阳离子交换量取决于

『壹』 测定膨润土（蒙脱石）阳离子交换容量CEC有什么意义

膨润土（蒙脱石）晶层中的阳离子具有可交换性能，在一定的物理—化学条件下，不仅Ca2+、Mg2+、Na+、K+等可相互交换，而且H+、多核金属阳离子（如羟基铝十三聚体）、有机阳离子（如二甲基双十八烷基氯化铵）也可交换晶层间的阳离子。阳离子交换性是膨润土（蒙脱石）的重要工艺特性，利用这一特性，可进行膨润土的改型，由钙基膨润土改型为钠基膨润土、活性白土、锂基膨润土、有机膨润土、柱撑蒙脱石等产品。 阳离子交换容量（Cation Exchange Capacity）是指PH值为7的条件下所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 等阳离子总量，简称为CEC。膨润土矿阳离子交换容量和交换性阳离子是判断膨润土矿质量和划分膨润土矿属型的主要依据， CEC值愈大表示其带负电量愈大，其水化、膨胀和分散能力愈强；反之，其水化、膨胀和分散能力愈差。如北票市膨润土阳离子交换容量CEC 为66.7mmol/100g，阜新市的膨润土阳离子交换容量CEC 为85.55 mmol/100g，内蒙古优质膨润土阳离子交换容量CEC为115—139 mmol/100g。
研究表明，蒙脱土的片层中间的CEC通常在60-120mmol/100G范围内，这是一个比较适合与聚合物插层形成纳米复合材料的离子交换容量。因为如果无机物的离子交换容量太高，极高的层间库仑力使得无机物片层间作用力过大，不利于大分子链的插入；如果无机物的离子交换容量太低，无机物不能有效地与聚合物相互作用，不足以保证无机物与聚合物基体的相容性，同样不能得到插层纳米复合物材料。适宜的离子交换容量、优良的力学性能使得蒙脱土成为制备PLS纳米复合材料的首选矿物。CEC值和膨润土（蒙脱石）的内表面积与蒙脱石含量呈正相关关系，用阳离子交换容量CEC 为100mmol/100g的膨润土和 用阳离子交换容量CEC 为61mmol/100g的膨润土制备插层纳米复合物材料，尽管层间距相差不大(d001=1.98和1.91nm)，但比表面(421.5和127.2m2。g-1)和吸氨量(318.3和80.7mg。g-1)却有较大的差别. 与原料土的比表面(76.0和90.5m2。g-1)及吸氨量(49.2和62.1mg。g-1)相比，分别增加5.5和1.4倍及6.5和1.3倍，比表面和吸氨量的增加倍数有一定的对应关系. 这说明层电荷密度主要影响材料的表面性质. 由于层间距(d001)的变化主要取决于交联剂的大小, 因而不同层电荷密度对于采用同种的交联剂制备材料的层间距影响不大。
测定CEC的方法很多，如定氮蒸镏法、醋酸铵法、氯化铵-醋酸钠法、氯化铵-无水乙醇法、氯化铵-氨水法、氯化钡-硫酸法等。目前，膨润土CEC测定是依据国标JC/T 593—1995（膨润土试验方法）。具体方法如下：
（1）方法提要
用含指示阳离子NH4+的提取剂处理膨润土矿试样，将试样中可交换性阳离子全部置换进入提取液中，并使试样饱和吸附指示阳离子转化成铵基上。将铵基土和提取液分离，测定提取液中的钾、钠、钙及镁等离子，则为相应的交换性阳离子量。
（2）主要试剂和材料
a. 离心机：测量范围为0～400r/min；
b. 磁力搅拌器：测量范围为50～2 400r/min’
c. 钾、钠、钙、镁混合标准溶液〔c(0.01Na+、0.005Ca2+、0.005Mg2+、0.002K+)〕称取0.5004g碳酸钙(基准试剂)，0.201 5g氧化镁(基准试剂)，0.5844g氯化钠(高纯试剂)和0.1491g氯化钾(高纯试剂)于250mL烧杯中，加水后以少量稀盐酸使之溶解(小心防止跳溅)。加热煮沸赶尽二氧化碳，冷却。将溶液移入1 000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，移于干燥塑料瓶中保存；
d. 交换液：称取28.6g氯化铵置于250mL水中，加入600mL无水乙醇，摇匀，用1+1氨水调节pH为8.2，用水稀释至1L，即为0.5mol/L氯化铵-60%乙醇溶液。
e. EDTA标准溶液〔c(0.01EDTA)〕：取3.72g乙二胺四乙酸二钠，溶解于1 000mL水中。
标定：吸取10mL0.01mol/L氯化钙(基准试剂)标准溶液于100mL烧杯中，用水稀释至40～50mL左右。加入5mL4mol/L氢氧化钠溶液，使pH≈12～13，加少许酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂，用EDTA溶液滴至纯蓝色为终点。
c1= c2·V3/ V4
式中：
c1——EDTA标准溶液的实际浓度，mol/L；
c2——氯化钙标准溶液的浓度，mol/L；
V3——氯化钙标准溶液的体积，mL；
V4——滴定时消耗EDTA标准溶液的体积，mL。
f. 洗涤液：50%乙醇，95%乙醇。
（3）试验步骤
称取在115～110℃下烘干的试样1.000g，置于100mL离心管中。加入20mL50%乙醇，在磁力搅拌器上搅拌3～5min取下，离心(转速为300r/min左右)，弃去管内清液，再在离心管内加入50mL交换液，在磁力搅拌器上搅拌30min后取下，离心，清液收集到100mL容量瓶中。将残渣和离心管内壁用95%乙醇洗涤(约20mL)，经搅拌离心后，清液合并于上述100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测。残渣弃去。
交换性钙、镁的测定，取上述母液25mL，置于150mL烧杯中，加水稀释至约50mL，加1mL1+1三乙醇胺和3～4mL4mol/L氢氧化钠，再加少许酸性铬蓝K-萘酚绿B混合指示剂，用0.01mol/LEDTA标准溶液滴定至纯蓝色，记下读数V5，然手用1+1盐酸中和pH为7，再加氨水-氯化铵缓冲溶液(pH=10)，再用0.01mol/LEDTA标准溶液滴至纯蓝色记下读数V6。
交换性钾、钠的测定：取25mL母液于100mL烧杯中，加入2～3滴1+1盐酸，低温蒸干。加入1mL1+1盐酸及15～20mL水，微热溶解可溶性盐，冷却后溶液移入100mL容量瓶中，以水稀释至刻度、摇匀，在火焰光度计上测定钾、钠。标准曲线的绘制：分取0、3、6、9、12、15mL钾、钠、钙、镁混合标准溶液于100mL容量瓶中，加入2mL1+1盐酸，用水稀释至刻度、摇匀。在与试样同一条件下测量钾、钠的读数，并绘制标准曲线(此标准系列分别相当于每100g样中含有0、170、345、520、690、860mg的交换性钠和0、60、120、175、240、295mg的交换性钾。
（4）结果计算
钙、镁的含量按下式计算：
交换性钙g/100g= （40c5V5）/（2.5m3）
交换性镁g/100g=[ 24c5(V6-V5)]/ （2.5m3）
式中：
c5—EDTA标准溶液的实际摩尔浓度mol/L；
V6、V5—滴定时耗用EDTA标准溶液的毫升数，mL；
m3——试样质量，g。
钾、钠的含量按(10)式计算：
交换性钾(g/100g)= Kmg /（2.5m3）
交换性钠(g/100g)= Namg/（2.5m3）
式中：
Kmg，Namg—由标准曲线上查得的钾钠的毫克数；
m3——试样质量，g。

『贰』 华南地区红壤的质地多属于粘质土,但是其CEC含 量很低,其中原 因是什么

华南地区红壤CEC含量较低的原因是气候和降雨。
阳离子交换量(Cation Exchange Capacty，简称CEC)。土壤CEC取决于土壤中存在的粘土和有机质的类型和数量。例如，粘粒含量高的土壤比粘粒含量低的土壤能够保持更多的可交换性的阳离子。同样，CEC随土壤有机质的增加而增加。 在土壤高度风化、有机质含量低的地区，CEC值较低。我国华南地区位于南亚热带与中亚热带之间，高温多雨，秋雨和冬雨时常发生是导致红壤CEC含量较低的主要原因。

『叁』 含蛭石晶层间层矿物的阳离子交换容量及酸浸研究

彭同江 刘福生 张宝述 孙红娟

（西南科技大学矿物材料及应用研究所，四川绵阳 621010）

摘要 对采自新疆尉犁蛭石矿、河南灵宝-陕西潼关蛭石矿的工业蛭石矿物样品进行了可交换性阳离子、交换容量和酸处理试验研究。结果发现新疆尉犁蛭石矿金云母-蛭石中的可交换性阳离子主要为Na^＋和Ca^2＋，其次有Mg^2＋和K^＋、Ba^2＋和Sr^2＋。而河南灵宝-陕西潼关蛭石矿工业蛭石样品主要为Ca^2＋和Mg^2＋，其次为Na^＋、K^＋等。金云母-蛭石和绿泥石-蛭石间层矿物的阳离子交换容量随间层结构中蛭石晶层的含量增加而增大，一般在56.92～98.95 m mol/100 g之间，仅为蛭石最大阳离子交换容量的一半。金云母-蛭石样品阳离子交换容量大小与K₂O含量呈负相关关系，与（Na₂O＋CaO）含量呈正相关关系。层间可交换性阳离子的氧化物CaO和Na₂O的酸浸取率最高，层间不可交换性阳离子的氧化物 K₂O次之，八面体中阳离子的氧化物MgO、Fe₂O₃和Al₂O₃具有较高的酸浸取率，而四面体阳离子的氧化物SiO₂的酸浸取率最低；金云母-蛭石间层矿物中蛭石晶层含量高的样品酸浸取率高，金云母-蛭石间层矿物的耐酸蚀性能不如金云母。

关键词 金云母-蛭石；间层矿物；阳离子交换容量；酸浸取物；酸浸取率。

第一作者简介：彭同江，男，1958年4月出生，博士，教授，矿物晶体化学专业。E-mail：[email protected]。

一、含蛭石晶层间层矿物的阳离子交换容量

（一）原理

根据工业蛭石样品的化学成分研究，蛭石晶层中可交换性阳离子的种类主要有：K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Ba^2＋、Sr^2＋等。用醋酸铵（NH₄Ac）作为淋洗剂，

离子可将工业蛭石中的可交换性阳离子交换出来：

中国非金属矿业

相关系数为0.90。

图1 金云母-蛭石样品阳离子交换容量（CEC） 随K₂O 和Na₂O＋CaO 含量（质量分数） 的变化

可以看出，随着K₂O含量的增加，样品的阳离子交换容量减小；随（Na₂O＋CaO）含量的增加，阳离子交换容量增加。从而表明，随K₂O含量的增加，蛭石晶层的含量降低；随（Na₂O＋CaO）含量的增加，蛭石晶层的含量增加。由此可以得出，在金云母变化为金云母-蛭石的过程中，溶液中富含Na^＋和Ca^2＋离子组分。

对于金云母-蛭石样品来说，我们发现其阳离子交换容量的大小与样品的粉末X射线衍射谱特征有一定关系。一般说来，阳离子交换容量小于75 m mol/100 g的样品，其粉末X射线衍射图上发现有较强的金云母的衍射峰；高于95 m mol/100 g样品，发现有蛭石的衍射峰。这进一步表明对样品阳离子交换容量的贡献主要来自于间层结构中蛭石晶层的含量。蛭石晶层的含量越高，间层矿物的阳离子交换容量越大。

二、酸浸实验研究

（一）酸处理实验与酸浸取物分析

酸处理试验步骤与实验方法如下：

1）将烧杯在100℃下烘干1 h后称重。

2）分别在烧杯中加0.5 g样品。

3）将盛样品的烧杯放在烘箱中在100℃下烘干2 h。

4）从烘箱中取出烧杯在干燥器中凉至室温后称重，计算出样品除去吸附水后的质量。

5）将烧杯中分别加入0.5 mol/L，1.0 mol/L，1.5 mol/L，2.0 mol/L稀盐酸30 mL，搅拌均匀后静止作用12 h。

6）过滤、洗涤、定溶后用原子吸收光谱法测定滤液中K、Na、Mg、Si、Fe、Al的含量。

利用上述方法对所选的3个样品进行了酸处理和酸浸取物的分析。测定结果转换成氧化物百分含量后列入表2中。

表2 不同浓度的稀盐酸对样品不同氧化物的腐蚀量（w_B/%）

注：X为盐酸溶液的浓度，单位mol/L。

（二）酸蚀量与酸浸取物的变化规律

由表2可以看出，在不同盐酸浓度溶液的情况下金云母样品主要氧化物的酸蚀量都大大低于金云母-蛭石样品主要氧化物的酸蚀量，这表明金云母的耐酸性能高于金云母-蛭石间层矿物。

金云母-蛭石间层矿物两个样品不同氧化物的酸浸取率大致相同。按氧化物的酸浸取率的大小可分为三种情形。

（1）处于蛭石晶层层间域中的水化阳离子

刘福生等（2002）给出的金云母-蛭石间层矿物样品的可交换性阳离子氧化物的含量（不考虑H₂O^＋）分别为，Wv-6a：CaO 0.612%，Na₂O 1.30%；Wv-16：CaO 0.394%，Na₂O 1.79%，考虑所含H₂O^＋后样品的可交换性阳离子氧化物的含量分别为，Wv-6a：CaO 0.580%，Na₂O 1.231%；Wv-16：CaO 0.375%，Na₂O 1.702%，这些数值与表2中CaO和Na₂O的腐蚀量非常相近（其差别来源于对样品进行不同的处理及分析的误差）。由于水化阳离子与结构层间的结合最弱，故CaO和Na₂O的酸浸取率最高，其中CaO几乎全部浸出，Na₂O的浸取率在82.27%～89.24%之间。

（2）在结构中以离子键相结合的阳离子

在结构中与阴离子呈离子键结合的阳离子主要有：K^＋、Mg^2＋、Fe^2＋、Al^3＋。相应氧化物酸浸取率分别为 K₂O 6.33%～13.80%，Al₂O₃3.67%～12.45%，Fe₂O₃4.44%～11.75%，MgO 3.44%～10.03%。离子键的结合力高于蛭石晶层层间水化阳离子与结构层之间的结合力，而又小于硅氧四面体内的共价键结合力，因此，以离子键结合的阳离子氧化物的酸浸取率低于层间水化阳离子氧化物，而又高于以共价键结合的阳离子氧化物。

（3）在结构中以共价键结合的阳离子

在结构中与阴离子呈共价键结合的阳离子只有Si^4＋，SiO₂的酸浸取率最低，为2.15%～3.02%。

蛭石晶层的水化阳离子最容易被酸淋滤出来，即使在低浓度的盐酸溶液中，且它们的酸蚀量随盐酸浓度的增大变化很小；其次是处于金云母晶层的层间K^＋离子。MgO、Fe₂O₃和Al₂O₃也具有较高的酸蚀量百分数，其中MgO、Al₂O₃的酸蚀量随盐酸浓度的增大而急剧增大，Fe₂O₃酸蚀量随盐酸浓度的增大而缓慢增大；SiO₂的酸蚀量最低，且酸蚀量随盐酸浓度的增大变化很小。

金云母-蛭石样品与金云母样品相比较，层间阳离子、八面体阳离子、四面体阳离子都具有较高的氧化物酸蚀量百分数。这表明金云母-蛭石的结构稳定性较金云母差，即使是金云母-蛭石间层结构中的金云母晶层也是如此。这一结果与热分析所得出的结果（彭同江等，1995）是完全一致的。

（三）金云母-蛭石间层矿物酸蚀机理

对于蛭石及含蛭石晶层的间层矿物酸蚀机理的研究不多。但对于蒙脱石酸活化机理研究已经很深入，并得出比较一致的结论。即当用酸处理蒙脱石时 蒙脱石层间的可交换性阳离子（如Ca^2＋、Mg^2＋、Na^＋、K^＋等）可被氢离子交换而溶出，同时随之溶出的还有蒙脱石八面体结构中的铝离子及羟基。因此，活化后的蒙脱石比表面积增大，形成多孔活性物质，使其吸附性及离子交换性进一步增强（张晓妹，2002）。下面结合前面的试验与分析结果对金云母-蛭石间层矿物酸蚀机理进行讨论。

1.酸浸取反应机理

金云母-蛭石间层矿物中蛭石晶层的结构和阳离子占位与蒙脱石的大致相同，只是蛭石晶层八面体中的阳离子主要是Mg^2＋，而蒙脱石则主要是Al^3＋，而与蛭石晶层相间排列的还有金云母晶层。因此，金云母-蛭石间层矿物的酸蚀机理可以看成是蛭石晶层和金云母晶层分别与酸进行作用。

蛭石晶层与盐酸产生离子交换反应和酸腐蚀反应，后者导致结构的局部破坏。其中离子交换反应是氢离子将样品中蛭石晶层的层间可交换阳离子如K^＋、Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋等置换出来。

氢质蛭石晶层在酸的继续作用下结构产生局部破坏，溶出八面体中的阳离子及羟基，硅氧四面体转化为偏硅酸。

金云母晶层与盐酸产生酸腐蚀反应，产生局部结构被破坏，溶出层间阳离子、八面体中的阳离子及羟基，硅氧四面体转化为偏硅酸。

上述反应可归三类：H^＋离子与蛭石晶层层间可交换阳离子的交换反应；H^＋离子与结构中八面体片上的（OH）^-和四面体片中Si-OH上的（OH）^-中和形成H₂O的反应；阳离子从结构上解离形成盐和偏硅酸的反应。

2.酸浸取规律的晶体化学分析

金云母-蛭石间层矿物属三八面体层状硅酸盐矿物。由金云母的晶体结构特点可知，结构中阳离子与阴离子结合有两种化学键，即离子键和共价键。其中，四面体阳离子（主要为 Si^4＋）与阴离子（氧）的化学键主要为共价键，因而在结构中的联结力最强；八面体阳离子（主要为Mg^2＋）以离子键与阴离子（氧和羟基）结合，联结力相对较强；层间阳离子位于层间域内与底面氧以弱离子键结合，联结力较弱。金云母-蛭石间层矿物结构中金云母晶层的情形与金云母相类似，蛭石晶层的八面体和四面体两种位置的化学键特点与金云母的情形也相类似。在金云母-蛭石间层结构中联结力相对最弱的位置是蛭石晶层层间水化阳离子的位置，由于水分子的存在，层间阳离子与结构层的联结力比金云母的更弱。

上述晶体化学特点决定了四面体阳离子Si^4＋的酸浸取率最小，八面体阳离子Mg^2＋、Al^3＋、Fe^2＋酸浸取率较大，层间可交换性阳离子Na^＋、Ca^2＋最大。

因此，金云母-蛭石间层矿物样品不同氧化物酸浸取率的大小取决于晶体结构的强度和阴阳离子之间的化学键强度的大小。

3.酸蚀作用历程与结构破坏

根据酸蚀试验和分析结果，结合金云母-蛭石的晶体结构特点，得出金云母-蛭石酸蚀作用和结构破坏的过程如下。

酸蚀过程中各种酸蚀反应首先沿矿物颗粒边缘和结构缺陷部位进行。H^＋离子与层间可交换阳离子产生交换反应，形成氢质蛭石，交换出来的阳离子Na^＋、Ca^2＋、K^＋等形成盐；H^＋离子与八面体中的（OH）^-作用，形成H₂O，其结果导致与（OH）^-呈配位关系的Mg^2＋和其他阳离子随（OH）^-的解离而裸露于外表面并变得不稳定，从而脱离结构表面并进入溶液形成盐；H^＋离子与四面体片边缘的Si-O（或OH）作用，中和后形成H₂O，并使Si^4＋裸露，进一步使Si^4＋解离并形成偏硅酸配阴离子；伴随着H^＋离子的这些反应，还会导致金云母晶层边缘的层间阳离子（主要为K^＋）从结构中解离出来；整个结构的破坏程度和酸蚀量随H^＋浓度增大和反应时间的增长而增大。酸蚀反应主要发生在结构层的边缘、层间域和结构缺陷部位。

X射线分析结果表明，金云母-蛭石间层矿物具有较好的耐酸蚀性能，层间可交换性阳离子的氢交换反应和边缘与缺陷部位离子的解离和浸取，没有导致金云母-蛭石间层结构的破坏。但结合酸浸取物和酸浸取残留物的研究，金云母-蛭石间层矿物的耐酸蚀性能不如金云母。

三、结论

金云母-蛭石间层矿物具有良好的阳离子交换性。因此，它可用于环保，吸附水中的重金属离子或有机污染物，回收有用物质；在农业上用作储水和储肥载体，改良土壤等等。含蛭石晶层矿物结构中的Ca、Mg、K、Fe等元素在酸性条件下易被淋滤出来。因此，它可在农业上用作储水和储肥载体，同时又是长效肥料。一方面可为植物提供K、Mg、Ca、Si、Fe等有用元素；另一方面可以起到改良土壤的作用，即增加土壤的保水，保肥性能，降低土壤的密度，提高土壤的透气性能等等。

酸浸取的结果导致金云母-蛭石间层矿物中蛭石晶层的可交换性阳离子几乎全部被淋滤交换出来，同时也在结构层边缘和结构缺陷部位淋滤出其他组分。其结果导致金云母-蛭石间层矿物比表面积增大，形成多孔活性物质，使其吸附性及离子交换性进一步增强（Suquet et al.，1991；Suquet et al.，1994）。因此，酸处理后的金云母-蛭石间层矿物可用于环保方面作污水处理剂。

An Experimental Study on Cation Exchange Capacity and Acid Soaking of Vermiculite Containing Interstratified Minerals

Peng Tongjiang，Liu Fusheng，Zhang Baoshu，Sun Hongjuan

（The Research Institute of Mineral Materials and Their Application，Southwest University of Sciences and Technology，Mianyang Sichuan 621010，China）

Abstract：The changeable cations，the exchange capacity and acid erodibility of instrial vermiculite samples from Weli Mine，Xinjiang Autonomous Region，Lingbao Mine，Henan Province，and Tongguan Mine，Shanxi Province are studied.It is found that the changeable cations of phlogopite-vermiculite samples from Weli Mine are mainly Na^＋，Ca^2＋，and Mg^2＋，K^＋，Ba^2＋，Sr^2＋in the next place.The changeable cations of phlogopite vermiculite samples from Tongguan Mine are mainly Mg^2＋，Ca^2＋，and Na^＋，K^＋in the next place.The cation exchange capacity of phlogopite-vermiculite and chlorite-vermiculite increases with the increase of content of ver miculite crystal layer in interstratified structure.The cation exchange capacity is commonly between 56.92 m mol/100 g and 98.95 m mol/100 g，which is only a half of the maximal value of cation exchange capacity of vermiculite.The cation exchange capacity of phlogopite-vermiculite is negatively related to the content of K₂O and positively related to the content of Na₂O and CaO.The acid soak-out ratios of CaO and Na₂O are the highest and that of K₂O is lower slightly，the acid soak-out ratios of MgO，Fe₂O₃and Al₂O₃are relatively higher，but the acid soak-out ratios of SiO₂are the lowest.The acid corroding contents of the samples with more vermiculite layer are higher.The acid-resistant property of the phlogopite-vermiculite interstratified mineral is not as good as the phlogopite.

Key words：phlogopite-vermiculite，interstratified minerals，cation exchange capacity，acid soak-out-substances，acid soak-out-ratio.

『肆』 影响土壤阳离子交换量大小的因素有哪些

不同土壤的阳离子交换量不同，主要影响因素：a,土壤胶体类型，不同回类型的土壤胶体其答阳离子交换量差异较大，例如，有机胶体>蒙脱石>水化云母>高岭石>含水氧化铁、铝。b,土壤质地越细，其阳离子交换量越高。c,对于实际的土壤而言，土壤黏土矿物的SiO2/R2O3比率越高，其交换量就越大。d,土壤溶液pH值，因为土壤胶体微粒表面的羟基（OH）的解离受介质pH值的影响，当介质pH值降低时，土壤胶体微粒表面所负电荷也减少，其阳离子交换量也降低；反之就增大。土壤阳离子交换量是影响土壤缓冲能力高低，也是评价土壤保肥能力、改良土壤和合理施肥的重要依据。

『伍』 决定土壤酸碱性的因素有哪些

土壤的盐碱性与降水的关系十分密切，但并不是所有地区土壤的盐碱性都是受降水量来决定。土壤之所以有酸碱性，是因为在土壤中存在少量的氢离子和氢氧离子。当氢离子的浓度大于氢氧离子的浓度时，土壤呈酸性；反之呈碱性；两者相等时则为中性。影响土壤盐碱度的因素除了降水之外，现在我们更多考虑的是由于人类不合理的生产方式造成了干旱、半干旱地区的土壤次生盐碱化。土壤性质
（一）土壤吸附性
土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物，它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性，而使土壤具有吸附性。
1、土壤胶体的性质
1）土壤胶体具有巨大的比表面和表面能：比表面是单位重量（或体积）物质的表面积。定体积的物质被分割时，随着颗粒数的增多，比表面也显著地增大。物质的比表面越大，表面能也就越大。
2）土壤胶体的电性：土壤胶体微粒具有双电层，微粒的内部称微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子（即决定电位离子层）其外部由于电性吸引，而形成一个正离子（又称反离子层，包括非活动性离子层和扩散层），即合称为双电层。
3）土壤胶体的凝聚性和分散性：由于胶体的比表面和表面能都很大，为了减小表面能胶体具有相互吸引，凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。但是在土壤溶液中，胶体常带负电荷，即具有负的电动电位，所以胶体微粒又因相同而相互排斥，电动电位越高，相互排斥力越强，胶体微粒呈现出的分散性也越强。
影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度，例如土壤溶液中阳离子增多，由于土壤胶体表面负电荷被中和，从而较强土壤的凝聚。此外，土壤溶液中电解质浓度、pH值也将影响其凝聚性能。
2、土壤胶体的离子交换吸附
在土壤胶体双电层扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子价为依据作等价交换，称为离子交换（或代换）。离子交换作用包括阳离子吸附作用和阴离子交换吸附作用。
每千克干土中所含全部阳离子总量，称为阳离子交换量。土壤的可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，包括H+和Al3+；另一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤，否则，这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度。它与土壤母质、气候等因素有关。
3、土壤酸碱性
由于土壤是一个复杂的体系，其中存在着各种化学和生物化学反应，因而使土壤表现出不同的酸碱性。
我国土壤的pH大多在4.5～8.5范围内，并有由南向北pH值递增的规律性，长江（北纬330）以南的土壤多为酸性和强酸性，如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤；pH值大多数在4.5～5.5之间，有少数低至3.6～3.8；华中华东地区的红壤，pH值在5.5～6.5之间；长江以北的土壤多为中性或碱性，如华北、西北的土壤大多含CaCO3，pH值在7.5～8.5之间，少数强碱性的pH值高达10.5。
1）土壤酸度
根据土壤中H+离子的存在方式，土壤酸度可分为两大类：
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
土壤溶液中氢离子的来源，主要是土壤中CO2溶于水形成的碳酸和有机物质分解产生的有机酸，以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸，还有施用肥料中残留的无机酸，如硝酸、硫酸和磷酸等。此外，由于大气污染形成的大气酸沉降，也会使土壤酸化，所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，可增加土壤的H+浓度，使土壤pH值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。
根据测定土壤潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。
用过量中性盐（如NaCl或KCl）溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生离子交换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。由土壤矿物质胶体释放出的氢离子是很少的，只有土壤腐殖质中的腐殖酸才可产生较多的氢离子。
近代研究已经确认，代换性Al3+是矿物质土壤中潜性酸度的主要来源。例如，红壤的潜性酸度95％以上是由代换性Al3+产生的。
用弱酸强碱盐（如醋酸钠）淋洗土壤，溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的H+、Al3+代换出来，同时生成某弱酸（醋酸）。此时，测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
水解性酸度一般比代换性酸度高。由于中性盐所测出的代换性酸度只是水解性酸度的一部分，当土壤溶液在碱性增大时，土壤胶体上吸附的H+较多被代换出来，所以水解酸度较大。但在红壤和灰化土中，由于胶体中氢氧根离子中和醋酸，且对醋酸分子有吸附作用，因此，水解性酸度接近于或低于代换性酸度。
（3）活性酸度与潜性酸度的关系：土壤的活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。二者可以相互转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体是H+和Al3+的储存库，潜性酸度则是活性酸度的储备。土壤的潜性酸度往往比活性酸度大得多，相差达几个数量级。
2）土壤碱度
土壤溶液中OH -离子的主要来源是碳酸根和碳酸氢根的碱金属（Ca、Mg）的盐类。碳酸盐碱度和重碳酸盐度的总称为总碱度。不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同，CaCO3和MgCO3的溶解度很小，故富含CaCO3和MgCO3的石灰性土壤呈弱碱性（pH在7.5～8.5）；Na2CO3、NaHCO3及Ca（HCO3）2 等都是水溶性盐类，可以出现在土壤溶液中，使土壤溶液中的碱度很高，从土壤pH来看，含Na2CO3的土壤，其pH值一般较高，可达10以上，而含NaHCO3及Ca(HCO3)2的土壤，其pH值常在7.5～8.5，碱性较弱。
当土壤胶体上吸附的Na+、K+、Mg2+（主要是Na+）等离子的饱和度增加到一定程度时会引起交换性阳离子的水解作用。结果在土壤溶液中产生NaOH,使土壤呈碱性。此时Na+离子饱和度亦称土壤碱化度。胶体上吸附的盐基离子不同，对土壤pH值或土壤碱度的影响也不同。
3）土壤的缓冲性能
土壤缓冲性能是指具有缓和酸碱度发生剧烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境，所以土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。
（1）土壤溶液的缓冲作用：土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其它有机酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。
（2）土壤胶体的缓冲作用：土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。
土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能就越强。因此，砂土掺粘土及施用各种有机肥料，都是提高土壤缓冲性能的有效措施。在代换量相等的条件下，盐基饱和度愈高，土壤对酸的缓冲能力愈大；反之，盐基饱和度愈低，土壤对碱的缓冲能力愈大。
另外，铝离子对碱的也能起到缓冲作用。
（二）土壤氧化还原性
土壤中有许多有机和无机的氧化性和还原性物质，因而使土壤具有氧化还原特性。一般，土壤中主要的氧化剂有：氧气、NO3-和高价金属离子，如铁（Ⅲ）、锰（Ⅳ）、钒（Ⅴ）、钛（Ⅵ）等。主要的还原剂有：有机质和低价金属离子。此外，土壤中植物的根系和土壤生物也是土壤发生氧化还原反应的重要参与者。
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原电位来衡量。一般旱地土壤好氧化还原电位为+400～+700mV；水田的氧化还原电位在+300～-200 mV。根据土壤的氧化还原电位值可以确定土壤中有机物和无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。

『陆』 阳离子交换作用

岩石颗粒的表面往往带负电荷，因此能吸附某些阳离子。当某种成分的地下水与岩石颗粒接触时，水中某些阳离子被岩石颗粒表面吸附，以代替原来被吸附的阳离子，而原来被吸附的阳离子则进入水中，改变了地下水的化学成分，这种作用称为阳离子交换吸附作用。

阳离子交换的强度取决于很多因素，其中主要的是岩石的粒度、交换阳离子的性质、介质的pH值和水中电解质的浓度。

1.粒度

一般岩石的粒度越细，它的交换性能越强。因此，在黏土和黏土岩中，阳离子交换对水化学成分的影响明显。

2.离子性质

不同阳离子的吸附能不同，在其他条件相同的情况下，吸附能的大小取决于它们的离子价，离子价越高吸附能越强，并易留在岩石上。如果阳离子的电价相同，吸附能随原子量的增加而增大。部分离子吸附能强弱的顺序如下：

H⁺＞Fe³⁺＞Al³⁺＞Ba²⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺

由上可见，Ca²⁺的吸附能大于Na⁺，因此在自然界中常可见到地下水中的Ca²⁺交换吸附岩石颗粒表面的Na⁺。

水文地球化学基础

阳离子交换吸附作用在含水层中广泛地进行，并且对改变地下水的化学成分及地下水的性质有重大意义。这种作用使硬度大的地下水变为硬度小的软水，形成低矿化度的钠水，如SO₄—Na型、HCO₃—Na型以及一些其他过渡型水。

3.pH值

在阳离子交换反应中，氢离子有着特殊的作用。它的交换能量不仅高于一价的阳离子，还高于二价和三价的阳离子。介质的pH值影响阳离子的吸附数量，水中的氢离子越多，对其他阳离子进入胶状综合体的阻力越强。增加与土壤处于平衡状态的溶液pH值，土壤的交换性能增强。当介质的pH值由6增加到11时，交换容量增加1～2倍。

4.电解质浓度

离子交换吸附作用并不仅决定于离子的性质，在吸附交换过程中，水中电解质浓度也起着重要作用，浓度大的离子比浓度小的离子易被吸附。因此，如果钠的浓度相当大时，吸附综合体中的部分钙离子将被钠离子排挤出去，水中的Na⁺与岩石颗粒表面的Ca²⁺就发生交换吸附的现象，例如海水入侵过程中的Na⁺与Ca²⁺的交换吸附。

水文地球化学基础

天然水中的交换主要是阳离子交换，而不是阴离子交换。这是由于岩石和土壤的胶体成分主要是由SiO₂、Al₂O₃和其他带负电的胶粒所组成，它们吸附带正电的阳离子。除阳离子吸附外，在某些情况下也能发生阴离子吸附作用（例如砖红壤），但是对这种过程研究很少。

『柒』 影响农作物生长和产量的因素

1、气候

热量、光照、降水、季风等气候因素对农业区位的影响极大。是影响农作物分布与农业发展的最重要因素。不同动植物的生长发育要求不同的气候条件，而气候条件的分布具有明显的地域差异。因此，一个地区农业的选择，应充分考虑当地的气候因素。

水分：年降水量小于250毫米的干旱地区，除有灌溉水源外，一般不能发展农业。

2、地形

不同的地形区，适宜发展不同类型的农业。平原地区地势平坦，土层深厚，有利于实现农业的水利化和机械化，适宜发展耕作业；山地耕作不便，且不易于水土保持，但适宜发展林业和畜牧业。山地自然条件的垂直分异，使农作物分布垂直化，多样化；地形复杂的则适合多种经营。

3、土壤

土壤是农作物生长的物质基础，不同种类的土壤，适宜生长不同的作物。例如我国东南丘陵广泛分布着酸性的红壤，适宜种植茶树等。土壤的肥沃程度也对农业的影响较大。例如我国东北平原（黑土）、华北平原（钙质土）等地土壤肥沃，水稻单位面积产量较高。

提高作物产量

1、良种

优质的种子可以增加产量，如袁隆平的杂交水稻；

2、化肥

可以除虫增产，需要的土地就相对较少，但对环境危害很大，会减少土地的使用寿命；

3、机械

用农业机械代替手工播种和收割可以节省时间，提高效率，获取更大的效益。

4、灌溉

科学的灌溉技术，应根据当地的气候决定。如：以色列缺水，发明了滴灌的方法。

(7)阳离子交换量取决于扩展阅读

农作物主要种类

包括粮食作物、经济作物（油料作物、蔬菜作物、花、草、树木）、工业原料作物、饲料作物，药材作物等。能大批长成或大面积收获，供盈利或口粮用的植物(例如谷物、蔬菜、棉花、亚麻等)。

1、粮食作物

以水稻、玉米、豆类、薯类、青稞、蚕豆、小麦为主要作物；

2、油料作物

以油籽、蔓青、大芥、花生、胡麻、大麻、向日葵等为主；

3、蔬菜作物

主要有萝卜、白菜、芹菜、韭菜、蒜、葱、胡萝卜、菜瓜、莲花菜、菊芋、刀豆、芫荽、莴笋、黄花、辣椒、黄瓜、西红柿、香菜等；

4、果类

有梨、青梅、苹果、桃、杏、核桃、李子、樱桃、草莓、沙果、红枣等品种；

5、野生果类

有酸梨、野杏、毛桃、山枣、山樱桃、沙棘、等；

6、饲料作物

如玉米、绿肥、紫云英等；

7、药用作物

有人参、当归、金银花、薄荷、艾蒿等。

『捌』 阳离子交换质量作用方程

（一）阳离子吸附亲合力

就特定的固相物质而言，阳离子吸附亲合力是不同的。影响阳离子吸附亲合力的因素主要是；（1）同价离子，其吸附亲合力随离子半径及离子水化程度而差异，一般来说，它随离子半径的增加而增加，随水化程度的增加而降低；离子半径越小，水化程度越高。例如Na⁺、K⁺、NH₄＋的离子半径分别为0.98、1.33和1.43Å，其水化半径分别为7.9、5.37和5.32Å；他们的亲合力顺序为NH₄＋>K⁺>Na⁺。（2）一般来说，高价离子的吸附亲合力高于低价离子的吸附亲合力。

按各元素吸附亲合力的排序如下：

水文地球化学基础

上述排序中，H⁺是一个例外，它虽然是一价阳离子，但它具有两价或三价阳离子一样的吸附亲合力。

值得注意的是，上述排序并不是绝对的，因为阳离子交换服从质量作用定律，所以吸附亲合力很弱的离子，只要浓度足够大，也可以交换吸附亲合力很强而浓度较小的离子。

（二）阳离子交换质量作用方程

按质量作用定律，阳离子交换反应可表示为：

水文地球化学基础

式中，K_A-B为阳离子交换平衡常数，A和B为水中的离子，A_x和B_x为吸附在固体颗表面的离子，方括弧表示活度。

以Na-Ca交换为例，其交换反应方程为：

水文地球化学基础

（1.146）式表明，交换反应是等当量交换，是个可逆过程；两个钠离子交换一个钙离子。如果水中的Na⁺交换已被吸附在固体颗粒表面的Ca²⁺（即Cax），则反应向右进行；反之，则向左进行。如反应向右进行，那么，就钙离子而言，是个解吸过程；就钠离子而言，是个吸附过程。所以，阳离子交换反应，实际上是一个吸附－解吸过程。

在地下水系统中，Na-Ca交换是一种进行得最广泛的阳离子交换。例如，当海水入侵到淡水含水层时，由于海水Na⁺远高于淡水，而且淡水含水层颗粒表面可交换性的阳离子主要是Ca²⁺，因此产生海水中的Na⁺与颗粒表面的Ca²⁺产生交换，形成Na⁺被吸附而Ca²⁺被解吸，方程（1.146）向右进行。又如，如果在某个地质历史里，淡水渗入海相地层，按上述类似的机理判断，则产生Na⁺被解吸Ca²⁺被吸附的过程，方程（1.146）向左进行。

Na-Ca交换反应方向的判断，以及对地下水化学成分的影响，仍至对土壤环境的影响，是水文地球化学及土壤学中一个很重要的问题，后面将作更详细的介绍。

上述（1.145）式中都使用活度，水中的A和B离子活度可以按第一节所提供的方法求得，但如何求得被吸附的阳离子（A_x和B_x）的活度，目前还没有太满意的解决办法。万赛罗（Vanselow,1932）^〔7〕提出，规定被吸附离子的摩尔分数等于其活度。

摩尔分数的定义为：某溶质的摩尔分数等于某溶质的摩尔数与溶液中所有溶质摩尔数和溶剂摩尔数总和之比。其数学表达式如下

水文地球化学基础

式中，x_B为B组分的摩尔分数，无量纲；m_A为溶剂的摩尔数（mol/L）;m_B、m_C、m_D、……为溶质B、C、D……的摩尔数（mol/L）。就水溶液而言，溶剂是水，1mol H₂O=18g,lL H₂O=1000g，所以l升溶剂（H₂O）的摩尔数＝1000/18=55.56mol/L。

按照上述摩尔分数的定义，A_x和B_x的摩尔分数的数学表达式为：

水文地球化学基础

式中，N_A和N_B分别为被吸附离子A和B的摩尔分数；（A_x）和（B_x）分别为被吸附离子A和B的摩尔数（mol/kg）。

以摩尔分数代替被吸附离子A和B的活度。则（2.145）的交换平衡表达式可写成：

水文地球化学基础

式中，

称为选择系数，其他符号含义同前。选择系数已为许多学者所应用。从理论上讲，该方程（1.150式）提供了一个预测阳离子交换反应对地下水阳离子浓度影响的有效方法。

从理论上讲，

基本上是一个常数，但随水的离子强度的改变，稍有变化。它的数值的大小，能说明各种离子在竞争吸附中，优先吸附何种离子。如

说明B离子比A离子更易被吸附；反之，则相反。选择系数方面的信息在文献中已很普遍。就

来说，在（Mgx）/（Cax）和水中离子强度变化比较大的范围内，

在0.6—0.9间，变化很小。

值的范围说明，Ca²⁺比Mg²⁺更易被吸附。

在研究阳离子交换反应时，人们关心的问题是，在地下水渗流过程中，从补给区流到排泄区，由于阳离子交换反应，地下水中的阳离子浓度将会产生何种变化？为了简化问题起见，假定其他反应对阳离子浓度的变化都可忽略，那么从理论上讲，地下水从原来的地段进入一个具有明显交换能力的新地段后，必然会破坏其原有的阳离子交换平衡，而调整到一个新的交换平衡条件。达到新的平衡后，其阳离子浓度的变化主要取决于：（1）新地段固体颗粒表面各种交换性阳离子的浓度，以及它们互相间的比值；（2）进入新地段地下水的原有化学成分，特别是阳离子浓度。随着地下水的不断向前流动，阳离子交换平衡不断被打破，又不断地建立新的平衡。其结果是，不但水的阳离子浓度变化了，含水层固体颗粒表面有关的交换性阳离子浓度也改变了。为了定量地说明上述理论上的判断，特列举下列例题的计算。

例题1.8

在某一地下水流动系统中，有一段具有明显阳离子交换能力且含有大量粘土矿物的地段，试利用阳离子交换质量平衡方程（2.150），计算地下水达到新的交换平衡后，水中Ca²⁺和Mg²⁺浓度的变化，含水层粘土矿物颗粒表面交换性阳离子（被吸附的阳离子）浓度的变化。

假定：（1）含粘土矿物地段的阳离子交换容量为100meq/100g，交换性阳离子只有Ca²⁺和Mg²⁺，且Cax=Mgx，即Cax=Mgx=50meq/100g;（2）进入该地段前，地下水中的Ca²⁺和Mg²⁺浓度也相等，即Ca²⁺=Mg²⁺=1×10^-3mol/L;（3）该含水层地段的有关参数：孔隙度n=0.33；固体颗粒密度ρ=2.65g/cm³;（4）地下水与该地段粘土矿物颗粒相互作用后，达到平衡时，选择系数

计算步骤：

（1）求新的地下水进入该地段前的N_Ca和N_Mg

按题意所给，Cax=Mgx=50meq/100g。把它们换算为以mol/g表示，则Cax=Mgx=0.25×10^-8mol/g；将此数据代入（1.149）式，则

N_Ca=N_Mg=0.5

（2）求新的地下水刚进入该地段时，起始状态的

值

按质量作用定律，Ca-Mg交换方程为：

水文地球化学基础

交换平衡后，虽然各自的摩尔分数有所增减，但其总数仍然不变，即N_Ca+N_Mg=1。

设达到新交换平衡时，N_Ca=Y，那么，N_Mg=1-Y。

把上述假设代入（1.151）式，则

水文地球化学基础

因达到新的交换平衡时，

把它代入（1.152）式，经整理后，得：

水文地球化学基础

因达到新交换平衡时，Cax和Mgx虽然有变化，那其总和仍然不变，即Cax+Mgx=0.5。设那时的Cax=Z，那么：

水文地球化学基础

把（1.154）式代入（1.153）式，得：

水文地球化学基础

由于达到交换平衡前后，固相中的交换性钙离子（Cax）和液相中的溶解钙离子的总和不变。就一升水及其所接触的岩土而论，达到交换平衡前，一升水的Ca²⁺为1mmol；岩土中的Cax=0.25mmol/g，－升水所占据的岩土体积＝5379.5g。达交换平衡后，一升水的Ca²⁺摩尔数为x，岩土中交换性钙离子（Cax）浓度为Z。那么，其均衡方程为：

水文地球化学基础

式的左边，为交换平衡前固液相中钙离子总量（mmol）；式的右边，为交换平衡后固液相中钙离子总量（mmol）。

整理（1.156）式，得：

水文地球化学基础

把（1.157）式代入（1.155）式，整理后得：

水文地球化学基础

解方程（1.158），得：

Z=0.250046，即交换平衡后，Cax=0.250046mmol/g

那么，Mgx=0.5-0.250046=0.249954mmol/L

按上述计算摩尔分数的方法，得：

N_Ca=0.50009,N_Mg=0.49991

把所算得的Z值代入（1.157），得：

x=0.7525，即交换平衡后，〔Ca²⁺〕＝0.7525mmol/L

那么，〔Mg²⁺〕＝2-0.7525=1.2475mmol/L

上述计算结果说明，当新的地下水通过交换地段，达到交换平衡时，吸附的阳离子（Ca²⁺和Mg²⁺）的浓度或摩尔分数的比值变化极小；相比之下，地下水中Ca²⁺和Mg²⁺的浓度变化很大，〔Mg²⁺〕/〔Ca²⁺〕从1约增至1.7。如果随后进入该地段的地下水〔Mg²⁺〕/（Ca^2＋）仍然是1的话，地下水再次破坏了刚建立起来的交换平衡，交换反应又继续进行，直至N_Mg/N_Ca=O.6为止。此时，新流入地下水的Ca²⁺和Mg²⁺的浓度才不会改变。然而，要达到此种状态，必需通过无数个孔隙体积的水，甚至要几百万年时间才能完成。

上述计算还说明，阳离子的交换方向，从左向右进行（2.151式），水中的Ca²⁺被吸附，而固相表面所吸附的Mg²⁺不断被解吸。交换反应方向不仅取决于水中两种离子的浓度比，同时也取决于吸附离子的摩尔分数比。如若交换的起始条件为N_Mg=0.375和N_Ca=0.625，流入的水，其钙镁活度比为1，那么流过该地段的地下水，其Ca²⁺和Mg²⁺的浓度就没有变化了。如若交换的起始条件为N_Mg/N_Ca＜0.6，其交换方向则与上述相反，从右向左进行（2.151式）。

（三）地下水系统中的Na-Ca交换

地下水中Na-Ca交换在地下水化学成分形成和演变过程中，是一个很重要的阳离子交换过程，它无论在深层地下水形成和演变，或者在浅层潜水水化学成分的改变，特别是硬度升高等方面，都具有重要意义；在土壤科学中，它对盐碱土的形成，也有重要作用。

地下水系统中，固液相间的Na-Ca交换也服从质量作用定律，但其质量作用方程的表达形式不同。其交换反应如下：

水文地球化学基础

（2.159）反应最常用的质量作用方程是Gappn方程：

水文地球化学基础

在Gapon方程的基础上，又有许多学者提出类似于此方程的各种表达式。例如，美国盐实验室^〔17〕在研究灌溉水与土壤间的Na-Ca交换时，提出类似于Gapon方程的表达式：

水文地球化学基础

式中，Nax为达到交换平衡时土壤的交换性钠量（meq/100g）;CEC为土壤的阳离子交换容量（meq/100g）;Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺是达交换平衡时水中这些离子的浓度（meq/L）;K为平衡常数。

（1.161）式左边项表示为：

水文地球化学基础

式中的ESR称为“交换性钠比”。

（1.16l）式右边项表示为：

水文地球化学基础

式中的“SAR”称为钠吸附比，它是Na-Ca交换中一个很重要的参数。（1.161）式可改写成：

水文地球化学基础

（1.164）式说明，ESR与SAR线性相关，水中的SAR越高，岩土中的ESR值也越大，岩土中的Nax也越高。许多学者通过岩土的Na-Ca交换试验，得出了有关回归方程，列于表1.20。

表1.20Na-Ca交换的回归方程

表1.20中的Na-Ca交换方程是实验方程，应用起来当然有其局限性。其中，美国盐实验室的回归方程是用美国西部12个土壤剖面59个土样试验得出的，所以其代表性较好。尽管有其局限性，但是，应用此类方程判断Na-Ca交换的方向，定量化计算其交换量，还是比较有效的。表1.21的数据充分说明这一推断。

表1.21Na-Ca试验中某些参数的变化^〔2〕

表1.21中是一组Na-Ca交换试验数据，其中包括实测值与计算值的对比。表中的数据可说明以下几点；

（1）Na-Ca交换反应方向取决于水中的起始SAR值，及岩土中的起始ESR值。例如，用SAR值分别为0.73和9.81的水淋滤ESR值为0.046的同一种土壤时，淋滤后，前者的（Cax+Mgx）从8.56增至8.76meq/100g，水中的Ca²⁺和Mg²⁺被吸附，而固体颗粒表面的交换性Na⁺解吸到水中，按（1.159）式，其交换反应方向朝左进行；相反，后者的（Cax+Mgx）从8.56减至7.52meq/100g，水中的Na⁺被吸附，而固体颗粒表面的交换性Ca²⁺和Mg²⁺解吸进入水中，按（1.159）式，其交换反应向右进行。如果起始条件已知，即水中的SAR值及岩土中的ESR值已知，也可判断其反应方向。例如，把表1.21中的SAR值0.73和9.81分别代入表1.20中的3号方程，ESR值的计算值分别为0.038和0.1379。前者的ESR计算值（0.038）小于土壤的起始ESR值（0.046，见表1.21），反应按（1.159）式向左进行；后者的SER计算值（0.1379）明显大于土壤的起始ESR值（0.046），反应按（1.159）式向右进行。也就是说；如果ESR计算值小于岩土的ESR值，反应向左进行；反之，则相反。当然，如果土壤的起始ESR值为0.038，与S₄R值为0.73的水相互作用时，Na-Ca交换处于平衡状态，水中的Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺浓度不会改变。表1.22是现场试验结果，结果说明，SAR值越高，固体表面解吸出来的Ca²⁺和Mg²⁺就越多，水的硬度增加就越大。这些数据充分证明了上述理论。

表1.22SAR值不同的污水现场试验结果^〔2〕

注：硬度以CaCO₃计（mg/L）。

（2）把Na-Ca交换方程应用于实际是比较可靠的。表1.21中（Cax+Mgx）的实测值及计算值相差很小，说明了这一点。其计算方法如下：以计算SAR=0.73的水为例，将0.73代入表1.20中的方程3，求得ESR=0.038；将此值及CEC值（8.96）代入（1.162）式，求得Nax=0.328meq/100g；将CEC值减去Nax值，即为（Cax+Mgx）值（因为土中吸附的阳离子主要是Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺），其值为8.63meq/100g。

SAR值不仅在研究Na-Ca交换反应中是重要的，而且它是灌溉水质的一个重要参数。前面谈到，SAR高的水，在水岩作用过程中，引起水中的Na⁺被吸附到固相颗粒表面上，2个Na⁺交换一个Ca²⁺或Mg²⁺（等当量交换）。因为2个Na₂＋的大小比一个Ca²⁺或Mg²⁺大，因而引起土壤的透气性减小，产生板结及盐碱化。有关SAR值的灌溉水质标准可参考有关文献。本书不详述。

『玖』 数据的采集和收集

（一）测井系列的选择

测井时，根据地层的特点和地质任务的要求，选择一套合适的测井方法。这种能完成一定地质任务的测井方法组合，叫做测井系列。

按照划分油气水层的要求，选择良好的测井系列应能做到：准确地分层、确定地层的界面；计算地层厚度和有效厚度；准确地判断岩性和划分渗透层；准确地计算储层参数，如孔隙度、渗透率、泥质含量和含油饱和度、可动油等；准确地判断油气水层。

使用国产仪器时：

1.淡水泥浆测井系列

厚度大于2 m、电阻率小于20 Ω·m的中厚层、中低阻砂岩地层的测井系列为微电极系，电极距离为0.45 m、4 m的底部梯度电极类，声速以及感应测井，有的油田还加井径测井或自然伽马测井。各种方法的用途是：微电极系和0.45 m底部梯度电极系详细划分地层岩石；微电极系、自然电位和声速测井判断岩性和划分渗透层；微电极系反映冲洗带，0.45 m底部梯度电极系反映侵入带，4 m底部梯度电极系反映原状地层岩石；声速测井计算孔隙度；感应测井电阻率确定含油饱和度。

中厚层、电阻率大于20 Ω·m的高阻砂岩，要用侧向测井代替感应测井，即测井系列为微电极（或微侧向）、0.45 m和4 m底部梯度电极系、侧向测井和声速测井。

2.盐水泥浆测井系列

在盐水泥浆钻井中，必须使用有聚焦能力的侧向测井和微侧向测井；用自然伽马测井代替自然电位测井。这样，盐水泥浆的测井系列为微侧向测井、自然伽马测井、声速测井、侧向测井。

3.碳酸盐岩测井系列

深、浅三侧向测井、自然伽马测井、中子-伽马测井、声速测井，2.5 m底部梯度电极系、自然电位（自然伽马）是碳酸盐岩的测井系列。

需要说明的是，上述测井系列并不一定是最佳的。随着我国测井事业的发展，测井仪器的完善，上述测井系列将会有较大的调整，以取得更好的地质效果。

使用进口仪器时：

1）中等—软地层、淡水泥浆条件下，使用以下测井方法：双感应测井/球形聚焦（或八侧向）测井—声波速度测井、岩性—密度—中子—微电阻率—电磁波传播测井。得到的测井曲线是：SP、IL_d、IL_m、SFL、Δt、R_wa、DEN、GR、U、Th、K、Pe、φ_D、φ_N、φ_EPT等。条件许可时，再加测地层倾角测井。

2）硬地层或盐水泥浆条件时使用：双侧向测井—微球形聚焦测井、双感应—球形聚焦测井—声速测井、岩性—密度—中子—自然伽马能谱测井。得到的测井曲线有：SP、LL_d、LL_s、MSFL、DEN、IL_d、IL_m、SFL、Δt、GR、U、Th、K、Pe、φ_D、φ_N等。有可能时，加测地层倾角测井、成像测井和核磁共振测井。

（二）地质录井资料

1.泥浆录井资料

用测井方法进行油气水层评价时，直接需要泥浆相对密度、泥浆矿化度、泥浆电阻率、泥浆滤液电阻率、泥浆滤液矿化度、泥饼厚度等录井资料。

在泥浆寻井过程中出现的油气显示异常数据资料也应认真全部收集，以便在测井油气评价时间接参考使用。

2.钻时录井资料

钻进速度的快慢，取决于地下岩层的可钻性，即疏松性软的岩层钻进快；致密坚硬的岩层钻进慢。所以在进行测井油气层评价时，常用来帮助判断岩石的组成、沉积的类型、压实程度，以及其他岩石物理性质。

对于碳酸盐岩裂缝性油气藏来说，钻时的变化是发现缝、洞最及时的一项录井资料。

3.岩屑录井资料

岩屑录井资料是钻井地质评价中最及时、便宜、不可缺少的直接资料。

4.岩心录井资料

石油地质工作者，对地下可能油气藏的认识都是一种抽象，各人认识的抽象未必相同。只凭岩屑、钻时、泥浆等录井资料是不够的，必须取得能够直观的、可提供作仔细分析化验之用的岩心资料。有了岩心资料，就可以研究地层时代，岩性岩相变化，储集层的物理性质，化学性质和裂缝发育情况，生储层特征及生油指标，储层含油产状，了解地层倾角、接触关系、断点位置等构造情况。

钻井岩心录井资料是测井的油气评价和测井地质解释研究的基础。通过钻井岩心的观察和实验室分析化验获取的地质信息和参数进行各种标定或刻度，在所建立的地质概念模型的基础上，应用正演和反演模型，建立正确可靠的岩石物理与测井的关系，为提高测井地质的解释精度奠定坚实的基础。

（三）测井资料

1.测井数据

测井技术是油气层评价和测井地质学研究应用重要的手段。根据地质分析与油气评价的目的任务，可以由下述测井项目中形成测井系列进行测井数据资料的采集。

（1）常规测井项目

1）双侧向测井（DDL）；

2）微侧向测井（MLL）；

3）补偿中子测井（CN）；

4）补偿声波测井（AC）；

5）补偿Z密度测井（Z-DEN）；

6）自然伽马测井（GR）；

7）井径测井（CAL）；

8）自然电位测井（SP）。

（2）特殊测井项目

1）自然伽马能谱测井（SL）；

2）地层倾角测井（DIP）；

3）重复式地层测试器（FMT）。

（3）现代测井项目

1）微电阻率扫描成像测井（STAR）；

2）井周声波成像测井（CBIL）；

3）多极阵列声波测井（MAC）；

4）核磁共振测井（MRIL）；

5）薄层电阻率测井（TBRT）。

目前在我国，进行地球物理测井工作时，根据解决油气勘探与开发的实际需要设计组合成裸眼井和套管井测井系列，所测的资料经过精细处理和解释，可进行地层岩性识别、解决硬地层的裂缝段的划分、评价及裂缝产状的确定、地层产状的确定，识别低阻油气层、划分与评价薄层，还可进行固井质量检查及管井的动态监测等等。测井系列的选择应用，可参见表6-1。

表6-1 测井系列一览表

2.测井解释参数

测井的定量解释评价油气层采用了两种不同类型的解释模型和方法导出的一些数学关系式，即体积模型法和概率模型法，是目前测井资料数字处理所采用的基本方法。利用上述模型进行定量测井解释时，除了需要地质钻井资料和测井数据资料外，还需要测井解释参数。

1）利用密度测井解释基本公式时，需要岩石骨架密度（ρ_ma）、泥质密度（ρ_sh）、孔隙流体密度（ρ_f）、泥质的相对体积（V_sh）。

2）利用声波测井解释基本公式时，需要岩石骨架声波时差（Δt_ma）、泥质声波时差、孔隙流体声波时差（Δt_f）、泥质的相对体积（V_sh）；

3）利用中子测井解释基本公式时，需要岩石骨架含氢指数（φ_ma）、泥质含氢指数（φ_sh）、孔隙流体含氢指数（φ_f）、泥质的相对体积（V_sh）。

4）利用脉冲中子测井解释基本公式时，需要岩石骨中子俘获截面Σ_ma、孔隙流体中子俘获截面Σ_f、泥质中子俘获截面Σ_sh。

在用经验关系式确定含水饱和度（S_w）和冲洗带饱和度（S_xo）时，需要地层水电阻率（R_w）、泥浆滤液电阻率（R_mf）和孔隙度（φ）。

在用泥质的相对体积（泥质含量）经验关系式确定泥质含量时，也需要给出测井解释参数：

1）利用自然伽马测井计算泥质体积公式时，则需要给出C_GR，max（纯泥岩地层的GR值）和C_GR，min（C_GR纯砂岩层的GR读数）。

2）利用自然电位测井计算泥质体积公式时，需要给出U_SP，max（纯砂岩的SP幅度）和U_SP，min（纯泥岩层的SP幅度）。

3）利用中子测井计算泥质含量公式时，需要给出φ_N，max（纯砂岩地层的中子孔隙度值）和φ_N，min（纯泥岩层的中子孔隙度值）。

4）利用中子寿命测井计算泥质含量公式时，需要给出Σ_max（纯砂岩地层的中子俘获截面）和Σ_min（纯泥岩层的中子俘获截面）。

5）利用声波测井方法时需要给出φ_ACSH（纯泥岩地层声波孔隙度）。

6）利用能谱测井计算时，需要给出纯泥岩地层的钾和Th含量，纯砂岩地层的K和Th含量。

7）利用电阻率测井计算泥质含量时，需要给出R_sh（纯泥岩层电阻率）和R_max（纯产油层最大电阻率）。

8）利用密度-中子、中子-声波、密度-声波等交会图方法计算泥质含量时需要给出φ_Nma、φ_Nsh、ρ_ma、ρ_sh、ρ_f、Δt_f、Δt_ma、Δt_sh等测井解释参数。

在利用核磁共振测井研究和计算储层的毛管束缚流体体积、自由流体体积、地层有效孔隙度、渗透率和孔隙结构时，关键性的测井解释参数应该有φ（孔隙度）、T_2cutoff、ρ（表面弛豫强度）。

在利用Waxman和Smits方程计算储层含水饱和度时，需要给出总连通孔隙度φ_e、地层水电阻率R_w和阳离子交换量Q_V等参数。

『拾』 土壤学如何考

二.土壤的本质特征？肥力的四大因子？
答：土壤的本质特征是土壤具有肥力；肥力的四大因子是水、肥（营养物质）汽、热（环境）。
三.土壤组成如何？土壤学发展过程的三大学派？
答： 固体颗粒（38%）
固 相（50%）
土壤 有机物（12%）
气相（50%）
粒间空隙（50%）
液相（50%）
土壤学发展过程的三大学派：1.农业化学学派。（提出矿质营养学说）。2.农业地质学派（19世纪后半叶）。3.土壤发生学派（提出土壤是在五大成土因素作用下形成的）。
四.岩石根据生成方式不同分为哪几类？
答：分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
五.岩浆岩的分类方式如何？（生成方式、化学成分）
答：按含二氧化硅的多少分为（1）.酸性岩（二氧化硅含量大于65%）。（2）.中性盐（二氧化硅含量在52%——65%）。（3）.基性岩（二氧化硅含量在45%——52%）。（4）.超基性岩（二氧化硅含量小于45%）。
由构造不同分为（1）.块状构造（2）.流纹构造（3）.气孔构造（4）.杏仁构造。
六.岩石矿物对土壤有何影响？
答：（1）.影响土壤的质地；（2）.影响土壤的酸碱性：（3）.影响土壤中的化学组成。
七.分别举出常见的原生矿物以及次生矿物五六类.
答：原生矿物:长石类、角闪石和辉石、云母类、石英、磷灰石、橄榄石; 次生矿物:方解石，高岭石，蛇纹石。
八.举出几种常见的沉积岩及变质岩.
答:沉积岩:砾岩.砂岩.页岩.石灰岩.白云岩. 变质岩:板岩.千枚岩.片岩.片麻岩.大理岩.石灰岩.
二. 物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用的作用方式分别是什么？
答：物理风化：1.温度作用或温差效应2.结冰作用或冰劈作用3.风的作用4流水的作用.
化学风化：1.溶解作用2.水化作用3.水解和碳酸化作用4. 氧化作用5. 溶解作用.
生物风化：1.机械破坏作用(根劈作用)2.化学破坏作用(主要通过新陈代谢来完成).
三. 物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用的最终结果如何？
答：物理风化：产生了与原岩石、矿物化学成分相同而粗细不等的碎屑物质覆盖在岩石表面。
化学风化：1.形成可溶性盐类，都是养料成分，为植物提供营养。2.形成了次生粘土矿物，在土壤肥力中作用巨大。3.形成了残留矿物，如：石英在土壤中以粗大砂粒存在。
生物风化：为母质中增加了岩石和矿物中所没有的N素和有机质。
四．影响风化作用的因素有哪些？
答：1.气候条件.2. 矿物岩石的物理特性：矿物颗粒大小、硬度、解理和胶结程度.3. 矿物岩石的化学特性和结晶构造.
五．风化产物的地球化学类型、生态类型分别有哪些？
答：风化产物的地球化学类型: 1. 碎屑类型. 2. 钙化类型. 3. 硅铝化类型. 4. 富铝化类型.
风化产物的生态类型:1. 硅质岩石风化物2. 长石质岩石风化物.3.铁镁质岩石风化物.4. 钙质岩石风化物.
二.母质因素在成土过程中的作用？
答：母质是形成土壤的物质基础，是土壤的骨架和矿物质的来源。主要表现是：
1．母质的机械组成影响土壤的机械组成。
2．母质的化学成分对土壤形成、性质和肥力均有显著影响，是土壤中植物矿质元素（氮素除外）的最初来源。
三. 气候因素在成土过程中的作用？
答：气候决定着土壤形成过程中的水、热条件，是直接影响到成土过程的强度和方向的基本因素。它（水分和热量）对土壤形成的具体作用表现在：
1．直接参与母质的风化和物质的淋溶过程。2．控制着植物和微生物的生长。
3．影响着土壤有机质的累积和分解。4．决定着养料物质生物小循环的速度和范围
四. 生物因素在成土过程中的作用？
答：在土壤形成过程中，生物对土壤肥力特性和土壤类型，具有独特的创新作用。其影响及作用可归纳为：
1．创造了土壤氮素化合物，使母质或土壤中增添了氮素养料。
2．使母质中有限的矿质元素，发挥了无限的营养作用。
3．通过生物的吸收，把母质中分散状态的养料元素，变成了相对集中状态，使土壤的养料元素不断富集起来。
4．由于生物的选择吸收，原来存在于母质中的养料元素，通过生物小循环，更适合于植物生长需要，使土壤养分品质不断改善。
五.地形因素在成土过程中的作用？
答：1．影响大气作用中的水热条件，使之发生重新分配。如坡地接受的阳光不同于平地，阴坡又不同于阳坡；地面水及地下水在坡地的移动也不同于平地，从而引起土壤水分、养分、冲刷、沉积等一系列变化。
2．影响母质的搬运和堆积。如山地坡度大，母质易受冲刷、故土层较薄；平原水流平缓、母质容易淤积、所以土层厚度较大；而洪积扇的一般规律则是顶端（即靠山口处）的母质较粗大、甚至有大砾石；末端（即与平原相接处）的母质较细，有时开始有分选。顶端坡度大、末端坡度小，以及不同部位的沉积物质粗细不同，亦会造成土壤肥力上的差异。

二.研究土壤剖面的意义
答：他不仅能够反映土壤的特征，而且还可以了解土壤的形成过程，发展方向和肥力特征；为鉴别土壤类型，确定土壤名称提供了科学依据。
三.说明下列符号的土壤学含义:
答：Bk为钙积层 Bt为粘化层 Bca 钙积层 C母质层 D母岩层 G潜育层 W潴育层 T泥炭层;
Cc表示在母质层中有碳酸盐的聚积层; Cs表示在母质层中有硫酸盐的聚积层。
A—D 原始土壤类型；A—C 幼年土壤类型；A—B—C 发育完善的土壤类型。

二.问答题
1. 简述土壤有机质的作用？
答： 土壤有机质是植物营养的重要来源，同时对土壤水、肥、气、热起重要的调节作用：
（1）植物营养的重要库源；（2）提高土壤保水保肥能力和缓冲性能；（3）改善土壤物理性质；
（4）增强土壤微生物活动；（5）活化土壤中难溶性矿质养料；（6）刺激、促进植物的生长发育。
2. 富里酸（FA）与胡敏酸(HA)性质上的区别？
答：（1）溶解性：FA＞HA；（2）酸性：FA＞HA；（3）盐：HA一价溶于水二三价不溶，F A全溶；.（4）分子组成：式量HA＞FA，HA含碳氮多，含氢氧少，FA相反；（5）颜色：HA深（又名黒腐酸），FA浅（又名黄腐酸）；（6）在土壤剖面中的迁移能力：FA强。
3. 有机残体的碳氮比如何影响土壤有机物分解过程？
答：一般认为，微生物每吸收一份氮，还需吸收五份碳用于构成自身细胞，同时消耗20份碳作为生命活动的能量来源。所以，微生物分解活动所需有机质的C/N大致为25﹕1
当有机质地C/N接近25﹕1时，利于微生物的分解活动，分解较快，多余的氮留给土壤，供植物吸收；
如果C/N大于25﹕1，有机质分解慢，同时与土壤争氮；
C/N小于25﹕1，有利于有机质分解，并释放大量的氮素。
4．土壤有机物分解的速度主要取决于哪两个方面：
答：土壤有机物分解的速度主要取决于两个方面；内因是植物凋落物的组成，外因是所处的环境条件。
①外界条件对有机质转化的影响：外界条件通过对土壤微生物活动的制约，而影响有机质的转化速度，这些外界因素主要有土壤水分、温度、通气状况、土壤pH值，土壤粘力等。
②残体的组成与状况对有机质转化的影响：有机残体的物理状态，化学组成，及碳氮比影响。
5．土壤有机质的腐殖化过程可分为几个阶段：
答：①第一阶段（原始材料构成阶段）：微生物将有机残体分解并转化为简单的有机化合物，一部分经矿质化作用转化为最终产物（二氧化碳、硫化氢、氨等）。其中有芳香族化合物（多元酚）、含氮化合物（氨基酸或肽）和糖类等物质。
②第二阶段（合成腐殖质阶段）：在微生物作用下，各组成成分，主要是芳香族物质和含氮化合物，缩合成腐殖质单体分子。在这个过程中，微生物起着重要作用，首先是由许多微生物群分泌的酚氧化酶，将多元酚氧化成醌，然后醌再与含氮化合物缩合成腐殖质。
6．土壤有机质的类型及来源：
答：一、土壤有机质的类型： 进入土壤中的有机质一般呈现三种状态：
①基本上保持动植物残体原有状态，其中有机质尚未分解；
②动植物残体己被分解，原始状态已不复辨认的腐烂物质，称为半分解有机残余物；
③在微生物作用下，有机质经过分解再合成，形成一种褐色或暗褐色的高分子胶体物质，称为腐殖质。腐殖质是有机
质的主要成分，可以改良土壤理化性质，是土壤肥力的重要标志。
二、土壤有机质的来源：
①动植物和微生物残体； ②动植物和微生物的代谢产物； ③人工施入土壤的有机肥料。
7．土壤微生物在土壤中的作用：
答：土壤微生物对土壤性质和肥力的形成和发展都有重要的影响。
1．参与土壤形成作用： 2促进土壤中营养物质的转化： 3增加生物热能，有利调节土壤温度：
4．产生代谢产物，刺激植物的生长：5．产生酶促作用，促进土壤肥力的提高：
8．土壤微生物分布的特点：
答：①物分布在土壤矿物质和有机质颗粒的表面。 ②植物根系周围存在着种类繁多的微生物类群。
③物在土体中具有垂直分布的特点 。 ④微生物具有与土壤分布相适应的地带性分布的特点 。
⑤壤微生物的分布具有多种共存、相互关联的特点。
9．菌根菌的类型及特点：
答：菌根菌的类型：根据菌根菌与植物的共栖特点，菌根可分为外生菌根、内生菌根和周生菌根。
①外生菌根在林木幼根表面发育，菌丝包被在根外，只有少量菌丝穿透表皮细胞。
②内生菌根以草本最多。如兰科植物具有典型内生菌根。
③周生菌根即内外生菌根。既可在根周围形成菌鞘，又可侵入组织内部，这种菌根菌发育在林木根部。
特点：①菌根菌没有严格的专一性；同一种树木的菌根可以由不同的真菌形成。
②菌根对于林木营养的重要性，还在于它们能够适应不良的土壤条件，为林木提供营养。
③在林业生产中，为了提高苗木的成活率和健壮率，使幼苗感染相适应的菌根真菌，是非常必要的。
④最简单的接种方法，就是客土法，即选择林木生长健壮的老林地土壤，移一部分到苗床或移植到树穴中，促使苗木迅速形成菌根。
10．调节土壤有机质的途径：
答：①增施有机肥料。 ②归还植物（林木、花卉）凋落物于土壤。 ③种植地被植物、特别是可观赏绿肥。
④用每年修剪树木花草的枯枝落叶粉碎堆沤，或直接混入有机肥坑埋于树下，有改土培肥的效果。
⑤通过浇水，翻土来调节土壤的湿度和温度等，以达到调节有机质的累积和释放的目的。

二，简答题。
1土水势的特点。
答：土壤中的水分受到各种力的作用，它和同样条件（温度和压力等）下的纯自由水的自由能的差值，用符号Ψ表示，所以，土水势不是土壤水分势能的绝对值，而是以纯自由水作参比标准的差值，是一个相对值。
土水势由:基质势（Ψm） 溶质势（Ψs） 重力势（Ψg） 压力势（ΨP） 等分势构成。
2土壤空气特点。
答：a．二氧化碳的含量很高而氧气含量稍低。二氧化碳超过大气中的10倍左右，主要原因是由于土壤中植物根系和微生物进行呼吸以及有机质分解时，不断消耗土壤空气中的氧，放出二氧化碳，而土壤空气和大气进行交换的速度，还不能补充足够的氧和排走大量的二氧化碳的缘故。
b.土壤空气含有少量还原性气体。在通气不良情况下，土壤空气中还含有少量的氢、硫化氢、甲烷等还原性气体。这些气体是土壤有机质在嫌气分解下的产物，它积累到一定浓度时，对植物就会产生毒害作用。
c.土壤空气水气含量远高于大气。除表土层和干旱季节外，土壤空气经常处于水汽的饱和状态。
d.土壤空气组成不均匀。土壤空气组成随土壤深度而改变，土层越深，二氧化碳越多，氧气越少。
3土壤气体交换的方式有几种？哪一种最重要？
答：有两种方式：即气体的整体流动和气体的扩散，以气体的扩散为主。
4土壤空气对林木生长的影响。
答：土壤空气影响着植物生长发育的整个过程，主要表现在以下几方面：
（1）土壤空气与根系发育（2）土壤空气与种子萌发（3）土壤空气与养分状况（4）土壤空气与植物病害
5土壤热量的来源有哪些？
答：1、太阳辐射能 2、生物热 3、地球的内能
6土壤热量状况对林木生长的影响？
答：土壤热量状况对植物生长发育的影响是很显著的，植物生长发育过程，如发芽、生根、开花、结果等都只有在一定的临界土温之上才可能进行。
1.各种植物的种子发芽都要求一定的土壤温度 2.植物根系生长在土壤中，所以与土温的关系特别密切
3.适宜的土温能促进植物营养生长和生殖生长 4.土壤温度对微生物的影响
5.土温对植物生长发育之所以有很大的影响，除了直接影响植物生命活动外，还对土壤肥力有巨大的影响
7土壤水汽扩散的特点。
答：土壤空气中水分扩散速度远小于大气中水分扩散速率.
①土壤孔隙数量是一定的，其中孔隙一部分被液态水占有，留给水汽扩散的空间就很有限。
②土壤中孔隙弯弯曲曲，大小不一，土壤过干过湿都不利于扩散（土壤湿度处于中等条件下最适宜扩散）
8土壤蒸发率（概念）的阶段？
答：土壤蒸发率：单位时间从单位面积土壤上蒸发损失的水量。阶段性：
a．大气蒸发力控制阶段（蒸发率不变阶段） b．土壤导水率控制阶段（蒸发率下降阶段）
c．扩散控制阶段（决定于扩散的速率）

二.简答题
1.衡量土壤耕性好坏的标准是什么?
答: 土壤宜耕性是指土壤的性能.
①耕作难易:耕作机具所受阻力的大小,反映出耕后难以的程度,直接影响劳动效率的高低.
②耕作质量:耕作后能否形成疏松平整,结构良好，适于植物生长的土壤条件.
③宜耕期的长短:土壤耕性好一般宜耕期长.
2.试论述团粒结构的肥力意义?
答: 1小水库:团粒结构透水性好可接纳大量降水和灌水,这些水分贮藏在毛管中.
2小肥料库:具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富,团粒结构表面为好气作用，有利于有机质矿质化,释放养分，团粒内部有利于腐殖质化,保存营养.
3空气走廊:团粒之间孔隙较大，有利于空气流通。
3.团粒结构形成的条件是什么?
答:①大量施用有机肥 ②合理耕作 ③合理轮作 ④施用石膏或石灰 ⑤施用土壤结构改良剂
4.砂土,粘土,壤土的特点分别是什么?
答:1.砂质土类:
①水→粒间孔隙大,毛管作用弱,透水性强而保水性弱,水汽易扩散,易干不易涝.
②气→大孔隙多,通气性好,一般不会积累还原性物质.
③热→水少汽多,温度容易上升,称为热性土,有利于早春植物播种.
④肥→养分含量少,保肥力弱,肥效快,肥劲猛,但不持久,易造成作物后期脱肥早衰.
⑤耕性→松散易耕,轻质土.
2.粘质土类:
①水→粒间孔隙小,毛管细而曲折,透水性差,易产生地表径流,保水抗旱能力强,易涝不易旱.
②气→小孔隙多,通气性差,容易积累还原性物质.
③热→水多汽少,热容量大,温度不易上升,称为冷性土,对早春植物播种不利.
④肥→养分含量较丰富且保肥能力强,肥效缓慢,稳而持久,有利于禾谷类作物生长,籽实饱满,早春低温时,由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素.
⑤耕性→耕性差, 粘着难耕,重质土.
3.壤质土类:土壤性质兼具砂质土,粘质土的优点,而克服了它们的缺点.耕性好,宜种广,对水分有回润能力,是理想的土壤类别.
5.影响阳离子凝聚能力强弱的因素?
答：土壤胶体通常有负电荷，带负电的土壤胶粒，在阳离子的作用下，发生相互凝聚。
a高价离子凝聚能力大于低价离子。
b水化半径大的离子凝聚能力弱，反之较强（离子半径愈小，水化半径愈大）
c增加介质中电解质浓度也可以。以及有机质，简单无机胶体。
d比表面积越大凝聚能力越强。

一.影响阳离子交换能力的因素:
答:①电荷电价有关 ②离子半径及水化程度 ③离子浓度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.影响阳离子交换量的因素:
答:①质地(土壤质地越粘重,含粘粒越多,交换量越大) ②腐殖质,含量↑,交换量↑
③无机胶体的种类,粘粒的硅铁铝率↑,交换量↑(腐>蒙>伊>高>非晶质含水氧化物) ④土壤酸碱性
三.阳离子交换作用的特征:
答: 特征：a可逆反应 b等价离子交换 c反应受质量作用定律支配
四.土壤吸收养分作用方式有几种?
答:①土壤离子代换吸收作用（即，物理化学吸收作用）:对离子态物质的保持。
②土壤机械吸收作用:对悬浮物质的保持。是指疏松多孔的土壤能对进入其中的一些团体物质,进行机械阻留。
③土壤物理吸附作用:对分子态物质的保持。是指土壤对可溶性物质中的分子态物质的保持能力。
④土壤吸附作用:对可溶性物质的沉淀保持。是指由于化学作用，土壤可溶性养分被土壤中某些成分所沉淀，保存于土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物对养分具有选择吸收的能力。从而把养分吸收，固定下来，免于流失。
五.土壤胶体的类型（按成分及来源）有哪些?
答：成分: ①无机胶体(各种粘土矿物) ②有机胶体(腐殖质) ③有机无机复合体(存在的主要方式)
来源：
一.影响阳离子交换能力的因素:
答:①电荷电价有关 ②离子半径及水化程度 ③离子浓度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.土壤阳离子交换量(CEC):在一定pH值时,土壤所能吸附和交换的阳离子的容量，用每Kg土壤的一价离子的厘摩尔数表示,即Cmol(+)/Kg.(pH为7的中性盐溶液)
我国土壤阳离子交换量：由南→北，由西→东，逐渐升高的趋势。
一种土壤阳离子交换量的大小,基本上代表分了该土壤保存养分的能力.即通常说的饱肥性的高低.交换量大的土壤,保存速效养能力大,反之则小.可作为土壤供肥蓄肥能力的指标.
三.影响阳离子交换量的因素:
答:①质地(土壤质地越粘重,含粘粒越多,交换量越大)②腐殖质,含量↑,交换量↑③无机胶体的种类,粘粒的硅铁铝率↑,交换量↑(腐>蒙>伊>高>非晶质含水氧化物)④土壤酸碱性⑤
四.土壤盐基饱和度(BSP):交换性盐基离子占全部交换性阳离子的百分率.
我国土壤盐基饱和度:南→北↑,西→东↓
五.交换性阳离子的有效度:
答: 1根系←→溶液←胶粒 离子交换 2根系←→胶粒 接触交换
六.互补离子(陪伴离子):与某种交换性阳离子共存的其他交换性阳离子.
七.土壤吸收养分作用方式有几种?
答:①土壤离子代换吸收作用（即，物理化学吸收作用）:对离子态物质的保持。
②土壤机械吸收作用:对悬浮物质的保持。是指疏松多孔的土壤能对进入其中的一些团体物质,进行机械阻留。
③土壤物理吸附作用:对分子态物质的保持。指土壤对可溶性物质中的分子态物质的保持能力。
④土壤吸附作用:对可溶性物质的沉淀保持。是指由于化学作用，土壤可溶性养分被土壤中某些成分所沉淀，保存于土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物对养分具有选择吸收的能力。从而把养分吸收，固定下来，免于流失。
八.粘土矿物的基本构造单元是什么?
答：是硅氧四面体和铝水八面体。

一.土壤酸性的形成:
1.土壤中氢离子的来源:①水的解离 ②碳酸的解离 ③有机酸的解离 ④无机酸 ⑤酸雨
2.土壤中铝的活化。
二.土壤碱性的形成机理（即土壤中OH根的来源）:土壤溶液中氢氧根的来源主要是钙、镁、钠、碳酸盐和重碳酸盐以及土壤胶体表面吸附的交换性钠水解的结果:
1.碳酸钙水解 2.碳酸钠水解 3.交换性钠的水解
三.土壤酸度的指标:土壤酸性一方面是由土壤溶液中的氢离子引起的,另一方面也可以由被土壤胶体所吸附的致酸离子(氢,铝)所引起.前者为活性酸,后者潜性酸.
酸性强度排列:潜性酸＞水解酸＞代换性酸＞活性酸
四.土壤碱性的指标:指总碱度和碱化度（见名词解释）
五.土壤缓冲性产生的原因:
①土壤具有代换性,可以吸附H,K,Na等很多阳离子②土壤中存在许多弱酸及其盐类,构成缓冲系统
③土壤中有许多两性物质,可中和酸碱 ④在酸性土壤中,Al离子能起缓冲作用.
六.土壤缓冲性的强弱指标及其影响因素:
强弱指标即缓冲量,影响因素有①粘粒矿物类型②粘粒的含量③有机质的影响
七. 土壤酸碱性差异的原因:

八.石灰改良酸性土的作用?
①中和土壤酸性②增加土壤中钙素营养，有利于微生物活动促进有机质分解③改良土壤结构
石灰用量=土壤体积×容重×阳离子交换量×(1－BSP) 单位:Kg/公顷

土壤计算题：
1.已知某田间持水量为26%,土壤容重为1.5,当土壤含水量为16%,如灌一亩地使0.5m深的土壤水分达到田间持水量,问灌多少水?
解：（26－16）%×1.5×667×0.5=50（m3/亩）

2.容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为10%，田间持水量为30%，降雨10mm，全部入渗，可使多深土层达到田间持水量？
解：10%×1.2=12% 30%×1.2=36%
土层厚度=10/（36%－12%）=41.7mm

3.一容重为1g/ cm3的土壤，初始含水12%，田间持水量为30%，要使30cm厚的土层含水达到80%，需灌水多少？
解：12%×1=12% 30%×80%=24% 24%－12%=12%
12%×0.3×667=24 m3

4.某红壤的pH值5.0，耕层土重2250000kg/hm2，含水量位20%，阳离子交换量10cmol/kg，BSP60%，计算pH=7时，中和活性酸和潜性酸的石灰用量。
解：2250000×20%×（10-5－10-7）=4.455molH+/hm2
4.455×56÷2=124.74g/hm2
2250000×10×1%×40%=90000mol H+/hm2
90000×56÷2=2520000g

5.一种石灰性土壤，其阳离子交换量为15 cmol（+）/kg，其中Ca2+占80%，Mg2+占15%，K+占5%，则每亩（耕层土重15万kg/亩）土壤耕层中Ca2+，Mg2+，K+的含量为多少？
解：150000×15×1%=22500mol
22500×80%÷2×40=360000g
22500×15%÷2×24=40500g
22500×5%×39=43875g

6.土壤容重为1.36t／立方米，则一亩（667平方米）地耕作层，厚0.165m的土壤重量是多少？该土壤耕层中，现有土壤含水量为5％，要求灌水后达到25％，则每亩灌水定额为多少？
解：667×0.165=110.055t 110.055÷1.36×(25－5)％=16.185立方米