应和保持起着重要作用。

通过交换，植物能够从土壤中获取所需的营养离子。

同时，这也有助于调节土壤溶液中离子的浓度和比例，维持土壤的化学平衡。

土壤胶体离子的吸附和交换过程还与土壤的肥力密切相关。