土壤膠體（直徑在1~100nm之間的土壤顆粒）

土壤膠體（直徑在1~100nm之間的土壤顆粒）

土壤膠體 （直徑在1~100nm之間的土壤顆粒） 次瀏覽 | 2022.10.29 19:45:26 更新 來(lái)源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 土壤膠體直徑在1~100nm之間的土壤顆粒

膠體是指直徑在1—100nm之間的顆粒，但是實(shí)際上土壤中直徑<1000?nm的粘性顆粒都具有膠體的性質(zhì)，所以通常所說(shuō)的土壤膠體實(shí)際上是指直徑在1—1000?nm之間的土壤顆粒，它是土壤中最細(xì)微的部分，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的膠體的特征。

中文名

土壤膠體

英文名

soil colloid

類型

顆粒

直徑

1—100nm之間

簡(jiǎn)介

土壤中呈膠體狀態(tài)的物質(zhì)。可分為有機(jī)膠體、無(wú)機(jī)膠體和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膠體三類。有機(jī)膠體主要是腐殖質(zhì)，無(wú)機(jī)膠體是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。土壤膠體對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的形成和肥力變化起重要作用。[1]

主要分類

土壤膠體一般可分為無(wú)機(jī)膠體、有機(jī)膠體、有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合膠體。下面我們介紹這三類膠體。

黏土礦物

土壤無(wú)機(jī)膠體主要指土壤黏土礦物，它包括次生的鋁硅酸鹽黏土礦物和氧化物，前者是晶體結(jié)構(gòu)，后者一般呈非晶體結(jié)構(gòu)，其中次生鋁硅酸鹽黏土礦物是組成土壤無(wú)機(jī)膠體的主要成分。

（一）層狀硅酸鹽類礦物

層狀硅酸鹽類礦物，從外部形態(tài)上看是極細(xì)微的結(jié)晶顆粒，從內(nèi)部構(gòu)造上看，都是由兩種基本結(jié)構(gòu)單位硅氧四面體和鋁氧八面體所構(gòu)成，并且都含有結(jié)晶水只是化學(xué)成分和水化程度不同而已。

（二）土壤氧化物

土壤中的氧化物類礦物又稱為非硅酸鹽黏土礦物。土壤中的氧化物主要是鐵、鋁、錳、硅等氧化物及其水合氧化物類。土壤氧化物有的是晶型礦物，如三水鋁石、水鋁石、針鐵礦、赤鐵礦、a-石英等。非晶型的氧化物如蛋白石、水鋁英石等。土壤氧化物的表面積較大，表面活性高，其電荷數(shù)量隨土壤酸堿度而變化，對(duì)土壤的理化性質(zhì)影響很大，尤其在南方的紅色土壤中對(duì)土壤養(yǎng)分、重金屬元素的形態(tài)、活性、遷移和有效性有重大的影響。這些礦物都是在高溫多濕條件下形成的，南方土壤呈紅色主要是由于土壤中赤鐵礦染色的結(jié)果。

腐殖質(zhì)

腐殖質(zhì)是土壤有機(jī)物質(zhì)在微生物的作用下形成的一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性質(zhì)穩(wěn)定的特殊性質(zhì)的高分子化合物。這類化合物都具有三種基本成分，即芳核結(jié)構(gòu)、含N有機(jī)化合物及復(fù)環(huán)形式碳水化合物，其特殊性在于其主體不同于生物體中已知的高分子有機(jī)化合物。它是一種經(jīng)微生物作用重新合成的棕褐色富有小孔隙的膠體物質(zhì)，這些特殊的物質(zhì)在形成過(guò)程中，往往和微生物本身及其代謝。產(chǎn)物結(jié)合得很緊密，以致難以完全分離。它是土壤有機(jī)質(zhì)的主體，一般占土壤有機(jī)質(zhì)的60%～80%。土壤腐殖質(zhì)分子質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)穩(wěn)定，具有明顯的膠體性質(zhì)。土壤腐殖質(zhì)是非晶態(tài)物質(zhì)，它具有高度的親水性，最高可達(dá)自身重量的500%。

復(fù)合膠體

土壤中無(wú)機(jī)膠體和有機(jī)膠體往往很少單獨(dú)存在，而是相互聯(lián)結(jié)在一起的。有機(jī)膠體與礦質(zhì)膠體通過(guò)表面分子縮聚、陽(yáng)離子橋接及氫鍵合等作用聯(lián)結(jié)在一起的復(fù)合體稱為土壤有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合體。通常把土壤有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合體中的有機(jī)碳數(shù)量占土壤全碳的百分比稱為復(fù)合度。一般有50%～90%的有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)膠體復(fù)合在一起。土壤中的黏土礦物有巨大的表面積，而腐殖質(zhì)的性質(zhì)也十分活躍，二者之間可以通過(guò)范德華力、氫鍵、靜電引力、陽(yáng)離子鍵橋、水膜等方式結(jié)合起來(lái)。但有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體的形成機(jī)制十分復(fù)雜，主要取決于土壤腐殖質(zhì)類型、黏土礦物類型、膠體表面的離子組成、表面酸度、含水量等。

土壤有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體的形成過(guò)程十分復(fù)雜。通常認(rèn)為范德華力、氫鍵、靜電引力、陽(yáng)離子鍵橋等是土壤有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合體鍵合的主要機(jī)理，復(fù)合體形成過(guò)程中可能同時(shí)有兩種或多種機(jī)理起作用。

特性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(zhì)分子暴露在外的表面。

內(nèi)表面：主要指的是層狀硅酸鹽礦物晶層之間的表面以及腐殖質(zhì)分子聚集體內(nèi)部的表面。

比表面：?jiǎn)挝恢亓炕騿挝惑w積物體的總表面積，很顯然顆粒越小，比表面越大，從P72頁(yè)的表3—4可以看出，砂粒與粗粉粒的比表面相對(duì)于粘粒來(lái)講很小，可以忽略不計(jì)，所以土壤的比表面實(shí)際上主要取決于粘粒。另外土粒的表面凸凹不平，并非光滑的球體，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(wú)機(jī)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(kuò)展，還有巨大的內(nèi)表面。

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

由于土壤膠體有巨大的比表面，所以會(huì)產(chǎn)生巨大的表面能，我們知道物體內(nèi)部的分子周圍是與它相同的分子，所以在各個(gè)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(nèi)外兩面受到的是不同的分子引力，不能相互抵消，所以具有剩余的分子引力，由此而產(chǎn)生表面能，這種表面能可以做功，吸附外界分子，膠體數(shù)量越多，比表面越大，表面能也越大，吸附能力也愈強(qiáng)。

土壤膠體的帶電性

土壤膠體的種類不同，產(chǎn)生電荷的機(jī)制也不同，根據(jù)土壤膠體電荷產(chǎn)生的機(jī)制，一般可分為永久電荷和可變電荷。

a：永久電荷：這是由于粘土礦物晶格中的同晶置換所產(chǎn)生的電荷，我們前面介紹過(guò)，粘土礦物的結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體和鋁氧八面體，硅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(jià)陽(yáng)離子所代替，粘土礦物帶負(fù)電荷；如果中心離子被高價(jià)陽(yáng)離子所代替，粘土礦物帶正電荷。多數(shù)情況下是粘土礦物的中心離子被低價(jià)陽(yáng)離子所取代：比如Al3+→Si4+，Mg2+→Al3+，所以粘土礦物以帶負(fù)電荷為主，由于同晶置換一般發(fā)生在粘土礦物的結(jié)晶過(guò)程中，存在于晶格的內(nèi)部，這種電荷一旦形成就不會(huì)受到外界環(huán)境（pH、電解質(zhì)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(shù)量和性質(zhì)會(huì)隨著介質(zhì)pH的改變而改變稱為可變電荷，可變電荷是因?yàn)橥寥滥z體向土壤中釋放離子或吸附離子而產(chǎn)生。比如：

①含水氧化硅的解離

pH0=2，一般不產(chǎn)生正電荷.

pH↑，SiO2·H2O的解離越大，所帶負(fù)電荷越多。

②含水氧化Fe、Al的解離

比如三水鋁石：Al2O3·3H2OpH0=4.8

③粘土礦物晶面上OH基的解離

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

④腐殖質(zhì)某些功能團(tuán)的解離，比如：

以上所介紹的膠體電荷的產(chǎn)生都與pH有關(guān)，會(huì)隨介質(zhì)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(chǎn)生正電荷的主要物質(zhì)（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(zhì)子化可帶正電荷，有機(jī)質(zhì)——NH2在酸性條件下的質(zhì)子化也能帶正電荷。

b：負(fù)電荷：同晶置換、含水氧化硅的解離、含水氧化Fe、Al在堿性條件下的解離、粘土礦物表面OH在堿性條件下的解離、腐殖質(zhì)功能團(tuán)中R—COOH、R—CH2—OH、—OH等的解離。

凈電荷：土壤正負(fù)電荷的代數(shù)和，由于一般情況下土壤帶負(fù)電荷的數(shù)量遠(yuǎn)大于正電荷的數(shù)量，所以大多數(shù)土壤帶有凈負(fù)電荷，只有少數(shù)含F(xiàn)e、Al氧化物較高強(qiáng)酸性土壤上才有可能帶凈正電荷。

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(tài)，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(guò)程稱土壤膠體的凝集作用，反之，由凝膠分散成溶膠的過(guò)程稱膠體的分散作用。

土壤膠體是凝集還是分散主要取決于電動(dòng)電位：通常土壤膠體是帶負(fù)電荷的，土壤膠體之間帶有負(fù)的電動(dòng)電位，是相互排斥的，這種負(fù)電動(dòng)電位越高，排斥力越強(qiáng)，越能成為穩(wěn)定的溶膠，但當(dāng)這種負(fù)電動(dòng)電位降低到土壤膠體之間分子引力大于靜電排斥力時(shí)，膠體就會(huì)相互凝集形成凝膠。

比如向溶液中加入多價(jià)離子就能降低負(fù)電動(dòng)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(tài)時(shí)，有利于水穩(wěn)性團(tuán)粒的形成，有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，所以向土壤中施用石灰能促進(jìn)膠體凝集，有利于水穩(wěn)性團(tuán)粒的形成，對(duì)改良土壤結(jié)構(gòu)有良好作用。當(dāng)土壤膠體處在溶膠狀態(tài)時(shí)，會(huì)使土壤粘結(jié)性、粘著性、可塑性增加，降低宜耕期，降低耕作質(zhì)量。

性能

土壤的吸收性能是指土壤能吸收、保留土壤溶液中的分子和離子，懸浮液中的懸浮顆粒、氣體及微生物的能力。

土壤的吸收性能對(duì)土壤肥力和性質(zhì)有非常重要的作用。

a：土壤的吸收性能與土壤保肥、供肥性關(guān)系密切

因?yàn)橥寥谰哂形招阅埽晕覀兪┯玫姆柿希o(wú)論是無(wú)機(jī)的還是有機(jī)的，無(wú)論是固體的、液體的還是氣體的）都能長(zhǎng)久的保存在土壤中，而且隨時(shí)能釋放出來(lái)供植物吸收利用。

b：土壤的吸收性能能影響到土壤的酸堿性以及緩沖性等化學(xué)性質(zhì)

c：土壤的吸收性能能直接或間接地影響到土壤的結(jié)構(gòu)性、物理機(jī)械性、水熱狀況等。

類型

按照吸收性能產(chǎn)生的機(jī)制，土壤吸收性能分為以下幾種類型：

a.土壤機(jī)械吸收性：土壤對(duì)物體的機(jī)械阻留，土壤機(jī)械吸收性能的大小主要取決于土壤的孔隙狀況。孔隙過(guò)粗，阻留物少，孔隙過(guò)細(xì)，會(huì)造成阻留物下滲困難，容易形成地面徑流和土壤沖刷。

b.土壤物理吸收性能：指土壤對(duì)分子態(tài)物質(zhì)的保存能力包括：

（1）正吸咐：養(yǎng)分集聚在土壤膠體的表面，膠體表面養(yǎng)分的濃度比溶液中大。

（2）負(fù)吸咐：土壤膠體表面吸咐的物質(zhì)較少，膠體表面的養(yǎng)分濃度比溶液中低。

c.土壤的化學(xué)吸收性能：易溶性鹽在土壤中轉(zhuǎn)變成難溶性鹽而沉淀、保存在土壤中的過(guò)程，這一過(guò)程是以純化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的，稱為化學(xué)吸收，比如可溶性的磷酸鹽，在土壤中與Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+等，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成難溶性的磷酸鈣，磷酸鎂、磷酸鐵、磷酸鋁。

化學(xué)吸收性能雖然能使易溶性養(yǎng)分保存下來(lái)，減少流失，但同時(shí)也降低了這些養(yǎng)分對(duì)植物的有效性，所以在生產(chǎn)上要盡量避免有效養(yǎng)分的化學(xué)固定的產(chǎn)生，但化學(xué)吸收也有一些好處，比如H2S、Fe2+對(duì)水稻根系有毒害作用，但是在水田嫌氣條件下H2S+Fe2+→FeS↓降低它們的毒害作用。

d.土壤的物理化學(xué)吸收性能：土壤對(duì)可溶性物質(zhì)中的離子態(tài)養(yǎng)分的保持能力；由于土壤膠體帶正電荷和負(fù)電荷，能吸咐土壤溶液中電性相反的離子，被吸咐的離子還能與土壤溶性中的同電性的離子發(fā)生交換而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這一過(guò)程以物理吸咐力基礎(chǔ)，但又表現(xiàn)出化學(xué)反應(yīng)的某些特征，所以稱為土壤的物理化學(xué)吸咐性能或土壤的離子交換作用。

f.生物吸收性能：是土壤中植物根和微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，它具有選擇性和創(chuàng)造性，同時(shí)能累積和集中養(yǎng)分。

上述幾種土壤吸收性能并不是孤立存在的，而且相互聯(lián)系，相互影響的，在這幾種土壤吸收性能中對(duì)土壤的供肥性和保肥性貢獻(xiàn)最大的是土壤的物理化學(xué)吸收性能。

參考資料