土壤胶体直径在1~100nm之间的土壤颗粒

胶体是指直径在1—100nm之间的颗粒，但是实际上土壤中直径<1000nm的粘性颗粒都具有胶体的性质，所以通常所说的土壤胶体实际上是指直径在1—1000nm之间的土壤颗粒，它是土壤中最细微的部分，表现出强烈的胶体的特征。

中文名

土壤胶体

英文名

soil colloid

类型

颗粒

直径

1—100nm之间

简介

土壤中呈胶体状态的物质。 可分为有机胶体、无机胶体和有机无机复合胶体三类。 有机胶体主要是腐殖质，无机胶体是岩石风化的产物。 土壤胶体对土壤结构的形成和肥力变化起重要作用。 [1]

主要分类

土壤胶体一般可分为无机胶体、有机胶体、有机—无机复合胶体。 下面我们介绍这三类胶体。

黏土矿物

土壤无机胶体主要指土壤黏土矿物，它包括次生的铝硅酸盐黏土矿物和氧化物，前者是晶体结构，后者一般呈非晶体结构，其中次生铝硅酸盐黏土矿物是组成土壤无机胶体的主要成分。

（一）层状硅酸盐类矿物

层状硅酸盐类矿物，从外部形态上看是极细微的结晶颗粒，从内部构造上看，都是由两种基本结构单位硅氧四面体和铝氧八面体所构成，并且都含有结晶水只是化学成分和水化程度不同而已。

（二）土壤氧化物

土壤中的氧化物类矿物又称为非硅酸盐黏土矿物。 土壤中的氧化物主要是铁、铝、锰、硅等氧化物及其水合氧化物类。 土壤氧化物有的是晶型矿物，如三水铝石、水铝石、针铁矿、赤铁矿、a-石英等。 非晶型的氧化物如蛋白石、水铝英石等。 土壤氧化物的表面积较大，表面活性高，其电荷数量随土壤酸碱度而变化，对土壤的理化性质影响很大，尤其在南方的红色土壤中对土壤养分、重金属元素的形态、活性、迁移和有效性有重大的影响。 这些矿物都是在高温多湿条件下形成的，南方土壤呈红色主要是由于土壤中赤铁矿染色的结果。

腐殖质

腐殖质是土壤有机物质在微生物的作用下形成的一类结构复杂、性质稳定的特殊性质的高分子化合物。 这类化合物都具有三种基本成分，即芳核结构、含N有机化合物及复环形式碳水化合物，其特殊性在于其主体不同于生物体中已知的高分子有机化合物。 它是一种经微生物作用重新合成的棕褐色富有小孔隙的胶体物质，这些特殊的物质在形成过程中，往往和微生物本身及其代谢。 产物结合得很紧密，以致难以完全分离。 它是土壤有机质的主体，一般占土壤有机质的60%～80%。 土壤腐殖质分子质量大，结构复杂，性质稳定，具有明显的胶体性质。 土壤腐殖质是非晶态物质，它具有高度的亲水性，最高可达自身重量的500%。

复合胶体

土壤中无机胶体和有机胶体往往很少单独存在，而是相互联结在一起的。 有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩聚、阳离子桥接及氢键合等作用联结在一起的复合体称为土壤有机一无机复合体。 通常把土壤有机一无机复合体中的有机碳数量占土壤全碳的百分比称为复合度。 一般有50%～90%的有机质与无机胶体复合在一起。 土壤中的黏土矿物有巨大的表面积，而腐殖质的性质也十分活跃，二者之间可以通过范德华力、氢键、静电引力、阳离子键桥、水膜等方式结合起来。 但有机无机复合体的形成机制十分复杂，主要取决于土壤腐殖质类型、黏土矿物类型、胶体表面的离子组成、表面酸度、含水量等。

土壤有机-无机复合体的形成过程十分复杂。 通常认为范德华力、氢键、静电引力、阳离子键桥等是土壤有机一无机复合体键合的主要机理，复合体形成过程中可能同时有两种或多种机理起作用。

特性

土壤胶体的比表面和表面能

土壤胶体的表面按位置可分为：

外表面：粘土矿物、Fe、Al、Si等氧化物、腐殖质分子暴露在外的表面。

内表面：主要指的是层状硅酸盐矿物晶层之间的表面以及腐殖质分子聚集体内部的表面。

比表面：单位重量或单位体积物体的总表面积，很显然颗粒越小，比表面越大，从P72页的表3—4可以看出，砂粒与粗粉粒的比表面相对于粘粒来讲很小，可以忽略不计，所以土壤的比表面实际上主要取决于粘粒。 另外土粒的表面凸凹不平，并非光滑的球体，它的比表面比光滑的球体要大，而且粉粒和粘粒大多呈片状比表面更大。

另外有些无机胶体（比如蒙脱石类粘土矿物）除了有巨大的外表面，而且表面可向晶层之间扩展，还有巨大的内表面。

有机胶体除了有巨大的外表面，同样也有巨大的内表面。 所以有机胶体同样有巨大的比表面。 比如腐殖质分子比表面可高达1000㎡/g。

由于土壤胶体有巨大的比表面，所以会产生巨大的表面能，我们知道物体内部的分子周围是与它相同的分子，所以在各个方向上受的分子引力相等而相互抵消。 而表面分子则不同，它与外界的气体或液体接触，在内外两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，由此而产生表面能，这种表面能可以做功，吸附外界分子，胶体数量越多，比表面越大，表面能也越大，吸附能力也愈强。

土壤胶体的带电性

土壤胶体的种类不同，产生电荷的机制也不同，根据土壤胶体电荷产生的机制，一般可分为永久电荷和可变电荷。

a：永久电荷：这是由于粘土矿物晶格中的同晶置换所产生的电荷，我们前面介绍过，粘土矿物的结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体，硅氧四面体的中心离子Si4+和铝氧八面体的中心离子Al3+能被其它离子所代替，从而使粘土矿物带上电荷。

如果中心离子被低价阳离子所代替，粘土矿物带负电荷；如果中心离子被高价阳离子所代替，粘土矿物带正电荷。 多数情况下是粘土矿物的中心离子被低价阳离子所取代：比如Al3+→Si4+，Mg2+→Al3+，所以粘土矿物以带负电荷为主，由于同晶置换一般发生在粘土矿物的结晶过程中，存在于晶格的内部，这种电荷一旦形成就不会受到外界环境（pH、电解质浓度）的影响，称永久电荷。

b：土壤中有些电荷不是永久不变的，这些电荷的数量和性质会随着介质pH的改变而改变称为可变电荷，可变电荷是因为土壤胶体向土壤中释放离子或吸附离子而产生。 比如：

①含水氧化硅的解离

pH0=2，一般不产生正电荷.

pH↑，SiO2·H2O的解离越大，所带负电荷越多。

②含水氧化Fe、Al的解离

比如三水铝石：Al2O3·3H2OpH0=4.8

③粘土矿物晶面上OH基的解离

高岭石的表面就有很多OH，能解离出H+，从而带上负电荷，这是高岭石带负电荷的主要原因。

④腐殖质某些功能团的解离，比如：

以上所介绍的胶体电荷的产生都与pH有关，会随介质pH的改变而改变→可变电荷。

按电性不同可分为：

a：正电荷：土壤中游离的Fe、Al氧化物是产生正电荷的主要物质（酸性条件下解离可带正电荷），高岭石裸露在外的铝氧八面体在酸性条件下的质子化可带正电荷，有机质——NH2在酸性条件下的质子化也能带正电荷。

b：负电荷：同晶置换、含水氧化硅的解离、含水氧化Fe、Al在碱性条件下的解离、粘土矿物表面OH在碱性条件下的解离、腐殖质功能团中R—COOH、R—CH2—OH、—OH等的解离。

净电荷：土壤正负电荷的代数和，由于一般情况下土壤带负电荷的数量远大于正电荷的数量，所以大多数土壤带有净负电荷，只有少数含Fe、Al氧化物较高强酸性土壤上才有可能带净正电荷。

土壤胶体的凝集作用和分散作用

土壤胶体有两种不同的状态，一种是土壤胶体微粒均匀地分散在水中，呈高度分散的溶胶，一种是胶体微粒彼此凝集在一起呈絮状的凝胶。

土壤胶体受某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶的过程称土壤胶体的凝集作用，反之，由凝胶分散成溶胶的过程称胶体的分散作用。

土壤胶体是凝集还是分散主要取决于电动电位：通常土壤胶体是带负电荷的，土壤胶体之间带有负的电动电位，是相互排斥的，这种负电动电位越高，排斥力越强，越能成为稳定的溶胶，但当这种负电动电位降低到土壤胶体之间分子引力大于静电排斥力时，胶体就会相互凝集形成凝胶。

比如向溶液中加入多价离子就能降低负电动电位促使胶体凝集。

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

在土壤中土壤胶体处在凝胶状态时，有利于水稳性团粒的形成，有利于改善土壤结构，所以向土壤中施用石灰能促进胶体凝集，有利于水稳性团粒的形成，对改良土壤结构有良好作用。 当土壤胶体处在溶胶状态时，会使土壤粘结性、粘着性、可塑性增加，降低宜耕期，降低耕作质量。

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离子，悬浮液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。

土壤的吸收性能对土壤肥力和性质有非常重要的作用。

a：土壤的吸收性能与土壤保肥、供肥性关系密切

因为土壤具有吸收性能，所以我们施用的肥料（无论是无机的还是有机的，无论是固体的、液体的还是气体的）都能长久的保存在土壤中，而且随时能释放出来供植物吸收利用。

b：土壤的吸收性能能影响到土壤的酸碱性以及缓冲性等化学性质

c：土壤的吸收性能能直接或间接地影响到土壤的结构性、物理机械性、水热状况等。

类型

按照吸收性能产生的机制，土壤吸收性能分为以下几种类型：

a.土壤机械吸收性：土壤对物体的机械阻留，土壤机械吸收性能的大小主要取决于土壤的孔隙状况。 孔隙过粗，阻留物少，孔隙过细，会造成阻留物下渗困难，容易形成地面径流和土壤冲刷。

b.土壤物理吸收性能：指土壤对分子态物质的保存能力包括：

（1）正吸咐：养分集聚在土壤胶体的表面，胶体表面养分的浓度比溶液中大。

（2）负吸咐：土壤胶体表面吸咐的物质较少，胶体表面的养分浓度比溶液中低。

c.土壤的化学吸收性能：易溶性盐在土壤中转变成难溶性盐而沉淀、保存在土壤中的过程，这一过程是以纯化学反应为基础的，称为化学吸收，比如可溶性的磷酸盐，在土壤中与Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+等，发生化学反应生成难溶性的磷酸钙，磷酸镁、磷酸铁、磷酸铝。

化学吸收性能虽然能使易溶性养分保存下来，减少流失，但同时也降低了这些养分对植物的有效性，所以在生产上要尽量避免有效养分的化学固定的产生，但化学吸收也有一些好处，比如H2S、Fe2+对水稻根系有毒害作用，但是在水田嫌气条件下H2S+Fe2+→FeS↓降低它们的毒害作用。

d.土壤的物理化学吸收性能：土壤对可溶性物质中的离子态养分的保持能力；由于土壤胶体带正电荷和负电荷，能吸咐土壤溶液中电性相反的离子，被吸咐的离子还能与土壤溶性中的同电性的离子发生交换而达到动态平衡，这一过程以物理吸咐力基础，但又表现出化学反应的某些特征，所以称为土壤的物理化学吸咐性能或土壤的离子交换作用。

f.生物吸收性能：是土壤中植物根和微生物对营养物质的吸收，它具有选择性和创造性，同时能累积和集中养分。

上述几种土壤吸收性能并不是孤立存在的，而且相互联系，相互影响的，在这几种土壤吸收性能中对土壤的供肥性和保肥性贡献最大的是土壤的物理化学吸收性能。

参考资料

1. 土壤胶体·在线汉语词典

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