1、单元三单元三 土壤土壤的基本的基本性质性质第一节第一节 土壤孔隙性与结构性土壤孔隙性与结构性 土壤孔性土壤孔性 土壤孔性土壤孔性是指能够反映土壤是指能够反映土壤孔隙总容积的大小，孔隙的孔隙总容积的大小，孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合特性。布状况等的综合特性。土壤孔性的好坏，决定于土土壤孔性的好坏，决定于土壤的质地、松紧度、有机质壤的质地、松紧度、有机质含量和结构等。可以说，土含量和结构等。可以说，土壤孔性是土壤结构性的反映，壤孔性是土壤结构性的反映，结构好则孔性好，反之亦然。结构好则孔性好，反之亦然。一、土壤孔隙性一、土壤孔隙性土壤孔性包括土壤孔性包括土壤
2、孔隙度土壤孔隙度和和孔隙类型孔隙类型决定土壤气、液两相的总量决定土壤气、液两相的总量决定气、液两项的比例决定气、液两项的比例土壤孔隙度土壤孔隙度：自然状态下单位容积土壤中孔隙：自然状态下单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数，容积占整个土体容积的百分数，即土壤大小孔隙的数量。即土壤大小孔隙的数量。土壤孔隙度土壤孔隙度（1土壤容重土壤容重/土壤密度）土壤密度）100公式的推导？公式的推导？土壤孔隙度土壤孔隙度 孔隙容积孔隙容积/土壤容积土壤容积100怎么测？怎么测？1 1、土壤孔隙容积的数量表示、土壤孔隙容积的数量表示 2 2、土壤密度和土壤容重、土壤密度和土壤容重1 1）土壤密度土壤密度
3、 概念概念:单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量，单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量，叫做土壤密度，单位用叫做土壤密度，单位用g/cmg/cm3 3或或t/mt/m3 3表示。土粒密度表示。土粒密度与水的密度之比，叫做土粒相对密度（比重）。与水的密度之比，叫做土粒相对密度（比重）。A、土壤密度大小取决于土壤矿物质颗粒组成和土壤土壤密度大小取决于土壤矿物质颗粒组成和土壤有机质含量。有机质含量。B、通常情况下，土粒相对密度取多数土壤的平均值通常情况下，土粒相对密度取多数土壤的平均值2.65土壤孔性土壤孔性 土壤中常见组分的密度土壤中常见组分的密度组组 分分密度密度(g/cm3)组组 分分
4、密度密度g/cm3)石石 英英2.60-2.68赤铁矿赤铁矿4.90-5.30正长石正长石2.54-2.57磁铁矿磁铁矿5.03-5.18斜长石斜长石2.62-2.76三水铝石三水铝石2.30-2.40白云母白云母2.77-2.88高岭石高岭石2.61-2.68黑云母黑云母2.70-3.10蒙皂石蒙皂石2.53-2.74角闪石角闪石2.85-3.57伊利石伊利石2.60-2.90辉辉 石石3.15-3.90腐殖质腐殖质1.40-1.80纤铁矿纤铁矿3.60-4.10土壤孔性土壤孔性 概念概念:自然状态下（包括土粒之间的孔隙），单位容积土壤自然状态下（包括土粒之间的孔隙），单位容积土壤的烘干质量
5、，单位以的烘干质量，单位以g/cmg/cm3 3或或t/mt/m3 3表示表示 影响因素影响因素:A A、质地质地 砂质土壤密度多在砂质土壤密度多在1.4-1.7g/cm1.4-1.7g/cm3 3之间之间;粘质土粘质土壤密度在壤密度在1.1-1.6g/cm1.1-1.6g/cm3 3之间之间;壤质土壤则介于上二者之间壤质土壤则介于上二者之间 B B、结构结构 团粒结构多的土壤密度相应降低团粒结构多的土壤密度相应降低 C C、有机质有机质 富含腐殖质的土层一般结构良好，比较疏松，富含腐殖质的土层一般结构良好，比较疏松，密度较小，约为密度较小，约为0.8-1.2g/cm0.8-1.2g/cm3
6、3 D D、土粒排列方式土粒排列方式土壤孔性土壤孔性 最疏松的排列方式为正方体型，其孔隙度为最疏松的排列方式为正方体型，其孔隙度为47.64%;最紧密的排列方式为三斜方体型，其孔隙度为最紧密的排列方式为三斜方体型，其孔隙度为25.95%l 反映土壤紧密度反映土壤紧密度l 计算土壤重量计算土壤重量 Ms=S h d MS:土壤重量土壤重量 S：面积：面积 h：土层高度：土层高度 d：容重：容重l 计算土壤重各种组分的数量计算土壤重各种组分的数量3、土壤容重的应用、土壤容重的应用土土壤壤容容重重的的用用途途土壤孔性土壤孔性 某土壤耕层容重为某土壤耕层容重为1.3 g/cm3，土壤相对密度为，土壤相
7、对密度为2.65，求该土壤的孔隙度？，求该土壤的孔隙度？计算土壤孔隙度：计算土壤孔隙度：根据实测土壤的容重与密度，根据实测土壤的容重与密度，按下式计算：孔隙度按下式计算：孔隙度=1-容重容重/比重比重土壤孔隙度土壤孔隙度=1-1.3/2.65=51%计算工程土方量：计算工程土方量：如在土工建设或土地整理工程中，有如在土工建设或土地整理工程中，有2000m2面面积应挖去积应挖去0.2m厚的表土，其容重为厚的表土，其容重为1.3t/m3，则应挖，则应挖去的土方及土壤质量？去的土方及土壤质量？挖去的土方：挖去的土方：2000m2 0.2m=400m3，土壤质量：土壤质量：400m3 1.3t/m3=
8、520t土土壤壤容容重重的的用用途途估算各种土壤成分储量：估算各种土壤成分储量：根据容重和土壤成分含量，来计算该成分在一定根据容重和土壤成分含量，来计算该成分在一定土体中的储量。例如，土体中的储量。例如，1hm2农地的耕层农地的耕层(厚厚0.2m)容重为容重为1.3 g/cm3，有机质含量为，有机质含量为15g/kg，全氮含，全氮含量为量为0.75g/kg(按土壤质量计按土壤质量计)，则该农地耕层土，则该农地耕层土壤中的全氮和有机质储量为多少？壤中的全氮和有机质储量为多少？全氮储量为：全氮储量为：10000m2 0.2m l.3t/m3 0.75g/kg 1000=1.95t。有机质储量为：有
9、机质储量为：10000m2 0.2m l.3t/m3 15 0.75g/kg 1000=39.0t。土土壤壤容容重重的的用用途途计算土壤储水量及灌水计算土壤储水量及灌水(或排水或排水)定额：定额：用容重值可计算某一土体容积中保用容重值可计算某一土体容积中保存的水量，进而计算需要的灌水存的水量，进而计算需要的灌水(或或排水排水)定额。定额。土土壤壤容容重重的的用用途途土壤孔性土壤孔性 3、土壤孔隙的类型、土壤孔隙的类型 土壤孔隙度和土壤孔隙比只说明土壤孔隙的数量，并不能土壤孔隙度和土壤孔隙比只说明土壤孔隙的数量，并不能说明土壤透水、保水、通气等的性质如何。因此必需进一说明土壤透水、保水、通气等的
10、性质如何。因此必需进一步了解土壤孔隙的大小及其分配状况。土壤孔隙的大小、步了解土壤孔隙的大小及其分配状况。土壤孔隙的大小、形状均不规则，无法按其真实孔径来研究。土壤学中所说形状均不规则，无法按其真实孔径来研究。土壤学中所说的孔隙直径是指与一定的土壤水吸力相当的孔径，叫做当的孔隙直径是指与一定的土壤水吸力相当的孔径，叫做当量孔径。当量孔径与土壤水吸力的关系为：量孔径。当量孔径与土壤水吸力的关系为：d=3/Td=3/T 式中式中 dd孔隙的当量孔径，孔隙的当量孔径，mmmm；TT土壤水吸力，土壤水吸力，100 Pa100 Pa；孔隙类型孔隙类型非活性孔隙非活性孔隙毛管孔隙毛管孔隙空气孔隙空气孔隙1
11、 1）非活性孔隙）非活性孔隙（或称无效孔隙、微孔隙）（或称无效孔隙、微孔隙）非活性孔隙指土壤中最细小的孔隙，其直径非活性孔隙指土壤中最细小的孔隙，其直径1.5105Pa）。）。由于孔隙过小，土粒表面所吸附的水膜已将其充满，由于孔隙过小，土粒表面所吸附的水膜已将其充满，其中水分的保存依靠极强的分子引力，不能移动，其中水分的保存依靠极强的分子引力，不能移动，不能被植物吸收利用，成为无效水，因此，也称不能被植物吸收利用，成为无效水，因此，也称无无效孔隙效孔隙。无效孔隙度无效孔隙度%=（无效孔隙容积（无效孔隙容积/土壤容积）土壤容积）100土壤孔性土壤孔性 2 2）毛管孔隙）毛管孔隙 毛管孔隙较无效孔
12、隙粗，直径范围为毛管孔隙较无效孔隙粗，直径范围为0.002 mm-0.02 mm(土壤水吸力土壤水吸力1.5105Pa-1.5104Pa)之间，这种之间，这种孔隙具有明显的孔隙具有明显的毛管作用毛管作用，所以水分能借助毛管引，所以水分能借助毛管引力保存在孔隙中，并靠毛管引力向各个方向移动，力保存在孔隙中，并靠毛管引力向各个方向移动，且移动速度快，易于被植物吸收利用。且移动速度快，易于被植物吸收利用。毛管孔隙度毛管孔隙度%=（毛管孔隙容积（毛管孔隙容积/土壤容积）土壤容积）100 土壤孔性土壤孔性 3 3）空气孔隙（通气孔隙）空气孔隙（通气孔隙）空气孔隙是空气孔隙是指孔径大于毛管孔隙的孔隙，即孔
13、径指孔径大于毛管孔隙的孔隙，即孔径0.02 mm(0.02 mm(土壤水吸力土壤水吸力1.51.510104 4Pa)Pa)。这类孔隙中的水分主要受重力支配而排这类孔隙中的水分主要受重力支配而排出，因而使出，因而使这部分孔隙成为空气的通道，故称之为这部分孔隙成为空气的通道，故称之为空气孔隙或空气孔隙或通气孔隙通气孔隙。空气孔隙度空气孔隙度%=（空气孔隙容积（空气孔隙容积/土壤容积）土壤容积）100 土壤孔性土壤孔性 4、土壤孔隙的影响因素、土壤孔隙的影响因素 质地质地 粘土孔隙小，以无效孔隙和毛管孔隙占优势，但孔隙数量多，粘土孔隙小，以无效孔隙和毛管孔隙占优势，但孔隙数量多，土壤总孔隙度高；砂
14、土以通气孔隙为主，但数量少，土壤总孔隙土壤总孔隙度高；砂土以通气孔隙为主，但数量少，土壤总孔隙度低；壤土的孔隙度居中。度低；壤土的孔隙度居中。结构结构 团粒结构多土壤疏松，孔隙状况好团粒结构多土壤疏松，孔隙状况好 土壤有机质含量土壤有机质含量 含量多的土壤总孔隙度高含量多的土壤总孔隙度高 土粒排列土粒排列自然因素和土壤管理自然因素和土壤管理土壤孔性土壤孔性 47.46%25.95%五、土壤孔性的调节五、土壤孔性的调节 1、改良不良的土壤质地、改良不良的土壤质地2、增加土壤有机质含量、增加土壤有机质含量3、合理灌水和耕作、合理灌水和耕作土壤结构土壤结构土壤中的固体颗粒很少以土壤中的固体颗粒很少以
15、单粒存在，多是单个土粒单粒存在，多是单个土粒在各种因素综合作用下相在各种因素综合作用下相互粘合团聚，形成大小、互粘合团聚，形成大小、形状和性质不同的团聚体，形状和性质不同的团聚体，称为称为土壤结构体土壤结构体。土壤结构包含着两重含义，即土壤结构体和土壤结构性。土壤结构包含着两重含义，即土壤结构体和土壤结构性。土壤结构性土壤结构性指土壤中结构指土壤中结构体的大小、形状、及相互体的大小、形状、及相互排列组合形式等性质。排列组合形式等性质。二、土壤结构性二、土壤结构性 土壤结构土壤结构一）土壤结构体的类型一）土壤结构体的类型 块状结构体：块状结构体：其长、宽、高三轴大体近似，边面棱不甚其长、宽、高三
16、轴大体近似，边面棱不甚明显，在土壤质地比较粘重、缺乏有机质的土壤中容易明显，在土壤质地比较粘重、缺乏有机质的土壤中容易形成，特别是土壤过湿或过干耕作时最易形成。形成，特别是土壤过湿或过干耕作时最易形成。“坷垃坷垃”土壤结构土壤结构核状结构体：核状结构体：长、宽、高三轴大体近似，边面棱角明显，长、宽、高三轴大体近似，边面棱角明显，比块状结构体小，一般多为石灰或铁质作为胶结剂，在比块状结构体小，一般多为石灰或铁质作为胶结剂，在结构面上有胶膜出现，故常具水稳性，这类结构体在粘结构面上有胶膜出现，故常具水稳性，这类结构体在粘重而缺乏有机质的表下层土壤中较多。重而缺乏有机质的表下层土壤中较多。蒜瓣土蒜瓣
17、土土壤结构土壤结构柱状结构体：柱状结构体：呈立柱状，棱角明显有定形者称为棱呈立柱状，棱角明显有定形者称为棱柱状结构体，棱角不明显无定形者称为拟柱状结构柱状结构体，棱角不明显无定形者称为拟柱状结构体，常出现于半干旱地带的表下层，以碱土、碱化体，常出现于半干旱地带的表下层，以碱土、碱化土表下层或粘重土壤心土层中最为典型。土表下层或粘重土壤心土层中最为典型。“立土立土”土壤结构土壤结构片状结构体：片状结构体：呈扁平状，往往由于流水沉积作用或某些机呈扁平状，往往由于流水沉积作用或某些机械压力所造成，常出现于森林土壤的灰化层、碱化土壤的械压力所造成，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
18、底层。在雨后或土壤灌溉后所形成的表层和耕地土壤的犁底层。在雨后或土壤灌溉后所形成的地表结壳或板结层，也属于片状结构体。地表结壳或板结层，也属于片状结构体。“卧土、平搓土卧土、平搓土”土壤结构土壤结构团粒结构体团粒结构体“蚂蚁蛋、米糁子蚂蚁蛋、米糁子”l 团粒结构是指近似球形的较疏松的多孔的小团聚体，团粒结构是指近似球形的较疏松的多孔的小团聚体，直径约为直径约为0.2510 mm,具有水稳性。具有水稳性。l 微团聚结构指微团聚结构指0.25 mm以下的团聚体。以下的团聚体。l 团粒结构一般多在有机质含量高、肥沃的团粒结构一般多在有机质含量高、肥沃的 耕层土壤中出现。耕层土壤中出现。土壤结构土壤结
19、构二）土壤结构体的形成二）土壤结构体的形成 土壤结构体的形成大体可分为两个阶段：第一阶段由土壤结构体的形成大体可分为两个阶段：第一阶段由原生土粒凝聚胶结，形成初级复粒或致密土团原生土粒凝聚胶结，形成初级复粒或致密土团;第二第二阶段则由初级复粒或小土团进一步粘结，或聚合成大阶段则由初级复粒或小土团进一步粘结，或聚合成大土块，或由土体在机械力作用下破裂成型，形成各种土块，或由土体在机械力作用下破裂成型，形成各种大小和形状不同的结构体。大小和形状不同的结构体。块状、核状、柱状和片状结构体通常是由单粒直接粘块状、核状、柱状和片状结构体通常是由单粒直接粘结而成，而团粒结构则是经过多次复合和团聚而成。结而
20、成，而团粒结构则是经过多次复合和团聚而成。团粒结构形成的条件包括两方面，即团粒结构形成的条件包括两方面，即胶结物质胶结物质和和成型成型动力动力。土壤团粒结构的形成土壤团粒结构的形成 单粒单粒 微凝聚体微凝聚体 微团聚体团粒微团聚体团粒 总体分两个阶段：总体分两个阶段：粘聚粘聚+成型动力作用成型动力作用 团聚体团聚体土壤结构土壤结构 有机胶体有机胶体:主要包括腐殖质、多主要包括腐殖质、多糖类和微生物的菌丝体及其分泌糖类和微生物的菌丝体及其分泌物等，其中物等，其中腐殖质腐殖质最为重要。最为重要。无机胶体无机胶体:包括铝硅酸盐粘粒、铁铝氢氧化物（包括铝硅酸盐粘粒、铁铝氢氧化物（FeFe2 2O O3
21、 3xHxH2 2O O、AIAI2 2O O3 3yHyH2 2O O）、硅酸胶体（）、硅酸胶体（SiOSiO2 22H2H2 2O O）和二氧化锰的水合）和二氧化锰的水合物（物（MnOMnO2 2nHnH2 2O O）等简单的无机胶体。）等简单的无机胶体。粘粒表面的胶膜粘粒表面的胶膜 钙及其他阳离子钙及其他阳离子:阳离子与土壤中带阳离子与土壤中带负电荷的胶体（腐殖质和粘粒等）相负电荷的胶体（腐殖质和粘粒等）相互吸引，产生凝聚作用，胶结土粒。互吸引，产生凝聚作用，胶结土粒。土壤结构土壤结构 干湿交替干湿交替 冻融交替冻融交替 生物作用生物作用 土壤耕作土壤耕作 土壤结构土壤结构三）土壤结构性
22、的评价三）土壤结构性的评价 块状、柱状、片状、核块状、柱状、片状、核状等结构体通常是由单状等结构体通常是由单粒直接粘结而成，没有粒直接粘结而成，没有多级孔隙多级孔隙,不能协调水不能协调水气。气。而团粒结构体是而团粒结构体是经过多次复合和团聚而经过多次复合和团聚而成，称为良好的结构体。成，称为良好的结构体。土壤结构土壤结构1.空气方面：不同大小的孔隙共存且搭配空气方面：不同大小的孔隙共存且搭配得当，使水气协调。得当，使水气协调。2.养分方面：是很好的养分保存和供应场养分方面：是很好的养分保存和供应场所所,并且能较好地协调快速而持久地供应。并且能较好地协调快速而持久地供应。3.水分方面：既能较好地
23、接受降水，蓄积水分方面：既能较好地接受降水，蓄积水分、减少土壤冲刷，又能使土壤水分水分、减少土壤冲刷，又能使土壤水分蒸发减慢，从而使水分得到充分利用蒸发减慢，从而使水分得到充分利用4.热量方面：水气协调的土壤土温也比较热量方面：水气协调的土壤土温也比较稳定。稳定。为什么说团粒结构是良好的结构体？为什么说团粒结构是良好的结构体？或者说，团粒结构与土壤肥力的关系或者说，团粒结构与土壤肥力的关系土壤结构土壤结构四）土壤结构体的改善四）土壤结构体的改善 增施有机肥料增施有机肥料 种植绿肥和牧草，合理轮作种植绿肥和牧草，合理轮作 改良土壤酸碱性改良土壤酸碱性 应用土壤结构改良剂应用土壤结构改良剂 合理灌
24、溉合理灌溉合理耕作合理耕作腐殖酸、纤维素、木质素、多糖、羰腐殖酸、纤维素、木质素、多糖、羰酸等酸等人工合成高分子聚合物制剂：水解聚人工合成高分子聚合物制剂：水解聚丙烯睛、聚乙烯醇丙烯睛、聚乙烯醇无机制剂：硅酸钠，膨润土，沸石，无机制剂：硅酸钠，膨润土，沸石，氧化钛氧化钛土壤改良土壤改良剂的应用剂的应用由于土壤结构在协调土壤肥力方面的作用很大，近几年来由于土壤结构在协调土壤肥力方面的作用很大，近几年来一些国家曾研究用人工制成的胶结物质，改良土壤结构，一些国家曾研究用人工制成的胶结物质，改良土壤结构，这种物质叫土壤结构改良剂或叫土壤团粒促进剂。这种物质叫土壤结构改良剂或叫土壤团粒促进剂。第二节第二
25、节 土壤物理机械性与耕性土壤物理机械性与耕性 力学性质与耕性力学性质与耕性 一、土壤的物理机械性一、土壤的物理机械性当土壤受到外力作用（如耕作）时发生形变，显示当土壤受到外力作用（如耕作）时发生形变，显示出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。它是多项土壤动力学性质的统称，包括它是多项土壤动力学性质的统称，包括粘结性粘结性、粘粘着性着性、可塑性可塑性等。等。力学性质与耕性力学性质与耕性 土壤粘结性和粘着性土壤粘结性和粘着性 土壤粘结性土壤粘结性是土粒间通过各种引力而粘结在一起的性是土粒间通过各种引力而粘结在一起的性质。这种性质使土壤具有抵抗外力破
26、碎的能力，也是质。这种性质使土壤具有抵抗外力破碎的能力，也是耕作时产生阻力的主要原因之一。耕作时产生阻力的主要原因之一。土壤粘着性土壤粘着性是土壤在一定含水量条件下，土粒粘附在是土壤在一定含水量条件下，土粒粘附在外物（如农具）上的性质。土壤过湿耕作，土粒粘着外物（如农具）上的性质。土壤过湿耕作，土粒粘着农具，增加土粒与金属间的摩擦阻力，使耕作困难。农具，增加土粒与金属间的摩擦阻力，使耕作困难。力学性质与耕性力学性质与耕性 土壤可塑性土壤可塑性是指土壤在一定含水量范围内，可被是指土壤在一定含水量范围内，可被外力造形，当外力消失或土壤干燥后，仍能保持外力造形，当外力消失或土壤干燥后，仍能保持其塑形
27、不变的性能。其塑形不变的性能。土壤表现可塑性的最低含水量，即土壤刚刚开始土壤表现可塑性的最低含水量，即土壤刚刚开始表现出可塑性的含水量称为可塑下限（或下塑表现出可塑性的含水量称为可塑下限（或下塑限）。土壤表现可塑性的最大含水量称为可塑上限）。土壤表现可塑性的最大含水量称为可塑上限（或上塑限）。上下塑限之间的含水量称为塑限（或上塑限）。上下塑限之间的含水量称为塑性范围。其含水量差值称为塑性值（或塑性指性范围。其含水量差值称为塑性值（或塑性指数）。塑性值大的土壤，可塑性强，塑性值小的数）。塑性值大的土壤，可塑性强，塑性值小的土壤，可塑性弱。土壤，可塑性弱。各种质地土壤的塑性值（含水量）各种质地土壤
28、的塑性值（含水量）下塑限下塑限上塑限上塑限塑性值塑性值粘粘 土土粘壤土粘壤土壤壤 土土砂壤土砂壤土砂砂 土土23301622101510041502840172716018201217712 M2+M+（M表示阳离子）表示阳离子）离子价、离子半径及水化程度与交换力的关系离子价、离子半径及水化程度与交换力的关系阳离子交换c.离子运动速度：离子运动速度：凡离子运动速度愈大的，其交换力也愈大。例如氢离子就是凡离子运动速度愈大的，其交换力也愈大。例如氢离子就是这样，而且氢离子水化很弱，通常这样，而且氢离子水化很弱，通常H H+只带一个水分子，即以只带一个水分子，即以H H3 3O O+的形态参加交换，
29、水化半径很小，因此它在交换力上具的形态参加交换，水化半径很小，因此它在交换力上具有特殊位置。有特殊位置。阳离子交换能力顺序：阳离子交换能力顺序：Fe3+Al 3+H+Ca2+Mg 2+K+NH4+Na+阳离子交换2.2.阳离子的相对浓度及交换生成物的性质阳离子的相对浓度及交换生成物的性质阳离子交换作用也受质量作用定律所支配，如果溶液中某种离阳离子交换作用也受质量作用定律所支配，如果溶液中某种离子的浓度较大，则虽其交换能力较小，同样能把胶体上交换能子的浓度较大，则虽其交换能力较小，同样能把胶体上交换能力较大的其它阳离子代换下来。另外，当交换后形成不溶性或力较大的其它阳离子代换下来。另外，当交换后
30、形成不溶性或难溶性物质时，或将其交换后的生成物不断除去时，都可使交难溶性物质时，或将其交换后的生成物不断除去时，都可使交换作用继续进行。换作用继续进行。阳离子交换3.3.胶体性质胶体性质l交换量大的胶体（如蒙脱石）结合两价离子的能力强，交换量大的胶体（如蒙脱石）结合两价离子的能力强，结合一价离子的能力稍弱；结合一价离子的能力稍弱；l交换量小的胶体（如高岭石）则结合一价离子能力强，交换量小的胶体（如高岭石）则结合一价离子能力强，与两价离子的结合能力较弱，即一价离子可将两价离子交与两价离子的结合能力较弱，即一价离子可将两价离子交换下来。换下来。l 又如：水云母具有六角形网孔（晶孔），容易吸附与又如
31、：水云母具有六角形网孔（晶孔），容易吸附与其孔径大小相当的其孔径大小相当的K K+和和NHNH4 4+，这些离子一旦进入六角，这些离子一旦进入六角形孔穴，即可发生配位作用，很难出来，只有当晶层形孔穴，即可发生配位作用，很难出来，只有当晶层破裂时，被固定的破裂时，被固定的K K+、NHNH4 4+方可重新释放出来。方可重新释放出来。阳离子交换四）土壤阳离子交换量四）土壤阳离子交换量定义：定义：在一定土壤在一定土壤pHpH值条件下，土壤能吸附的交换性阳离子的值条件下，土壤能吸附的交换性阳离子的总量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交换性阳离子总量。通常以每千克土壤所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数
32、（的厘摩尔数（CationCation Exchange Capacity Exchange Capacity，CECCEC）。）。单位：单位：cmolcmol（+）kgkg-1-1 。注：因为阳离子交换量随土壤注：因为阳离子交换量随土壤pHpH值变化而变化（因可变电荷变化），值变化而变化（因可变电荷变化），一般未特别注明时，是以一般未特别注明时，是以pHpH为为7 7的条件下测定土壤的交换量。的条件下测定土壤的交换量。阳离子交换量的大小与土壤可能吸附的速效养分（即阳离子）的容量阳离子交换量的大小与土壤可能吸附的速效养分（即阳离子）的容量有关，是有关，是土壤保肥力的重要指标土壤保肥力的重要指标
33、。阳离子交换五）土壤盐基饱和度五）土壤盐基饱和度胶体上吸附的阳离子分为两类：胶体上吸附的阳离子分为两类：一类是一类是致酸离子致酸离子（如（如H H+和和AlAl3+3+）。）。另一类是另一类是盐基离子盐基离子（如（如CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+、NaNa+、NHNH4 4+等），等），盐基离子为植物所需的速效养分。盐基离子为植物所需的速效养分。1.定义定义指土壤胶体上交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分指土壤胶体上交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分率。以算式表示为：率。以算式表示为：100)kg)(cmol()kg)(cmol(%11阳离子交换量交换性盐基总量盐基饱和度阳
34、离子交换l盐基饱和土壤：盐基饱和土壤：土壤胶体吸附的阳离子如绝大多数土壤胶体吸附的阳离子如绝大多数（80%80%以上）为盐基离子。以上）为盐基离子。l盐基不饱和土壤盐基不饱和土壤：盐基饱和度在盐基饱和度在80%80%以下，以下，H H+、AlAl3+3+等离子含量较多。等离子含量较多。土壤盐基饱和度越大，养分有效性越高，因此盐基饱土壤盐基饱和度越大，养分有效性越高，因此盐基饱和度是土壤肥力的指标之一。和度是土壤肥力的指标之一。真正反映土壤有效速效养分含量的大小。若阳离子交真正反映土壤有效速效养分含量的大小。若阳离子交换量大，而盐基饱和度偏小，需要采取措施对土壤加换量大，而盐基饱和度偏小，需要采
35、取措施对土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。以改良，如施肥或用石灰中和。阳离子交换我国我国南方南方岩石矿物风化作用强、盐基淋失强，一般岩石矿物风化作用强、盐基淋失强，一般为为盐基不饱和盐基不饱和的土壤（酸性土的土壤（酸性土 壤），壤），北方北方则相反，则相反，土壤的土壤的盐基饱和度盐基饱和度都在都在80%以上（中性或碱性土以上（中性或碱性土壤）。壤）。2.影响盐基饱和度的因素影响盐基饱和度的因素 a.气候气候阳离子交换一般阔叶树种吸收盐基比针叶树多，通过枯落物一般阔叶树种吸收盐基比针叶树多，通过枯落物归还给土壤的盐基也多，另外，针叶在分解过程归还给土壤的盐基也多，另外，针叶在分解过程中产生相对较
36、多的有机酸，增强了盐基的淋溶作中产生相对较多的有机酸，增强了盐基的淋溶作用，使用，使针叶林下耕层土壤盐基饱和度更低于阔叶针叶林下耕层土壤盐基饱和度更低于阔叶林土壤林土壤。b.b.地上植被类型地上植被类型阳离子交换c.c.母岩（或母质）母岩（或母质）原母质所含盐基的多少对土壤盐基饱和度有较大影原母质所含盐基的多少对土壤盐基饱和度有较大影响，响，阳离子交换六）影响交换性阳离子有效性的因素六）影响交换性阳离子有效性的因素1.1.交换性阳离子的饱和度交换性阳离子的饱和度饱和度大，该离子的有效性大。饱和度大，该离子的有效性大。饱和度饱和度:胶体上被吸附的胶体上被吸附的某种阳离子的量占土壤某种阳离子的量占
37、土壤阳离子交换量的百分数。阳离子交换量的百分数。土壤土壤CEC/(c molkg-1）交换性交换性Ca量量/(c molkg-1)交换性交换性Ca的的饱和度饱和度%Ca的有效度的有效度甲甲10440.0大大乙乙40512.5小小农谚：农谚：“施肥一大片，不如一条线。施肥一大片，不如一条线。”的含义？的含义？阳离子交换2.2.陪补离子的种类陪补离子的种类 对于某一对于某一特定的离子来说，特定的离子来说，其它与其共存的离子都是陪其它与其共存的离子都是陪补离子补离子。（如胶体吸附了。（如胶体吸附了H H+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、K K+等离子，对等离子，对H H+来说，来说，CaCa2
38、+2+、MgMg2+2+、K K+是是它它 陪补离子）陪补离子）与胶体结合强度大的离子，本身有效性低，但对与胶体结合强度大的离子，本身有效性低，但对其它陪补离子的有效性有利。反之亦然。其它陪补离子的有效性有利。反之亦然。思考：思考：K K+的陪补离子分别为的陪补离子分别为CaCa2+2+、NaNa+时，有效性时，有效性高低比较？高低比较？阳离子交换土壤处理土壤处理交换性离子组成交换性离子组成盆中幼苗干重盆中幼苗干重(g)(g)盆中幼苗吸钙盆中幼苗吸钙量量(mg)(mg)甲甲40%Ca+60%40%Ca+60%H H2.82.811.1511.15乙乙40%Ca+60%40%Ca+60%MgMg
39、2.792.797.837.83丙丙40%Ca+60%40%Ca+60%NaNa2.342.344.364.36不同陪补离子对交换性钙有效性的影响不同陪补离子对交换性钙有效性的影响各种离子相互抑制的能力如下：各种离子相互抑制的能力如下：Na+K+Mg2+Ca2+H+和和Al3+3.无机胶体的种类无机胶体的种类 在饱和度相同的前提下，各种离子在无机胶体在饱和度相同的前提下，各种离子在无机胶体上的有效性：上的有效性：高岭石蒙脱石水云母高岭石蒙脱石水云母高岭石高岭石：阳离子吸附点主要在破裂边缘外表面；：阳离子吸附点主要在破裂边缘外表面；蒙脱石蒙脱石：吸附点主要在晶层间内表面；：吸附点主要在晶层间内表
40、面；水云母水云母：层间空隙狭窄，易使：层间空隙狭窄，易使NH4+、K+等离子产等离子产 晶穴固定。晶穴固定。阳离子交换 离子半径大小与晶格孔穴大小的离子半径大小与晶格孔穴大小的关系：关系：离子大小与孔径相近，离子易进离子大小与孔径相近，离子易进入孔穴中，且稳定性较大，从而入孔穴中，且稳定性较大，从而降低了有效性。降低了有效性。如：孔穴半径为如：孔穴半径为1.41.4埃，钾离子的埃，钾离子的半径为半径为1.331.33埃，铵离子的半径为埃，铵离子的半径为1.421.42埃，则有效性较低。埃，则有效性较低。4.4.阳离子的非交换性吸收阳离子的非交换性吸收阳离子交换土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子与
41、土壤溶液中土壤中带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中阴离子的相互交换作用。阴离子的相互交换作用。如含水氧化铁、含水氧化铝。在如含水氧化铁、含水氧化铝。在酸性条件下带正电。酸性条件下带正电。阴离子交换定义定义四、土壤阴离子交换作用四、土壤阴离子交换作用一）吸收阴离子的原因一）吸收阴离子的原因2 2、土壤腐殖质中的、土壤腐殖质中的NHNH2 2 在在酸性条件酸性条件下吸收下吸收H H+成为成为NHNH3 3+而带正电而带正电1 1、两性胶体带正电荷、两性胶体带正电荷 酸性酸性 Al(OH)Al(OH)3 3+HCl+HCl=Al(OH)=Al(OH)2 2+Cl+Cl-+H+H2 2O O 碱性
42、碱性 Al(OH)Al(OH)3 3+NaOH+NaOH=Al(OH)=Al(OH)2 2O O-+Na+Na+H H2 2O O3 3、粘粒矿物表面上的、粘粒矿物表面上的-OH-OH原子团可与原子团可与 土壤溶液中的阴离子代换。土壤溶液中的阴离子代换。阴离子交换三）阴离子吸附类型三）阴离子吸附类型1.1.易于被土壤吸附的阴离子易于被土壤吸附的阴离子如磷酸根（如磷酸根（H H2 2POPO4 4-、HPOHPO4 42-2-、POPO4 43-3-）、硅酸根（）、硅酸根（HSiOHSiO3 3-、SiOSiO3 32-2-）及）及某些有机酸的阴离子。此类阴离子常和阳离子起化学反应产生难溶某些有
43、机酸的阴离子。此类阴离子常和阳离子起化学反应产生难溶性化合物。性化合物。2.2.很少或根本不被吸附的阴离子很少或根本不被吸附的阴离子如如ClCl-、NONO3 3-、NONO2 2-等。易出现负吸附。等。易出现负吸附。3.3.介于上述两者之间的阴离子介于上述两者之间的阴离子如如SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-、HCOHCO3 3-及某些有机酸的阴离子，土壤吸收及某些有机酸的阴离子，土壤吸收它们的能力很弱。它们的能力很弱。阴离子交换四）土壤中各种阴离子代换吸收能力四）土壤中各种阴离子代换吸收能力 不同阴离子代换吸收顺序如下：不同阴离子代换吸收顺序如下：草酸根离子草酸根离子 柠檬酸离
44、子柠檬酸离子 磷酸根离子磷酸根离子 硫酸根硫酸根 离子离子 氯离子氯离子 硝酸根离子硝酸根离子 磷酸根离子和某些有机酸根离子易被土壤吸收。磷酸根离子和某些有机酸根离子易被土壤吸收。磷酸根常被某些阳离子如钙、镁、铁、铝所固定，而失磷酸根常被某些阳离子如钙、镁、铁、铝所固定，而失去有效性。而土壤氯离子和硝酸根离子代换吸收能力最去有效性。而土壤氯离子和硝酸根离子代换吸收能力最弱，甚至不能吸收弱，甚至不能吸收 。阴离子交换第四节第四节 土壤酸碱性及缓冲性土壤酸碱性及缓冲性 土壤酸碱性土壤酸碱性是指土壤溶液的反应。是指土壤溶液的反应。它反映土壤溶液中它反映土壤溶液中H H+浓度和浓度和OHOH-浓度比例
45、，同时也浓度比例，同时也决定土壤胶体上致酸离子（决定土壤胶体上致酸离子（H H+或或AlAl3+3+）或碱性离子）或碱性离子（NaNa+）的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数）的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量，是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子量，是由母质、生物、气候以及人为作用等多种因子控制的。控制的。土壤酸碱性土壤酸碱性一）土壤酸性形成的原因一）土壤酸性形成的原因土壤酸性土壤酸性,一方面与溶液中一方面与溶液中H+浓度相关，另一方面更多浓度相关，另一方面更多的是与土壤胶体上吸附的致酸离子（的是与土壤胶体上吸附的致酸离子（H+或或Al3+）有密）有密切关系。切关系。土壤中酸性
46、的主要来源土壤中酸性的主要来源：胶体上吸附的：胶体上吸附的H+或或Al3+、CO2溶于水所形成的碳酸、有机质分解产生的有机酸、溶于水所形成的碳酸、有机质分解产生的有机酸、氧化作用产生少量无机酸、以及施肥加入的酸性物质氧化作用产生少量无机酸、以及施肥加入的酸性物质等。等。土壤酸性一、土壤酸性一、土壤酸性（1 1）水的解离水的解离：H H2 2O O H H+OH+OH-（2 2）碳酸的解离碳酸的解离：H H2 2COCO3 3 H H+HCO+HCO3 3-（3 3）有机酸的解离有机酸的解离：有机酸：有机酸 H H+RC RC（4 4）无机酸无机酸 ：硝化作用产生硝化作用产生硝酸硝酸、硫化作用可
47、产生、硫化作用可产生硫酸硫酸；（；（NHNH4 4）2 2SOSO4 4、KC1KC1和和NHNH4 4C1C1等等生理酸性肥料生理酸性肥料施入到土壤中，施入到土壤中，因为阳离子因为阳离子NHNH4 4+、K K+被植物吸收而留下被植物吸收而留下酸根酸根，导致，导致溶液中溶液中H H+增多。增多。（5 5）酸雨酸雨 ：pH5.6pH5.6的夹带大气酸性物质的降水。的夹带大气酸性物质的降水。OO-1.土壤中土壤中H+的来源的来源 土壤酸性酸雨酸雨 在自然界自然产生的酸性物质，在正常的降雨过程在自然界自然产生的酸性物质，在正常的降雨过程中能稀释，使它们不会产生什么危害。中能稀释，使它们不会产生什么
48、危害。人为活动人为活动:如燃煤发电厂、工业燃煤的锅炉、家庭炊如燃煤发电厂、工业燃煤的锅炉、家庭炊用和取暖用煤以及机动车等排放的大量含硫和含氮用和取暖用煤以及机动车等排放的大量含硫和含氮的废气的废气,这些人类活动排放到大气中的这些人类活动排放到大气中的含硫和含氮的含硫和含氮的氧化物氧化物在运行过程中，经过复杂的大气化学和大气在运行过程中，经过复杂的大气化学和大气物理作用，形成硫酸盐和硝酸盐，与空气中水分反物理作用，形成硫酸盐和硝酸盐，与空气中水分反应形成酸，随雨、雪等降落到地面，就是硫酸和硝应形成酸，随雨、雪等降落到地面，就是硫酸和硝酸的水溶液，就形成了酸雨。酸的水溶液，就形成了酸雨。土壤酸性2
49、.2.土壤中铝的活化土壤中铝的活化胶体上交换性铝离子被交换进入溶液后使土壤呈酸性。胶体上交换性铝离子被交换进入溶液后使土壤呈酸性。氢离子进入土壤氢离子进入土壤，随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基随着阳离子交换作用的进行，土壤盐基饱和度下降，而饱和度下降，而氢离子饱和度渐渐提高。氢离子饱和度渐渐提高。当土壤粘粒矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，这些当土壤粘粒矿物表面吸附的氢离子超过一定限度时，这些胶粒的晶体结构就会遭到破坏，有些胶粒的晶体结构就会遭到破坏，有些铝氧八面体铝氧八面体被解体，被解体，使铝离子脱离了八面体晶体的束缚，变成使铝离子脱离了八面体晶体的束缚，变成活性铝离子活性铝离子。活性铝
50、离子被吸附在带负电荷的粘粒表面，转变为活性铝离子被吸附在带负电荷的粘粒表面，转变为交换性交换性铝离子铝离子，交换性铝离子解吸后，水解形成，交换性铝离子解吸后，水解形成酸性：酸性：Al3+3H2OAl(OH)3+3H+土壤酸性1.1.活性酸活性酸 二）土壤酸的类型二）土壤酸的类型土壤溶液中游离的土壤溶液中游离的H H+所表现的酸度。所表现的酸度。活性酸度的表示：活性酸度的表示：决定土壤溶液中决定土壤溶液中H+H+浓度，通常用浓度，通常用pHpH值表示，值表示，即即pH=-lgHpH=-lgH+定义定义土壤酸性pH值值 酸碱度分级酸碱度分级 pH值值 酸碱度分级酸碱度分级 9.5 弱碱性弱碱性 碱
