第四章土壤胶体及其离子交换 Soil colloid and lon Exchange
第四章 土壤胶体及其离子交换 Soil colloid and Ion Exchange
第一节土壤胶体 soil colloid
第一节 土壤胶体 soil colloid
土壤胶体概念( soil colloid) 一)分散条统(分散体条) 分散体無是由两种或两种以上物质组成的,一种物质呈连分 布状态,量相对也比较大,稀为分散介质(分散剂);另一种物质分 子不连续,量也比较小,称为分散相(质)。分散相如票与分散介 质之间汲有明显物理界面,分散体糸称为嵱漩,若票分散介质与分 散相有明显的物理界面,叫儆悬浮漩(粗分散体糸)。当分散相介 于二者之间,构成了相对稳定的体糸,叫儆胶体亲统。 土壤本身就是一个复杂的多元分散体。把土壤中较小颗蒞叫胶 体。空气和嫦漩成为分散剂。 The soil contains minute particles called soil colloids. They are smaller than one hundredth-thousand of a millimeter. Soil colloids are thin and disc-like. There are mineral as well as organic soil colloids. Mineral colloids are usually found to be fine particles of clay minerals
一.土壤胶体概念（soil colloid） （一）分散系统（分散体系） 分散体系是由两种或两种以上物质组成的，一种物质呈连续分 布状态，量相对也比较大，称为分散介质(分散剂）；另一种物质分 子不连续，量也比较小，称为分散相（质）。分散相如果与分散介 质之间没有明显物理界面，分散体系称为溶液，若果分散介质与分 散相有明显的物理界面，叫做悬浮液（粗分散体系）。当分散相介 于二者之间时，构成了相对稳定的体系，叫做胶体系统。 土壤本身就是一个复杂的多元分散体。把土壤中较小颗粒叫胶 体。空气和溶液成为分散剂。 The soil contains minute particles called soil colloids. They are smaller than one hundredth-thousand of a millimeter. Soil colloids are thin and disc-like. There are mineral as well as organic soil colloids. Mineral colloids are usually found to be fine particles of clay minerals
土壤胶体概念( soil colloid) (二)体的大小范圆 土壤胶体指的是小于5m,2m,1um,0.5um,0.1pm圆体 颗粒,胶体历经范圆划分很乱,大多数人认为应在1-100m之间。 2UM 2 uM electron micrographs of the clay electron micrographs of the clay minerals montmorillonite minerals kaolinite
一 .土壤胶体概念（soil colloid） （二）胶体的大小范围 土壤胶体指的是小于5m，2 m，1 m，0.5 m，0.1 m固体 颗粒，胶体历经范围划分很乱，大多数人认为应在1~100 m之间。 electron micrographs of the clay minerals montmorillonite electron micrographs of the clay minerals kaolinite
土壤胶体种类( type of soil colloid 无机胶体 按照胶体体糸 土壤胶体 ⑩有机胶体 的化学-矿物 学组成与来源 ③有机无机复合胶体J划分 (一)有机胶体( soil organic colloid 指土壤中一类分子量大,结构复杂的高分子化合物。土壤腐殖 质主体、其次还有少量蛋白质、多肽、氨基酸、以及多糖类高分子 化合物。土壤中有大量的微生物,本身也具有胶体性质,属于一种 生物胶体。 (二)无机胶体( soil mineral colloid): 无机胶体又称为矿质胶体。是土壤中胶体主要成分,比无机胶体 高几倍到几十倍。统称用土壤中粘粒(<0.001mm)含量反映土壤 无机胶体数量。 1.层状无机铝硅酸盐矿物∶高岭石、蒙脱石、伊利石(负电性胶体) 2.无定形氧化物
无机胶体 有机胶体 有机无机复合胶体 二.土壤胶体种类（ type of soil colloid） 土壤胶体 （一）有机胶体（soil organic colloid） 指土壤中一类分子量大，结构复杂的高分子化合物。土壤腐殖 质主体、其次还有少量蛋白质、多肽、氨基酸、以及多糖类高分子 化合物。土壤中有大量的微生物，本身也具有胶体性质，属于一种 生物胶体。 （二）无机胶体（soil mineral colloid）： 无机胶体又称为矿质胶体。是土壤中胶体主要成分，比无机胶体 高几倍到几十倍。统称用土壤中粘粒（<0.001mm）含量反映土壤 无机胶体数量。 1.层状无机铝硅酸盐矿物:高岭石、蒙脱石、伊利石（负电性胶体） 2.无定形氧化物 按照胶体体系 的化学-矿物 学组成与来源 划分
二.土壤胶体种类( type of soil! colloid) (1)含水氧化硅(SiO2,nH2O) H2SiO3(SiO2. nH2O)H+HSiO H+SiO3(酸胶基 (2)含水氧化铁铝 A(OH)3+H÷A(OH)2+H2O(正电荷,碱胶基) Fe(OH)3+H÷Fe(OH)2+H2O(正电荷,碱胶基) (三)有机物机胶体( organic-mineral colloid) 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。 有机无机复合度:把土壤有机无机复合体中含C量占土壤总C量的百 分数成为有机无机复合度。作为衡量土壤有机无机复合体的数量指 标。土壤有机无机复合度可达到50~70%
（1）含水氧化硅（SiO2 .nH2O） H2SiO3 (SiO2 .nH2O) ⇌H++HSiO3 - ↕ H++SiO3 - （酸胶基） （2）含水氧化铁铝 Al（OH）3+H+⇌Al（OH）2 ++H2O （正电荷，碱胶基） Fe（OH）3+H+⇌Fe（OH）2 ++H2O （正电荷，碱胶基） （三）有机物机胶体（organic-mineral colloid） 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。 有机无机复合度：把土壤有机无机复合体中含C量占土壤总C量的百 分数成为有机无机复合度。作为衡量土壤有机无机复合体的数量指 标。土壤有机无机复合度可达到50~70% 二.土壤胶体种类（ type of soil colloid）
土壤胶体种类( type of soil colloid) 有机无机复合体意义在于改善了土壤的狸化性状,它的 稳定性比单纯的有机胶体高。腐殖质的MRT之所以高,就 在于形成了有机无机复合体;有机胶体以膜的形式粘附在 矿物胶体的表面,也改变了无机胶体的性质。 复合体是形成良好土壤水稳性和跷松多孔的因聚体基础, 其水稳性要比单纯的矿质聚体高,从而对土壤结构性 通透性、耕性等产生重要影响,是土壤肥力高低的指标之 有机元机胶体的非加和性:有机-无机复合体的粘性、 塑性要比粘粒弱,其表面积和代换量(电荷数量)一般此 复合前有机胶体和无机胶体两者之和小,不具有加和性
有机无机复合体意义在于改善了土壤的理化性状，它的 稳定性比单纯的有机胶体高。腐殖质的MRT之所以高，就 在于形成了有机无机复合体；有机胶体以膜的形式粘附在 矿物胶体的表面，也改变了无机胶体的性质。 复合体是形成良好土壤水稳性和疏松多孔的团聚体基础， 其水稳性要比单纯的矿质团聚体高，从而对土壤结构性、 通透性、耕性等产生重要影响，是土壤肥力高低的指标之 一。 有机-无机胶体的非加和性：有机-无机复合体的粘性、 塑性要比粘粒弱，其表面积和代换量（电荷数量）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。 二.土壤胶体种类（ type of soil colloid）
土壤胶体的基本特性 properties of soil colloid) 土壤胶体的性质很多,最关心的是对土壤性质产生巨大影响的主 要性质,分别是: 一)胶体的表面积和表面能:具有丰富的表面积和巨大的表面能 1.比表面( Specific surface) Specific surface is the ratio of surface area per unit mass or unit volume(单位质量比表面积叫质量比表面,cm2/g,单位容积比表 面叫做容积比表面,Cm2/m3 2.影响颗粒表面积的因素 (1)粒径大小 比表面 总表面积4m2 47m 1.13× 质量m3·、m3:265 (2)颗粒形状:同体积颗粒表面积最大的是薄片状、最小的是球 体 (3)矿物类型
三.土壤胶体的基本特性 （ properties of soil colloid） 土壤胶体的性质很多，最关心的是对土壤性质产生巨大影响的主 要性质，分别是： （一）胶体的表面积和表面能：具有丰富的表面积和巨大的表面能 1.比表面（Specific surface） Specific surface is the ratio of surface area per unit mass or unit volume.(单位质量比表面积叫质量比表面，cm2 /g，单位容积比表 面叫做容积比表面，cm2 /m3 2.影响颗粒表面积的因素 （1）粒径大小 r 1 1.13 r 2.65 4 r r 4 r 3 3 4 2 s 3 3 4 2 = = = = 质量 总表面积 比表面 （2）颗粒形状：同体积颗粒表面积最大的是薄片状、最小的是球 体 （3）矿物类型
粘土矿物的表面特征 放大的晶体边角 外衰国 T+H+K K H+ Ca+ H+ C. H Cr+ Mr+ H H+ Ca+ K+ H c 内表 H Ca+ H H- K H+K◆ Ct H+ Ce 111 H* ME K NH K' 胶体电子 K 显微图像 Me K c 图72层状铝硅酸盐的内外表面
粘土矿物的表面特征 胶体电子 显微图像
粘土矿物的表面特征 土壤中常见粘土矿物的比表面积(m2/g) 胶体成分 内表面 外表面 总表面 蒙脱石 700~750 15~150 700~850 蛭石 400~750 1~5 400~800 水云母 0~5 90~150 90~150 高岭石 0 4~40 5~40 埃洛石 0 10~45 10~45 水化埃洛石 400 25~30 430 水铝英石 130~140 130~140 260~800 腐殖质 800~900 不同土壤矿物组成不同,比表面积也不同。一般土壤中有 机质合量高,2:1型粘粒矿物多,则比表面积较大,如黑土。反 之,如果有机质含量低,1:1型粘粒矿物较多,则其表面积就较 小,如红壤、砖红壤
土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2 /g) 胶体成分 内表面 外表面 总表面 蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石 腐殖质 700~750 400~750 0~5 0 0 400 130~140 - 15~150 1~5 90~150 4~40 10~45 25~30 130~140 - 700~850 400~800 90~150 5~40 10~45 430 260~800 800~900 不同土壤矿物组成不同，比表面积也不同。一般土壤中有 机质含量高，2:1型粘粒矿物多，则比表面积较大，如黑土。反 之，如果有机质含量低，1:1型粘粒矿物较多，则其表面积就较 小，如红壤、砖红壤。 粘土矿物的表面特征