土壤胶体

直径在1—100nm之间的颗粒

胶体是指直径在1—100nm之间的颗粒，但是实际上土壤中直径<1000 nm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—1000 nm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。

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。

基本特性

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。

（一）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。

（二）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。

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。

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