土壤肥料学第六章.ppt
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1、第六章 土壤的保肥性与供肥性,第一节 土壤保肥性和供肥性与植物生长第二节 土壤胶体及其基本特性第三节 土壤的吸附保肥作用第四节 土壤的供肥性第五节 影响土壤供肥性的化学条件,第一节 土壤保肥性和供肥性与植物生长一、土壤的保肥性与供肥性土壤保肥性:土壤吸持、保存植物养分的能力。土壤供肥性:土壤向植物提供有效养分的能力。,二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响 要求土壤既有较好的保肥能力,又有较强的供肥能力。,第二节 土壤胶体及其基本特性一、土壤胶体的概念及种类 土壤胶体:直径小于1m的土壤固体颗粒。分三种类型:(一)土壤无机胶体(矿质胶体)1、层状硅酸盐粘土矿物(2:1型和1:1型等粘土矿物)2
2、、氧化物及其水合物(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)土壤有机无机复合体,1、层状硅酸盐粘土矿物(晶体)A:构造特征 a、硅氧四面体和硅氧片,硅氧四面体:SiO4-正四面体形状。,(一)土壤无机胶体(矿质胶体),硅氧片:(单位晶片),b、铝氧八面体和铝氧片,铝氧八面体:AlO69-,铝氧片,c、单位晶层,1:1型,由一个硅氧片和一个水铝片,通过共用硅氧顶端 的氧原子连接起来的片状晶格构造。,()高岭石类(:型铝硅酸盐矿物),每个晶层的一面是OH离子组(水铝片上的),另一面是O离子(硅氧片上的),因而叠加时晶层间可形成氢键,使各晶
3、层之间紧密相连从而形成大颗粒,晶粒多呈六角形片状。,其分子结构外形特征为.顶层 底层.许多晶片相互重叠形成高岭矿物,特点:晶层与晶层间距离稳定,连接紧密,内部空隙小,电荷量少,单位个体小,分散度低。多出现于酸性土壤。如高岭石类。,硅氧片,铝氧片,水,水,晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代,因此无永久性电荷。但水铝片上的-在一定条件下解离出氢离子,使高岭石带负电。,高岭石的性质特点:,晶片与晶片之间形成氢键而结合牢固,水分子及其他离子难以进入层间,并且形成较大的颗粒。因此其吸湿性、粘结性和可塑性较弱,富含高岭石的土壤保肥性差。,由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片(层)单元,再相互叠加而
4、成的。,(2)蒙脱石类(:型铝硅酸盐矿物),每个晶层的两面均由O离子组(硅氧片上的),因而叠加时晶层间不能形成氢键,而是通过“氧桥”联结,这种联结力弱,晶层易碎裂,其晶粒比高岭石小。,胀缩性大,吸湿性强,易在两边硅氧片中以Al3+代Si4+,有时可在硅铝片中,一般以Mg2+代Al3+带负电吸附阳离子。如蒙脱石,这类矿物多出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。,硅氧片,铝氧片,硅氧片,特点:,土壤胶体的类型,蛭石的膨胀性比蒙脱石要小得多,其晶层间距1.45nm,属有限膨胀型。它具有一定的内表面,但较蒙脱石小,晶体颗粒介于蒙脱石和高岭石之间。蛭石在黄棕壤和黄壤中含量较高。,蛭石,也
5、是21型膨胀型粘土矿物,其晶层结构与蒙脱石基本相同,也是两层硅氧片中夹一层水铝片。,与蒙脱石不同的是,硅氧片中的硅大部分被铝所取代,水铝片中的铝也有不少被镁取代,因而具有比蒙脱石高得多的净负电荷,具有很高的吸附阳离子能力,阳离子交换量达150 cmol(+)kg-1。,d、同晶替代 组成矿物的中心离子被电性相同大小相近的离子所替代,而晶格构造保持不变的现象。例如:Al3+与Fe3+Si4+被Al3+Al3+被Mg2+由于同晶替代作用产生负电荷,称为永久电荷。,硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性 a、高岭组:Al4Si4O10(OH)8 1:1型非膨胀型粘土矿物,高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石,
6、热带、亚热带土壤中多。华中、华南、西南。1)1:1型 2)无膨胀性,氢键作用,膨胀性小于5%3)电荷数量少,同晶替代弱或无,负电荷来源断键,CEC:3-15cmol(+)/kg 4)胶体性较弱,较其它粘土矿物粗,塑性,粘结性,吸湿性弱。,b、蒙蛭组 Al4 Si8 O20(OH)4 2:1型膨胀型粘土矿物,蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石,东北 华北 西北较多。1)2:1型 2)胀缩性大,层间分子引力 3)电荷数量多:CEC:80-120cmol(+)/kg 发生铝片Al3+被Mg2+替代。4)胶体性质突出:颗粒细小。0.01-1m,c、水化云母组:(OH)4 K9(AI4 Fe4 Mg4 Mg6
7、)(Si8-y Al9)O20 2:1型非膨胀性粘土矿物,青藏高原 东北 西北 华北 1)2:1型 2)无膨胀性:k+位六边形晶格中,起键联作用。3)电荷数量较多:同晶替代普遍,发生硅片Si4+被Al3+替代,CEC:20-40cmol(+)/kg 4)胶体特性:大小介于前二者之间,力学性质介于前二者之间。,此类胶体包括褐铁矿(2Fe2O33H2O)、水赤铁矿(3Fe2O3H2O)、针铁矿(Fe2O3H2O)、水铝矿(Al2O3H2O)、三水铝矿(Al2O33H2O)等晶质矿物和氢氧化铁Fe(OH)3、氢氧化铝Al(OH)3等非晶质矿物。这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物,均为两性胶体。,2.
8、含水氧化铁、铝:(两性胶体),土壤胶体的类型,Al(OH)3+H+Al(OH)2+H2O(pH5),纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1,氢氧化铝等电点为pH8.1,所以它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。,土壤胶体的类型,高岭石逐渐代替水云母,铁铝氧化物也迅速增多。,我国土壤粘土矿物的分布,温带干旱的漠境和半漠境地带:,风化程度低,化学风化程度弱,以形成水化度低的水云母为主,蒙脱石不多。,半干旱草原地区:,蒙脱石迅速增加,结晶良好,以蒙脱石和水云母为主。,暖温带湿润地区:,蛭石显著增加,以水云母蛭石为主,说明环境有利于进一步脱钾。,中亚热带以南地区:,土壤胶体的类型,二、有机胶体,特点:高
9、分子有机化合物,高度亲水性。带负电,并且电荷数量多于黏土矿物,因此阳离子交换量大。保肥性强,但不稳定(因受微生物作用而分解),主要是腐殖质。少量的木素、蛋白质、纤维素等。,腐殖质的电荷是由腐殖质含的羧基(-COOH)、羟基(-OH)、酚羟基解离出H+、-COO-、-O-等离子留在胶粒上而使胶粒带负电。,一般每千克腐殖质的代换量在200 cmol(+)kg-1左右,高者可达5001000 cmol(+)kg-1,三、有机无机复合胶体,游离松结态腐殖质-通过Ca2+而结合。吸着联结态腐殖质-有机胶体与铁铝胶体的结合。紧结态腐殖质-有机胶体与无机胶体的直接结合。,有机胶体以薄膜状紧密盖覆于粘土矿物表
10、面通过阳离子与-COOH、-OH等官能团形成复合体。,结合方式,土壤胶体的类型,二、土壤胶体的基本构造,三、土壤胶体的性质(一)土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能(二)胶体带电性(三)土壤胶体凝聚与分散,(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 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。如高岭石比面积的典型值是1020m2/g,蒙脱石是600800m2/g,由于表面的存在而产生的能量,叫做表面能。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
11、大的表面能。,(二)胶体带有电荷1、胶体带电的原因(1)同晶置换:硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位中心离子,被大小相近而电性相同的离子所取代,但其晶层结构未变。(2)表面分子的解离:基团解离出H+,大多数土壤胶体产生电荷的原因。(3)断键:粘土矿物破碎、腐殖质胶体的碳键断裂。(4)胶体表面从介质中吸附离子:吸附H+,带正电荷;吸附PO43-、OH-产生负电荷;NH2基质子化,产生正电荷。,2土壤胶体电荷的种类(1)永久电荷 一般同晶置换发生在矿物的结晶过程,一旦晶体形成,它所具有的电荷就不受外界环境(如pH、电解质浓度等)的影响,故称为永久电荷(恒电荷、结构电荷)。同晶置换产生的电荷。(2
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- 土壤 肥料 第六
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