超级爱范儿
范文一：土壤胶体
第一章 绪论
土壤
土壤是在地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用所形成能够生长植物的、处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物。
陆地表层—位置；
疏松—物理状态；
能够产生植物收获—土壤的本质。
土壤肥力
土壤在植物生长发育整个过程中，同时而又不断地满足和协调植物对水分，空气，养料和热量等要求的能力。
四大肥力因子：水、肥、气、热
有效肥力
在生产中反应出经济效果的那部分肥力。
潜在肥力
还没有在生产中反映出经济效果的那部分肥力。
土壤生产力
土壤在其土壤肥力、环境条件和人为因素的综合作用下所能产生的经济效益
土壤肥力与土壤生产力的联系与区别：土壤生产力由土壤本身的肥力属性（基础，内因）和发挥肥力作用的外界条件（外因）所决定的。从这个意义上来看，肥力只是生产力的基础，而不是生产力的全部。肥力因素基本相同的土壤，如果处在不同的环境条件下，其表现出来的生产力彼此可能相差很大。
土壤三相物质组成
固相——矿物质和有机质
液相——土壤液体
气相——土壤气体
第二章 矿物质
风化作用，原生矿物，次生矿物
风化作用：岩石在地表受到种种外力作用，逐渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用。所产生的疏松物质就是土壤母质。
原生矿物—直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源；在风化过程中没有改变化学组成的原始成岩矿物，如石英、长石、云母等。
次生矿物—在风化过程中新形成的矿物。如高岭石，蒙脱石、 氧化铝等。
土壤中的原生矿物类型和特性：
1、长石类矿物：正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。
2、云母类：白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一。黑云母也是钾元 素的来源，更易分解，风化。
3、角闪石与辉石类矿物：含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解。
4、石英矿物：不易风化，是土壤中砂粒的主要来源。
5、氧化铁类矿物：赤铁矿（Fe 2O 3），常使土壤染成红色；磁铁矿（Fe 3O 4），具磁性。黄铁矿（FeS 2），分解后形成硫酸盐。
6、磷酸盐类矿物：磷灰石是制造磷肥的主要原料，是植物磷元素的主要来源。
7、方解石（CaCO 3）：方解石是土壤中碳酸钙的主要来源。
8、褐铁矿（Fe 2O 3·3H 2O ）：由赤铁矿水化形成的一种含水氧化铁，是土壤黄色和棕色染色剂。
母质
1、成土母质：矿物岩石经各种风化作用后形成的疏松多孔体
2、土壤母质与岩石和土壤相比，有很大区别。
母质有别于岩石，其颗粒小，单位体积或单位质量的表面积增大，颗粒间多孔隙，疏松，有一定的透水性、通气性及吸附性能。母质所具有的这些肥力因素还远远不能满足植物的需要。
3、母质类型
岩石矿物风化形成的母质，有的就地堆积，但大多数是在重力、水流、风力、冰川等外力的作用下搬运到其他地方，形成各种沉积物，有的甚至经过多次搬运沉积。
按风化物搬运动力与沉积特点的不同，可将成土母质分为以下8种类型： 残积物
粒级：石砾，砂粒，粉粒，粘粒
粒级（粒组）：根据土粒大小和性质，将其分成若干组，称土壤粒级或粒组。
我国常用的土粒分级标准有国际制和卡庆斯基制，都把土粒分为：石砾，砂粒，粉粒（粉砂），粘粒四级。
颗粒组成（土壤质地）
土壤各粒级的百分含量，或称砂粘程度，机械组成
物理性粘粒，物理性砂粒
物理性粘粒：卡钦斯基分类制中直径0.01mm 的土壤颗粒。
土壤质地名称 卡制分类依据
土壤质地名称：根据其颗粒组成把土壤分成若干类别，称质地类别以粘粒含量为主要标准，粉粒、砂粒含量做帽子：
粘粒：15%以下为砂土、壤土类；
15%—25%为粘壤土类；
25%以上为粘土类。
卡制分类依据：依据物理性粘粒(<0.01mm)和物理性砂粒（1-0.01mm>
不同质地土壤与肥力的关系
壤土：砂、粘粒配比恰当；养分含量丰富，保水保肥性和供水供肥性强，耕性较好；理想土壤。适宜种植各种作物。
粘粒矿物
组成粘粒的次生矿物。
硅酸盐：最重要的造岩矿物，自然界中，占已知矿物种类的1/3，占岩石圈量的80-90%，绝大多数都以硅酸盐为主要矿物成分，由岩石风化成为土壤，土壤亦含大量硅酸盐—土壤的骨骼。在硅酸盐中，其结构可以看成是氧离子组成骨架，阳离子填充于氧离子空隙中, 阳离子的大小很重要.
岛 状 环 状 链 状 层 状 架 状
主要包括∶
层状的硅酸盐矿物和氧化物类。
前者是晶型矿物，后者有晶型的，也有非晶型的。
硅氧片, 铝氧片
硅氧片：四个氧离子和一个硅离子组成硅氧四面体。许多硅四面体可以共用氧原子形成一层，氧原子排列成为中间有空的六角形，称为硅氧四面体片，简称硅片。硅氧四面体片底层有六角形网眼要记住！网眼半径1.32埃。
铝氧片：一个铝离子和六个氧离子构成铝氧八面体。许多个铝八面体相互连接成片称为铝氧八面体片，简称铝片。
同晶置换
在矿物形成时，晶格中的某离子被别的大小相近，电荷符号相同的离子所取代，而其晶格外型不变的现象。
高价阳离子被低价阳离子取代的多；因此，土壤粘土矿物一般以负电荷为主。
四面体中的Si4+被Al3+离子所替代，八面体中Al3+被Mg2+替代。
同晶替代现象在2:1型和2：1：1型粘土矿物中较普遍，而1:1型的粘土矿物中则没有或极少。
高岭石、水云母、蒙脱石的结构与性质
高岭石：
由一个四面体片与一个八面体片重复堆叠而成。晶层结构为1：1型，两个晶层的层面间产生了键能较强的氢键，膨胀性小，0.72nm 。
只有外表面，无内表面。
电荷数量少。
外形是片状，粒径在0.2-2um ，较粗。
黏着力，可塑性弱，胶体特性较弱。
蒙脱石：
由两个四面体晶片中间夹一个八面体晶片堆叠而成。晶层结构为2：1型，晶层之间为分子引力，胀缩性大。
电荷数量大，同晶替代现象普遍。
即有外表面，又有丰富的内表面。
外形是片状，颗粒较小，厚度在0.01-1um ，胶体特性突出。
黏着力，可塑性强。
水化云母：
由两个四面体晶片中间夹一个八面体晶片堆叠而成，四面体片之间六角形网格眼中央有一个钾离子。2：1型晶层结构，伊利石是其主要代表。
无膨胀性。在伊利石晶层之间吸附有钾离子，对相邻晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0nm 。
电荷数量较大，但部分电荷被K+离子。
颗粒大小，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。
第三章 土壤有机质
土壤有机质的组成
泛指以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。包括：土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。
糖类化合物
木质素 脂肪、树脂、蜡质和单宁
纤维素 半纤维素
氨基酸）
灰分物质：Ca 、Mg 、K 、Na 、Si 、P 、S 、Fe 、Al 、Mn
土壤有机质元素组成
以C 、H 、O 、N 为主，含有灰分元素。C 、H 、O 、N 占90%以上，多种灰分元素共占8%，Ca, Mg, K Na, Si, P, S等，以Ca, K, Si含量最丰富，还含Fe, Zn, Cu, B, Mo, Mn等微量元素。 矿质化
土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。
腐殖质化、腐殖质化系数
各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程。
腐殖质化系数：单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。
通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重）的克数 来表示，一般在0.2-0.5范围内，例如稻田紫云英每亩施500公斤(干物) ，可使腐殖质增加100-250公斤。 影响有机残体分解和转化的因素
环境因素：
（1）水分与通气
适当：分解快、分解完全、释放养料多，无毒害，利于植物生长；但不利累积； 过湿、不通气：分解慢，产生毒害物质；利于积累。
水田矿化率不比旱地低；微生物处在一种特异的生态环境中
（2）温度：适宜25~35°C
（3）质地：越粘重越难分解；质地→通气、持水→分解转化；粘粒吸附酶及胶结有机物质使其难分解
（4）pH 值：细菌适宜pH 6.5~7.5；放线菌稍偏碱；真菌pH 3~6
（5）含盐量：盐多（>0.2%）时→微生物活动减弱→分解慢
（6）污染物：重金属污染物、有机污染物→毒害微生物；可消除污染，但有一定限度 植物残体的特性
（1）有机残体的物理状态：新鲜程度 破碎程度 紧实程度
鲜嫩多汁—干枯；
粉碎后—整株。
（2）有机残体的组成
有机化合物组成不同，分解速度不同。分解从易到难的顺序为：葡萄糖----淀粉-----半纤维素，果胶-----纤维素-----脂肪，蜡质，树脂，木质素，单宁。
（3）有机残体的C/N比 有机物质中碳素总量和N 素总量的比值
有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速度影响很大。 以25或30：1较为合适。 碳是微生物活动的能源，又是构成微生物细胞的材料，N 是构成微生物细胞中蛋白质的主要成分，如果土壤OM 中C 、N 丰富，则微生物活动旺盛，有机质分解快。
细菌本身的C/N比为4～5：1，即为了组成自身的细胞，需要5份C 和1份N ，同时，每吸收一份C ，还要消耗4份C 获得能量，因此，细菌在其生命活动中，总共要求C/N比等于20-25：1。真菌本身C/N比高，要求的C/N比要高一些，一般微生物要求25-30：1。 若加入的有机质残体的C/N比过大，如禾本科秸秆类的C/N比高达80-90，则能源充足，N 素缺乏，微生物活动繁殖受限制，有机质分解慢；还会造成C —CO2损失和与“与植物争N ”的局面。在这种情况下，如施用少量速效N 肥，可以大大促进有机质的分解，如制造堆肥时，适当浇些人粪尿，稻草还田，还应配合施用化学N 肥。
如果有机残体的C/N较小，如豆科植物(20：1-30：1) 则对微生物活动显著有利，有机残体分解快。对作物供N 。
其它养分缺乏也影响有机残体的分解，如P ，K 很重要，微生物原生质灰分中含高达25%的P 和10%的K 。
不论施入土壤的有机质的C/N比如何，最终得到的土壤有机质的C/N比相对稳定，平均为10-12：1，这个比值相当稳定。
矿化和腐化关系
土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程是既互相对立，又互相联系，既相互独立，又相互渗透的两个过程。
矿质化过程是有机质释放养分的过程，又是为腐殖质合成提供原料的过程，没有矿质化过程就没有腐殖化过程；同时腐殖化过程的产物——腐殖质并不是一成不变的，它可以再经矿质化过程而释放养分以供植物吸收利用。
腐殖质分组
土壤腐殖质是通过微生物的作用，在土壤中新合成的一类含N 的、具有芳香核复杂结构的高分子化合物。
（1）按颜色分：黄色腐殖质、棕色腐殖质和黑色腐殖质三大类型，颜色越深，品质越好。
（2）按溶解性差异分：
胡敏酸（Humic acid）：溶于碱但不溶于酸的那部分腐殖质；
富里酸（Fulvic acid）：既溶于碱也溶于酸的那部分腐殖质；
胡敏素（Humin):是与矿物质紧密结合的腐殖质。
任何一种土壤中，即有胡敏酸，也有富里酸，所以土壤腐殖质实质上是胡敏酸和富里酸的混合物。
（3）土壤腐殖质的存在状态
腐殖质性质
1、腐殖质的元素组成
骨干元素：C 、H 、O
其余元素：N 、P 、S 、Ca 、Mg 、Fe 、Mn 、Zn 、Cu 、Mo 、Co........ 等，含除K 外的全部植物生长发育所需的养分（因为 K 不能形成有机化合物的稳定成分，故腐殖质中也不含K ，但它可吸附K 离子，所以，它带有全部植物生长发育所需的养分元素）。
2、分子结构：
主要包括三大部分：
（1）中心为C 网结构：以醌型芳香核物质为核心所构成的。
（2）表面带有许多功能团：带有甲氧基（－OCH3）、羧基（－COOH ）、羟基（－OH ）、胺基（－NH2）、羰基（－C ＝O ）等功能团。
（3）连有多肽或脂肪族侧链，氨基糖及多糖，杂环态N 等
所以，腐殖质的分子量很大（达几千～几万），分子形状呈球形或短柱形，内部为C 网的交联构造。
3、腐殖酸的活性功能团和电性
羧基、酚羟基、羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。
腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主，每kg 能吸附阳离子150-450cmol ，保肥力强。 腐殖质的负电荷数量随pH 质的升高而升高。
4、溶解度、颜色和吸水性
胡敏酸不溶于水，其一价盐溶于水，多价盐如Ca 、Mg 、Fe 、Al 等盐类溶解度低。 富里酸溶于水，其一价、二价盐、三价盐均溶于水。
腐殖酸整体呈黑色，胡敏酸及盐类棕--黑，富里酸黄--淡棕色。
有强大的吸水性，最大吸水量可超过500%，在饱和水气中吸水量可达本身重一倍以上，比表面可达2000m 2/g 。
5、稳定性
在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于3个月， 植物残体形成的新的有机质的半分解期为4.7-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000年，富里酸的平均停留为200-630年。
6、变异性
HA/FA值：表示胡敏酸与富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖质成分变异的指标之一。 有机质在土壤肥力上的作用
1、提供植物需要的养分
碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放 的CO2达1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量。
氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%
磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%
其他营养：K 、Na 、Ca 、Mg 、S 、Fe 、Si 等营养元素。
2、改善土壤肥力特性
（1）物理性质：①促进良好结构体形成；②降低土壤粘性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；④促进土壤升温。
（2）化学性质：①影响土壤的表面性质；②影响土壤的电荷性质，③影响土壤保肥性；④影响土壤的络合性质；⑤影响土壤缓冲性
（3）生理性质：①影响根系的生长；②影响植物的抗旱性③影响植物的物质合成与运输；④药用作用。
3、其它
减轻和消除土壤中农药残毒及重金属危害。吸附作用和络合作用
为微生物提供养分和能源。
第五章 土壤物理性质
土壤密度
单位体积固体土粒（不包括粒间孔隙）的重量叫土壤密度，单位是g/cm3.
土壤比重（相对密度）是指单位体积（不含孔隙）干燥土粒的质量与同体积标准状况水的质量之比，即：土壤比重＝土粒密度／水密度。
影响土壤密度的因素：矿物组成、有机质含量、土壤质地
多数土壤的密度为2.6～2.7克/厘米3，计算中常采用“常用密度值”即2.65克/厘米3。 土壤容重
定义：单位体积土壤体（包括孔隙）的干重。曾称土壤假比重。它的数值总是小于土壤密度，两者的质量均以105－110℃下烘干土计。单位g/cm3, 吨/米3，测定时在田间取一定容积的原状土，烘干称重，算成单位容积的土壤重量。土壤容重值多介于1.0-1.5克/厘米3范围内 容重比密度小，容重的大小由密度和孔隙数量来决定，主要是孔度。一般砂土1.2-1.8，其它土壤1.0-1.5，某些底土可达2.0。砂土孔度小，一般砂土容重>壤土和粘土。
应用：
（1）反映土壤松紧度
在质地相似条件下比较
容重小表明疏松多孔，结构性良好，反之紧实；
过松会加快水分损失，容重大过紧，不利根系发育，通气透水；
旱作：适宜1.1-1.3范围，砂土可以偏高些 。
（2）计算土壤重量及土壤中各组分数量
例：1公顷耕层土重：耕层厚0.2m ，容重1.15吨/米3
10000m2х0.2m х1.15吨/米3 = 2300吨
相当于每亩土15万公斤，150吨，常取值30万斤/亩。
根据土壤重量，可计算水分，养分，有机质等贮量，如某耕层土壤含N 量为0.1%，则1公顷含N 量为：
2300000х0.1%=2300公斤
（3）计算孔度
土壤三相比
土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率，称为固相率、液相率（即容积含水量或容积含水率，可与质量含水量换算）和气相率。三者之比即是土壤三相组成
固相容积?100%土体容积
水容积液相率=?100%土体容积
空气容积气相率=?100%土体容积
土壤孔隙类型
①非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中最细微的孔隙，当 量孔径一般<0.02mm, 土壤水吸力="">1.5×105Pa 。
②毛管孔隙：当量孔径约为0.2-0.02mm, 土壤水吸力1.5×104Pa- 1.5×105Pa, 具有毛管作用。 ③通气孔隙（非毛管孔度）：当量孔径>0.2mm,相应的土壤水吸力<1.5×104pa,>
毛管孔度：毛管孔容积占土壤总容积的百分数。
非毛管孔度：非毛管孔容积占土壤总容积的百分数（也称通气孔度）
团粒结构的土壤肥力作用
1团粒结构大小孔隙兼备
团粒结构体具多级构造，孔度大，毛管孔、非毛管孔分配较为理想。团粒内小孔隙，团粒间大孔隙。
团粒大小：干旱地区以0.5-3mm 为好，温润地区10mm ，抗侵蚀力强，水稻田微团粒0.01-1mm 。 2水分与空气并存的矛盾得到解决
团粒间为通气孔，通气，透水，减少地表迳流、水土流失。毛管孔靠团粒接触点相通，干旱时，团粒表土收缩，与其下的结构体脱离，毛管中断，减少蒸发损失，抗旱力强。 团粒内大量毛管孔，保持水分，供作物吸收。
3改善了土壤保肥供肥性能
表面与空气接触，微生物活动强烈，好气分解有机质，供肥性好；内部贮存水分，通气不良，嫌气微生物活动，有利于养分保存和腐殖质形成。
4宜于耕作与根系发育
团粒球形，排列疏松，有利根系发育。耕作阻力小，宜耕期长。
不良结构和良好结构；团粒结构形成机制
不良结构：
块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。
良好结构：
团粒结构体不仅总孔隙度大，而且内部有多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。
土壤结构体形成的两个过程：粘结团聚和切割造型。
块状、柱状、片状结构体：
单粒----粘结----致密大土块----各种应力作用崩解----成各种结构体，无多次团聚，孔度小，孔隙大小比较一致。
团粒结构体形成，多次复合和团聚：
单粒----凝聚----微凝聚体(粘团，<><0.25mm)---- 多级团聚----团粒（0.25-10mm="" ）。="" 固相率="">
结持性
指不同含水量下土壤粘结性，粘着性和塑性的综合表现。
粘结性
土粒之间通过各种引力而互相粘结在一起的性质。它使土壤具有抵抗外力而不被破坏的能力。是产生耕作阻力的原因之一
1、粘结力(内聚力)
土粒----水膜----土粒之间的粘结作用
2、影响粘结的因素
1) 、比表面：粘粒含量 含量高—粘结力强，砂土几无粘结力
团粒结构
腐殖质含量
2) 、含水量：完全干燥，没有粘结力；15%时，粘结力最大；随着含 水量增加，水膜增厚，粘结力减少；水分达到饱和时，粘结性消失。
粘着性
土粒粘附于外物的性质
指土粒---水膜----外物间的相互吸引的性能
（1）含水量：干燥的土壤无粘着力，随着水分含量增加，土粒与外物间的水膜生成（粘着点），粘着力增强，继而水膜太厚，粘着力下降，到可流动的泥浆时（脱粘点），消失。
（2）比表面：粘粒含量
团粒结构
腐殖质含量
塑性
指土壤在外力作用下变形，当外力停止或土壤变干后仍能保持改变了的形状的特性。 原因：片状粘粒及其水膜引起的。
上塑限：土壤呈现塑性的最大含水量，又称液限。
下塑限：土壤呈现塑性的最小含水量，又称塑限。
塑性值：上塑限和下塑性的差值，又称塑性指数。
第六章 土壤水、气、热状况
重量含水量，容积含水量，干、湿土换算，三相比计算
重量含水量：以水分重量占干土重量百分数表示——重量含水量（%）
重量含水量（%）=（水重/干土重）x100=（W 湿-W 干）/W干x100 W 湿=W干（1+含水量）
W 干=W湿/（1+含水量）
容积含水量：以水分容积占整个土壤容积百分数表示——容积含水量（%）
容积含水量（%）=土壤重量含水量（%）x 土壤容重
水容积=干土重x 土壤重量含水量（%） （水密度=1）
土壤容积=干土重/土壤容重 三相比计算：
例：测得耕层重量含水量(%)为20%，土壤容重为1.2，
容积含水量(%) = 20% x 1.2 = 24%
总孔度 = （1 – 容重/比重） x 100% = （1 – 1.2/2.65) x 100 % = 55 %
可知该土壤三相容积比为：
液相24%，气相31%，固相45%，孔隙比=55%/45%=1.2
吸湿系数、凋萎含水量、田间持水量、饱和含水量、毛管水联系破裂含水量
吸湿系数：当相对湿度达100%时，土壤吸湿量达最大值，这时的含水量称吸湿系数或最大吸湿量。常数，由粘粒、有机质决定，粘土>壤土>砂土
凋萎含水量：当土壤对水分的吸持力大约在15个大气压时，植物得不到有效水的供应而发生永久凋萎现象，此时的土壤含水量叫做凋萎含水量或凋萎系数。这是一个很重要的水分常数。有效水下限。
田间持水量：当悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量。有效水上限
饱和含水量：当土壤大小孔隙全部被水充满时的含水量，或称全蓄水量。
毛管水联系破裂含水量：大约在0.8大气压，约相当于田间持水量的70%左右，含水量大于此时，水分作连续整体运动，为易效水，低于此值时，毛管水被束缚水隔断，缺乏整体运动，为难效水。
水分常数，水分特征曲线
水分常数：土壤中某种水分类型的最大含量，随土壤性质而定，是一个比较固定的数值，故称水分常数。
水分特征曲线：土壤水吸力与土壤含水量之间的相关曲线
影响因素：
质地
结构
温度
滞后现象
土壤水分特征曲线的用途：
A 、可利用它进行土壤水吸力和含水率之间的换算；
B 、土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布；
C 、土壤水分特征曲线可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性；
D 、应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时, 水分特征曲线是必不可少的重要参数
土水势
土壤水的自由能与标准状态水自由能的差值称为土水势。一般用西腊字母Ψ来表示。 标准状态水是指：纯水，即无溶质；自由水，即无束缚；105Pa ；一定高度和温度。 以标准状态水的自由能为零，土壤水的自由能与其比较的差值一般为负值。
差值大，表明水不活跃，能量低；差值小，表明土壤水与自由水接近，活跃，能量高。 Ψ总土水势 = Ψ基质势 + Ψ重力势 + Ψ溶质势 + Ψ压力势
Ψt = Ψm + Ψg + Ψs + Ψp
基质势Ψm ：由土粒吸附力和毛管力所产生。
溶质势Ψs ：又称渗透势，是由溶质对水的吸附所产生的。
重力势Ψg ：由重力作用产生的水势。
压力势Ψp ：土壤中水分还要承受土壤水体的静水压力，其水势与参比标准之差，称为压力
势。
土壤空气与大气组成比较
含量：空气孔隙容积，旱作要求10-15%以上
组成：与大气比较
1．土壤空气中的CO 2含量高于大气
2．土壤空气中的O 2含量低于大气
3．土壤空气中的水汽含量一般高于大气
4．土壤空气中含有较高量的还原性气体（CH 4等）
土壤通气性的机制
土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力。 机制：
（1）土壤空气与大气间气体整体交流
在土壤空气与大气之间总压力梯度引起：气象因素——温度；降雨及灌溉，挤出，进入；风，机械搅动，无复盖影响大；大气气压改变。
（2）气体扩散
是土壤通气的主要机制，由个别气体分压梯度引起。涉及个别气体的交换，如CO 2、O 2等。
通气性调节：改善孔性：耕作、轮作、排水，促进团粒结构进行。
热容量
指单位容积或单位质量的土壤在温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量。
质量热容量 C ：J/克?度 也称比热
容积热容量 C V ：J/cm3?度
土壤容积热容量 C V = 1.9Vm + 2.5Vo + 4.2Vw
Vm:矿物质容积; Vo 有机质容积；Vw:水容积。空气C V 太小，略去。
对于某一特定土壤来说，有机质数量变化不大，所以其热容量主要由含水量的多少来决定。依含水量增加而增加，一般湿土土温变化慢，干土土温变化剧烈。给一定热量，则湿土升温小，干土升温大。
导热率
土壤传导热量的性质------导热性，不良导体，50cm 以下土温变化很少，导热率是用来衡量土壤导热能力大小的。
导热率（λ）：土层厚度为1cm ，温差为10℃时，每秒钟通过1cm 2断面的热量卡数。单位：J/cm?S ?℃。
当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导热率就小。当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。
空气阻碍传热：1) 土壤紧实，导热率大；孔隙度大，疏松，导热率低；2) 干燥土壤，导热低；潮湿土壤，导热率增加。
导温率
导温率：距离为1cm ，温差为1℃，每秒流入1cm 2断面的热量，使单位体积(1cm3) 土壤温度升高的度数(cm2/秒) 。
在一定热量供给下，土壤温度变化处决于导热性和热容量
D(导温率)=λ/CV (厘米2/秒) (cm2/S)
由于热量较难测定和掌握，在研究热量状况时，往往都从导温率入手，凡是影响λ和C V 的因素，均影响导温率D 。
第七章 土壤胶体
土壤胶体种类
结晶态：层状硅酸盐，氧化物 水云母、蒙脱石、蛭石、高岭石 矿质（无机）胶体 赤铁矿、针铁矿、三水铝石等
非晶质：氧化物类，Fe 、Al 、Mn 、Si 、Ti 氧化物及其水化物（胶膜） 水铝英石。
有机胶体 主要是腐殖物质；非腐殖物质
矿质复合体 占60-95%
土壤胶体电荷
土壤电荷主要集中在胶体部分。以电荷数量和电荷密度来表示。土壤电荷对离子吸附量、吸附牢固程度，离子程度，有机-无机复合体形成，土壤分散于絮凝等有重要影响，是许多物理化学性质的基础。
腐殖质具有很多含氧功能团，这些功能团在介质pH 值发生变化时，可解离而带电。羟基、酚羟基解离使腐殖质带负电，氨基质子化使腐殖质带正电荷。
（2）层状铝硅酸盐产生可变电荷：
1：1型粘土矿物的晶面特点是一面为硅氧烷型表面，另一面则为羟基化表面，后者在介质pH 值发生变化时，吸附或释放一个H +，使表面带电。
（3）氧化物带可变电荷：
氧化物不带电时的pH 值称为电荷零点，简称ZPC 。
介质pH>ZPC时，氧化物带负电；pH<>
土壤中的铁、铝氧化物，一般为M 2O 3形态，其ZPC 大于6.5而小于10.4，故在酸性条件下，一般带负电很少，甚至带正电。
净电荷：土壤正电荷和负电荷的代数和，土壤一般带负电荷（指净电荷）。少数土壤，在较强酸性条件，如砖红壤，可能带正电荷。
交换性阳离子
土壤胶体上所吸附的阳离子，可与溶液中的其它阳离子相互交换，故称交换性阳离子。
+3+ 类型：（1）H , Al 致酸离子
（2）Ca 2+, Mg2+, K+, Na+ 等 盐基离子
影响阳离子交换能力的因素
（1）电荷的多少 3价>2价>1价
（2）离子半径和水化半径：离子的真实半径越大，水化半径就越小，离子对其他离子的交换力就越大。
（3）离子浓度：受质量作用定律支配，交换能力弱的离子如果浓度足够大，可以将交换能
力强而浓度低的离子交换下来。
Fe 3+ > Al3+ (H+) > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH+ >Na+
阳离子交换量
定义：单位质量土壤所含的全部交换性阳离子总量，称土壤阳离子交换量。以cmol/kg表示。常以1mol 中性醋酸铵测定。重要的土壤理化性质。
影响因素：
（1）胶体含量；质地，粘土大于砂土。
（2）胶体种类；有机质，2:1矿物大。
（3）土壤pH ；影响土壤可变负电荷。
土壤盐基饱和度
土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量的百分数称为土壤的盐基饱和度。
盐基饱和度=[交换性盐基总量/阳离子交换量]*100%
盐基饱和状态与盐基不饱和状态
盐基饱和度大小与气候、母质和施肥条件有关。
第八章 土壤酸碱性和氧化还原性
活性酸：指土壤固相与土壤溶液处于平衡状态时，土壤溶液中的H +离子浓度反应出来的酸度。以pH 表示，是一个强度指标。
活性酸度的表示：决定土壤溶液中H +浓度，通常用pH 值表示，即pH=-lg[H+] pH=7时，
[H+]=[OH-]
（1）水的解离：H 2O H ++OH-
（2）碳酸的解离：H 2CO 3 H ++HCO3-
（3）有机酸的解离：有机酸 H ++R----COO-
（4）无机酸：硝化作用产生硝酸、硫化作用课产生硫酸；(NH4) 2SO 4、KCl 和NH 4Cl 等生理酸性肥料施入到土壤中，因为阳离子NH 4+、K +被植物吸收而留下酸根，导致溶液中H +增多
（5）酸雨：pH<>
潜性酸：是土壤酸度的潜在来源。指土壤胶体上吸附的H +和Al 3+所引起的酸度。这些离子只有当它们从胶体上解离或被其他阳离子所交换而转移到溶液中以后才显示酸性。 表现：（1）土壤胶体活性功能团解离H +离子
（2）土壤胶体上吸附的H +离子被其它阳离子代换
（3）土壤胶体上吸附的Al 3+离子的作用，交换性Al 3+离子进入溶液，Al 3+离子水解，产 生H +
根据测定时所采用的浸提剂不同（测定方法不同），潜性酸可分为交换性酸度和水解性酸度，都可作为酸性土壤改良时计算石灰需要量的参考数据。
（1）交换性酸度：用过量中性盐（氯化钾、氯化钠等）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浸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。测得的只是大部分而不是全部。
（2）水解性酸度：用碱性盐（弱酸强碱盐），如醋酸钠，与土壤作用，所测得的酸度。用碱滴定溶液中醋酸的总量即是水解酸的两。土壤水解酸反应生成难电离物质，所以反应向右进行彻底，即土壤胶体中吸附的H +和Al 3+能较完全被交换出来。
土壤碱度指标：
（1）土壤总碱度 液相指标
指土壤溶液或灌溉水中碳酸根、重碳酸根的总量。总碱度=CO32-+HCO3- 单位：coml ·L -1 碳酸钙及碳酸镁的溶解度很小，在正常二氧化碳分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，
所以含碳酸钙和碳酸镁的土壤，其pH 值不可能很高，最高的pH 值在8.5左右，这种因石灰性物质所引起的弱碱性反应称为石灰性反应，该土壤称之为石灰性土壤。
石灰性土壤：具有石灰性土壤的反应。稀HCl 检验。
（2）土壤碱化度（钠饱和度） 固相指标
交换性钠离子占阳离子交换量的百分数，即钠饱和度。
土壤缓冲性：
狭义：把少量的酸或碱加入到土壤里，其pH 值的变化却不大，这种对酸碱变化的抵抗能力，叫做土壤的缓冲性能或缓冲作用。
广义：土壤是一个巨大的缓冲体系，对营养元素、污染物质、氧化还原等同样具有缓冲性，具有抗衡外界环境变化的能力。
影响土壤缓冲能力的因素：
土壤缓冲量：指土壤溶液pH 值改变1个单位所需要的酸量或碱量。用酸碱滴定法测定。 阳离子交换量（CEC ）：CEC 越大，缓冲能力越大；粘粒矿物，有机质含量。粘土>壤土>砂土。 盐基饱和度：盐基饱和度越高，对酸缓冲能力越大；盐基饱和度越低，对碱缓冲能力越大。 土壤氧化还原体系和氧化还原电位：
常见的氧化还原体系
体系 氧化态 还原态
氧体系 O 2 O 2-
氮体系 NO 3- NH 4+
锰体系 Mn 4+ Mn 2+
铁体系 Fe 3+ Fe 2+
硫体系 SO 42- S 2-
有机碳体系 CO 2 CH 4
氢体系 2H + H 2
土壤中主要氧化剂是O 2，当土壤O 2被消耗后，其他氧化态物质NO 3- 、Mn 4+、Fe 3+ 、SO 42-依次作为电子受体被还原。土壤中的还原物质主要是有机质，特别是新鲜有机质。土壤中氧化态和还原态物质相对浓度受O 2状况，即通气性的影响。
氧化还原电位 Eh （铂电极-甘汞电极，毫伏计）
Fe 3+ + e- = Fe 2+
Nernst 公式
Eh = E0 + 0.059 log [Fe3+ / Fe2+ ]
氧化还原反应的通式：氧化态 + ne- = 还原态
E 0为标准氧化还原电位（化学手册中可查到）
n 为反应中电子转移数
用0.059时，单位为v ，用59时为mv
Eh 可作为土壤通气性的指标。
范文二：第二节土壤胶体
第二节 土壤胶体
一、土壤胶体
土壤胶体是土壤中最细微的颗粒，也是最活跃的物质，它与土壤吸收性能有密 切关系，对土壤养分的保持和供应以及对土壤的理化性质都有很大影响。胶体颗粒 的直径一般在1～100nm(长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内)形成的分散体系叫土壤胶体。实 际上土壤中小于1000nm的黏粒都具有胶体的性质。所以直径在1～1000nm的土粒都 可归属于土壤胶粒的范围。
一、土壤胶体的种类
土壤胶体按其成分和来源可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合体三类。
1．无机胶体
指组成微粒的物质是无机物质的胶体。在数量上无机胶体较有机胶体可高数倍 至数十倍，主要为极细微的土壤黏粒，包括成分简单的非晶体含水氧化物和成分复 杂的各种次生铝硅酸盐黏粒矿物。
2．有机胶体
指组成微粒的物质是土壤有机质的胶体，其主要成分是各种腐殖质(胡敏酸、富 里酸、胡敏素等)，还有少量的木质
素、蛋白质、纤维素等，它在土壤胶体中的比例 并不高，且在土壤中易被土壤微生物所分解。有机胶体是由碳、氢、氧、氮、硫、 磷等组成的高分子有机化合物，是无定形的物质，有高度的亲水性，可以从大气中 吸收水分子，最大时可达其本身质量的80%～90%。腐殖质的电荷是由腐殖质所含的羧基(—COOH)、醇羟基(—OH)、酚羟基(—OH)，解离出氢离子后的—COO-、—O-+ +等离子留在胶粒上而使胶粒带负电，氨基(—NH2)吸收H 后，成为—NH3 则带正电，一般有机胶体带负电。
3．有机无机复合体
这种胶体的主要特点是其微粒核的组成物质是土壤有机质与土壤矿物质的结合 体。一般来讲，有机胶体很少单独存在于土壤中，绝大部分与无机胶体紧密结合而 形成有机无机复合体，又称为吸收性复合体。土壤无机胶体和有机胶体可以通过多 种方式进行结合，但大多数是通过二、三价阳离子(如钙、镁、铁、铝等)或官能团( 如羧基、醇羟基等)将带负电荷的黏粒矿物和腐殖质连接起来。有机胶体主要以薄膜 状紧密覆盖于黏粒矿物的表面上，还可能进入黏粒矿物的晶层之间。通过这样的结 合，可形成良好的团粒结构，改善土壤保肥供肥性能和多种理化性质。由于土壤腐殖质绝大部分与土壤黏粒矿物质紧密结合在一起，所以腐殖质从土 壤中的分离、提取过程都比较复杂。一般来讲，越是肥沃的
土壤，有机无机复合胶 体的比例就越高。
二、土壤胶体的特性
土壤胶体除了具有与其化学组成相对应的一般性质外，还有以下特性。
1．土壤胶体具有巨大的比表面和表面能
比表面(简称比面)是指单位质量或单位体积物体的总表面积(cm2／g，m2／g)。 土壤胶体的表面积随粒径的减小而增大(表3-8)，表面积也因黏粒矿物类型而异。 砂粒和粗粉粒的比面同黏粒相比是很小的，可以忽略不计，因而大多数土壤的比面 主要决定于黏粒部分。实际上，土粒的形状各不相同，都不是光滑的球体，它们的 表面凹凸不平，故表面积要比光滑的球体大得多。加之部分粉粒和大部分黏粒呈片 状，它们的比面就更大。
此外，有些无机胶体(如蒙脱石类矿物)的片状颗粒，不仅具有巨大的外表面， 而且在颗粒内部的晶层之间存在着极大的内表面。外表面指黏粒矿物的外表以及腐 殖质、游离氧化铁、铝等的表面。内表面指层状铝硅酸盐晶层间的表面。
另外，土壤有机胶体也有巨大的比面，如土壤腐殖质的比面可高达1000m2/g。 巨大的比表面，产生巨大的表面能，这是由于物体表面分子所处的特殊条件引起 的。物体内部分子处在周围相同分子之间，在各个方向上受到的吸引
力相等而相互 抵消；表面分子则不同，由于它们与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外 方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面，故称为表面能，可以对分子和离子产生较大的吸引力。胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。
表3-8 各级球状士粒的比面
(引自：沈其荣．土壤肥料学通论)
2．土壤胶体电荷
土壤胶体的电荷有三种来源：一是晶体表面基团的解离；二是同晶替代产生的 永久电荷；三是矿物或有机质表面一些基团的质子化或脱质子化所产生的电荷。根 据电荷产生的原因和性质，可将土壤胶体电荷分为永久电荷和可变电荷。
(1)永久电荷 由于黏粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。由于同晶替代是在 黏粒矿物形成时产生在黏粒晶层的内部，这种电荷一旦产生即为该矿物永久所有， 因此称
为永久电荷，有人称为内电荷，这种电荷的数量决定于晶层中同晶替代的多 少，即主要与矿物类型及其化学结构有关，而与介质pH值的高低没有直接关系。对
2∶1型黏粒矿物而言，由同晶替代产生的负电荷是其带电的主要原因，而1∶1型矿 物中此现象极少发生。
(2)可变电荷 土壤胶体中电荷的数量和性质随介质pH
2
变化而变化的那部分电荷 称为可变电荷。不同pH时，这部分电荷可以是负，也可以是正，并且电荷的数量也 相应发生变化。土壤的pH0值是表征其可变电荷特点的一个重要指标，它被定义为 土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH值，或称为可变电荷零点、等电点。产生可 变电荷的主要原因是胶核表面分子(或原子团)的解离，例如黏粒矿物晶面上羟基的 解离。某些层状硅酸盐晶层表面有很多羟基，它们可以解离出H+，而使晶粒带负电 荷。介质的pH值愈高，H+愈易解离，晶体所带负电荷愈多。一个高岭石黏粒有数千 个羟基，因而产生的电荷数量也相当可观，这也是1∶1型黏粒矿物带电的主要原因。含水铁、铝氧化物的解离也能产生可变电荷，如三水铝石的pH0值为4.8。当土壤pH值低于pH0值时A12O3·3H2O→2A1(OH)2 +2OH ，显正电性；高于pH0时，A12O3·3H2O→2Al(OH)2O +2H ，显负电性。另外腐殖质上某些原子团的解离和含水氧化硅的解离都是产生可变电荷的原因，在高pH条件下，腐殖质上—COOH
和—OH可解 离出H+而带负电荷，在低pH条件下，其一NH 可以吸附H+而带正电荷。
土壤胶体在多数情况下是带负电荷的，土壤胶粘电荷是指土壤的净电荷，即土 壤的正电荷和负电荷的代数和。由于土壤的负电荷一般多于正电荷，故除少数土壤 在较强的酸性条件下可能出现正电荷外，绝大多数土壤是带负电荷的。
3．土壤胶体有凝聚和分散的作用
与其他胶体一样，土壤胶体也有两种不同的状态：一种是胶体微粒均匀分散在水 中，呈高度分散状态的溶胶；另一种是胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮状的凝胶。 土壤胶体溶液如受某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种
作用叫做胶体的凝聚作用；反之，由凝胶分散成溶胶，
叫做胶体的分散作用。 胶体的凝聚和分散作用主要取决于胶体微粒表面的电荷状况的变化。有多种因素可影响到电荷的变化，如电解质、加热、分散剂的浓度等。 由于绝大多数土壤胶体带负电荷，因此凝聚土壤胶体的电解质为阳离子。凝聚能力一般是一价离子<><三价离子。由于钙盐的凝聚能力较强，又是重要的 植物营养元素，且价格低廉容易取得，在农业生产中常用它作凝聚剂。土壤溶液中="">
4 Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+土壤肥
＞H+>NH
+>K+>Na+
除了溶液中电解质的种类外，电解质浓度对胶体凝聚也有很大的影响。所以， 生产上有时以冻融等措施，使土壤溶液中电解质浓度提高，从而促进土壤胶体的凝 聚和团粒结构的形成。
胶体的凝聚作用有的是可逆的，有的是不可逆的。由一价阳离子(Na+、K+、NH4 、H )所引起的凝聚作用是可逆的，当电解质浓度降低后，凝胶又分散为溶胶，
形成的土壤结构是不稳固的。二价、三价阳离子(Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+)所引起的凝 聚作用是不可逆的，可形成水稳性团聚体。
作业：
1、土壤胶体概念
2、种类
3、特性
4、可变电荷、永久电荷概念。
5、土壤胶体大多数情况下带什么电荷？
范文三：来源电荷对土壤胶体
来源电荷对土壤胶体
主要有两个来源有关电荷对土壤胶体: ( 1 )羟基和其他功能的组对表面的胶体粒子释放或接受H +的离子可以提供无论是正面或负面的电荷，以及( 2 )电荷不平衡所带来的类质同象替代，在一些粘土晶体结构中,一个阳离子通过的另一项类似的大小替代，但电荷不同。
所有胶体，有机或无机，展现表面上的电荷与OH -群体,电荷主要是依赖pH值。大部分的电荷联合腐殖质，1:1粘土，氧化物铁和铝，并水铝英石属于这种类型。图8.11显示了发生这种类型的可变电荷，在高岭石。在案件2 :1型粘土，然而，这些表面电荷补充是由一个更大数目电荷发出，源自类质同象置换的阳离子之一，又在八面体和/或四面体片。由于这些电荷是依靠pH值，他们是被称为永久或常数电荷。一个例子如何将这些电荷出现可以发现在图8.4 。
?替代与被替代的离子大小必须相近，才能保证替代后晶形不发生改变。
比如Fe3+的半径为0.064nm，八面体的中心离子Al3+的半径为0.057nm，半径相近可以发生替代而不会改变晶体形状，而La(镧)和Al是同族元素，性质更相近，但是La3+的半径比Al3+大一倍以上，La3+不能代替Al3+。
?替代与被替代的离子电性必须相同，电价可以同价或不同价。
如果互换的两个离子是同价的，互换后不仅晶形不变，而且仍保持电荷中性，如果互换的两个离子是不同价的，就会使晶体带正电荷或带负电荷。
晶体的中心离子被低价阳离子取代——晶体带负电荷
晶体的中心离子被高价阳离子取代——晶体带正电荷
实际上硅酸盐矿物中最常见的是晶体中心离子被低价阳离子取代:比如四面体中心离子Si4+被Al3+所取代，八面体中心离子Al3+被Mg2+所取代，所以粘土矿物是以带负电荷为主的。
同晶置换是发生在晶体形成过程中，同晶置换产生的负电荷是存在于晶体内部，晶体一旦形成后，这种负电荷就被包蔽在晶体内部，它不会随着外界环境(pH、电解质浓度)的改变而改变，所以同晶置换所产生的负电荷属永久电荷。
同晶置换的结果，使蒙脱石类矿物带有大量的负电荷，能吸附保存大量的阳离子，所以含蒙脱石类矿物高的土壤，其保肥性能良好。蒙脱石的同晶代换主要发生在铝片中，以Mg2+代替Al3+，蛭石的同晶代换主要发生在硅片中，以Al3+代替Si4+。
(4)胶体特性突出:这一组粘土矿物，颗粒特别细，总表面积大，其可塑性、粘结性、粘着性、吸湿性都很显著，对耕作不利。
高岭石类矿物:也称1:1型矿物，主要包括高岭石、珍珠陶土、迪岩石及埃落石等。
范文四：第六章 土壤胶体与保肥性
土壤学教案
第8—9次课 3学时 章 节 第六章 土壤胶体与保肥性 教学目的 1、了解土壤胶体的种类，掌握土壤胶体的基本构造和特性。 和要求 2、掌握土壤胶体的吸收保肥类型及特点。
教学重点:1、重点掌握土壤胶体的种类、构造与性质。
2、重点掌握土壤吸收性能类型、土壤阴阳离子代换吸收的特点及其一些基重 点 本的概念与理论。 难 点 教学难点:土壤胶体的基本构造; 不同层状铝硅酸盐矿物的结晶构造特点;土壤吸收
性能类型。
教学内容: 教学内容:
第一节 土壤胶体的构造与性质(1.5学时) 第二节 土壤胶体的吸收保肥性(1.5学时) 教学进程 一、土壤胶体类型 一、土壤吸收性能类型 (含章节 二、层状铝硅酸盐矿物的结晶构造和特性 二、土壤的阳离子代换吸收作用 教学内容、三、土壤胶体的构造 三、土壤的阴离子代换吸收作用 学时分配、四、土壤胶体的性质
教学方法、
辅助手段) 教学方法和辅助手段:
1、双电层构造、离子交换吸附的动画演示;多媒体讲授。
2、胶体构造的摸具
1、掌握土壤胶体、阳离子交换量、交换性阳离子、盐基饱和度等有关概念。
2、了解胶体的类型及其特点,
3、土壤胶体的性质有哪些,
4、胶体带电原因有哪些,什么是永久电荷,什么是可变电荷, 本章思考5、了解土壤胶体的双电层结构。影响土壤胶体凝聚和分散的因素有哪些, 题 6、阳离子交换作用的特点是什么,影响阳离子交换量大小的因素有哪些,
7、什么是阴离子的静电吸附、负吸附和专性吸附,其影响因素有哪些,
8、土壤吸收性能有几种类型,
9、掌握不同层状铝硅酸盐矿物的结晶构造特点
1、于天仁等(可变电荷土壤的电化学(北京:科学出版社，1996
2、朱祖祥(土壤学(上册)(北京:农业出版社，1983
主要 3、李学垣(土壤化学及实验指导(北京:中国农业出版社，1997 参考资料 4、李学垣(土壤的表面化学性质(北京:科学出版社，1987
5、熊毅、陈家坊等(土壤胶体(第三册)(北京:科学出版社，1990
6、林大仪主编《土壤学》，第一版，北京:中国林业出版社，2002年。
备注
土壤学教案
第8次课 1学时
第六章 土壤胶体与保肥性 课目、课题 第一节 土壤胶体的构造与性质 教学目的 了解土壤胶体的种类、性质;掌握不同层状铝硅酸盐矿物的结晶构造特点;掌 和要求 握土壤胶体的基本构造和特性;
重 点 教学重点:重点掌握土壤胶体的种类、构造与性质。
难 点 教学难点:土壤胶体的基本构造; 不同层状铝硅酸盐矿物的结晶构造特点;
教学内容:
第二节 土壤胶体的构造与性质(1学时)
一、土壤胶体类型 教学进程
二、层状铝硅酸盐矿物的结晶构造和特性 (含课堂
三、土壤胶体的构造 教学内容、
四、土壤胶体的性质 教学方法、
辅助手段、
教学方法和辅助手段: 师生互动、
1、双电层构造动画演示;多媒体讲授。 时间分配、
2、胶体构造的摸具、图片 板书设计)
1、了解胶体的概念、类型及其特点,
2、掌握不同层状铝硅酸盐矿物的结晶构造特点
3、土壤胶体的性质有哪些,
作业布置 4、胶体带电原因有哪些,什么是永久电荷,什么是可变电荷,
5、了解土壤胶体的双电层结构。影响土壤胶体凝聚和分散的因素有哪些,
1、于天仁等(可变电荷土壤的电化学(北京:科学出版社，1996
2、朱祖祥(土壤学(上册)(北京:农业出版社，1983
3、李学垣(土壤化学及实验指导(北京:中国农业出版社，1997 主要 4、李学垣(土壤的表面化学性质(北京:科学出版社，1987 参考资料 5、熊毅、陈家坊等(土壤胶体(第三册)(北京:科学出版社，1990
6、林大仪主编《土壤学》，第一版，北京:中国林业出版社，2002年。
主要内容是三种胶体、两种结晶构造、胶体的两个电层和三大性质。 课后自我
总结分析
土壤学教案
第9次课 2学时 课目、课题 第二节 土壤胶体的吸收保肥性 教学目的 掌握土壤胶体的吸收保肥类型及特点。 和要求
教学重点:重点掌握土壤吸收性能类型、土壤阴阳离子代换吸收的特点及其一些基本的重 点 概念与理论。 难 点 教学难点:土壤吸收性能类型的机理和特点
教学内容:
一、土壤吸收性能类型(0.5学时)
(一)土壤吸附性的概念
(二)土壤吸附性能的类型
二、土壤的阳离子代换吸收作用(1学时)
教学进程 (一)阳离子交换作用的特点
(含课堂 (二)阳离子交换能力
教学内容、 (三)阳离子交换量(CEC)
教学方法、 (四)土壤的盐基饱和度
辅助手段、 三、土壤的阴离子代换吸收作用(0.5学时)
师生互动、 (一)土壤对阴离子的静电吸附
时间分配、 (二) 阴离子的负吸附
板书设计) (三)土壤对阴离子的专性吸附
教学方法和辅助手段:
多媒体讲授;离子交换吸附的动画、图示演示
1、掌握土壤阳离子交换量、交换性阳离子、盐基饱和度等有关概念。
2、什么是阴离子的静电吸附、负吸附和专性吸附,其影响因素有哪些, 作业布置 3、土壤吸收性能有几种类型,
4、阳离子交换作用的特点是什么,影响阳离子交换量大小的因素有哪些,
5、阳离子代换能力的大小与什么有关,
1、于天仁等(可变电荷土壤的电化学(北京:科学出版社，1996
2、朱祖祥(土壤学(上册)(北京:农业出版社，1983
主要 3、李学垣(土壤化学及实验指导(北京:中国农业出版社，1997 参考资料 4、李学垣(土壤的表面化学性质(北京:科学出版社，1987
5、熊毅、陈家坊等(土壤胶体(第三册)(北京:科学出版社，1990
6、林大仪主编《土壤学》，第一版，北京:中国林业出版社，2002年。
注意三种吸收类型，两种离子代换吸收作用的特点，离子代换能力大小排序等。 课后自我
总结分析
范文五：14 土壤胶体与土壤吸收性能
14 土壤胶体与土壤吸收性能
§1 土壤胶体的概念
土壤胶体：土壤中粒径<1μ m或2μ="" m的矿物质颗粒和腐殖质（分散相）分散在土壤溶液（分散介质）中的分散体系。="" 粗分散体系="">
分子、离子分散体系
§2 土壤胶体的类型
硅氧片和硅四面体：
硅四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。 许多硅四面体可以共用氧原子形成一层。氧原子 排列成为中间有空的六角形，称为硅氧片。 铝氧片和铝八面体
铝八面体为6个氧原子围绕一个铝原子而构成。 许多个铝八面体相互连接成片称为铝氧片。
§3 土壤胶体的构造
土壤胶体分散系包括胶体微粒（为分散 相）和微粒间溶液（为分散介质）两大部 分。胶体微粒在构造上可分为微粒核、决 定电位离子层和补偿离子层三部分组成。
（1）微粒核： 主要由腐殖质、无定形的SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。
（2）双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离子，形成一层离子层（决定电位离子层）；通过静电引力，在其外围形成一层符号相反而电量相等的离子层（补偿离子层）。又称之为双电层。
胶体微粒的构造图示（图3-7）
§4 土壤胶体的特性
（1）土壤胶体比表面和表面能
比表面（比面）是指单位重量或单位体积的总表面积（cm2/g， cm3/cm3）。 由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面，故称为表面能。胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。 各级球状土粒的比面（表3-4） （2）土壤胶体带有电荷
永久电荷：它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电荷不受介质的pH 值的影响，主要发生在2：1型粘粒矿物中，在1：1型矿物中极少。
可变电荷： 电荷的的数量和性质随介质pH 而改变的电荷。
土壤的pH0值是表征其可变电荷特点的一个重要指标，它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH 值，或称为可变电荷零点、等电点。 产生可变电荷可的主要原因有： ①粘粒矿物晶面上-OH 基的解离 ②含水铁、铝氧化物的解离 ③腐殖质上某些原子团的解离 ④含水氧化硅的解离 ⑤粘粒矿物晶层上的断键等。
可变电荷土壤：指含有较多铁、铝氧化物，土壤带电性随pH 变化而变化的土壤。（主要是酸性土壤） 如：三水铝石
产生可变电荷可的主要原因有： 腐殖质上某些原子团的解离
（3）土壤胶体有凝聚和分散作用
土壤胶体溶液如受到某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做胶体的凝聚作用；反之，由凝胶分散成溶胶，叫做胶体的分散作用。 促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电位的高低。而电动电位的高低又取决于扩散层的厚度.
凡电荷数量少而水化度大的离子(如Na+)，形成的扩散层厚，电动电位高。使胶体分散；电荷数量多，水化度小的离子(如Ca2+)，形成的扩散层薄，电动电位降至一定程度时，胶体即可凝聚。
电解质种类对胶体的凝聚作用有影响：一般是一价离子<><三价离子。 fe3+=""> Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+
电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响:浓度大, 可促使凝胶形成。
§5 土壤胶体的交换吸附作用
土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留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。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性能。 1. 土壤吸收性能类型
（1）机械吸收性：是指土壤对固体物体的机械阻留，如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤中。
这种吸收作用取决于土壤的孔隙状况。
（2）物理吸收性：这种吸收性能是指土壤对分子态物质的保持能力，它表现在某些养分聚
集在胶体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者称为正吸附，后者称为负吸附。
产生这种作用的原因是由于固体颗粒界面上的表面自由能的作用。 气态物质（水气、CO2、NH3等）和细菌的吸附也是物理吸附。
（3）化学吸附性：是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。 这种吸收是纯化学作用过程。
（4）物理化学吸收性：是指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力。 这种吸收是以物理吸收为基础，又呈现出化学反应相似的特性。
（5）生物吸收性：是指土壤中植物根系和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是选择性，并且具有累积和集中养分的作用。
上述五种吸收性不是孤立的，而是相互联系、相互影响的，都具有重要的意义。 2. 土壤物理化学吸收性能
土壤物理化学吸收性能即是土壤离子交换作用。分为土壤阳离子交换作用和阴离子交换作用 （1）土壤阳离子交换作用
离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的吸附过程；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的过程，称为离子的解吸过程。 ① 阳离子交换作用特点： a. 可逆反应 b. 反应迅速
c. 等量交换 它是等量电荷对等量电荷的反应。 ② 阳离子交换能力
阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来有能力。 各种阳离子交换能力大小的顺序为：
Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > K+ > Na+ 影响阳离子交换能力的因素有： a. 电荷的数量
b. 离子半径和离子水化半径
同价离子的半径增大，则单位表面积的电荷量（电荷密度）减少，电场强度减弱，故对极性水分子的吸引力小，离子外围的水膜薄，水化半径减少，因而离负电胶体的距离较近，相互吸引力较大，具有较强的交换能力。
离子半径、水化半径与交换能力的关系（表3-5） c. 离子浓度 ③土壤阳离子交换量（Cation Exchange Capacity CEC）
阳离子交换量（或吸收容量）是指在一定pH 值条件下每1000g 干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数（cmol/kg）。
土壤阳离子交换量可以作为土壤保肥力的指标，CEC 的大小，受下述因素的影响： a 、胶体数量 b 、胶体类型 c 、土壤pH 值
每千克土壤干胶体的阳离子交换量(cmol/kg)（表3-6） ④土壤的盐基饱和度
土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等；另一类是致酸离子，即H+、Al3+。土壤中交换性盐基离子总量cmol/kg占阳离子交换量cmol/kg的百分数称为土壤的盐基饱和度，即： 盐基饱和度 = [交换性盐基总量/阳离子交换量] ×100% ⑤影响交换性阳离子有效度的因素 a. 交换性阳离子的饱和度
离子饱和度：土壤吸附的某离子量占土壤全部阳离子量的百分数。 土壤中交换性阳离子饱和度对其有效性的影响（表3-7） b. 陪伴（补）离子效应
土壤胶体上同时吸附着多种阳离子，对其中某种离子来说，其余的各种离子都称为它的陪补离子。
陪补离子对交换性钙有效性的影响（小麦盆栽试验）（表3-8） c. 阳离子的非交换性吸收（专性吸附）
专性吸附的阳离子均为非交换性离子，其反应也不完全遵循可逆反应和等量交换的规则。 1） 阳离子与氧化铁、铝及其水合物胶体表面氧的结合作用
c. 阳离子的非交换性吸收（专性吸附）
2） 矿物固定、晶穴固定：NH4+、K+离子被固定在硅氧四面体联成的六边型晶穴中，不能被交换出来的现象。 阳离子专性吸附的意义： 富集作用——地球化学探矿
调控金属元素的生物毒性和生物有效性
（2）阴离子的交换吸附
阴离子的交换吸附是指土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子相互交换的作用。
这种交换作用与阳离子交换作用一样，服从质量作用定律，但土壤中的阴离子往往与化学固定等交织在一起，很难分开。 ① 阴离子吸附类型 a 、易于被土壤吸附的阴离子（磷酸根、H2PO4-、HPO42-、PO43-，硅酸根HSiO3-、SiO32-），这些离子也易与阳离子反应产生难溶性化合物；
b 、很少或根本不被吸附的阴离子（Cl-、NO3-、NO2-） 这些离子常常出现负吸附；
c 、介于上述两者之间的阴离子（SO42-、CO32-、HCO3-） ②影响土壤对阴离子吸收的因素 a 、阴离子的价数
Cl- 、NO3- < so42-="">
c 、土壤pH 值（酸性条件带正电荷多） ③阴离子的专性吸附（又称配位体交换吸附）
某些含氧酸的阴离子（H3SiO4-, H2PO4-, HMoO4-等）以及氟离子（F-）进入黏土矿物或氧化物表面的金属原子的配位壳中，与配位壳中的羟基或水合基重新配位，并直接通过共价键或配位键结合在胶体表面的现象
ZPC=zero point of charge (电荷零点) IEP=isoelectric point (等电点)
