第 七 章土壤胶体（1/1）

………土壤胶体及其基本特性………

一、土壤胶体的概念

土壤胶体通常是指直径小于1 μm的固体颗粒。也有文献称直径为0.001~2 μm的土粒为土壤胶体。

二、土壤胶体的种类

1、矿质胶体

层状硅酸盐矿物

它是土壤黏粒的主要矿物，其晶体颗粒呈极细的薄片状，结构复杂，但都是由两个基本结构单元所组成，即硅四面体和铝八面体。

②含水的铁、铝氧化物

含水的铁、铝氧化物是硅酸盐矿物彻底风化的产物，呈非晶质的水凝胶状，也可脱水老化结晶而成隐晶质的黏土矿物。铁铝氢氧化物常以胶膜状态包被土壤颗粒,使其成为稳定性很强的土壤结构。铁铝氢氧化物吸附阳离子能力低，在酸性条件下甚至能吸附阴离子.对磷酸根有固结作用。

2、有机胶体

土壤有机胶体主要是腐殖质,由于它的分子质量大，所含的功能团多，因而解离后所带电量也大，一般带负电，对土壤胶体电荷影响很大。但这类胶体和矿质胶体相比，它的稳定性相对要低很多,较易被微生物分解，因而要经常通过施用有机肥来补充。

3、有机矿质复合体

土壤有机胶体有50%～90%是与矿质胶体结合，形成有机矿质复合体。腐殖质以胶膜形式包被矿质土粒，或进入黏土矿物的晶层间。有机矿质复合体中有机胶体的结合方式，一般认为主要有游离松结态腐殖质(通过与钙联结的腐殖质)，吸着联结态腐殖质(通过氧化物联结的腐殖质)和紧结态腐殖质(与矿物紧密结合的腐殖质)。

三、土壤胶体的基本构造

1、胶核

是胶粒的基本部分，由黏粒矿物、腐殖质、蛋白质等成分所组成。

2、 双电层

决定电位离子层胶核表面有 层带电的离子层，这层带电的离子决定着胶粒的电荷符号和电位大小，因而称为决定电位离子层，或称双电层内层。它决定着土壤交换吸附性能。土壤胶体的决定电位离子层一般带负电。

②补偿离子层

胶核表面决定电位离子层产生的静电引力吸附粒间溶液中带相反电荷的离子,形成补偿离子层，又称双电层外层。

距离近的受静电引力大，离子活动性小,只能随胶核移动，称非活性补偿离子层。

距离远的受静电引力较小，离子活动性大，疏散分布，称扩散层。

扩散层离子则具有交换能力，很容易与粒间溶液中的离子进行交换，即通常所说的离子交换。

在胶粒双电层中,决定电位离子层和补偿离子层的电荷符号相反，电量相等，因此整个胶粒的电性是中和的。

四、土壤胶体的性质

1、巨大的比表面

比表面是指单位重量胶体的总表面积。常用每克土壤胶体的总表面积即m2/g来表示。

内表面是指膨胀型黏土矿物(如蒙脱石、蛭石等)层间的表面。

外表面是指黏土矿物的外部表面及腐殖质、游离氧化铁和铝等胶膜的表面。

2、带电性

所有土壤胶体都带有电荷。土壤胶体一般带负电荷。

同晶置换

同晶置换是指硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位中心离子，被大小相近而电性符号相同的离子所取代，化学组成发生改变，但其晶层结构未变。

一般同晶置换发生于矿物的结晶过程，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、恒电荷或结构电荷。

②表面分子解离

指土壤胶体上的一些基因，由于解离出H?，使胶核表面带负电荷

表面分子解离是大多数土壤胶体产生电荷的原因。

③断键

硅酸盐黏土矿物在破碎时引起晶层断裂，使硅氧片和水铝片的断裂边角上出现电性未中和键。一般认为断键引起高岭石带电的主要原因。

④胶体表面从介质中吸附离子

胶体表面从介质中吸附离子也会使土壤胶体带电。

3、 分散性与凝聚性

土壤胶体分散在土壤溶液中，由于胶粒有一定的动电电位，有一定厚度的扩散层相隔，而使之能均匀分散呈溶胶态,这就是胶体的分散性。当加入电解质时,胶粒的动电电位降低趋近零，扩散层减薄进而消失，使胶粒相聚成团，此时由溶胶转变为凝胶,这就是胶体的凝聚性。胶体的凝聚性有助于土壤结构的形成。

胶体的分散和凝聚主要与加入的电解质种类和浓度有关。不同的电解质使胶体呈现不同的动电电位，一般是一价离子＞二价离子＞ 三价离子。动电电位大的离子,分散性强，凝聚性弱;反之，则分散性弱，凝聚性强。电解质浓度增大，也可降低动电电位，使扩散层减薄，有利于转化为凝胶。

一价阳离子如K?，Na?，NH?? 等引起的凝聚是可逆的，当这些电解质浓度降低后，又由凝胶转变为溶胶。因此，由这类物质形成的团聚体是不稳定的。由Ca2?，Fe3?等二、三价离子引起的凝聚作用一-般是不可逆的，可形成稳定性强的团聚体。

……………土壤的吸附性……………

一、土壤吸附的概念

吸附作用是指分子、离子或原子在固相表面富集的过程。

土壤固相和液相界面离子或分子的浓度大于整体溶液中该离子或分子浓度的现象，称正吸附。

在一定条件下也会出现与正吸附相反的现象，则称为负吸附，是土壤吸附性能的另一种表现。

二、土壤吸附性的类型

1、交换性吸附

交换性吸附(物理化学吸附)，是借静电引力从溶液中吸附带异电荷离子的现象。土壤固相从溶液中吸附离子的同时,必然伴随着固相表面上交换性离子的解吸。

2、专性吸附

专性吸附是非静电因素引起的土壤对离子的吸附，它是指离子通过表面交换与晶体上的阳离子共享1个(或2个)氧原子,形成共价键而被土壤吸附的现象。

3、负吸附

负吸附是指土粒表面的离子浓度低于整体溶液中该离子的浓度现象。

二、土壤阳离子吸附与交换作用

（一） 阳离子的静电吸附

带负电荷的土壤胶体通常吸附着多种带正电荷的阳离子。被吸附的阳离子处于胶体表面双电层扩散层的扩散离子群中,成为扩散层中的离子组成部分。土壤胶体表面所带的负电荷愈多.吸附的阳离子数量愈多;土壤胶体表面的电荷密度愈大,阳离子所带的电荷愈多，则离子吸附得愈牢。

（二） 阳离子的交换作用

1、阳离子交换作用的概念

阳离子交换是指土壤胶体表面所吸附的阳离子(主要是扩散层中的阳离子),与土壤溶液中的其他阳离子相互交换的过程。一般可用下式表示:

胶粒 · H?Cl ? 胶粒 · （NH?)? + CaCl?

这种能相互交换的阳离子叫作交换性阳离子，而把发生在土壤胶体表面的交换反应称为阳离子交换作用。土壤阳离子交换是一个可逆的反应，可以迅速达到平衡，而且是等价离子交换，也服从质量作用定律。

2、阳离子的交换能力阳离子的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的能力。各种阳离子交换能力的强弱不同。

电荷价的影响

在离子浓度相同时,溶液中离子的电荷价越高，受胶体吸附力越大,因而具有比低价离子更强的交换能力。

②离子的半径及水化程度

离子半径愈大，单位面积上所负的电量愈少,因此，对水分子的吸引力小，即水化程度弱(离子水化半径小)，较容易接近胶粒,负电胶体对它的吸力便越大,具有较强的交换能力。离子半径小的则相反。

③离子浓度

由于阳离 子交换作用受质量作用定律支配，因此交换能力较弱的离子如果浓度较大，也可以把原来交换能力强，但溶液中浓度较小的离子从胶体上置换出来。

3、土壤阳离子交换量

4、盐基饱和度

（三）阳离子的转性吸附

被专性吸附的阳离子主要是过渡金属离子。

被土壤中专性吸附的金属离子均为非交换态，不能与一般的阳离子进行交换反应。由于专性吸附对微量金属离子具有富集作用的特性,对控制土壤溶液中金属离子浓度具有重要作用，因此，阳离子专性吸附对研究土壤重金属污染与转换、植物营养化学、指导合理施肥等有着重要意义。

三、土壤对阴离子的吸附与交换作用

1、土壤对阴离子的静电吸附

静电吸附是发生在双电层外层(扩散层)，因此吸附松，易于解吸，是可交换性的。

②阴离子浓度、离子价、互补离子等对阴离子交换作用的影响和阳离子的吸附与交换作用相似。

③阴离子吸附数量与土壤pH有关。土壤pH降低,正电荷增加，静电吸附的阴离子增加。

2、阴离子的负吸附

阴离子的负吸附是指电解质溶液加入土壤后阴离子浓度相对增大的现象。大多数土壤在一般情况下主要带负电荷,因此会造成对土壤中的阴离子的排斥，表现出较强的负吸附,反之负吸附则弱。

3、土壤对阴离子的专性吸附

土壤对阴离子的专性吸附是发生于胶体双电层内层，直接与胶体表面的配位离子(配位基)置换,故又称配位基交换。因此，阴离子的专性吸附也可以发生于电中性或甚至带负电荷的胶体。

阴离子的专性吸附主要发生在铁、铝氧化物的表面。