土壤学——第八章1.ppt

第八章 土壤胶体化学和表面反应 就土壤胶体表面的结构特点来看，可以将土壤表面分为硅氧烷型表面，水合氧化物，有机物表面 二、土壤胶体的比表面和表面积 土壤胶体表面积通常以比表面来表示 比表面是指用一定试验技术来测得的单位质量土壤（土壤胶体）的表面积 1、 土壤颗粒的排列和微结构在干旱半干旱地区，粘粒在团聚体(Aggregate)的形成过程中起着重要的作用（Kemper 和Koch,1966）, Singer 等（1992）也得出了相同的结论。离子交换主要发生在较细颗粒或胶体部分，胶质颗粒（粘粒）(colloidal particles)是土壤物理、化学及生物变化的主要场所。粘性颗粒由于粒径较小，所以有很大的表面面积, 与同样重量的沙粒相比，表面面积大约是沙粒的1000倍（Nyle C. Brady等，1996 ）。 大部分的胶粒表面都是带有负电荷的，因此，胶质颗粒表面可以吸附成千上百种正电荷离子，如：H+，Al3+，Mg2+, Ca2+, 和Na+，等。在干旱地区，被吸附在胶粒表面的阳离子主要是Mg2+, Ca2+, 和Na+。各种离子在相同当量浓度时在土壤表面的吸附力是不同的，他们的次序依次为： Al3+ Ca2+ Mg2+K+=NH4+Na+， 因此，土壤溶液中离子的相对浓度可以确定哪种离子吸收的程度。在酸性土壤中，Al3+和 H+ 浓度比较高，而在 碱性土壤中，Al3+和 H+ 浓度相对比较低，Ca2+， Mg2+，和 Na+ 占主要部分，在一些干旱地区，钠的累积造成了土壤盐分较高，Na+变成主要成分。土壤表面吸收的离子易于和其他离子进行交换。例如：胶体表面的一个钙离子可以和土壤溶液中的两个H+交换：  胶体表面 土壤溶液 胶体表面 土壤溶液  所以土壤中胶体是离子交换的关键所在，对土壤-作物的关系有重要影响。土壤的阳离子交换量（CEC） 是由土壤中胶体的相对数量所决定。因此，沙性土壤和粘性土壤比有较低的CEC。实际的土壤表面离子交换过程是很复杂的，但我们可以用上述简单的方程来解释：当有充足降雨可以淋洗钙及其他阳离子时，反应是从左向右的，土壤趋于变酸；当降雨量很少时，盐分离子不容易被淋洗出去，反应趋于从右向左。 土壤粘粒表面吸附了阳离子形成了结晶体（quasi-crystal）,结晶体一般是由5到10个平行排列的薄片组成。每个结晶体所含的薄片数量是和土壤的可交换钠离子含量（ESP）、总的电离子浓度（EC）、胶体电荷类型和粘粒含量有关。几个结晶体的联合体叫做域（Domain）（Aylmore and Quirk，1959），在本文的讨论中作为粘粒的结构单元。一个域是由相互重叠又相互分离的结晶体组成，所以形成了结晶体内部的孔隙，孔隙大约为2-5nm (Murray and Quirk，1990)。 域可以通过不同的粘性材料粘接在一起，如：三价氧化物，有机物和碳酸盐等（Emerson and Greenland,1990）以及域的剪力，域内部的孔隙为1-2μm，Tessier（1984）曾经用电子显微镜看到过这种微小结构。在土壤中，域可以形成微小（250μm）或较大（ 250μm）的团聚体（aggregates）(图2-2)。这些团聚体之间形成较大的孔隙（50μm），和这种大孔隙相比，结晶体之间和域之间的孔隙就非常小，因此我们假定土壤中的大部分水流是通过这种大孔隙运动的。 盐分浓度和离子组成对粘粒膨胀和分散所产生的影响 粘粒膨胀（可使大孔隙变小）和土壤胶体物质的分散（可堵塞土壤孔隙）均可影响土壤的渗透性。通常这种渗透性被定义为土壤的饱和水力传导度。 当两粘粒彼此接近时，两个反离子扩散层开始重叠。显然，为克服两个吸附性阳离子层之间的电排斥力，就必须做功。 双电层排斥力，土壤学家也把它称为膨胀压。反离子层越接近粘粒表面，则在颗粒间一定距离的条件下，两个吸附性离子层的重叠程度就越小。同样可知，颗粒间的排斥力随盐分浓度加大和吸附性离子价数的增加而降低。粘粒膨胀是一个可逆的过程，当两粘粒彼此接近时，吸引力和排斥力同时作用(Drost-Hansen, 1977; Shainberg 和 Letey, 1984)，当排斥力占主导地位时，颗粒相互分离，这种现象称为粘粒扩散。粘粒扩散随盐分浓度加大和吸附性离子价数的增加而降低。粘粒扩散在盐分浓度低于临界絮凝浓度时才有可能发生。 盐渍土的分类 盐渍土壤是指含过量可溶性盐或交换性钠的土壤。他们是通过土壤溶液中高的含盐量和交换性复合体中较高的交换性钠来危害植物的。美国盐碱土实验室（1954）根据EC、ESP和SAR把盐渍土分为三类： 盐土（Saline Soil） 导致可溶性盐分