1、,土壤基本性质,第一节 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1m，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2m或者小于1m的土壤微粒。,二、土壤胶体的种类 （一）无机胶体 矿质胶体指土壤矿物中的细分散颗粒，比表面大，并带电荷，具有胶体特性。主要为极细微的粘土矿物，包括成分简单的含水氧化物和成分复杂的各种次生层状铝硅酸盐类等。,1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SiO2nH2O或写成H2SiO3。,（2）含水氧化铁,褐铁矿 2Fe2O33H
2、2O 针铁矿Fe2O3H2O 多水针铁矿3FeO34H2O 一水赤铁矿3Fe2O3H2O等。,（3）含水氧化铝主要有水铝石Ai2O3H2O和三水铝石Al2O33H2O等，也是两性胶体，其电性决定于溶液的酸碱性。,2 粘土矿物胶体土壤中最主要的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石，还有蛭石、绿泥石、水铝英石等。,高岭石 化学式为Al2Si3O5（OH）4或Al2O32SiO22H2O，是矿物强烈风化作用下的产物 伊利石（水化云母） 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。上述3种主要粘土矿物的共同特性是：颗粒
3、细小，呈片状，有巨大的表面积。,3种主要类型硅酸盐粘粒性质比较,315,1540,80100,阳离子交换量（cmol/g）,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,520,100120,700800,比表面（m2/g）,六方型晶体,不规则片状,不规则片状,形状,0.l5.0,0.l2.9,0.011.0,大小（um）,高岭石,伊利石,蒙脱石,粘 粒 类 型,性质,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
4、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。,单位质量或体积物体的总表面积称为比表面积或比面（cm2/g,cm2/cm3）。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。,三、土壤胶体的性质 （一）巨大的比表面积和表面能,（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
5、所致。,2. 腐殖质胶体带电COOH COOHOH OH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） H2SiO3 SiO322H,（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。,永久电荷：在岩石化学风化过程中，因粘土矿物晶格内发生同晶置换而产生的电荷。,（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
6、晶体边缘带电。,（3）晶格表面分子的解离 当土壤溶液pH值变化时，晶格表面的OH基发生解离。,可变电荷：随土壤pH值条件而改变的电荷，是由于胶体颗粒表面基团的解离或质子化而引起的。,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（三水铝石、腐殖质上的某些原子团在不同pH条件下等）。,4两性胶体带电,以Al（OH）3为例说明如下：,等电点：在某一pH条件下，当负电荷和正电荷的数量相等时，胶体的净电荷为零，这就是该胶体的等电点pH值。,（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
7、（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。,第二节 土壤的离子交换作用,土壤的离子交换作用是由土壤胶体引起的。土壤胶体的交换作用是指土壤胶体微粒扩散层中的离子与土壤溶液中的离子相互交换过程。,可分为阳离子交换作用和阴离子交换作用两种。,一、土壤的阳离于交换作用,（一）阳离子交换作用的过程,是指酸胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的过程。土壤胶体是带有负电荷的，因而具有一定的阳离子吸附能力，胶体所吸附的一部分阳离子在一定条件
8、下可以与土壤溶液中的阳离子相互代换。,可用下式来表示：,土壤 Mg2,胶粒 AI3,K Ca2,土壤 10NH4,胶粒,2H,10NH4,Ca2、Mg2、Al3、K、 2H,1.可逆反应，迅速平衡,（二）土壤阳离子交换作用的特点,2.交换反应是等量电荷对等量电荷的 交换,3. 交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响,影响因素,（1）土壤质地 一般是胶体物质越多，阳离子交换量越大；胶体粒子越少交换量越小；土壤质地愈细，矿质胶体数量愈多，交换量也愈高。,1土壤的阳离子交换量 指每千克土壤或胶体吸附或代换周围溶液中阳离子的厘摩尔数，单位为cmolkg土。,（三）土壤的阳离子交换量和盐基饱和度,不同
9、质地土壤的阳离子交换量,2530,718,78,15,阳离子 交换量,粘 土,壤 土,砂壤土,砂 土,土 壤,单位：cmol(+)kg,（2）腐殖质含量腐殖质胶体阳离子交换量远大于矿质胶体。 （3）胶体种类 有机胶体交换量最大；矿质胶体中交换量大小是：蒙脱石伊利石高岭石。 （4）土壤酸碱反应一般来说，随土壤碱度增加(pH值增高)解离度增高，带电量多，反之，随土壤酸度增加(pH值降低)解离度降低，带电量减少。,我国土壤阳离子交换量，由南向北，由西向东有逐渐增多的趋势。阳离子可分为两大类：,阳离子的代换量是这两类离子被吸收的总量。,盐基离子（Ca2、Mg2、K、Na、NH4等）,H与Al3,2 盐
10、基饱和度就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。,交换性盐基离子总量（cmolkg）阳离子交换量（cmolkg）,盐基饱和度 （）,=, 盐基饱和度的大小常与雨量、母质、植被等自然条件有密切关系。一般干旱地区的土壤盐基饱和度大，多雨地区则小。,（四）交换性阳离子的活度及影响因素,交换性阳离子活度指实际能解离的交换性阳离子的数量。,影响因素：A 交换性离子饱和度：胶体上某种阳离子占整个阳离子交换量的百分数。B 陪补离子的种类离子相互抑制的能力顺序Na K Mg2 Ca2 H Al3,C 无机胶体的种类饱和度相同的条件下，高岭石蒙脱石水云母D 离子半径大小与晶格孔隙大小钾的离子半径
11、和铵的离子半径的大小都接近于晶格孔隙的大小，晶格固定。,二、土壤阴离子交换作用,被胶粒表面正电荷吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换，称为阴离子交换。,根据土壤胶体对阴离子的吸收力不同，可分为3种类型：易被土壤胶体吸附的阴离子如 H2PO4、HPO42、PO43、HSiO3、SiO32及某些有机酸根。很少被吸附甚至不能被吸收的阴离子，如 NO3、NO22、Cl等。介于上述两者之间的阴离子，如 SO42、CO32、HCO3以及某些有机酸根 阴离子吸附的相对顺序为：PO43SiO42CO22SO32Cl NO3,第三节 土壤酸碱性,土壤酸碱反应是气候、植被、成土母质等及人为因素共同作用的结果。,一 土
12、壤中酸性形成的机理,土壤中H的来源土壤中铝的活化,1.水的解离； 2.动植物呼吸作用排出的CO2溶解于水形成的碳酸解离产生的H；3.微生物分解作用产生的有机酸、无机酸解离产生的H;4.无机酸的形成 由于氧化等作用的发生，使土壤中产生各种各样的无机酸;5. 酸雨：我国每年排放SO2约1.71067吨,（一）土壤中H的来源有：,土壤中铝的活化,土壤交换性H+的饱和度达到一定限度，就会破坏硅酸盐粘粒晶体结构，其水铝片中Al转化为活性Al3+，取代交换性H而成为交换性Al3+。因此，矿质酸性土以交换性Al3+占绝对优势。,1、概念及土壤碱性的形成机理由碳酸盐和重碳酸盐导致土壤碱性的程度称土壤碱度。形成
13、碱性反应的主要机理是碱性物质的水解反应 。主要决定于土壤中碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙以及交换性Na的含量。,（二）、土壤碱性及其影响因素,(1)碳酸钙水解CaCO3+H2O+CO2 Ca2+HCO3 - +OH-(2)碳酸钠水解Na2CO3+2H2O 2Na+H2CO3 - +2OH-碳酸钠的来源：土壤矿物质中钠的碳酸化。风化产物硅酸钠与碳酸作用(析出SiO2):CaCO3+NaCl CaCl2+Na2CO3(3)交换性钠的水解当土壤胶体的交换性Na+积累到一定数量，土壤溶液盐浓度较低时，Na+离解进入溶液，水解产生NaOH，并进一步形成碳酸盐Na2CO3、NaHCO3。,2、影响土壤碱化的因素
14、 (1)气候因素(干湿度)碱性土分布在干旱、半干旱地区。在干旱、半干旱条件下，蒸发量大于降雨量，土壤中的盐基物质，随着蒸发而表聚，使土壤碱化。 (2)生物因素Na、K 、Ca、Mg等盐基生物积累。一些植物适应在干旱条件下生长，有富集碱性物质的作用。如:海蓬子含Na2CO3 3.75%，碱蒿含2.76%，盐蒿含2.14%，芦苇含0.49%。,(3)母质碱性物质的基本来源。基性岩、超基性岩富含碱性物质，含盐基物质多，形成的土壤为碱性。 (4)施肥和灌溉 施用碱性肥料或用碱性水灌溉会使土壤碱化。 如都江堰水质偏碱，长期用都江堰水灌溉的水稻田土壤pH有所提高。,根据我国土壤反应的实际差异情况及其与肥力
15、的关系，可把土壤反应分为下列5级：土壤酸碱性分级,二、土壤酸的容量指标,土壤的酸度指土壤酸性的程度，以pH表示。它是土壤溶液中 H浓度的表现，H浓度愈大，土壤酸性愈强。,（一）土壤酸度类型1活性酸度 活性酸度是指土壤溶液中的氢离子浓度导致的土壤酸度，通常用pH值来表示。 2潜性酸度 潜性酸土壤胶体吸附的H+、Al3+离子，在被其它阳离子交换进入溶液后，才显示酸性。 以cmol/kg表示。,用水浸提，得到的pH值反应土壤活性酸的强弱。用KCl（交换性酸）浸提，得到的pH值除反映土壤溶液中的氢离子外，还反映由K+交换出的氢离子和铝离子显出的酸性。pH水 大于pH盐pH水与pH盐差值可反映土壤盐基饱
16、和度，盐基饱和度高的土壤，pH水与pH盐的差值小；盐基饱和度低的土壤，pH水和pH盐的差值就大。测定土壤pH值时的水土比，按国际土壤学会推荐用2.5:1，水土比大时，测出的pH值稍偏大。,（二）、土壤酸度的强度指标1、土壤pH pH=-lg(H+)（土壤平衡溶液）中性溶液： (H+)=(OH-)=10-7mol/L，pH=pOH=7土壤pH表示法：pH(H2O)水浸提；pH(KCl)中性盐1mol/L KCl溶液浸提。一般土壤pH(H2O)pH(KCl)。地理分布。我国土壤大部分pH在4.58.5之间。 “南酸北碱，沿海偏酸，内陆偏碱”的地带性特点。,交换性酸用过量的中性盐，1mol/L的KC
17、l溶液(pH5.56.0) 与土壤胶体发生代换，K+交代换性氢或铝离子进入土壤溶液所表现的酸度（通过滴定得到的酸度）。交换性酸是酸度的容量因素，单位Cmol/kg。,水解酸 具有羟基化表面的土壤胶体，通过解离氢离子后所产生的酸度。CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH 水解酸的测定是用1mol/L的CH3COONa(pH 8.3)处理土壤。,交换酸和水解酸的实质是不同的，水解酸的实际测定，因用pH 8.3的CH3COONa，既测定出羟基化表面解离的H+，也测出了因Na+交换出的氢离子和铝离子产生的交换酸度，还包括了土壤溶液中的活性酸，因此测定结果是土壤总酸度。,影响土壤酸度的因素
18、1、气候高温多雨地区，风化淋溶较强，特别是降雨量大而蒸发势较弱地区，矿物岩石风化所产生的盐基物质大量淋失，使土壤酸化。我国大陆以北纬30为界，形成“南酸北碱” 局面，与气候条件有关密切相关。 2、生物 植物根系和微生物通过呼吸作用产生CO2，有机质矿质化也产生CO2，CO2溶解于水成碳酸。,土壤中专性微生物如硫化硝化细菌，将含硫含氮有机物转化成硫酸和硝酸，增强了土壤酸度。 3、施肥和灌溉 施用酸性肥或生理酸性肥，导致土壤酸化。 4、母质 母质中含酸性物质使土壤酸化。 5、酸雨 6、土壤空气的CO2分压石灰性土壤pH随Pco2增大而降低，变化于7.58.5之间(田间)。CaCO3-CO2-H2O
19、体系：pH=6.03-2/3lgPco2,7、土壤水分含量土壤pH测定时的稀释效应，应控制土水比(一般1:2.5)。 8、土壤氧化还原条件土壤淹水还原pH向中性点趋近，即酸性土pH升高，碱性土pH降低。酸性土还原pH升高，由于Fe2O3、MnO2还原溶解度增大，显示碱性，有机质加快还原过程。碱性土还原pH下降，主要由于在嫌气条件下有机酸和CO2的积累过程及其综合作用。,三 土壤缓冲性 （一）土壤缓冲性概念土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵抗变酸和变碱而保持pH稳定的能力，称土壤缓冲作用，或缓冲性能。 （二）土壤酸碱缓冲性 1、土壤酸、碱缓冲原理(1)土壤中有许多弱酸碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸
20、等，当这些弱酸与其盐类共存，就成为对酸、碱物质具有缓冲作用的体系。,如 Hac+NaAc体系 当加入HCl： NaAc+HCl Hac+NaCl 当加入NaOH: Hac+NaOH NaAc+H2O,(2) 土壤具有阳离子交换作用,(3) 土壤中有两性物质两性有机物质的缓冲作用,两性无机物质的缓冲作用,土壤反应的调节（一）酸性土的调节改良酸性土壤通常施用石灰、石灰石粉和碱性、生理碱性肥料。 （二）碱性土的调节改良碱性土可施用石膏、明矾、硫酸亚铁和硫磺等。此外，改良碱土还需要采取与灌溉、排水、园林植物栽培以及土壤耕作等相结合。,土壤氧化还原反应（自学） 一、土壤氧化还原体系土壤中同一物质可分为氧
21、化态(剂)和还原态(剂)，构成相应的氧化还原体系 。,土粒密度 ：土粒密度是单位容积土粒的质量。土粒密度曾称土壤比重，单位是gcm3。,一般土壤的土粒密度平均在2.65。（2.62.7）左右,第三节土壤孔性、结构性和耕性,土壤孔性：土壤孔隙性质，指土壤孔隙总量 及 大、小孔隙分布。,土壤密度，又称“土壤容重”，指单位容积土壤的质量。根据干土和湿土质量，又可分别为干土壤密度和湿土壤密度。,一、土壤孔隙状况 （一）土壤孔隙度 土壤孔隙度指单位土壤总容积中的孔隙容积。土壤孔隙度一般不直接测定，而是通过土壤密度、土粒密度值换算出来，即：土壤孔隙度（）（1土壤密度/土粒密度）100,（二）孔隙比土壤孔隙
22、的数量，也可以用孔隙比表示，它是指土壤中孔隙容积和固相土粒容积的比值。孔隙比孔隙容积/土粒容积孔隙度/（1孔隙度）,土壤结构性,一、土壤结构体 土壤结构：土壤中土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式，称土壤结构。土壤结构体：土粒相互排列和团聚成为一定现状和大小的土块和土团。,野外判定土壤结构，让其自然散碎，所呈形状,X、Y、Z相同发育,X、Y发育,Z 发育,块状,片状,柱状,1、块状结构(cloddy structure) 形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。 产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构。 大小划分：大块状结构,直径10cm（坷垃）;小
23、块状结构直径510cm。,二土壤结构体种类（soil configuration type）,2 团块状(crumby structure)形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。大小划分：大团块结构，直径53cm；团块状结构，直径31cm；小团块状结构，直径1cm。,3 核状结构(nutty structure) 形状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成核状结构。大小划分：大核状，直径1 cm；小核状直径为510 mm（蒜瓣土）。,4 柱状(columnar structure) 形状：侧面，横断面形状不规
24、则。产生条件：柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现。大小划分：大柱状结构，5cm；柱状结构，35cm；小柱状结构，3cm。,5、棱柱状结构(primatic structure) 形状：同柱状结构，棱角尖锐明显，横断面略呈三角形。产生条件：粘重土壤的底土，由于干湿交替频繁形成棱柱状结构。大小划分：大棱柱状结构，5cm；棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构，3cm。,6、片状 (platy structure) 形 状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。产生条件：流水沉积作用，或某些机械压力造成，常出现于森林土壤的灰化层，碱化土壤的表层，和耕地土壤的犁底层。在雨后活土壤灌溉后所
25、形成的地表结壳活板结层。大小划分：厚度可5cm， 1cm者为片状。,7 团粒结构(granular structure) 形状：近似于球形，疏松多孔的小土 团称团粒结构，是含有机质丰富肥沃土壤 的标志特征。大小划分：一般为0.2510mm，0.25mm者称微团粒(microaggregate)，水 稻土中多为微团粒结构。农业生产中最理想的团粒径为23mm。,土壤结构类型示意图,团粒结构体的特点：团粒结构土壤的大小孔隙兼备。团粒结构土壤中水、气矛盾的解决。团粒结构土壤的保肥与供肥协调。团粒结构如让宜于耕作 团粒结构如让具有良好的耕层构造。,土壤物理机械性质及耕性（略）,一、土壤物理机械性质 土壤
26、的物理机械性质是多项土壤动力学的统称，它包括土壤的粘结力、粘着力、可塑性、胀缩性等。 (一)土壤粘结力 土壤粘结力指土壤颗粒间的结合力，又称土壤“内聚力”。,1土壤质地 土壤颗粒越细，比表面越大，土粒间接触面积越大，粘结力越强，其耕性越差。 2土壤水分含量 干的砂土无粘结力，在含少量水分时，借助砂粒间的水膜联系，使土壤具有微弱的粘结力。 3土壤腐殖质含量 腐殖质的粘结力比粘粒小，比砂粒大。 4土壤交换性阳离子的组成,（二）土壤粘着力 土壤粘着力又称“土壤粘附力”，指土壤颗粒粘附外物的力。土壤开始不粘着于外物时的质量含水量称粘着点，又称脱粘点。 （三）土壤的可塑性 土壤可塑性指土壤在一定含水量时
27、，在外力作用下能成形，当外力去除后仍能保持塑形的性质。 （四）土壤膨胀和土壤收缩 粘质土壤在吸收水时总体积增大的现象称土壤膨胀。粘质土壤含水量减少，而总容积减少的现象称土壤收缩。,土壤热状况(自学）,土壤中的热状况指土体中的热量分布及其动态变化。,一、土壤热平衡（一）土壤热量来源与土壤吸热性,土壤热量来源,太阳辐射,生物热（有机物分解）,地热传导（地球内热）,化学反应放热,地面辐射平衡示意图,土壤热量的最根本来源。太阳能的99%为短波辐射。当太阳辐射通过大气层时，一部分热量被大气吸收散射，一部分被云层和地面反射，而土壤只吸收其中一少部分。,生物热,据估算，含有机质4的土壤，每英亩耕层有机质的潜
28、能为6.281096.99109KJ，相当于2050吨无烟煤的热量。,地球内热,地壳传热能力差，对土壤温度影响极小，可忽略不计,（二）土壤热消耗和土壤散热性土壤向大气散失热的性能称为土壤的散热性。土壤的吸热和散热随时都在进行，处于一种动态平衡。 二、土壤的热学性质 （一）土壤热容量单位质量土壤（或容积土壤）每升高（或降低）1温度时所需要的热量，称土壤热容量。,（二）土壤导热率导热率又称导热系数，是单位温度梯度下单位时间通过土壤截面的热量(卡/厘米秒度)。土壤导热率反映土壤传导热量的难易。 三、影响土壤热状况的其它因素土壤干湿度 植被 坡度和方位 土壤水分蒸发,四、土壤水气热的调节耕作和施肥 灌溉排水 覆盖与遮荫 其它调节措施：应用土面增温剂,
