第六章土壤保肥性和供肥性课件.ppt
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- 第六 土壤 保肥性 供肥性 课件
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1、 第二节第二节 土壤胶体及其基本特性土壤胶体及其基本特性一、土壤胶体一、土壤胶体(soil colloid)及种类及种类(一)一)土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒,胶体颗粒土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒,胶体颗粒的直径一般在的直径一般在1-100nm之间,实际上土壤中小于之间,实际上土壤中小于1000nm的粘粒都具有胶体的性质,所以直径在的粘粒都具有胶体的性质,所以直径在1-1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。(二)(二)土壤胶体的种类及特性土壤胶体的种类及特性1、无机胶体无机胶体(inorganic colloid)*(1 1)含水氧化硅胶体)含
2、水氧化硅胶体H H2 2SiOSiO3 3=H=H+HSiO+HSiO3 3-H+SiO H+SiO3 32-2-(2 2)含水氧化铁、氧化铝胶体)含水氧化铁、氧化铝胶体Al(OH)Al(OH)3 3+H+H+Al(OH)Al(OH)2 2+H+H2 2O OAl(OH)Al(OH)3 3+OH+OH-Al(OH)Al(OH)2 2O O-+H+H2 2O O(3 3)层状硅酸盐矿物)层状硅酸盐矿物*层状硅酸盐矿物的基本结构单元层状硅酸盐矿物的基本结构单元a a、硅氧片和硅四面体、硅氧片和硅四面体 硅氧片是由硅四面体连接而成,一个硅氧片是由硅四面体连接而成,一个硅四面体硅四面体是由是由四个氧原
3、子和一个硅原子组成。四个氧原子和一个硅原子组成。许多硅氧四面体可以共用氧原子而形成一层。氧原许多硅氧四面体可以共用氧原子而形成一层。氧原子排列成为中间有孔的六角形,称为子排列成为中间有孔的六角形,称为硅氧片或硅硅氧片或硅氧层氧层。b b、铝氧片和铝八面体、铝氧片和铝八面体铝八面体铝八面体为为6 6个氧原子围绕一个铝原子而构成铝八面个氧原子围绕一个铝原子而构成铝八面体。体。许多个铝八面体相互连接成片称为许多个铝八面体相互连接成片称为铝氧片铝氧片。层状硅酸盐矿物种类及特性层状硅酸盐矿物种类及特性111型矿物,如高岭石类:型矿物,如高岭石类:晶层是由一层硅氧片、一层铝氧片重叠组晶层是由一层硅氧片、一
4、层铝氧片重叠组成的,称为成的,称为111型矿物,如高岭石类。型矿物,如高岭石类。其外形大部分为其外形大部分为片状片状,颗粒较大,总表面积,颗粒较大,总表面积小,因而小,因而胶体特性、可塑性、粘结性和粘着胶体特性、可塑性、粘结性和粘着性弱性弱,在我国南方酸性土壤中含量较多。,在我国南方酸性土壤中含量较多。这类矿物晶层间作用力是硅片的氧面与铝片的这类矿物晶层间作用力是硅片的氧面与铝片的氢氧面之间形成氢键氢氧面之间形成氢键作用力强,使晶层间紧密连接,晶层间的距离不变,作用力强,使晶层间紧密连接,晶层间的距离不变,不易膨胀,水分及其它离子难进入,不易膨胀,水分及其它离子难进入,没有或很少有同晶替代现象
5、,电荷量少,其电荷的没有或很少有同晶替代现象,电荷量少,其电荷的 主要来源是晶体表面的断键和主要来源是晶体表面的断键和OH的解离。的解离。这类矿物特点这类矿物特点 陷入晶穴中,它陷入晶穴中,它同时受两层负电的吸附同时受两层负电的吸附2 2、有机胶体、有机胶体(organic colloid)主要成分主要成分:腐殖质腐殖质(胡敏酸、富啡酸和胡敏素等),(胡敏酸、富啡酸和胡敏素等),还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。特点特点:颗粒极小、具有巨大的比面和带有电荷、:颗粒极小、具有巨大的比面和带有电荷、有高度的亲水性、并含有多种功能团,如:羧基、有高度的亲水性、并
6、含有多种功能团,如:羧基、羟基、酚羟基等。这些基团解离出氢离子后的羟基、酚羟基等。这些基团解离出氢离子后的-COOCOO-、-O-O-等离子留等离子留在胶粒上而使胶体带负电。在胶粒上而使胶体带负电。胺基(胺基(-NH-NH2 2)吸收)吸收H H+后,成为后,成为-NH-NH3 3+则带正电,一则带正电,一般有机胶体带负电。般有机胶体带负电。3.有机无机复合体有机无机复合体(organo-mineral complex)土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进行结合,但大多数是通过二、三价阳离子(如行结合,但大多数是通过二、三价阳离子(如钙、镁、铁、铝等
7、)或功能团(如羧基、醇羟钙、镁、铁、铝等)或功能团(如羧基、醇羟基等)将带负电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起基等)将带负电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起来。这种结合可形成良好的团粒结构,改善土来。这种结合可形成良好的团粒结构,改善土壤保肥性能和多种理化性质。壤保肥性能和多种理化性质。土粒土粒土粒土粒土粒土粒Ca2+腐腐殖殖质质二、二、土壤胶体的构造及特性土壤胶体的构造及特性(一)土壤胶体构造:一)土壤胶体构造:*土壤胶体分散系包括胶体微粒(为分散相)和土壤胶体分散系包括胶体微粒(为分散相)和微粒间溶液(为分散介质)两大部分。微粒间溶液(为分散介质)两大部分。胶体微粒胶体微粒 胶核胶核 双电层双电层 决
8、定电位离子层(内)决定电位离子层(内)补偿离子层(外)补偿离子层(外)非活性离子层非活性离子层扩散层扩散层 (二)、土壤胶体带电、土壤胶体带电性性(1)土壤电荷的起因和种类)土壤电荷的起因和种类 同晶置换:指硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片同晶置换:指硅酸盐矿物中的硅氧片或水铝片中的配位中心离子,被大小相近而电性符号中的配位中心离子,被大小相近而电性符号相同的离子所取代,使其晶层结构未变而带相同的离子所取代,使其晶层结构未变而带上电荷。上电荷。永久电荷永久电荷(permanent charge)*:它是由于粘:它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电
9、荷不受介质的这种电荷不受介质的pH值的影响,主要发生值的影响,主要发生在在2:1型粘粒矿物中,在型粘粒矿物中,在1:1型矿物中极少。型矿物中极少。(2)、土壤胶体带电、土壤胶体带电性性可变电荷可变电荷(variable charge)*:电荷的的数量电荷的的数量和性质随介质和性质随介质pH而改变的电荷。而改变的电荷。可变电荷的成因主要是胶核表面分子或可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团原子团 的解离:的解离:A.含水氧化硅的解离含水氧化硅的解离B.粘粒矿物的晶面上的粘粒矿物的晶面上的OH和和H的的解离解离C.腐殖质上某些官能团的解离腐殖质上某些官能团的解离D.含水氧化和水铝石表面的分子中含
10、水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离;的解离;pHM2+M+Al3Mn2Ca2K+Rb+NH4+K+Na+Li+(二)、土壤阳离子交换作用(二)、土壤阳离子交换作用*1、概念:指土壤胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶概念:指土壤胶体表面所吸附的阳离子与土壤溶液中的其它离子相互交换的过程液中的其它离子相互交换的过程 K+v .Ca2+2KCl =K+CaCl2 离子从溶液中转移到胶体上的过程,称为离子的离子从溶液中转移到胶体上的过程,称为离子的吸吸附过程附过程;原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的;原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的过程,称为离子的过程,称为离子的解吸过程解吸过程。土壤胶体土壤胶体
11、阳离子交换作用特点:阳离子交换作用特点:v是可逆反应是可逆反应 v 反应迅速反应迅速 v 等价离子交换等价离子交换:它是等量电荷对等量电荷的反应。它是等量电荷对等量电荷的反应。v服从质量作用定律服从质量作用定律2 2、阳离子交换能力、阳离子交换能力阳离子交换能力阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体上另一是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳离子交换种阳离子交换出来有能力。各种阳离子交换能力大小的顺序为:能力大小的顺序为:FeFe3+3+Al Al3+3+H H+Ca Ca2+2+Mg Mg2+2+NH NH4 4+K K+NaNa+影响阳离子交换能力的因素有:影响阳离子交换能力
12、的因素有:v电荷的数量电荷的数量 v离子半径和离子水化半径离子半径和离子水化半径v离子浓度离子浓度表表8 82 2 离子半径与吸附力离子半径与吸附力一价离子Li+Na+K+NH+4Rb+离子的真实半径(nm)0.0780.0980.1330.1430.149离子的水合半径(nm)1.0080.7900.5370.5320.509弱弱强强交换能力3 3、土壤阳离子交换量、土壤阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)概念:指在一定概念:指在一定pHpH值条件下每千克干土所能吸附的全部交值条件下每千克干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数(换性阳离子的厘摩尔数(cm
13、olcmol/kg/kg)。)。土壤阳离子交换量(土壤阳离子交换量(CECCEC的)大小可以作为土壤保肥力的的)大小可以作为土壤保肥力的指标指标:CEC20cmol/kg CEC20cmol/kg 保肥性强保肥性强101020cmol/kg 20cmol/kg 保肥性中等保肥性中等10cmol/kg 草酸根草酸根 柠檬酸根柠檬酸根 H2PO4-HCO3-HBO3-SO42-Cl-NO3-(二)阴离子的负吸附(二)阴离子的负吸附所谓阴离子的负吸附所谓阴离子的负吸附,是指距带负电荷的胶是指距带负电荷的胶体表面越近,阴离子数量越少的现象。体表面越近,阴离子数量越少的现象。负吸附现象随着土壤胶体的数量
14、和阳离子代负吸附现象随着土壤胶体的数量和阳离子代换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价数的增加而换量的增加而增加。但随陪伴阳离子价数的增加而减少。不同的粘粒矿物对负吸附的影响也不同,他减少。不同的粘粒矿物对负吸附的影响也不同,他们递减的次序为:们递减的次序为:蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石第四节第四节 土壤的供肥性土壤的供肥性一、土壤的供肥性、土壤的供肥性 土壤的供肥性土壤的供肥性是指土壤供应作物所必须的各种速效养是指土壤供应作物所必须的各种速效养分的能力分的能力土壤供肥能力土壤供肥能力 土壤供肥能力可以反映土壤供肥性的强弱,土壤供土壤供肥能力可以反映土壤供肥性的强弱,土壤供肥能力表现的
15、主要内容有:肥能力表现的主要内容有:1土壤供应速效养分的数量土壤供应速效养分的数量v土壤中各种速效养分的数量可反映农作物根系直接土壤中各种速效养分的数量可反映农作物根系直接吸收利用养分数量。吸收利用养分数量。v 土壤的供肥容量(供应容量)是指持续地供应某土壤的供肥容量(供应容量)是指持续地供应某种养分的基础,反映出土壤供应某种养分潜在能力种养分的基础,反映出土壤供应某种养分潜在能力的大小,一般指全量养分。速效养分占全量养分的的大小,一般指全量养分。速效养分占全量养分的比值称为供应强度,表明养分转化和供应能力的强比值称为供应强度,表明养分转化和供应能力的强弱。弱。v 如果养分的供应容量大,供应强
16、度也大,表明在如果养分的供应容量大,供应强度也大,表明在一般时间内养分供应充足而不至于脱肥;如果二者一般时间内养分供应充足而不至于脱肥;如果二者均小,表明土壤的供肥能力都很弱,必须考虑及时均小,表明土壤的供肥能力都很弱,必须考虑及时施肥。施肥。v2缓效养分转变为速效养分的速率缓效养分转变为速效养分的速率v3速效养分持续供应的时间速效养分持续供应的时间二、土壤养分的有效化过程二、土壤养分的有效化过程*影响交换性离子有效性的因素主要有:影响交换性离子有效性的因素主要有:(1)离子饱和度)离子饱和度 离子的饱和度越大,被解吸的机会就越大,有离子的饱和度越大,被解吸的机会就越大,有效性就越大效性就越大
17、 (2)土壤中的互补离子效应)土壤中的互补离子效应 (3)粘土矿物类型的影响)粘土矿物类型的影响 互补离子与交换性钙的有效性互补离子与交换性钙的有效性土壤交换性阳离子组成小麦幼苗干重(g)小麦幼苗吸钙量(mg)ABC40%Ca+60%H40%Ca+60%Mg40%Ca+60%Na2.802.792.3411.157.834.36 在土壤胶体上各种交换性盐在土壤胶体上各种交换性盐 基离子之间的相互基离子之间的相互影响的作用影响的作用互补离子效应(陪伴离子效应)互补离子效应(陪伴离子效应)三、土壤供肥性的调节三、土壤供肥性的调节 土壤供肥性的调节包括增加速效养分的数量,加强供土壤供肥性的调节包括增
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