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授课内容：
第一章 土壤 第十一节 土壤胶体
土壤是由固体土粒、土壤溶液和土壤空气组成的“多元分散体系”。一般情况下，土粒是分散相、土壤溶液和空气为分散介质，组成土壤胶体分散系。土壤胶体是土壤中最活跃的部分，对土壤理化性质和肥力水平具有明显的影响，对土壤保肥、供肥能力的强弱起着决定性作用。
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1—100nm（长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内），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1—1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。
一、土壤胶体的种类
土壤胶体按其成分和来源可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体。
1、无机胶体：在数量上无机胶体较有机胶体可高数倍至数十倍，主要为极细微的土壤粘粒，包括成分简单的非晶体含水氧化物和成分复杂的各种次生铝硅酸盐粘粒矿物。
（1）含水氧化硅胶体：多为游离态的无定形胶体SiO2·H2O（实际上可写成偏硅酸H2SiO3）分子，当发生电离时，可使H+解离到溶液中，而使胶体带负电。次生的石英多为结晶态，也是带负电的胶体。氧化硅胶体普遍分布于各类土壤中。
（2）含水氧化铁、氧化铝胶体：多为结晶态矿物，属两性胶体，带电情况随环境的酸碱反应变化而改变，在酸性环境下（一般指pH＜5）带正电，而在碱性条件下可带负电。
（3）层状硅酸盐矿物：其晶型结构由两个基本单位构成，即硅氧片和铝氧片。这类粘粒矿物形成过程中，易发生较强的同晶代换作用，即原来晶格中的中心原子可被其大小相近且电性符号相同而原子价较低的原子所代换，这就是粘粒矿物带负电的原因之一。
2、有机胶体：有机胶体中最主要的成分是各种腐殖质（胡敏酸、富非酸、胡敏素等），还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。作为胶体来讲，它与无机胶体有共性，如颗粒极小，具有巨大的比面和带有电荷。此外，有机胶体还有它自己的特点：它是由碳、氢、氧、氮、硫、磷等组成的高分子有机化合物，是无定形的物质，有高度的亲水性，可以从大气中吸收水分子，最大时可达其本身重量的80%~90％，腐殖质的电荷是由腐殖质所含的羧基（—COOH）、羟基（－OH）、酚羟基（—OH），解离出氢离子后的—COO-、—O-等离子留在胶粒上而使胶粒带负电。胺基（—NH2）吸收H+后，成为—NH3+则带正电，一般有机胶体带负电。腐殖质带的负电荷量比粘粒矿物大。
3、有机无机复合体：在农业土壤的耕层中，有机胶体一般很少单独存在，绝大部分与无机胶体紧密结合而形成有机无机复合体，又称为吸收性复合体。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来。有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。通过这样的结合，可形成良好的团粒结构，改善土壤保肥供肥性能和多种理化
二、土壤胶体的构造
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。胶体微粒在构造上可分为微粒核、决定电位离子层和补偿离子层三部分。由上可见，胶体微粒是由固相部分的微粒核和由其外部电性相反的双电层所组成。
1、微粒核：这是胶体的核心和基本物质。主要由腐殖质、无定形的二氧化硅、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。在表层土壤中，它们多以有机无机复合体的形式为主，而在下层土壤中则以无机矿物质为主。
2、双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离子，形成符号相反而电量相等的两层电荷，所以称之为双电层。微粒核也可以从周围溶液中吸附离子而形成双电层，因此这一层就包括两部分：决定电位离子层和补偿离子层。
（1）决定电位离子层：这是固定在核表面决定其电荷和电位的一层离子。电荷的正负决定着微粒核表面可以吸附阴离子还是阳离子，电位的高低决定离子的多少。一般情况下，带负电的土壤胶体在数量上占优势，所以土壤的净电荷多为净负电荷。土壤所带净电荷的数量，表现为决定电位离子层的电位，称为全电位。
（2）补偿离子层：这是一些电荷的符号与决定电位离子层相反而电量相等的离子，分布在决定电位离子层的外围。该层离子被吸附力量的大小与离子电荷的数量成正比，而与距离的平方成反比。这层离子由于距离核表面的远近不同，其所受引力亦不同，故其活动能力也有差异，它大, 致可分成两个亚层：
① 非活性补偿离子层：这是一层靠近核表面的决定电位离子层，被吸附得很紧，难以解离，无活动性，不起交换作用，由此所吸附的养分亦较难被植物利用。非活性补偿离子，既然被吸附得相当牢固，它就和微粒核与决定电位离子层成为一个整体活动。通常称为胶粒。
② 扩散层：这层离子分布在非活性补偿离子层以外，距离决定电位离子层较远，因而被吸附得较松，有较大的活动性，可以和周围环境的离子进行交换，即通常所说的土壤离子交换作用。
胶粒与扩散层离子有吸引力，因而扩散层离子始终只能随胶粒移动，而与溶液中的自由离子不同。这就是交换性阳离子可以不随水移动，土壤可以保存它们的原因。
三、土壤胶体的特性
1、土壤胶体比表面和表面能：比表面（简称比面）是指单位重量或单位体积物体的总表面积（cm2/g，cm2/cm3）。表面能，这是由于物体表面分子所处的条件特殊引起的。物体内部分子处在周围相同分子之间，在各个方向上受到的吸引力相等而相互抵消；表面分子则不同，由于它们与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面，故称为表面能。这些能量可做功，能吸附外界分子。胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。
2、土壤胶体电荷：由于土壤胶体的组成部分的特性不同，产生电荷的机制也各异，据此，把土壤胶体电荷分为永久电荷和可变电荷。
（1）永久电荷：它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。由于同晶替代是在粘粒矿物形成时产生在粘粒晶层的内部，这种电荷一旦产生即为该矿物永久所有，因此称为永久电荷，有人称为内电荷。被土壤永久性负电荷所吸附的阳离子是可交换的。
（2）可变电荷：电荷的数量和性质随介质pH值而改变的电荷称为可变电荷。土壤的pH值是表征其可变电荷特点的一个重要指标，它被定义为土壤的可
变正、负电荷数量相等时的pH值，或称为可变电荷零点、等电点。
土壤胶体在多数情况下是带负电的，它是指土壤的净电荷，即土壤的正电荷和负电荷的代数和。由于土壤的负电荷一般多于正电荷，故除少数土壤在较强的酸性条件下可能出现净正电荷外，绝大多数土壤是带净负电荷的。
3、土壤胶体有凝聚和分散的作用：土壤胶体有两种不同的状态：一种是胶体微粒均匀分散在水中，呈高度分散状态的溶胶；另一种是胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮状的凝胶。
土壤胶体溶液如受某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做胶体的凝聚作用；反之，由凝胶分散成溶胶，叫做胶体的分散作用。促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电位的高低。
