土壤吸收

第一节土壤的离子吸附与交换一、土壤胶体的概念及种类土壤胶体：大小在1-100nm（在长、宽和高三个方向上，至少有一个方向在此范围内）的土壤固体颗粒。分三种类型（一）土壤无机胶体1、层状硅酸盐粘土矿物有1：1型如高岭石，2：1型如蒙脱石2、氧化物及其水合物AlFeSiCaMnTi的氧化物及水合氧化物，常呈胶膜被覆于土粒 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面。（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。（三）土壤有机矿质复合体二、土壤胶体的性质土壤胶体特性对土壤理化性质和肥力状况起着巨大影响其中影响最大的特性有三个：（一）土壤胶体的比表面积和表面能（二）胶体带有电荷（三）土壤胶体存在可改变的状态―――凝聚与分散（一）土壤胶体的比表面积和表面能比表面积也可叫做比面积，是指每单位重量（或体积）物体的总表面积：比面积＝表面积/重量主单位为m2/g、cm2/g。相同重量的物体，颗粒分得越小，其比面积越大。土壤在风化及成土因素作用下，其固相颗粒都是在不断破碎，粒径逐渐变小，比面积都是在不断增加的。此外，土壤胶体，尤其是2：1型的粘粒矿物和腐殖质内部的特殊构造也造成了很大的内表面。如只考虑外表面积，高岭石比面积的典型值是10－30m2/g，蒙脱石是40－100m2/g，但若将那表面计算在内，蒙脱石的比面积则高达800m2/g。由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。表面能可以做功，能够吸附其他物质，物质的比面积越大，吸附能力也越强，由于土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。（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。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或负胶体；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。2．土壤胶体电荷的种类（1）永久电荷由于同晶代换的作用产生的电荷，叫永久负电荷。这种电荷的数量值决定于矿物晶格中的同晶代换离子的多少，与其他土壤条件无关，只有当该种矿物遭受化学风化转变为另一种矿物时其电荷才会变化。这种电荷发生的方式以蒙脱石居多，伊利石较少，高岭石很少。（2）可变电荷指胶体随土壤溶液pH值的变化而发生电荷数量、符号变化的那部分电荷。其主要是由胶体表面分子的电离引起的，其次来自矿质胶体晶格的断键。pH值对土壤胶体带电状况影响很大，通常自然界中土壤pH值大多在5－9之间，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，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。（三）土壤胶体存在可改变的状态―凝聚与分散土壤胶体由两种存在的状态，一种是胶体微粒相当充分的分散在介质中形成的一种外观颇似溶液的胶体溶液，称为溶胶。另一种是在外因作用下，胶体微粒聚合在一起形成的处于凝聚状态的胶体，称为凝胶。胶体的两种存在状态，在一定条件才可以进行某种程度的转化即溶胶可以转变为凝胶，凝胶也可以转变为溶胶，这一过程称为分散。土壤胶体之所以能成为溶胶状态，是由于其带电荷和胶体微粒表面水膜的存在，因土壤胶粒在同样的土壤环境中带有同种电荷促使胶粒互相排斥与分散状态，而水膜的存在能阻止胶粒的互相碰撞，较少凝聚的机会。由此可见，若向溶液中加入电解质以中和胶粒上的电性，并减少土壤水分，可促使溶液凝聚。因土壤中的胶体一般情况下带负电的为多，所以加入阳离有使胶体凝聚的作用。但多种阳离子促使胶体凝聚作用的大小并不同。一般规律是：离子价越大，其凝聚作用越强，同价阳离子中，离子半径大的，水膜厚度小的离子凝聚作用强。土壤中常见的阳离子引起胶体凝聚作用大小的顺序为:Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+以上顺序中H+的情况是特殊的，可能与它半径小，电场强度大有关。电解质的浓度影响凝聚作用，随着浓度的加大，其凝聚作用也增强。胶体凝聚有可逆的也有不可逆的。由等浓度的一价阳离子凝聚形成的凝胶，如反复用水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶，这叫做可逆凝聚。由二价以上的阳离子凝聚形成的凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为不可逆凝聚。土壤胶体所处的状态直接影响土壤的物理性质，进而影响土壤的肥力状况。一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都可使土壤中的电解质发生变化，从而使胶体的状态发生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，由促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。土壤的交换吸收性一〉情景导入：1粪尿盖土后，可以减小臭味2混浊水通过土壤渗流出来可以变清。3海水通过土壤会变淡。这是为什么？二〉自学导读（一)学生自学教材第26~27页（二)学生分组讨论，并回答下列问题：1.什么叫做机械吸收作用？并举例说明？2.什么叫做物理吸收作用？并举例说明？3.什么叫做化学吸收作用？并举例说明？4.什么叫做物理化学吸收作用？并举例说明？5.什么叫做生物吸收作用？它有什么特点？三〉教师归纳讲解1、土壤吸收性能的类型土壤吸收性能是指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子和离子悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。（一）机械吸收作用机械吸收作用是指土壤对进入其中的固体物质的机械阻留作用。机械吸收作用对养分的保存只能起部分极其有限的作用。（二）物理吸收作用物理吸收作用是指土壤对分子态物质的吸附保持作用。它是由土壤颗粒界面上表面能引起的，有机肥料中一些液态的分子物质如尿酸、氨基酸、醇类、有机碱类及农药中的一些分子等以这种吸收方式而保存在土壤中，一些气体分子如NH3、CO2也属于这种吸收类型。土壤胶体对所吸附的物质是选择的，它只吸附那些可以降低其表面能的物质，有些物质不能降低其表面能，土粒则不吸附它们甚至表现为排斥它们，即所谓负吸附，如无机盐类和无机酸类在土壤中常常是负吸附作用。由于土壤的物理吸附作用，使根际土壤溶液浓度不一，为根系选择适宜的浓度进行吸收创造了条件。（三）化学吸收作用化学吸收作用是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而保存在土壤中的过程。这种吸收是化学反应为基础的，也称为化学固定。化学吸收虽然减少了一些养分的流失，但同时却降低了它们的有效性。因此，对供给植物养分是不利的，应加以人为控制，避免其发生。（四）物理化学吸收作用土壤的物理化学吸收作用也叫离子交换作用，是指土壤胶体补偿离子层中的离子与土壤溶液中的离子进行交换的作用。土壤的物理化学吸收作用是由于土壤胶体带电而引起的，土壤中胶体的物质越多，带电量越多，其物理化学吸收性能也就越强。（五）生物吸收作用生物吸收作用是指土壤借助生活于其中的微生物、植物根系以及一些小动物的生命活动，把植物营养元素积累保存于土体中的作用。生物吸收具有三个特点：（1）选择性（2）表聚性（3）创造性四〉课堂小结：本节课重点学习了土壤的五种吸收作用，并解释了一些现象。五〉作业1.土壤的吸收性能有哪些?2.什么叫做土壤的生物吸收作用？它有何特点？3.生产实际上为什么采用细土垫圈？土壤的离子交换吸收作用一〉情景导入:.农民施入土壤的硫酸铵、硫酸钾等肥料是如何保持在土壤中呢?二〉自学导读（一）学生自学教材第27~28页（二）分组讨论，并回答下列问题：1.四、土壤阳离子交换作用（一）概念：土壤中普遍存在的一种胶体现象，是土壤能保存养分并且向植物提供养分的主要原因。土壤胶体一般带负电，能吸附土壤溶液中的阳离子于胶体的周围，叫做离子吸附；这些被吸附的阳离子在一定条件下可以和土壤溶液中的阳离子互相交换，从胶体表面进入溶液，叫做解吸，这种通过吸附和解吸，引起离子位置相互交换的作用叫阳离子交换作用。被吸附的阳离子称为交换性阳离子交换性阳离子可分两种：①致酸离子H+Al3+②盐基离子Ca2+、Mg2+、K+、NH4+、Na+交换反应示意图如上。土壤胶粒土壤胶粒Ca2+NH4++3K++Ca2++NH4+K+K+K+（二）阳离子交换作用的基本特征1、可逆反应2、等价交换3、受质量作用定律的支配（三）影响阳离子交换的因素1.阳离子交换能力受以下因素影响：(1)离子价：高价离子交换能力＞低价离子(2)离子半径和离子水化半径同价离子，离子半径大的、水化半径小的交换能力大，(3)离子的运动速度H+水化很弱只与1个水分子结合，H3O+半径很小，运动速度快，因此交换能力大于二价离子。(4)离子浓度交换能力弱的离子在浓度足够大的情况下，可以交换吸附浓度低高价离子。综上所述，阳离子交换能力顺序为：Fe3+、Al3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+（四）阳离子交换量（CEC)CationExchangeCapacity是指在一定PH时每1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。土壤CEC大小受这些因素影响：1、胶体含量质地粘重CEC大。2、胶体类型有机胶体CEC远比矿质胶体大，施有机肥可大幅度提高土壤保肥能力。3、土壤PH值影响可变电荷的多少，一般PH值升高，H+解离，可变负电荷逐渐增多，CEC也随之增加。（五）盐基饱和度指土壤中交换性盐基离子（K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+等）总量占阳离子交换量的百分数它与土壤酸碱反应关系密切。五、土壤中的阴离子吸附土壤溶液中的阴离子可以被带正电胶体吸附，但是土壤对阴离子吸附和保持机理比阳离子更为复杂，往往和化学固定专性吸附等交织在一起。一般土壤中存在的阴离子常按被土壤吸附保持的难易程度分为三类：（1）易于被土壤吸附的阴离子如磷酸根（H2PO4-HPO42-PO43-）、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）和某些有机酸的阴离子（如草酸根）（2）吸附作用很弱或进行负吸附的离子如Cl-、NO3-NO2-出现负吸附（固体表面浓度低于溶液中浓度）极易随水流失。（3）中间类型的阴离子如SO42-、CO32-、HCO3-、及某些有机酸（如醋酸根）的阴离子，土壤吸收它们的能力介于以上两类之间。第二节土壤酸碱性一、土壤酸碱性产生的原因（一）气候因素它决定成土过程的淋溶强度。气温高、降雨量大的气候条件，母质、土壤中的盐基成分易于遭受淋失，使土壤逐渐酸化。反之，干旱气候，降雨量远远低于蒸发量，盐基成分积累于土壤及地下水，使土壤向碱化方向演化。即“南酸北碱”。（二）母质因素母岩母质的组成性质对土壤酸碱度具有深刻的影响。如酸性岩上发育的土壤容易向酸性发展，而基性岩相反。（三）生物因素生物产生的CO2溶于水产生的H+对于土壤酸化有重要作用。另外植被不同，残体成分不同，影响土壤酸碱性。（四）施肥和灌溉的影响如酸性肥（NH4）2SO4、KCl长期使用造成土壤酸化等。二、土壤酸碱的存在形式和表示方法（一）土壤pH和酸碱性分级：pH4.55.56.57.58.59.5级别强酸性酸性弱酸性中性弱碱性碱性强碱性土壤反应就是土壤酸碱性。土壤反应分为酸性、中性和碱性，其区分决定于土壤溶液中游离的H+与OH-的浓度的比例。土壤的酸碱度一般用pH值表示。土壤酸碱性的来源不仅决定于土壤溶液中H+,更重要的是决定于土壤胶体上致酸离子（H+和Al3＋）或致碱离子（Na＋）的数量，也决定于土壤中酸性盐类或碱性盐的存在。（二）土壤酸性与土壤酸度土壤显酸性一方面和土壤溶液中的H+有关，另一方面又和土壤胶体上吸附致酸离子有关。土壤酸度是土壤中氢离子数量的反映。因此土壤酸度可根据H＋在土壤中所在的部位而分为两种类型；活性酸度和潜性酸度。1、活性酸度指与土壤固相处于平衡状态的土壤溶液中游离的H＋浓度所直接显示的酸度。它是土壤酸度的活度指标，通常用pH值表示。一般用水浸出液加指示剂来测定。2、潜性酸度指土壤胶体上吸附着的H＋和Al3＋所引起的酸度。它是土壤酸度的容量指标。一般情况下它不显示出来，只有当被吸附的H＋和Al3＋被交换到溶液中后才显示，所以称为潜性酸度，通常用1000g烘干土中H＋的厘摩尔数来表示。用中性盐溶液浸提土壤，将胶体上吸附的致酸离子代换到土壤溶液中所表现的酸度叫做交换性酸度；用弱酸强碱盐溶液浸提土壤，将胶体上吸附的致酸离子代换到土壤溶液中所表现的酸度叫做水解性酸度。一般水解性酸度要比交换性酸度大。土壤活性酸度与潜性酸度的总量称为总酸度。（三）土壤碱性土壤呈碱性反应主要是因为其溶液中含的一定数量的弱酸强碱盐及土壤胶体表面吸附有碱金属及碱土金属的阳离子。土壤碱度即土壤碱性强弱的程度，是土壤碱性的容量指标。碱度可以用平衡溶液的pH值表示，也可以用土壤中HCO3－和CO32－含量的重量百分数表示。（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。5—20%碱化土＞20%碱土%三、土壤酸碱度的肥力意义（一）直接影响植物生长（二）影响养分的转化和有效性在中性条件下，有机质矿化较快，土壤有效氮供应较好，PH6-7磷的有效性最大，Fe、Mn、Zn、Cu、Co强酸性条件下，溶解性强易对作物造成毒害。Mo在碱性条件下有效性高，B在中性条件下有效性高。（三）影响土壤微生物活性（四）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。表3—3主要栽培植物生长适宜的pH范围5.0—6.0云杉5.0—6.0板栗7.0—8.5紫花苜蓿6.0—7.0银杏5.0—5.5茶5.0—6.0烟草5.0—6.0冷杉6.0—8.0核桃5.5—6.5花生5.0—6.0掸树6.0—8.0桃、梨6.0—7.0甘蔗6.0—8.0榆树6.0—8.0苹果6.0——8.0向日葵6.0—8.0油桐6.0—8.0杏4.8——5.4马铃薯6.0—8.0泡桐5.0—6.0柑梅6.0—8．0棉花5.0—6.0栋树6.0—8.0黄瓜6.0—7.5玉米5.0—6.0松树6.5—8.0南瓜7.0—8.1大豆6.0—8.0洋槐6.0—7.0西瓜6.0—7.5大麦6.0—8.0白杨6.0—7.0番茄6.0—7.0小麦6.0—7.0槐树5.0—6.0胡萝卜6.0—7.0水稻适宜pH名称适宜pH名称适宜pH名称林业植物园艺作物大田作物图：植物营养元素的有效性与pH的关系456789NCa&MgPKSFe、Mn、Zn、Cu、CoMoBPH二、土壤缓冲性与缓冲容量(一）土壤缓冲性与缓冲容量当加入致酸或致碱物质于土壤中时，土壤具有缓和酸碱度的能力称为土壤缓冲性。也就是说，当向土壤中加入少量酸性或碱性物质时，土壤原来的pH值不会发生较大的改变，如果加入量多时，则pH仍会改变，这表明土壤的缓冲能力是有限的。常用缓冲容量来表示土壤缓冲酸碱能力的大小，即缓冲一个pH单位所需要的酸或碱的数量。（二）土壤缓冲作用的机制1.交换性阳离子的缓冲作用由于土壤胶体表面吸附有各种阳离子，当土壤溶液中的H+增加时，胶体表面的交换性盐基离子与其交换使土壤溶液中的H+浓度基本不变。当土壤溶液中的OH-增加时，胶体表面的致酸离子与其交换，使土壤溶液中OH-浓度基本不变。致酸离子中的Al3+水解后可产生3个H+，对碱的缓冲能力特别强。2.弱酸及其盐类的缓冲作用土壤中大量存在的碳酸、磷酸、硅酸、腐殖酸和其他有机酸及其盐类构成许多缓冲对，也可以缓冲酸和碱的作用。当加入酸时：CaCO3+H2SO4→CaSO4+H2CO3当加入碱时：H2CO3＋KOH→KHCO3+H2O3.两性物质的缓冲作用土壤中的一些两性胶体物质，对酸、碱都有中和缓冲作用。4.铝离子的缓冲作用在强酸性土壤中，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，成为沉淀而失去对碱的缓冲能力。（三）土壤具有缓冲性的意义土壤具有缓冲性，使土壤的pH不致因施肥、根系呼吸、有机质分解等引起剧烈变化，为植物生长和微生物活动创造一个稳定良好的土壤环境条件。所以，土壤缓冲性能是影响土壤肥力的重要性质。二、土壤的供肥性能土壤在作物整个生育期内，持续不断地供应作物生长发育所必须的各种速效养分的能力和特性，称为土壤的保肥性能。（一）土壤供肥性能的表现1.作物的长相作物整个生长期生长好产量高，说明土壤供肥作用好2.土壤形态耕作层深厚、土色深暗、砂粘适中，土壤结构良好松紧适度的土壤供肥性能好。3.施肥效应不同的土壤类型具有不同的保肥供肥特性，对肥料养分的要求和反应不同，因此施肥的数量、时间、方法、品种应不同。4.土壤样品室内化验的结果应测土施肥、配方施肥。（二）土壤养分的有效化是复杂的作用主要是指迟效养分转化为速效养分和土壤胶体吸附的养分离子解吸释放的作用。1.迟效养分有效化化包括有矿物态养分的释放和有机态养分的矿化分解释放。我们重点讲2.交换性离子的有效化问题：2.交换性离子有效度交换性阳离子对植物有效性的如何，很大程度上取决于它们从胶体上解吸或交换的难易，影响这些过程的主要因素有：（1）饱和度效应土壤胶体吸附某一种离子的数量占土壤阳离子交换量的百分数称为此种离子的饱和度。某离子饱和度愈大，被交换而解吸的机会愈多，则有效度愈大。（2）陪补离子效应土壤胶体上同时吸附多种离子如（Al3+、H+、Ca+、Mg2+、K+、Na+）对于其中某一种离子K+来说，其余各种离子都称K+的陪补离子。陪补离子与胶粒间的结合强度大时，会降低该离子的结合强度而使其解离度增大，从而提高了该离子的有效性，反之，若以结合强度较低的离子作陪补离子，则会抑制该离子的有效性，上述现象称为“陪补离子效应”。在下列顺序中，每一个阳离子都能抑制它前面的阳离子对植物的有效性：Al3+、H+、Ca+、Mg2+、K+、Na+三、土壤保肥和供肥性的调节(一)增加肥料投入，调节土壤胶体状况1．增施有机肥料2．合理施用化肥(二)科学耕作和台理灌溉1．合理耕作，以耕促肥2．合理灌排，以水促肥(三)调节交换性阳离子组成，改善养分供应状况思考题1、土壤胶体的种类有哪些？2、阳离子交换的基本特征是什麽？3、土壤酸碱性的意义是什麽？4、土壤缓冲性概念、机制及意义。5、如何进行土壤保肥供肥性调节。