土壤分散系及其特征.ppt
土壤地理学,主讲：赵从举 博士/副教授电话：E-mail:海南师范大学 地理与旅游学院,第五章 土壤分散系及其特征,土壤分散系及其分类土壤胶体土壤溶液,1mm=10-3m1m=10-6m1nm=10-9m,由一种物质（或几种物质）以粒子形式分散到另一种物质里形成的混合物叫做分散系,分散系中分散成粒子的物质叫分散质，另一种物质叫分散剂,分散系比较,一、土壤分散系及其分类 土壤是由多相态物质如固相物质、液相物质、气相物质及生命体构成的复杂综合体。当某种土壤物质微粒子分布在土壤液态水之中，就构成了土壤分散系。它包括土壤胶体、土壤溶液和土壤浊液,5,土壤分散系及其分类土壤胶体土壤溶液,二、土壤胶体,（一）土壤胶体的概念 土壤学中所指的土壤胶体是指直径小于2m或者小于1m的固相土壤微粒(比一般规定的胶体粒级大10-20倍)土壤胶体对土壤养分元素、污染物的迁移转化有重要作用，这种作用与土壤胶体类型及其性质密切相关，土壤胶体均具有双电层结构,5,土壤胶体结构示意图,（二）土壤胶体的类型 可分为三种类型：土壤矿质胶体 有机胶体 有机-无机复合胶体,A、无机胶体a.含水氧化硅胶体：游离态无定型SiO2.H2OH2SiO3 带负电H2SiO3=H+HSiO3-=H+SiO32-,b.含水氧化铁、铝：两性胶体 表面带负电荷，也带正电荷的土壤胶体称两性胶体，随溶液土壤反应的变化而变化以Al(OH)3为例说明如下：在酸性环境中带正电：Al(OH)3HCl Al(OH)2+Cl-H2O在碱性环境中带负电：Al(OH)3NaOH Al(OH)2O-NaH2Oc.铝硅酸盐：高岭石(土),B、有机胶体 主要指腐殖质及少量的木质素、蛋白质、纤维素等 特点：颗粒极小，巨大的比表面积，带有电荷高度的亲水性，负电荷量比粘粒矿物大C、有机-无机复合体：有机胶体以薄膜状紧密盖覆于粘土矿物表面通过阳离子与-COOH、-OH等官能团形成复合体,5,土壤胶体结构示意图,5,土壤胶体构造示意图,反,离,子,层,+,+,1、微粒核（胶核）：核心、基本物质。腐殖质、SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐、蛋白质及有机无机胶体分子群,2、双电层：（1）决定电位的内离子层：是固定在胶核表面，并决定其电荷和电位 一层离子。它是由胶体表面的分子解离为离子，或从溶液中吸附某一种离子而构成（2）补偿离子层：由于胶体表面决定电位离子层带电，产生电场和静电引力，吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，形成补偿离子层或发离子层,a.非活性补偿离子层：补偿离子层的内层，靠近决定电位离子层，受到的静电引力强，离子被牢牢吸引，成平行密实排列，不易自由解离，只能随着胶核移动b.扩散层：在非活性补偿离子层的外面，受到的静电引力小，活动性大。同时还受使离子均匀分布的热运动的影响，使此层阳离子随离子距胶粒表面距离的增大而减少，由稠密到稀疏，呈扩散状态,（三）土壤胶体的特性A.巨大的表面能 在物体的表面，由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力就不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能B.带电性 土壤胶体微粒都带有一定的电荷，在多数情况下带负电荷，但也有带正电荷的，还有因环境条件不同而带不同电荷的两性胶体。土壤胶体微粒带电的主要原因是由于微粒表面分子本身的解离所致,C.土壤胶体的分散性和凝聚性（a）土壤胶体溶液（溶胶）胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态，称为溶胶（b）土壤中无定形的凝胶体（凝胶）微粒彼此相互联结凝聚在一起，呈无定型絮状凝胶体，称凝胶,（c）分散和凝聚作用由溶胶联结凝聚成凝胶的作用，叫做胶体的凝聚作用。凝聚的速度和强度与两个因素有关：一是电解质浓度 二是电解质种类一般地，离子的价数越高，离子半径越大，所产生的凝聚能力越强。常见阳离子凝聚力的排列顺序是：,Fe3Al3Ca2Mg2KNH4Na,凝胶分散成溶胶的作用，叫做胶体的分散作用。胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些是不可逆的 当土壤干燥时，土壤溶液中的电解质浓度相应增大，土壤胶体易成凝胶状态。相反，当土壤水分增多土壤溶液浓度相应降低，土壤胶体便会带有多余的负电荷，互相排斥而成溶胶状态 一般土壤胶体处于凝胶状态。只有当分水过多，或胶体吸附的阳离子主要是NH4、Na，而且又处于稀溶液中，土壤胶体才呈溶胶状态,三、土壤的离子代换,（一）阳离子交换作用的过程,由于土壤胶体以带负电荷为主，胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的过程,可用下式来表示：,土壤 Mg2 6NH4,胶粒 Al3,K,土壤 6NH4Mg2、Al3、K,胶粒,1.可逆反应，迅速平衡,阳离子交换是一种可逆反应。由于反应只是在胶粒表面进行，所以会很快达到平衡,（二）土壤阳离子交换作用的特点,2.交换反应是等量电荷对等量电荷的交换,（三）影响阳离子交换作用的因素,1离子交换能力 一种阳离子将他种阳离子从胶粒上交换下来的能力叫做该种阳离子的交换能力,土壤中常见的离子交换能力排列顺序是：Fe3Al3HCa2Mg2KNH4Na2,凡运动速度快的其交换能力也大。H半径小，但水化很弱，水膜薄，运动速度快，因此它在交换能力上具有特殊位置,2阳离子的相对浓度及交换生成物的 性质 土壤 土壤 K 胶粒 Ca2K2SO4 胶粒 K CaSO4,（四）土壤的阳离子交换量和盐基饱和度 A土壤的阳离子交换量 指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的厘摩尔数，(Cmol1000g),B.主要影响因素 a.胶体数量,一般是胶体物质越多，阳离子交换量越大；胶体粒子越少交换量越小；土壤质地愈细，矿质胶体数量愈多，交换量也愈高,不同质地土壤的阳离子交换量,单位：Cmol1000g,b.胶体种类 有机胶体交换量最大；矿质胶体中交换量大小是：蒙脱石高岭石。c.电荷数量 一般来说，随土壤碱度增加(pH值增高)解离度增高，带电量多，反之，随土壤酸度增加(pH值降低)解离度降低，带电量减少,我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐渐增多的趋势 阳离子可分为两大类：即盐基离子（ca2、Mg2、K、Na、NH4等）和H与Al3。阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量,C.盐基饱和度 所谓盐基饱和度，就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数,交换性盐基离子总量 阳离子交换量,盐基饱和度（）,=,阳离子交换量和盐基饱和度，不但是土壤供肥、保肥、稳肥的重要指标，也是土壤发生和分类的重要指标 盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等自然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则小,土壤分散系及其分类土壤胶体土壤溶液,土壤溶液(soil solution)是土壤水分及其所含气体、溶质的总称。分析土壤溶液组成、特性及其中化学过程，是土壤地理学研究的重要内容。土壤溶液的溶质主要包括：无机盐类；简单有机物；溶解性气体 土壤溶液中溶质成分具有巨大时空差异，它与许多因素存在相互作用,5,三、土壤溶液,（一）土壤的酸碱反应,A、土壤酸的来源1.水的解离 HOH H+OH-2.碳酸解离 H2CO3-H+HCO3-3.有机酸解离 有机酸 H+RCOO-4.酸雨和其它无机酸,5,5.土壤中铝的活化：H+进入土壤，破坏矿物结构，铝变为活性Al3+，反过来代换土壤中的H+，使代换性H+变为溶液中H+，加重酸化因此，将H+成称为酸的结果，而非原因,5,B.根据我国土壤反应的实际差异情况及其与肥力的关系，可把土壤反应分为下列7级：,土壤的pH值-定量反映水溶液酸碱度的化学指标。其含义是水溶液中H+活度的负对数。即pH=10 H+活度-水溶液起作用的氢离子的浓度，活度略小于浓度,（二）土壤酸度A.土壤溶液中氢离子的来源,土壤的酸度指土壤酸性的程度，以pH表示。它是土壤溶液中 H浓度的表现，H浓度愈大，土壤酸性愈强,1动植物呼吸作用排出的CO2溶解于水形成的碳酸解离产生的H 2微生物分解作用产生的有机酸、无机酸解离产生的H 3土壤溶液中活性铝的作用 4.吸附性H和Al3的作用,土壤中H的来源有：,B.土壤酸度类型 1活性酸度 活性酸度是指土壤溶液中的H浓度导致的土壤酸度，通常用pH值来表示。土壤调查与研究过程中，土壤的酸碱性就是用土壤活性酸度来划分的。2潜性酸度 是指土壤中交换性H、Al3+被交换进入溶液后引起的酸度，以Cmol/kg表示,土壤 土壤 胶粒 H+K+Cl-胶粒 K+H+Cl-,土壤 土壤 胶粒 Al+3K+3Cl-胶粒 3K+Al3+3Cl-,由碳酸盐和重碳酸盐导致土壤碱性的程度称土壤碱度 主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及交换性Na的含量,（三）土壤碱度,（四）土壤酸碱性对植物适宜的影响 大多数木本植物适宜微酸性到微碱性土壤，有些植物要求酸性土壤，在强碱性土壤上一般树种都不能生长,土壤的酸碱反应，虽然可用化学方法测定，但是在野外工作时，常根据指示植物初步判断土壤的酸碱性 1酸性土壤指示植物 马尾松 2钙质土的指示植物 甘草 3盐土的指示植物 盐角草 4盐碱土的指示植物 碱莲,（五）土壤反应的调节A 酸性土的调节 改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性、生理碱性肥料 B 碱性土的调节 改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺等。此外，改良碱土还需要采取与灌溉、排水、园林植物栽培以及土壤耕作等相结合,土壤溶液及其影响因素作用模式,5,土壤酸碱状况、形成及其对植物的影响示意图,不同pH值土壤中酸根离子及阳离子组成,5,土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关性,5,土壤缓冲性能是指土壤系统具有的抵抗因外界因子作用引起的酸碱剧烈变化的性能,5,（六）土壤缓冲性能,酸性或碱性物质加入土壤后，土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能,土壤产生缓冲作用的原因主要有：,A、土壤具有交换作用,土壤 Ca2 土壤 H胶粒 2HCl 胶粒 H CaCl2 土壤 H 土壤 Na 胶粒 NaOH 胶粒 H2O,B、土壤中存有弱酸及其盐C、土壤中有两性物质,含水氧化铁、铝-两性胶体 表面带负电荷，也带正电荷的土壤胶体称两性胶体，随溶液土壤反应的变化而变化以Al(OH)3为例说明如下：在酸性环境中带正电：Al(OH)3HCl Al(OH)2+Cl-H2O在碱性环境中带负电：Al(OH)3NaOH Al(OH)2O-NaH2O,土壤缓冲量 是指使土壤溶液的pH值改变一个单位所需要加入的酸量或碱量,土壤缓冲量的一般顺序是：有机胶体无机胶体；蒙脱石伊利石高岭石含水氧化铁、铝；腐殖质粘土壤土砂土,A.氧化还原过程对土壤形成发育有重要作用，土壤之中存在有多种氧化-还原体系,（七）土壤氧化还原过程,5,土壤中主要的氧化还原反应体系,B.影响土壤氧化还原的因素1.土壤通气性（氧化、还原）2.微生物活动（还原、氧化）3.易分解有机质的含量（还原、氧化）4.植物根系的代谢作用（水稻根系分泌氧）,5,思考？土壤的生态环境功能 根据同学们的实际观察，并结合下图，试简述土壤的生态环境功能,5,1.土壤肥力是土壤的基本功能2.土壤中植物养分、水、热、气的供应与协调 3.土壤具有调蓄水体功能4.土壤是重要的生物栖息场所5.土壤是人类活动的必备场所6.土壤具有污染净化能力,5,复习提纲一、土壤分散系及其分类二、土壤胶体土壤胶体的类型土壤胶体的特性土壤的离子代换阳离子交换作用的过程,5,土壤胶体构造示意图,反,离,子,层,+,+,盐基离子(Ca2、Mg2、K、Na、NH4等)H与Al3盐基饱和度,三、土壤溶液 土壤的酸碱反应土壤酸度土壤碱土壤缓冲性能土壤氧化还原过程,绪论 土壤组成与性质 土壤发生和土壤分类 土壤类型和土壤分布 土壤资源的合理利用和保护,第一章 土壤剖析,土壤形态土壤剖面与土层土壤剖面构造单个土体与聚合土体土壤形态特征,土壤矿物,土壤固相的物理诊断特性,第二章 土壤固相组成及其诊断特性,土壤有机质,土壤矿物类别土壤矿物的迁移与转化影响土壤矿物风化的因素,土壤有机质的来源、组分及作用土壤有机质可分为两大类土壤生物及其作用土壤有机物质的转化,土壤质地土壤结构土壤密度土壤孔隙度,第三章 土壤空气,土壤空气土壤空气的来源和组成土壤气体交换过程影响土壤气体交换的因素,土壤热量状况土壤热量来源热量平衡土壤热学性质土壤温度状况土壤温度及其调控,第四章 土壤水分全球水循环与土壤水分平衡土壤水分类型土壤水分含量土壤水分状况,
