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土壤性质
第三节土壤性质
一土壤物理性质
土壤物理性包括土壤质地、结构、孔隙性等,涉及到土壤的坚实度、塑性、通透性、排水、蓄水能力、根系穿透的难易等,且这些性质互相关联。
(一)土壤质地
1.土粒与土壤质地划分标准:
土壤由大小不同比例的土粒组成的粗细状况称为土壤质地。
其分类是以各级土粒含量的相对百分比。
土粒划分标准P51,表1-12。
美国、国际质地分类P51,图1-22,P52表1-13;苏联质地分类P52表1-14;我国质地分类P53表1-15,1-16。
P54表1-17。
2.质地对土壤其它性质的影响:
1)土壤水分有效度;2)土壤结构;3)通气性;3)根系发育;5)土壤温度;6)有机质转化。
(二)土壤结构
土粒互相排列,胶结在一起而形成的团聚体称结构体。
土壤结构性是指土粒排列方式与所产生的孔隙状况。
其影响土壤许多性质:
水分运动、热传导、通气性、容重及孔隙性等,从而影响到许多农业措施:
耕作、种植、施肥、排灌等。
1.土壤结构体类型:
P55表1-18,胶片
1)片状结构
2)棱柱状结构
3)柱状结构
4)角状结构
5)团块结构
6)粒状结构
7)团粒结构:
指在腐殖质的作用下形成的近似球形的,疏松、多孔的小土团(直径为0.25-10mm)。
而直径<0.2mm称为微团粒,直径<0.005mm的复合粘粒称为粘团。
团粒结构的数量与质量反映土壤的肥力高低。
良好的团粒结构体应具备以下条件:
1)具有一定形状、大小,性状以球形最好。
旱地1-3mm最好,过大过小都不能形成适当的孔隙比。
水地<0.25mm的微团粒较稳定,透水、通气、保肥、表层土壤疏松。
2)多级孔隙,形成合理的大小孔隙比例。
大孔通气,小孔保水保肥,土壤水、肥、气、热协调。
3)具有一定的稳定性,即水稳性、力稳性、生物学稳定性。
团粒结构对土壤肥力的调节作用:
1)调节土壤水分与温度的矛盾;2)调节养分的消耗与积累的矛盾;3)稳定土温、调节土壤热状况;4)改善土壤耕性,利于作物根系生长。
2.土壤结构的形成:
两阶段:
1)单粒聚集成复粒:
块状、柱状、片状结构由单粒直接粘合而成,或沿土体一定方向破裂而成,没有经过多次复合或团聚过程,故其孔隙度小,孔径一致。
2)复粒相互粘结成微团粒、团粒,或在机械力作用下,大块土垡破碎成大小形状各异的粒状或团粒状结构体。
团粒结构体是经过多次复合、团聚而形成的。
先是单粒粘聚成复粒,在逐级复合、胶结,依次形成二级、三级……微团聚体,然后再经过多次团聚形成较大的团粒。
使其粒径不断增大,孔隙度不断提高,大小孔隙比逐渐趋向合理。
近年来出现“粘团”理论:
粘粒粘结成粘团,粘团粘结成微团粒、团粒,粘团是团聚化的基本单元。
胶片
2)土壤结构的胶结物质及其作用
*无机胶体的凝聚作用:
粘粒(改变离子组成;增加电解质浓度)、氧化铁铝锰(胶膜,脱水干燥,不可逆)、二氧化硅、水膜(胶片)…….
*有机胶体的胶结作用:
腐殖质、多糖类、蛋白质、木质素、微生物分泌物、菌丝…….(形成团粒品质好、水稳性、多孔性)。
胶片
钙离子对腐殖质与矿质胶体的桥联作用:
铁铝氧化物胶膜对腐殖质与矿质胶体的胶结作用:
3)土壤结构成形的外力作用
*生物作用
*干湿交替
*冻融交替
*耕作
4)土壤结构的肥力意义:
土壤结构是肥力的调节器。
具有结构的土壤:
土粒紧密排列呈团;具有水稳性;团粒之间有大小孔隙比,故能调节土壤水、肥、气、热。
团粒结构是土壤肥力的表征。
(三)土壤一般物理性(比重、容重、孔隙度)
1土壤比重:
单位体积土壤固体重量与同体积水重之比。
(真比重)
土壤比重取决于土壤组成物质的种类和相对含量:
石英、长石、云母、赤铁矿、有机质、腐殖质的比重分别是:
2.60-2.70,2.57-2.76,2.7-3.1,4.9-5.3,0.2-0.5,1.3-1.4。
2土壤容重:
单位体积原状土体(包括固体和孔隙),的干土重与同体积水重之比。
(假比重),g/cm3。
其由土壤孔隙、土壤固体数量、矿物组成、结构、固体颗粒排列紧密程度等因素决定。
一般土壤容重为1.0-1.8g/cm3,容重反映土壤孔隙与松紧度,是土壤松紧度的指标。
土壤重量=体积×容重
例如:
耕地面积为667m2,根层厚度0.15m,容重1.34g/cm3,土壤重量为:
土壤重量=667×0.15×1.34×1000=134067(kg)
3土壤孔隙度:
土粒、结构体之间,通过点面接触,形成的空间称土壤孔隙。
孔隙的形状是复杂多样的,,把土壤多孔的性质称为土壤孔隙性。
它决定土壤的水气分配与热量交换。
单位体积土壤内孔隙所占百分比称土壤孔隙度,不能测定,计算而得:
土壤孔隙度取决于质地、结构、有机质含量,一般作物适宜的孔隙度为50%。
土壤孔隙分类:
根据孔隙大小和性能划分1)毛管孔隙:
直径<0.1mm,具有明显的毛管作用,具有储水性能。
毛管孔隙占土壤体积的百分比称为毛管孔隙度。
2)非毛管孔隙:
直径>0.1mm的孔隙,不具有持水能力,具有透水性。
非毛管孔隙占土壤体积的百分比称为非毛管孔隙度,取决于团聚体的大小,团聚体越大,非毛管孔隙越大。
毛管孔隙度随土壤分散度或结构破坏程度增加而增加。
土壤中毛管孔隙与非毛管孔隙所占比例对水、肥、气、热和耕性有很大影响,水气协调的土壤应各占50%。
(四)土壤物理机械性(粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、收缩性、耕性)
土壤物理机械性是指土壤在各种含水状况下受到外力作用显示出的一系列动力学性质,包括粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、收缩性等。
1土壤粘结性:
指土粒与土粒结合在一起的性质,反映土壤抵抗机械破碎的性能。
其取决于土粒之间的接触面,受质地(粘粒接触面大,粘结性强)、水分(适度增加,增加水膜拉力)、腐殖质(包裹粘粒,促进团粒结构形成,减低土壤分散度)含量和土壤结构(团粒结构粘结性最适中)的影响。
2土壤粘着性:
指土粒粘附于外物的性能,取决于土粒与外物的接触面,影响因素同粘结性。
土粒越小,粘着性越大。
干土无粘着性,粘着性随水分增加而增加,但水分含量到全持水量的80%,水膜过厚,水膜拉力减少,粘着性减少。
3土壤可塑性:
指土壤在湿润状态下,能被塑造并保持其形状的特性。
当土壤出现可塑状态时的含水量为可塑下限,可塑状态消失时的含水量为可塑上限,在上塑与下塑之间的含水量范围为塑性范围,即塑性值。
塑性值越大,可塑性越强。
可塑性影响耕作质量与难易,塑性范围内耕性不好。
4土壤膨胀性与收缩性:
指土壤因吸水而干燥,脱水而收缩的性质。
其与胶体种类及吸附性阳离子有关(在胶体性能中讲)。
5土壤耕性:
指土壤耕作时表现出的性状,包括易耕期的长短、耕作质量、耕作的阻力等,是土壤各种理化性质在耕作上的综合表现。
与土壤之地结构、含水量、粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、收缩性有关。
二土壤胶体性质:
6学时
(一)土壤胶体的类型和构造
土壤胶体分散系包括分散相(胶体微粒)和分散介质。
胶体化学中,胶体的定义是分散相物质的粒径为100毫微米。
土壤化学中,土壤胶体的粒径上限为2000毫微米。
1土壤胶体的种类:
1)矿质胶体:
铝硅酸盐(蒙脱石、高岭石、伊利石)、铁铝氧化物、二氧化硅。
2)有机胶体:
腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物。
3)有机-无机复合胶体:
上两者相结合,在土壤中为多数。
2土壤胶体构造:
分晶型胶粒(无机胶体)和非晶型胶粒(有机胶体)。
土壤胶体微粒图:
用双电层理论P60图1-23,P61图1-24,图1-25
双电层理论:
胶体表面的电荷层与胶体周围由于静电吸力作用形成的反号电荷的离子层,构成双电层。
其内层叫决定电位离子层,外层叫反离子层或补偿离子层。
两层之间的距离,与一个粒子大小相当。
双电层之间的电位呈直线迅速降低。
反离子层内的反号离子并不是分布在同一个平面,距离胶体表面近的反号离子数量多,排列紧密,称为Stern层(非活性补偿离子层);随着离胶体距离增加,反号离子数量减少,以扩散状态分布,直至自由溶液,称活性补偿离子层或扩散层。
Stern层以外的距离远远大于一个粒子的直径,电位也随着离胶体表面的距离的增加呈指数关系逐渐下降。
Stern层(非活性补偿离子层)与自由溶液之间的电位降称电动电位(ζ)。
它是表征双电层特征的重要指标,其值随扩散层厚度变化而变化,是可以测定出来的。
决定电位粒子层与溶液之间的电位差为热力电位(ε),在一定的胶体系统内,其值不随扩散层厚度变化而变化。
胶体的基本构造是微粒核与双电层,微粒团包括微粒核与双电层内层,胶粒包括微粒团与非活性补偿离子层、胶体微粒或胶胞包括胶粒和扩散层。
P61
影响双电层构造的因素:
a胶体表面电荷密度:
胶体表面电荷密度大,所带电荷多,吸引反号离子多,使双电层厚度减小,ζ电位降低。
b电解质浓度:
电解质浓度高,反号离子浓度高,胶体吸附反号离子多,双电层厚度减小,ζ电位降低。
c离子价数:
介质中反号离子价数由原过来的1价变成2价,双电层的其他条件不变,这时胶体表面对离子的吸引力增加1倍,双电层厚度减小,ζ电位降低。
土壤胶体表面双电层厚度
溶液浓度N
双电层厚度(Å)
单价阳离子
双价阳离子
10-5
1000
500
10-3
100
50
10-1
10
5
同号离子对ζ电位的影响与胶体本身电位高低有关。
胶体本身电位高,介质中同号离子被排斥在双电层固定层之外,同号离子价数变化对ζ电位无影响。
胶体本身电位低时,双电层固定层内仍有同号离子存在,这时同号离子价数变化或数量变化,的都会影响ζ电位,即同号离子价数增高或离子浓度增加使ζ电位增高。
*专性吸附:
对土壤专性吸附的定义有不同的解释,应用最广的定义为:
土壤胶体带电或不带电荷,都能吸附某些离子,而且这些离子进入双电层内层,成为不可交换的离子。
土壤中的被吸附的离子可以和胶体双电层内层的配位离子-OH进行交换,故称配位基交换。
土壤中可以进行专性吸附的物质有氧化铁铝的凝胶、三水铝石、水铝英石、针铁矿和其他无定形水化氧化物。
这些氧化物表面含有-OH基和-OH2基,比较容易和专性吸附的离子进行交换。
腐殖质和断键的含-OH基的硅酸盐矿物也能进行专性吸附(后叙)。
专性吸附是由离子极化作用和范德华力引起的,是形成Stern层的重要原因。
专性吸附增强,ζ电位下降,当专性吸附很强时,ζ电位可以变为负数。
补充知识:
分子间的力(自由掌握)
分子间的力:
指普遍存在于一切分子间的引力,也叫范德华力
一、静电力:
极性分子间的力叫静电力或取向力,这种力来自分子固有的结构本质,是一种永久极性间的力。
二、诱导力:
一个离子或极性分子的一端,对临近其他分子极化,使它产生相反的诱导力,存在于极性分子与非极性分子之间。
例水与溶于水的氯气分子,也存在于极性分子之间,例水分子与乙醇分子存在诱导力和静电力,
处于外加电场中,被极化分子中包含的原子数越多,原子越大,则诱导极性越强,诱导力越大。
分子间力中诱导力所占比重小,不占主要位置。
三、色散力:
通常分子极性与非极性是指电子运动的平均情况,对于瞬间电子运动在分子的一个局部而使该部分带过剩的负电,分子的另一端带过剩的正电,形成瞬间的偶极,分子的瞬间偶极之间也会相互作用,并且每一瞬间偶极不断的消失与产生,而在大群分子间就存在这样一种持续的力叫色散力,这就是氢、氮、氧为什么能成为液态的原因。
色散力的强弱也和分子的变形性有直接关系,即它又受组成分子的原子数和原子大小所决定,大分子比小分子有较强的色散力。
总的说来色散力很弱,其作用范围与分子间距离的六次方成反比。
在非极性分子间,它是唯一的分子间力。
因此色散力是很重要的成分。
四、氢键:
是一种特殊的分子间力,发生在两个电负性很强的原子之间。
尤其氢与氟、氧和氮。
例如
原因:
氢键对电子只有吸引力,无排斥力。
它与电负性强的原子A成键轨后,电子云偏向A。
H端为正电,缺乏内层电子,能强烈吸引B的电子云,形成H……B氢键。
氢键可形成于分子内外,分子间氢键造成分子缔合现象,引起熔、沸点、气化热的不正常增大。
(二)土壤胶体的性质
1巨大的比表面积和表面能
指每克粘粒所具有的表面积(内表面积与外表面积之和),单位m2.g-1。
不同土壤的比表面积的变化规律与土壤的粘粒类型和含量紧密相关。
物体分得越细,单体数越多,总面积约大,比表面积越大。
P62表1-19,胶片
各种胶体与土壤的比表面积
胶体类型
比表面积m2.g-1
土壤类型
比表面积m2.g-1
蒙脱石
600-800
黑土
420
伊利石
50-200
黄绵土
326
高岭石
1-40
黄棕壤
343
蛭石
600-800
红壤
202
水铝英石
70-300
砖红壤
158
腐殖质
800-900
粘土矿物与腐殖质都有内表面,内表面的分子所受的各方面同样或类似分子的力的作用,其力是均衡的,没有多余的自由能。
而外表面的分子受到内部(固相)与外部(液相)不同的力作用,产生多余的自由能,这种由物体表面存在而产生的能量,称为表面能。
物体表面能越大,吸收性越强。
2土壤胶体的带电性
*粘粒表面电荷的来源与种类
a永久电荷:
指由层状铝硅酸盐的同晶代换而产生的电荷,也称内电荷。
例如在铝氧八面体中铁或镁代替铝,硅氧四面体中铝代换硅,均会产生多余负电荷,这种电荷不受土壤溶液pH值影响。
不同粘粒矿物在同晶代换中所获净负电荷不同。
例如蒙脱石每个单位晶胞的剩余负电荷为0.66个,伊利石为1.3-1.5个等等。
但是这些剩余负电荷并不一定完全表现出来,其中大部分被层间非交换阳离子K+、Ca++、Mg++、H+等所平衡。
过去认为高岭石无永久电荷,近年来试验证明它也有少量永久负电荷。
永久电荷一般在铝硅酸盐的层面上,其吸附阳离子是依靠静电力,所吸附阳离子是可以交换的,也可以解吸的。
吸附力的强弱取决于电荷与阳离子的距离。
例如硅氧四面体上同晶代换所产生的负电荷就比铝氧八面体上的吸附力强。
b可变电荷:
也称为添加负电荷,这种负电荷的数量随土壤溶液的pH值而改变。
土壤中可产生可变负电荷的物质有:
腐殖质、氧化物、水铝英石、层状硅酸盐、非晶质硅酸盐和硅酸等。
游离氧化铁在中性和碱性条件下也能产生可变电荷。
可变电荷产生原因有两种:
a)胶体表面分子解离:
如腐殖质的羧基、羟基、酚羟基等解离出氢离子,使胶核上带负电。
水铝英石表面分子功能基=Si-OH为代表,因介质pH值改变,解离出H+,使其带负电。
层状硅酸盐除带有永久电荷外,在一定条件下,也可以产生可变电荷,是由于在边面上,硅连接的-OH基在碱性条件下解离,在酸性条件下缔和的结果。
例如高岭石等。
两性胶体Al(OH)3在酸性条件下解离出OH-或吸附H+,本身带正电荷者,称为碱胶基;反之为酸胶基,例如SiO2nH2O外层分子解离生成SiO32-,使H+围绕在其周围。
土壤两性胶体为电中性时,土壤溶液的pH为等电点,此时胶体凝聚。
b)粘粒矿物晶格上的断键:
晶格的边缘和面角上断键,例如硅氧四面体的Si-O键,或铝氧八面体的Al-O键断裂,造成“Si-”、“Al-”、“O-”等断键现象,出现键价不足或多余,形成可变电荷。
*土壤胶体电性的强度:
A土壤电荷的数量:
取决于胶粒的种类、含量、比表面积、胶粒之间的相互作用与溶液的pH值。
a胶粒的种类:
每百克腐殖质(干重)的电荷数量(200-500,平均350毫克当量)比无机胶粒(5-100,平均10-80毫克当量)高4-35倍。
无机胶粒主要为层状铝硅酸盐,包括蒙脱石、伊利石、高岭石等,它们每百克分别含电荷为60-120、20-40、5-15毫克当量。
不同发生学土类所含胶粒类型不同,电荷数量也不同:
以高岭石和三水铝石为主的砖红壤每百克干土的负电荷约为5毫克当量;以伊利石、混层矿物和蒙脱石为主的下蜀黄土上发育的黄棕壤等的负电荷约为15-20毫克当量;以蒙脱石、蛭石为主的栗钙土的负电荷约为20-30毫克当量。
同一土壤不同发生学土层的电荷数量也有差别:
表层土壤含有机质多,比心土、底土含电荷多。
矿质土壤表层中有机胶体提供的负电荷占总电荷的20%,其余均为无机胶体所提供。
泥炭土与草甸黑土含负电荷高达每百克干土45毫克当量。
淀积层与粘化层因富集各种胶粒,电荷数量高。
b土壤有机胶体与无机胶体相结合:
钙、镁离子与铁、铝氢氧化物的键合作用下(包括范德华力、氢键、离子键、配位键、共价健的键力),土壤有机胶体与无机胶体相结合成有机—无机复合体,影响电荷的数量。
但这种对电荷数量的影响是非加合性的。
所形成的复合体的负电荷小于结合前各自的总合。
其原因为:
1).带正、负电荷的胶体相互消耗部分负电荷;2).有机胶体经多价正电子絮固和沉淀在无机胶体表面或定向堆砌在无机胶体表面,掩盖无机胶体的电荷交换点。
B土壤电荷的密度:
是指单位表面积上的电荷数量,计算公式如下:
土壤表面电荷密度=土壤电荷数量/土壤表面积
凡是影响土壤电荷数量和土壤表面积的因素均影响土壤电荷密度。
a胶粒的比表面积:
土壤粘粒含量多,则粘粒的比表面大,电荷密度小。
粘粒矿物种类不同,比表面积不同。
一般土壤胶体表面的电荷数量,在pH5-8时每平方厘米在1-3.5*10-7毫克当量之间。
其电荷密度大约相当每平方厘米10-37微库仑。
在pH7时,砖红壤胶体表面的电荷密度为10微库仑左右;红壤类在20-15微库仑。
随pH值升高,土壤胶体表面的电荷密度有增大的趋势。
b粘粒类型:
不同粘粒矿物的电荷密度不同,例如:
高岭石电荷密度为2.0*10-7毫克当量,每个交换点所占面积为83Å2;蒙脱石与埃洛石电荷密度为1.4*10-7毫克当量,每个交换点所占面积为120Å2;水化云母电荷密度为1.7*10-7毫克当量,每个交换点所占面积为98Å2。
土壤粘粒表面电荷密度的大小影响是土壤离子交换和其它土壤电化学性质的重要因素。
3分散和絮凝:
粘粒的ζ电位越大,相互间的斥力越大。
只有当ζ电位降到某一临界值(20-30毫伏)时粘粒间的斥力弱于吸引力(范德华力),粘粒就相互凝聚了。
两物体间的范德华吸力与距离的6次方成反比,而相斥的库仑力与距离的2次方成反比。
当悬液中粘粒互相接近时,范德华吸力增长快,至一定程度超过库仑斥力,粘粒就凝聚了。
土壤溶液中的离子的价数、水化度、浓度对ζ电位与粘粒凝聚有影响:
价数越高,库仑力越大,粘粒对其的吸附力越强,其间距离越小,ζ电位越低,凝聚力越强。
同价离子中,其凝聚力取决于水化半径,水化半径大的粒子与粘粒表面的距离越大,凝聚力越弱。
下列是不同阳离子的凝结能力的顺序:
Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+。
胶体的絮凝值随ζ电位降低而增大。
相同离子不同浓度不但对ζ电位,而且也对胶体的分散和絮凝有不同影响。
介质中电解质的浓度(C),和胶粒双电层的厚度(S)的关系是:
所以离子浓度(C)越高,双电层的厚度(S)越薄,ζ电位越低,絮凝的倾向越大。
当ζ电位高时胶体分散;当ζ电位降低到一定程度时,胶体开始絮凝,但絮凝速度较慢,随着电解质数量增加,ζ电位降低到更低值时,絮凝速度变得很快。
一般认为胶体絮凝的电位有两个值,即絮凝快速区与絮凝慢速区。
(三)土壤的离子交换:
1土壤阳离子交换作用:
1)阳离子交换作用:
土壤胶体一般带负电,可以产生阳离子吸附作用。
从宏观角度看,由于异电性相吸作用,阳离子便集中在胶体表面和附近,使该处的离子浓度大于扩散层和扩散层之外的自由溶液。
从微观角度看,吸附现象应当表现为胶体表面与扩散层之间离子浓度的差异。
吸附作用是土壤胶体与离子之间的相互作用,表现为吸附能。
离子交换作用是土壤中离子之间的相互作用,表现为离子的交换能。
离子从溶液转移到胶体上是吸附过程;反之为解吸过程。
吸附与解吸的结果表现为离子的相互换位,即离子交换作用。
(1)可逆反应:
阳离子交换作用处于动态平衡,接受土壤生物活动(植物根系吸收阳离子养料;释放CO2而对土壤溶液提供氢离子;耗氧和泌氧而改变土壤氧化还原电位等等),施肥、灌溉、排水、晒田、坑土、冻垡、耕作等人为活动与季节、气候变化影响离子交换的动态平衡。
了解这一特征,有助于加深理解对土壤合理利用和管理的指导意义
(2)等当量关系:
阳离子交换作用是在等当量关系下进行的。
即一个钙离子克离子当量(40克)可以代换两个钠离子克离子当量(23克×2)。
(3)阳离子代换能力:
因阳离子电荷、水化半径、离子半径、其水合物的聚合作用不同而有强弱之分。
*电荷的影响:
离子吸附时固相表面与离子之间静电力(F)造成的,按库仑定律:
其中Q为介电常数;ec为阳离子电量;ea为负电性胶粒电荷量;rc2为阳离子水化后的水化半径。
两个带电质点间的静电力的大小,与其电荷的乘积成正比,与其距离平方呈反比。
离子间的吸力也叫离子吸附亲和力,或离子的吸附能。
在溶液浓度相同时,离子价数越高,离子吸附亲和力越大,(氢离子例外)其顺序如下:
Li+ *离子的水化半径: 离子价数越高,水化半径越小(与价数低的离子相比较),原子序数越大,水化半径越小,其关系如下: (这里钾和氨的位置与上面顺序相反) 离子半径与水化程度及交换力的关系 一价离子种类 Li+ Na+ K+ NH4+ Rb+ 真实离子半径(Å) 0.78 0.98 1.33 1.43 1.49 水化后的离子半径(Å) 10.03 7.90 5.37 5.32 5.09 离子在胶体上的吸着力 小→大 离子对其它离子的代换力 小→大 基于上述关系,离子交换能力顺序如下: Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+ *两价离子也有相仿的关系: La++>Ba++>Sr++>Ca++>Mg++。 一般高价(指三价以上)离子的水化数多于低价离子,但是其离子价数效应超过水化膜厚度的影响,具有较高的电荷密度,所表现出的电场强度比一价离子高。 土壤中重要阳离子间的交换力顺序如下: Fe+++>AL+++>H+>Ca++>Mg++>NH4+>K+>Na+。 其中H+位置特殊,与其化学性质有关(H+仅有原子核,无外围电子,对负电仅有吸力无斥力, 原子序数最低,水化膜薄);同时氢离子的结合能也包括一部分铝离子的结合能;加之土壤溶液中氢离子浓度又高(碳酸水中有H+),使之代换力高于某些二价离子。 *离子运动速度越大,交换力越强: 氢离子半径小,水化弱,水化膜薄,运动速度大,交换力强,所以交换力仅弱于三价离子。 (4)质量作用定律: 阳离子交换作用受质量作用定律支配。 交换能力弱的、价数低的阳离子提高浓度可以代换交换能力强的、价数高的阳离子。 (例如盐碱土中的钠离子可以代换钙离子。 ) 2)阳离子交换量: 每千克土壤所含全部交换性阳离子总量(包括氢离子、铝离子和全部盐基离子)称为阳离子交换性,或称为交换量(CEC),以cmol(+)/kg土表示(过去用m.e/100g表示)。 测定方法为: 在pH7时,用钡盐、钾盐、铵盐溶液处理土壤或胶体,使原来被吸附的阳离子被钡、钾或铵交换下来,然后测定被吸附的钡、钾或铵的量。 交换量大小反映土壤保肥力(保持养分的能力)与缓冲性能的强弱。 一般认为阳离子交换量小于10m.e/100g为保肥性弱;10-20m.e/100g为中上;大于20m.e/100g为强。 影响土壤阳离子交换量的土壤内在因素有土壤胶体的类型、数量与pH值等。 有机质虽然阳离子交换量大,但是在土壤中的含量远远小于无机胶体,所以在矿质土壤中阳离子交换量的影响小于无机胶体。 pH值升高,土壤胶体所带负电荷增加,阳离子交换量增大。 不同土壤胶体的阳离子交换量(m.e/100g) 胶体种类 一般范围 平均值 蒙脱石 60-100 80 伊利石 20-40 30 高岭石 3-15 10 含水氧化
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- 土壤 性质