第六讲土壤肥力的物质基础——土壤胶体教
学目的、要求：要求了解土壤胶体的性质。在此基础上掌握土壤的阳离子交换性质。教学重、难点：土壤
胶体概念几种主要土壤胶体的特性阳离子的交换过程土壤离子交换对土壤肥力的影响。难点：土壤胶体
电荷的起因、双电层构造。土壤胶体是土壤固体颗粒最细小的部分，也是物理性质和化学性质最活跃
的部分。对土壤的保肥、供肥性能、土壤反应、缓冲作用、土壤结构、土壤物理机械性质等均有一定影响。第三节土壤胶体一、土壤胶体的
概念土壤中的固相、液相和气相呈互相分散的胶体状态，其固体颗粒直径小1μm，土壤胶体常指这些固相颗粒。即土壤
学中所指的土壤胶体是指土壤颗粒直径小于2μm或者小于1μm的土壤微粒。二、土壤胶体的组成（一）土壤矿物质胶体有时将无机胶体称
为粘土矿物1、层状硅酸盐矿物（1）基本结构：基本结构单元是：硅氧四面体
铝氧八面体（2）主要类型矿物的晶体构造特征A高岭组：高岭石、埃洛石等，1
：1型，非膨胀性，电荷少，胶体弱；化学式为Al2Si3O5（OH）4或Al2O3·2SiO2·2H2O，是矿物强
烈风化作用下的产物。主要存在于我国的热带、亚热带地区，如滇桂南部、闽粤东南部、南海各岛和台湾等地的土壤中。
B蒙脱组：蒙脱石、蛭石等，2：1型，膨胀性大，电荷多，胶体突出；是由基性火成岩在微碱性环境下风化而成的。
广泛分布在我国内蒙古高原、西北东南部、大小兴安岭、长白山和东北平原的土壤中。C水化云母组：水化云母（伊利石）等，
2：1型，非膨胀性，电荷多，胶体中等是云母分解向蛭石和蒙脱石过渡的中间产物。伊利石是干旱、半干旱地区土壤
中的主要粘土矿物，如新疆、内蒙古、青海、甘肃、西藏和东北各地区的土壤。3、我国土壤次生粘粒矿物的分布南方以
高岭石和含水的氧化物为主；北方以2：1型矿物如蒙脱石、蛭石、水化云母等为主，另有少量氧化物。
决定电位离子层双电层非活性补偿离子层反离子层
（或补偿离子层）活性补偿离子层
（或离子扩散层）电动电位：是指在非活性补偿离子层界面上的电位势，即非活
性补偿离子层与粒间溶液之间产生的电位差，也称为动电电位，或扩散层电位。可达几十毫伏，这电位实际上是胶体对溶液所
表现出来的电位势。当溶液离子浓度增大，有效补偿了胶体表面的电荷，扩散层变薄，电动电位降低。永久电荷类似同晶替代所
产生的电荷不受介质的影响，称为永久电荷，因其电荷均为负值，也称为永久负电荷。可变电荷上面2、3、4引起的胶体带电荷，
受pH影响。因而把因受介质pH影响而产生的电荷称为可变电荷。（1）土壤胶体发生分散原因：A、胶粒电动电位增大，或胶粒水化；
B、土壤碱性增强；C、1价阳离子代换了2、3价阳离子。低价电动电位大，分散。（2）土壤胶体发生凝聚的原因：A、降低土壤p
H；B、2、3价代替1价阳离子；C、胶体电动电位减小，并胶粒水化减弱。2、3价阳离子所引起的凝聚使不可逆的。
（四）物理机械性质土壤胶体具有粘结性、粘着性和可塑性等一系列的性质。复习思考题1、土壤
胶体的的构造如何？有哪些性质？2、什么是同晶替代现象？3、我国土壤次生粘粒矿物的分布。4、土壤胶体电荷产生的原因是什么？5
、什么是永久电荷？什么是可变电荷？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。四、土壤胶体的性质（一）巨大的表面能（二）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。腐殖质解离腐殖质解离2.腐殖质胶体带电－COOH－COO－＋H＋
◎－OH◎－O－＋H＋由于腐殖质分子量大、官能团多，解离后带电量大，对土壤保肥供肥性有重要影响。1.含
水二氧化硅（H2SiO3）H2SiO3SiO32－＋2H＋（1）同晶置换作用粘土矿物晶质中的
一种离子被另一种离子取代的过程。在这个过程中，只改变了矿物质的化学成分，而矿物的结晶构造不变，故叫做同晶置换作用。3．粘土矿物胶
体带电土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，其电荷来源有以下几个方面。（2）晶格破碎边缘带电矿物质风化破碎过程
中，晶格边缘离子一部分电荷未被中和而产生剩余电荷，使晶体边缘带电。（3）晶格表面OH基解离当土壤溶液pH值变化时，晶
格表面的OH基发生解离。表面既带负电荷，亦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．4．两性胶体带电以
Al（OH）3为例说明如下：在碱性环境中带负电：Al(OH)3＋NaOH－Al(OH)2O－＋Na＋＋H2O
Al（OH）3＋HClAl（OH）2＋＋Cl－＋H2O在酸性环境中带正电：（三）土壤胶体的分散性和凝聚性
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。1．土壤胶体溶液（溶胶）2．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。3．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：Fe3＋＞Al3＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋＞NH4＋＞N
a＋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。只有当渍水过多，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。硅氧片铝氧片高岭石化学
式为Al2Si3O5(OH)4或Al2O3·2SiO2·2H2O，是矿物强烈风化作用下的产物伊利石是云母分解向蛭
石和蒙脱石过渡的中间产物。是干旱、半干旱地区土壤中的主要粘土矿物。蒙脱石是由基性火成岩在微碱性环境下风化而成的。表1三
种主要类型硅酸盐粘粒性质比较3～1515～4080～100阳离子交换量（cmol/kg）低中等高膨胀度
低中等高内聚力，可塑性无中等很大内表面小中等大外表面5～20100～120700～80
0比表面（m2/g）六方型晶体不规则片状不规则片状形状0.l～5.00.l～2.90.01～1.0
大小（nm）高岭石伊利石蒙脱石粘粒类型性质2．含水氧化物主要包括水化程度不等
的铁、铝、硅的氧化物。（1）含水氧化硅是一种非晶质的凝胶，其化学式为SiO2·nH2O或写成H2SIO3。
（2）含水氧化铁主要有:褐铁矿2Fe2O3·3H2O针铁矿Fe2O3·H2O多水针铁矿3FeO3·
4H2O一水赤铁3Fe2O3·H2O等。（3）含水氧化铝主要有水铝石Al2O3·H2O和三水铝石Al2O3·3H2
O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。土壤有机胶体指土壤中腐殖质、多糖等高分子化合物的细分散状态，
具胶体特性。有机胶体主要是腐殖质。（二）有机胶体（三）有机矿质复合体土壤中有机胶体和矿质胶体一般很少单独存
在。有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合、阳离子桥接及氢键合等作用连结在一起的复合体，称有机矿质复合体。因复合体具有高度的吸收性能故
又称为吸收性复合体。三、土壤胶体的构造1．微粒核（胶核）微粒核是土壤胶体微粒的核心部分，它是由组成胶体微粒的基本物质的分子群所组成。2．扩散双电层扩散双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷离子，在固相界面正负电荷分别排成两层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩散状态分布。扩散双电层分以下两层。（1）决定电位离子层是吸附在胶粒核表面，决定胶粒电荷正负及大小的一层离子。（2）补偿离子层分为两个层次。一、非活性补偿离子层。二、扩散层。 |
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