土壤肥料学第六章.ppt

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1、第一节第一节 土壤保肥性和供肥性与植物生长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一、土壤的保肥性与供肥性土壤土壤保肥性保肥性：土壤吸持、保存植物养分的能力。：土壤吸持、保存植物养分的能力。土壤土壤供肥性供肥性：土壤向植物提供有效养分的能力。：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二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响 要求土壤既有要求土壤既有较好的保肥能力较好的保肥能力，又有又有较强的供肥能力较强的供肥能力。第二节 土壤胶体及其基本特性一、土壤胶体的概念及种类一、土壤胶体的概念及种类 的土壤固体颗粒。分三种类型：的土壤固体颗粒。分三种类型：（一）土壤

2、无机胶体（矿质胶体）（一）土壤无机胶体（矿质胶体）1、层状硅酸盐粘土矿物（、层状硅酸盐粘土矿物（2：1型和型和1：1型等粘土矿物）型等粘土矿物）2、氧化物及其水合物、氧化物及其水合物（二）土壤有机胶体（二）土壤有机胶体（三）土壤有机无机复合体（三）土壤有机无机复合体 1、层状硅酸盐粘土矿物、层状硅酸盐粘土矿物(晶体晶体)A：构造特征：构造特征 a、硅氧四面体和硅氧片、硅氧四面体和硅氧片（一）土壤无机胶体（矿质胶体）（一）土壤无机胶体（矿质胶体）b、铝氧八面体和铝氧片、铝氧八面体和铝氧片 c、单位晶层、单位晶层 由由一个硅氧片一个硅氧片和和一个水铝片一个水铝片，通过共，通过共用硅氧顶端用硅氧顶端

3、 的氧原子连接起来的片的氧原子连接起来的片状晶格构造。状晶格构造。()高岭石类（：型铝硅酸盐矿物）高岭石类（：型铝硅酸盐矿物）每个晶层的一面是每个晶层的一面是OH离子离子组（水铝片上的），另一面组（水铝片上的），另一面是是O离子（硅氧片上的），离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢因而叠加时晶层间可形成氢键，使各晶层之间紧密相连键，使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。六角形片状。其分子结构外形特征为其分子结构外形特征为 .顶层顶层 底层底层 .许多晶片相互重叠形成高岭矿物许多晶片相互重叠形成高岭矿物 特点：特点：晶层与晶层间距离稳定，连接紧密，

4、内部空隙小，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。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。如高岭石类。硅氧片硅氧片铝氧片铝氧片水水 晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代，晶格内的水铝片和硅氧片很少发生同晶替代，因此因此无永久性电荷无永久性电荷。但水铝片上的。但水铝片上的-在一在一定条件下解离出氢离子，使高岭石定条件下解离出氢离子，使高岭石带负电带负电。高岭石的性质特点：高岭石的性质特点：l晶片与晶片之间形成晶片与晶片之间形成氢键氢键而结合牢固，水分而结合牢固，水分子及其他离子难以进入层间，并且形成较大的子及其他离子

5、难以进入层间，并且形成较大的颗粒。因此其颗粒。因此其吸湿性、粘结性吸湿性、粘结性和和可塑性可塑性较较弱弱，富含高岭石的土壤富含高岭石的土壤保肥性差保肥性差。由由两片硅氧片两片硅氧片和和一片水铝片一片水铝片结合成的一个晶片（层）单结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的。元，再相互叠加而成的。（2 2）蒙脱石类（）蒙脱石类（：型铝硅酸盐矿物）：型铝硅酸盐矿物）每个晶层的两面均由每个晶层的两面均由O离子离子组（硅氧片上的），因而叠组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间加时晶层间不能形成氢键不能形成氢键，而是通过而是通过“氧桥氧桥”联结，这联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，种联结力弱，晶层易碎裂，其晶

6、粒比高岭石小。其晶粒比高岭石小。胀缩性大，吸湿性强，胀缩性大，吸湿性强，易在两边硅氧片中以易在两边硅氧片中以AlAl3+3+代代Si Si4+4+，有时可在硅铝片，有时可在硅铝片中，一般以中，一般以MgMg2+2+代代AlAl3+3+带负电带负电吸附阳离子。吸附阳离子。如蒙脱石，这类矿物多如蒙脱石，这类矿物多出现于北方土壤。如东出现于北方土壤。如东北、华北的栗钙土、黑北、华北的栗钙土、黑钙土和褐土等。钙土和褐土等。硅氧片硅氧片铝氧片铝氧片硅氧片硅氧片特点：特点：土壤胶体的类型蛭石蛭石的的膨胀性比蒙脱石要小得多膨胀性比蒙脱石要小得多，其晶层间距，其晶层间距1.45nm，属有限，属有限膨胀型。它具

7、有一定的内表面，但较蒙脱石小，晶体颗粒介于蒙膨胀型。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。脱石和高岭石之间。蛭石在黄棕壤和黄壤中含量较高。蛭石蛭石也是也是21型型膨胀型粘土矿物，其晶层结构与蒙脱石基本相同，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。也是两层硅氧片中夹一层水铝片。与蒙脱石不同的是，硅氧片中的与蒙脱石不同的是，硅氧片中的硅大部分被铝所取代硅大部分被铝所取代，水铝片水铝片中的铝也有不少被镁取代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，因而具有比蒙脱石高得多的净负电荷，具有很高的吸附

8、阳离子能力，阳离子交换量达荷，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、同晶替代 组成矿物的中心离子被电性相同大小相近的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。离子所替代，而晶格构造保持不变的现象。例如：例如：Al3+与与Fe3+Si4+被被Al3+Al3+被被Mg2+由由于同晶替代作用产生负电荷，称为永久电荷。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硅酸盐类粘土矿物的种类及一般特性 a、高岭组：、高岭组：Al4Si4O10(OH)8 1：1型非膨胀型粘土矿物，高岭石、珍珠陶土、迪型

9、非膨胀型粘土矿物，高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石，热带、亚热带土壤中多。华中、华南、恺石、埃洛石，热带、亚热带土壤中多。华中、华南、西南。西南。1）1：1型型 2）无膨胀性，氢键作用，膨胀性小于）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）电荷数量少，同晶替代弱或无，负电荷来源断键，断键，CEC：3-15cmol(+)/kg 4)胶体性较弱，较其它粘土矿物粗，塑性，粘胶体性较弱，较其它粘土矿物粗，塑性，粘结性，吸湿性弱。结性，吸湿性弱。b、蒙蛭组、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，东型膨胀型粘土矿

10、物，蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石，东北北 华北华北 西北较多。西北较多。1）2：1型型 2）胀缩性大，层间分子引力）胀缩性大，层间分子引力 3）电荷数量多：）电荷数量多：CEC：80-120cmol(+)/kg 发生铝片发生铝片Al3+被被Mg2+替代。替代。4）胶体性质突出：颗粒细小。）胶体性质突出：颗粒细小。0.01-1mc、水化云母组：水化云母组：(OH)4 K9(AI4 Fe4 Mg4 Mg6)(Si8-y Al9)O20 2：1型非膨胀性粘土矿物，青藏高原型非膨胀性粘土矿物，青藏高原 东北东北 西北西北 华北华北 1）2：1型型 2）无膨胀性：）无膨胀性：k+位六边形晶格中，起键联作

11、用。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）电荷数量较多：同晶替代普遍，发生硅片Si4+被被Al3+替代，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）胶体特性：大小介于前二者之间，力学性质介于前二者之间。二者之间。此类胶体包括此类胶体包括褐铁矿褐铁矿（2Fe2Fe2 2O O3 33H3H2 2O O）、）、水赤铁矿水赤铁矿（3Fe3Fe2 2O O3 3HH2 2O O）、）、针铁矿针铁矿（FeFe2 2O O3 3HH2 2O O）、）、水铝矿水铝矿（AlAl2 2O O3 3HH2 2O O）、）、三水铝矿

12、三水铝矿（AlAl2 2O O3 33H3H2 2O O）等晶质矿物）等晶质矿物和和氢氧化铁氢氧化铁Fe(OH)Fe(OH)3 3、氢氧化铝氢氧化铝Al(OH)Al(OH)3 3 等非晶质矿等非晶质矿物。这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为物。这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为两两性胶体。性胶体。2.2.含水氧化铁、铝：（两性胶体）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纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1pH7.1，氢氧化铝等，氢氧化铝等电点为电点为pH8.1pH8.1，所以它们在大多数酸性或中性土，所以

13、它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。壤中都带正电荷。土壤胶体的类型高岭石高岭石逐渐代替水云母，逐渐代替水云母，铁铝氧化物铁铝氧化物也迅速增多。也迅速增多。我国土壤粘土矿物的分布我国土壤粘土矿物的分布温带干旱的漠境和温带干旱的漠境和半漠境地带：半漠境地带：风化程度低，化学风化程度弱，以风化程度低，化学风化程度弱，以形成水化度低的形成水化度低的水云母为主水云母为主，蒙脱，蒙脱石不多。石不多。半干旱草原地区：半干旱草原地区：蒙脱石迅速增加，结晶良好，以蒙脱石迅速增加，结晶良好，以蒙脱石和水云母为主蒙脱石和水云母为主。暖温带湿润地区：暖温带湿润地区：蛭石显著增加，以蛭石显著增加，以水云母水云母蛭石

14、为蛭石为主主，说明环境有利于进一步脱钾。，说明环境有利于进一步脱钾。中亚热带以南地区：中亚热带以南地区：土壤胶体的类型二二、有机胶体、有机胶体特点：特点：高分子有机化合物，高度亲水性。高分子有机化合物，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。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）保肥性强，但不稳定（因受微生物作用而分解）主要是腐殖质。主要是腐殖质。少量的木素、蛋白质、纤维素等。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腐殖质的电荷是由腐殖质含的羧基（羧基（-COOH-COOH）、羟基（羟基（-OH

15、-OH）、酚羟基解离出酚羟基解离出H H+、-COO-COO-、-O-O-等离子等离子留在胶粒上而使胶粒留在胶粒上而使胶粒带负电带负电。一般每千克腐殖一般每千克腐殖质的代换量在质的代换量在200 200 cmol(+)kgcmol(+)kg-1-1左右，左右，高者可达高者可达50050010001000 cmol(+)kg cmol(+)kg-1-1 三、三、有机无机复合胶体有机无机复合胶体游离松结态腐殖质游离松结态腐殖质-通过通过Ca2+而而结合。结合。吸着联结态腐殖质吸着联结态腐殖质-有机胶体与铁铝胶体的结合。有机胶体与铁铝胶体的结合。紧结态腐殖质紧结态腐殖质-有机胶体与无机胶体的直接结合

16、。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面通过阳离子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与-COOH-COOH、-OH-OH等官能团形成复合体。等官能团形成复合体。结合方式结合方式土壤胶体的类型二、土壤胶体的基本构造土壤胶体分散系胶体微粒土壤溶液胶核双电层决定电位离子层补偿离子层非活性层扩散层胶粒三、土壤胶体的性质三、土壤胶体的性质（一）土壤胶体的比表面积和表面能（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）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：比面积表面积物体的总表面积：比面积表面积/重量重量 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面积的典型值是101020m20m2 2/g/g，蒙脱石是，蒙脱石是600600800m800m2 2/g/g，由于表面的存在而产生的能量，叫做表面能。物质的比由于表面的存在而