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    土壤膠體:土壤中粒徑<1μ m或2μ m的礦物質顆粒和腐殖質(分散相)分散在土壤溶液(分散介質)中的分散體系。

    膠體是指直徑在1—100nm之間的顆粒,但是實際上土壤中直徑<1000 nm的粘粒都具有膠體的性質,所以通常所說的土壤膠體實際上是指直徑在1—1000 nm之間的土壤顆粒,它是土壤中最細微的部分。

    粗分散體系

    膠體分散體系

    分子、離子分散體系

    §2 土壤膠體的型別

    土壤膠體一般可分為無機膠體、有機膠體、有機—無機複合膠體。下面我們介紹這三類膠體。

    二)土壤膠體特性

    1、土壤膠體的比表面和表面能

    土壤膠體的表面按位置可分為:

    外表面:粘土礦物、Fe、Al、Si等氧化物、腐殖質分子暴露在外的表面。

    內表面:主要指的是層狀矽酸鹽礦物晶層之間的表面以及腐殖質分子聚集體內部的表面。

    比表面:單位重量或單位體積物體的總表面積,很顯然顆粒越小,比表面越大,從P72頁的表3—4可以看出,砂粒與粗粉粒的比表面相對於粘粒來講很小,可以忽略不計,所以土壤的比表面實際上主要取決於粘粒。另外土粒的表面凸凹不平,並非光滑的球體,它的比表面比光滑的球體要大,而且粉粒和粘粒大多呈片狀比表面更大。

    另外有些無機膠體(比如蒙脫石類粘土礦物)除了有巨大的外表面,而且表面可向晶層之間擴充套件,還有巨大的內表面。

    有機膠體除了有巨大的外表面,同樣也有巨大的內表面。所以有機膠體同樣有巨大的比表面。比如腐殖質分子比表面可高達1000㎡/g。

    由於土壤膠體有巨大的比表面,所以會產生巨大的表面能,我們知道物體內部的分子周圍是與它相同的分子,所以在各個方向上受的分子引力相等而相互抵消。而表面分子則不同,它與外界的氣體或液體接觸,在內外兩面受到的是不同的分子引力,不能相互抵消,所以具有剩餘的分子引力,由此而產生表面能,這種表面能可以做功,吸附外界分子,膠體數量越多,比表面越大,表面能也越大,吸附能力也愈強。

    2、土壤膠體的帶電性

    土壤膠體的種類不同,產生電荷的機制也不同,根據土壤膠體電荷產生的機制,一般可分為永久電荷和可變電荷。

    a:永久電荷:這是由於粘土礦物晶格中的同晶置換所產生的電荷,我們前面介紹過,粘土礦物的結構單位是矽氧四面體和鋁氧八面體,矽氧四面體的中心離子Si4+和鋁氧八面體的中心離子Al3+能被其它離子所代替,從而使粘土礦物帶上電荷。如果中心離子被低價陽離子所代替,粘土礦物帶負電荷;如果中心離子被高價陽離子所代替,粘土礦物帶正電荷。多數情況下是粘土礦物的中心離子被低價陽離子所取代:比如Al3+→Si4+,Mg2+→Al3+,所以粘土礦物以帶負電荷為主,由於同晶置換一般發生在粘土礦物的結晶過程中,存在於晶格的內部,這種電荷一旦形成就不會受到外界環境(pH、電解質濃度)的影響,稱永久電荷。

    b:土壤中有些電荷不是永久不變的,這些電荷的數量和性質會隨著介質pH的改變而改變稱為可變電荷,可變電荷是因為土壤膠體向土壤中釋放離子或吸附離子而產生。比如:

    ①含水氧化矽的解離

    pH0=2,一般不產生正電荷.

    pH↑,SiO2"H2O的解離越大,所帶負電荷越多。

    ②含水氧化Fe、Al的解離

    比如三水鋁石:Al2O3"3H2O pH0= 4.8

    高嶺石的表面就有很多OH,能解離出H+,從而帶上負電荷,這是高嶺石帶負電荷的主要原因。

    ④腐殖質某些功能團的解離,比如:

    以上所介紹的膠體電荷的產生都與pH有關,會隨介質pH的改變而改變→可變電荷。

    按電性不同可分為:

    a:正電荷:土壤中游離的Fe、Al氧化物是產生正電荷的主要物質(酸性條件下解離可帶正電荷),高嶺石裸露在外的鋁氧八面體在酸性條件下的質子化可帶正電荷,有機質——NH2在酸性條件下的質子化也能帶正電荷。

    b:負電荷:同晶置換、含水氧化矽的解離、含水氧化Fe、Al在鹼性條件下的解離、粘土礦物表面OH在鹼性條件下的解離、腐殖質功能團中R—COOH、R—CH2—OH、—OH等的解離。

    淨電荷:土壤正負電荷的代數和,由於一般情況下土壤帶負電荷的數量遠大於正電荷的數量,所以大多數土壤帶有淨負電荷,只有少數含Fe、Al氧化物較高強酸性土壤上才有可能帶淨正電荷。

    3、土壤膠體的凝集作用和分散作用

    土壤膠體有兩種不同的狀態,一種是土壤膠體微粒均勻地分散在水中,呈高度分散的溶膠,一種是膠體微粒彼此凝集在一起呈絮狀的凝膠。

    土壤膠體受某些因素的影響,使膠體微粒下沉,由溶膠變成凝膠的過程稱土壤膠體的凝集作用,反之,由凝膠分散成溶膠的過程稱膠體的分散作用。

    土壤膠體是凝集還是分散主要取決於電動電位:通常土壤膠體是帶負電荷的,土壤膠體之間帶有負的電動電位,是相互排斥的,這種負電動電位越高,排斥力越強,越能成為穩定的溶膠,但當這種負電動電位降低到土壤膠體之間分子引力大於靜電排斥力時,膠體就會相互凝集形成凝膠。

    比如向溶液中加入多價離子就能降低負電動電位促使膠體凝集。

    凝集力:Fe3+ >Al3+>Ca2+> Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+

    在土壤中土壤膠體處在凝膠狀態時,有利於水穩性團粒的形成,有利於改善土壤結構,所以向土壤中施用石灰能促進膠體凝集,有利於水穩性團粒的形成,對改良土壤結構有良好作用。當土壤膠體處在溶膠狀態時,會使土壤粘結性、粘著性、可塑性增加,降低宜耕期,降低耕作質量。

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