蒙脱土离子交换容量

A. 纯净的土壤有什么物质构成的

土壤是地球表面生长植物的术疏松层。以不完全的连续状态存在于陆地表面，可以称为土壤圈。在地球表面约1.5亿km2的陆地中，农耕地、草地和林田分别占9%、21%和27%。这些陆地是土壤圈的主要组成部分。 土壤有自身的发展过程。地层内部的岩石经受高温、高压作用，但化学上相对稳定。一旦暴露在地表面，压力降低，温度有很大变动，且与丰富的水与氧气接触，发生风化，从而达到新的稳定状态。相似地，生物体排泄物和死后残骸的各种组分也受到类似作用。这两种过程的组合以及各种无机、有机产物长期的相互作用结果造成了土壤系统，如下图： 土壤的基本环境机能有以下几个方面： 培育植物 一方面是能使植物挺立生长的支持体，另一方面土壤具有一定的肥力，能为植物生长提供水、空气和养分。 推动物质循环 土壤是地球表层中介入元素循环的一个重要圈层。碳、氮元素在大气、海洋、土壤间以相当快的速度循环（硫的循环速度略慢些）。 保存水资源 土壤是大气和地下水之间的缓冲地区。土壤空隙储存的大量降水不会过快蒸发。 防止灾害 由于土壤蓄水量大，可防止风雨侵蚀、水土流失或土壤荒漠化趋向，并兼有防风、消音等作用。 自净能力 因为土壤具有极大比表面和催化活性兼以土壤所含水、空气、微生物等都能使污染物降解脱活。 土壤是环境的一个重要组成因素。它介于生物界与非生物界之间，是一切生物赖以生存的基础。人类的衣食住行以及一切活动，无不直接或间接地与土壤有关。人类通过生产活动从自然界取得生活必需的资源和能源，而在生产和消费过程中了生的废物，则最终以“三废”的形式，直接或间接通过大气、水体和生物排人土壤，使土壤遭受污染。因此防治土壤污染是环境科学的一项重要研究课题。而了解污染物在土壤中的存在以及迁移转化，则是采取防治措施的重要依据。本章在了解土壤本身的组成、结构、性质的基础上，讨论主要的污染物在土壤中的迁移转化及其归宿。 第一节 土壤的组成 土壤是指陆地地表具有肥力并能生长植物的一薄层特殊物质。它是地球表面岩石的风化过程和母质的成上过程两者综合作用下形成的。土壤由固、液、气三相物质组成。 固相包括土壤矿物质和土壤有机质，土壤生物占土壤总重量的90～95％。 土壤中还有数量众多的细菌和微生物，一般作为土壤有机物的一部分而视为土壤固相物质。 液相指土壤水分及其中所含的可溶物，称为土壤溶液。 气相指土壤空气。因此土壤是一个以固相为主的三相共存的多相体系，三相物质互相联系、制约、构成一个有机整体，如图4-1所示。 土壤的化学组成 无机体－矿物体 固体部分 有机体－有机质、土壤生物 土壤的组成 液体－水分（溶液） 孔隙部分 气体－空气 土壤的组成（示意图） 一、土壤矿物质 土壤矿物质是由岩石风化形成的。岩石的风化，既有坚硬的岩石由大块变成细小颗粒的过程——物理风化；也有岩石的成分和性质发生变化的过程——化学风化。 因此土壤中无机矿物质分为原生矿物与次生矿物两大类。 （一）原生矿物 原生矿物是岩石中的原始部分。即岩石只经历了物理风化。风化过程中没有改变成分与结构，而只遭到破碎。因此，原生矿物的粒径较大。土壤中的砂粒（粒径2～0.02mm）、粉砂粒（0.02～0.002mm），它具有坚实而稳定的晶格，不透水性，而不具有物理化学吸收性能，不膨胀。 原生矿物主要是硅酸盐类，如石英、长石、云母、副矿物质：橄榄石（Mg,Fe)2SiO4、闪石、辉石等。数量最多的石英和长石构成土壤的沙砾骨架，而云母、副矿物质则为植物提供许多无机营养物质。 （二）次生矿物 次生矿物是岩石经历化学风化形成的新矿物。其粒径较小，大部分以粘粒与胶体（粒径（0.002mm）分散状态存在。许多次生矿物具有活动的晶格，强的吸收能力）吸水后膨胀，有明显的胶体特征。 次生矿物包括各种简单盐类（碳酸盐、重铬酸盐、硫酸盐、卤化物），游离硅酸、水合氧化物（R2O3..xH2O,如三水铝石、水铝石、针铁矿、褐铁矿）次生硅酸盐（如伊利石、蒙脱石、高岭土等）。 次生矿物可分为无定形的次生矿物和晶质的次生矿物。 （1）无定形的次生矿物：主要包括无定形的含水氧化锰、氧化铁、氧化铝、氧他硅、石英以及水铝英石导。 （2）晶质的次生矿物：主要包括铝硅酸盐类粘土矿物。 附注：次生矿物中简单盐类属水溶性盐，易被淋失，一般土壤中含量较少。而水合氧化物和次硅铝酸盐，是土壤矿物中最细小的部分，一般将他们称为次生黏土矿物。土壤很多重要的物理、化学过程和性质，都和土壤所含的黏土矿物，特别是次生硅铝酸盐的种类和数量有关。 铝硅酸盐粘土矿物的晶体结构是由1000多个晶层所构成，每个晶层由硅氧片和水铝片迭合而成。硅氧片结构：（为什么可以称为硅四面体？）。 水铝片结构：（为什么可以称为铝八面体？）。 硅氧片和水铝片相互重迭时，共用氧原子而形成稳定的晶层。根据构成晶层时硅氧片与水铝片的数目和排列方式，粘土矿物可分为三大类。 高岭土Al2(OH)4、蒙脱土Al2(OH)2Si4O10、伊利石Al0.66(OH)2Si3.34O10 ①高岭石类： 由一层硅氧片与一层水铝片组成一个晶层，属1：1型的二层粘上矿物。晶层的一面是氧原子，另一面是氢氧原子组，晶层与晶层之间通过氢键相连结。晶层之间的距离很小，仅72A。故内部空隙不大：水分子和其他离子都难以进入层间（图4-2）。 ②蒙脱石类： 由两层硅氧片中间夹一层水铝片组成。一个晶层，属2：1型的三层粘上矿物。晶层表面都是氧原于，没有氢氧原子组，晶层与晶层之间没有氢键结合力，只有松弛的联系，晶层间距离为9.6-21.4A。水分子或其他交换性阳离子可进入层间。因此蒙脱石粘土矿物具有较高的阳离子交换容量。 伊利石类： 其晶体结构与蒙脱石类似，也是两层硅氧片中间夹一层水铝片组成一个晶层，属2：1型晶格。不同之点是伊利石粘土矿物中总有一部分硅被铝代替，由取代而产生的不足的正电荷，由处于两个晶层间的钾离子所补偿。这些钾离子就似乎起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来(图4-4)。 在粘土矿物的形成过程中，常常发生半径相近的离子取代一部分铝()或硅()的现象。这种取代作用称为同晶替代作用。一般是半径相近的较低价正离子的取代，如M、F等离子取代铝()，A离子取代硅()。同晶替代的结果使粘土矿物微粒具有过剩的负电荷。此负电荷由处于层状结构外部的正离子钾、钠等平衡。 二、土壤有机质 土壤有机质可分力非特异性的和特异性的两大类。前者即通常熟知的各类有机化合物；包括蛋白质、脂类、碳水化合物、蜡、树脂、有机酸等，占土壤有机质总量的10～15％； 后者称为腐殖质，包括富里酸、腐植酸和胡敏素等，占土壤有机质总量的85～90％。腐殖质化学组成归纳： 腐殖质主要是由C、H、O、N和少量S等元素组成的。腐殖质的相对分子量分布从几百至106。如富里酸的分子量约在300～400之间。腐殖酸的分子量在2×103～104之间，色越深分子量越大。腐殖质具有多种官能团，对金属元素离子有强的络和、螯合能力通过氢键等作用可形成疏松的聚集体，具有很大的表面积。 能抵抗微生物作用，难以溶解。腐殖质中富里酸的酸基、醇羟基和总酸度量要比腐殖酸都要大得多。变动的环境因素对腐殖质的结构有很大影响，由此就不难理解，不同地区和土层所含腐殖质的化学组成何以会有较大差异。 三、 土壤溶液 土壤中水分的主要来源是降雨、降雪和灌溉。在地下水位接近于地面（2～3m）的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。水分进人土壤以后，由于土粒表面的吸附力和微细孔隙的毛细管力，而把水保持住。 土壤固体保持水分的牢固程度，在相当程度上决定了土壤中的水分运动和植物对水分的利用。土壤中的水分并不纯净。当水分进入土壤后，即和土壤其他组成物质发生作用，土壤中的一些可溶性物质，如盐类和空气都将溶解在水里。这种溶有盐类和空气的土壤水，称为土壤溶液。 四、土壤空气 土壤是一个多孔体系。土壤空气存在于未被水分占据的土壤空隙中。这些气体主要来源于大气，其次是产生于土壤内发生的化学和生物化学过程。在水分不饱和的情况下，孔隙中总是有空气的。这些气体主要是从大气透进来的，其次是土壤中进行的生物化学过程所产生的气体。土壤空气的数量，通常以单位土体容积中所占容积百分数来表示，称为土壤含气量。凡影响土壤孔隙和含水量的因素，也都影响土壤的空气含量。 土壤空气在几个方面不同于大气。首先，土壤空气是不连续的，而是存在于被上巩同体隔开的土壤孔隙中。这一情况使它们的组成在土壤的此一处和彼一处都不相同。其次，土壤空气一般比大气有较高的含水量，在土壤含水量适宜时，土壤相对湿度接近100％。再次，土壤空气的CO2 ，含量一般远比大气的含量高、氧的含量则小于大气。 CO2 往是大气中浓度的几百倍，氧的浓度则相应地下降，在极端情况下也不会超过10～12％。但二者之和约为21%，与大气相近。造成这种差别的原因，是土壤中各种生物，如植物根系和动物、微生物的呼吸作用；以及有机质的分解，都消耗了大量的氧而产生大量的CO2所致。 土壤空气含量和组成在很大程度上取决于土一水关系。作为气体混合物的土壤空气，只进入未被水分占据的那些土壤孔隙。雨后，大孔隙中的水分首先腾空，接着由于挥发和植物吸收，中孔隙也腾空。因此，土壤空气通常先占据大孔隙，随着土壤变干，再占据那些中等孔隙。这说明了细孔隙比例大的土壤，通气条件是差的。在这些土壤中，水分占优势，土壤空气的含量和组成不适于植物的最佳生长。

B. 为什么钠基蒙脱土比钙基蒙脱土好

天然蒙脱土大体上分为钠基土和钙基土。当蒙脱土中Na+或Ca2+含量占其可交换阳离子总量的50%以上时，分别称之为钠蒙脱土(Na-MMT)或钙蒙脱土(Ca-MMT)。钠蒙脱土与钙蒙脱土相比较，前者工艺性能明显优于后者。钠基土的吸水率和膨胀倍数更大、阳离子交换容量更高、水分散性更好、胶质价更高，其胶体悬浮液的触变性、粘度、润滑性、热稳定性等都更好。

C. 土壤矿物质是由（）风华而形成的

一、土壤矿物质
土壤矿物质是由岩石风化形成的。岩石的风化，既有坚硬的岩石由大块变成细小颗粒的过程——物理风化；也有岩石的成分和性质发生变化的过程——化学风化。 因此土壤中无机矿物质分为原生矿物与次生矿物两大类。
（一）原生矿物
原生矿物是岩石中的原始部分。即岩石只经历了物理风化。风化过程中没有改变成分与结构，而只遭到破碎。因此，原生矿物的粒径较大。土壤中的砂粒（粒径 2～0.02mm）、粉砂粒（0.02～0.002mm），它具有坚实而稳定的晶格，不透水性，而不具有物理化学吸收性能，不膨胀。原生矿物主要是硅酸盐类，如石英、长石、云母、副矿物质：橄榄石（Mg,Fe)2SiO4、闪石、辉石等。数量最多的石英和长石构成土壤的沙砾骨架，而云母、副矿物质则为植物提供许多无机营养物质。
（二）次生矿物
次生矿物是岩石经历化学风化形成的新矿物。其粒径较小，大部分以粘粒与胶体（粒径（0.002mm）分散状态存在。许多次生矿物具有活动的晶格，强的吸收能力）吸水后膨胀，有明显的胶体特征。次生矿物包括各种简单盐类（碳酸盐、重铬酸盐、硫酸盐、卤化物），游离硅酸、水合氧化物（R2O3..xH2O,如三水铝石、水铝石、针铁矿、褐铁矿）次生硅酸盐（如伊利石、蒙脱石、高岭土等）。
次生矿物可分为无定形的次生矿物和晶质的次生矿物。
（1）无定形的次生矿物：主要包括无定形的含水氧化锰、氧化铁、氧化铝、氧他硅、石英以及水铝英石导。
（2）晶质的次生矿物：主要包括铝硅酸盐类粘土矿物。
附注：次生矿物中简单盐类属水溶性盐，易被淋失，一般土壤中含量较少。而水合氧化物和次硅铝酸盐，是土壤矿物中最细小的部分，一般将他们称为次生黏土矿物。土壤很多重要的物理、化学过程和性质，都和土壤所含的黏土矿物，特别是次生硅铝酸盐的种类和数量有关。
铝硅酸盐粘土矿物的晶体结构是由1000多个晶层所构成，每个晶层由硅氧片和水铝片迭合而成。硅氧片结构：（为什么可以称为硅四面体？）。水铝片结构：（为什么可以称为铝八面体？）。硅氧片和水铝片相互重迭时，共用氧原子而形成稳定的晶层。根据构成晶层时硅氧片与水铝片的数目和排列方式，粘土矿物可分为三大类。
高岭土Al2(OH)4、蒙脱土Al2(OH)2Si4O10、伊利石Al0.66(OH)2Si3.34O10
①高岭石类：
由一层硅氧片与一层水铝片组成一个晶层，属1：1型的二层粘上矿物。晶层的一面是氧原子，另一面是氢氧原子组，晶层与晶层之间通过氢键相连结。晶层之间的距离很小，仅72A。故内部空隙不大：水分子和其他离子都难以进入层间（图4-2）。
②蒙脱石类：
由两层硅氧片中间夹一层水铝片组成。一个晶层，属2：1型的三层粘上矿物。晶层表面都是氧原于，没有氢氧原子组，晶层与晶层之间没有氢键结合力，只有松弛的联系，晶层间距离为9.6-21.4A。水分子或其他交换性阳离子可进入层间。因此蒙脱石粘土矿物具有较高的阳离子交换容量。
伊利石类：
其晶体结构与蒙脱石类似，也是两层硅氧片中间夹一层水铝片组成一个晶层，属2：1型晶格。不同之点是伊利石粘土矿物中总有一部分硅被铝代替，由取代而产生的不足的正电荷，由处于两个晶层间的钾离子所补偿。这些钾离子就似乎起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来(图4-4)。
在粘土矿物的形成过程中，常常发生半径相近的离子取代一部分铝()或硅()的现象。这种取代作用称为同晶替代作用。一般是半径相近的较低价正离子的取代，如M、F等离子取代铝()，A离子取代硅()。同晶替代的结果使粘土矿物微粒具有过剩的负电荷。此负电荷由处于层状结构外部的正离子钾、钠等平衡。

D. 蒙脱土的介绍

蒙脱土（英文名称montmorillonite）又名胶岭石、微晶高岭石，一种硅酸盐的天然矿物，为膨润土矿的主要矿物组分。含Al2O316.54%；MgO4.65%; SiO250.95%。结构式为（Al，Mg）2〔SiO10〕(OH)2·n H2O。单斜晶系，多位微晶，集合体呈土状、球粒等状。白色微带浅灰色，含杂质时呈浅黄、浅绿、浅蓝色，土状光泽或无光泽，有滑感。加水后其体积可膨胀数倍，并变成糊状物。受热脱水后体积收缩。具有很强的吸附能力和阳离子交换性能，主要产于火山凝灰岩的风化壳中。蒙脱土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙脱土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合，平均晶片厚度小于25nm，可做漂白剂、吸附剂填充剂，被称为“万能材料”。

E. 土壤是什么构成的

土壤是地球表面生长植物的术疏松层。以不完全的连续状态存在于陆地表面，可以称为土壤圈。在地球表面约1.5亿km2的陆地中，农耕地、草地和林田分别占9%、21%和27%。这些陆地是土壤圈的主要组成部分。
土壤有自身的发展过程。地层内部的岩石经受高温、高压作用，但化学上相对稳定。一旦暴露在地表面，压力降低，温度有很大变动，且与丰富的水与氧气接触，发生风化，从而达到新的稳定状态。相似地，生物体排泄物和死后残骸的各种组分也受到类似作用。这两种过程的组合以及各种无机、有机产物长期的相互作用结果造成了土壤系统，如下图：
土壤的基本环境机能有以下几个方面：
培育植物
一方面是能使植物挺立生长的支持体，另一方面土壤具有一定的肥力，能为植物生长提供水、空气和养分。
推动物质循环
土壤是地球表层中介入元素循环的一个重要圈层。碳、氮元素在大气、海洋、土壤间以相当快的速度循环（硫的循环速度略慢些）。
保存水资源
土壤是大气和地下水之间的缓冲地区。土壤空隙储存的大量降水不会过快蒸发。
防止灾害
由于土壤蓄水量大，可防止风雨侵蚀、水土流失或土壤荒漠化趋向，并兼有防风、消音等作用。
自净能力
因为土壤具有极大比表面和催化活性兼以土壤所含水、空气、微生物等都能使污染物降解脱活。
土壤是环境的一个重要组成因素。它介于生物界与非生物界之间，是一切生物赖以生存的基础。人类的衣食住行以及一切活动，无不直接或间接地与土壤有关。人类通过生产活动从自然界取得生活必需的资源和能源，而在生产和消费过程中了生的废物，则最终以“三废”的形式，直接或间接通过大气、水体和生物排人土壤，使土壤遭受污染。因此防治土壤污染是环境科学的一项重要研究课题。而了解污染物在土壤中的存在以及迁移转化，则是采取防治措施的重要依据。本章在了解土壤本身的组成、结构、性质的基础上，讨论主要的污染物在土壤中的迁移转化及其归宿。
第一节
土壤的组成
土壤是指陆地地表具有肥力并能生长植物的一薄层特殊物质。它是地球表面岩石的风化过程和母质的成上过程两者综合作用下形成的。土壤由固、液、气三相物质组成。
固相包括土壤矿物质和土壤有机质，土壤生物占土壤总重量的90～95％。
土壤中还有数量众多的细菌和微生物，一般作为土壤有机物的一部分而视为土壤固相物质。
液相指土壤水分及其中所含的可溶物，称为土壤溶液。
气相指土壤空气。因此土壤是一个以固相为主的三相共存的多相体系，三相物质互相联系、制约、构成一个有机整体，如图4-1所示。
土壤的化学组成
无机体－矿物体
固体部分
有机体－有机质、土壤生物
土壤的组成
液体－水分（溶液）
孔隙部分
气体－空气
土壤的组成（示意图）
一、土壤矿物质
土壤矿物质是由岩石风化形成的。岩石的风化，既有坚硬的岩石由大块变成细小颗粒的过程——物理风化；也有岩石的成分和性质发生变化的过程——化学风化。
因此土壤中无机矿物质分为原生矿物与次生矿物两大类。
（一）原生矿物
原生矿物是岩石中的原始部分。即岩石只经历了物理风化。风化过程中没有改变成分与结构，而只遭到破碎。因此，原生矿物的粒径较大。土壤中的砂粒（粒径2～0.02mm）、粉砂粒（0.02～0.002mm），它具有坚实而稳定的晶格，不透水性，而不具有物理化学吸收性能，不膨胀。
原生矿物主要是硅酸盐类，如石英、长石、云母、副矿物质：橄榄石（mg,fe)2sio4、闪石、辉石等。数量最多的石英和长石构成土壤的沙砾骨架，而云母、副矿物质则为植物提供许多无机营养物质。
（二）次生矿物
次生矿物是岩石经历化学风化形成的新矿物。其粒径较小，大部分以粘粒与胶体（粒径（0.002mm）分散状态存在。许多次生矿物具有活动的晶格，强的吸收能力）吸水后膨胀，有明显的胶体特征。
次生矿物包括各种简单盐类（碳酸盐、重铬酸盐、硫酸盐、卤化物），游离硅酸、水合氧化物（r2o3..xh2o,如三水铝石、水铝石、针铁矿、褐铁矿）次生硅酸盐（如伊利石、蒙脱石、高岭土等）。
次生矿物可分为无定形的次生矿物和晶质的次生矿物。
（1）无定形的次生矿物：主要包括无定形的含水氧化锰、氧化铁、氧化铝、氧他硅、石英以及水铝英石导。
（2）晶质的次生矿物：主要包括铝硅酸盐类粘土矿物。
附注：次生矿物中简单盐类属水溶性盐，易被淋失，一般土壤中含量较少。而水合氧化物和次硅铝酸盐，是土壤矿物中最细小的部分，一般将他们称为次生黏土矿物。土壤很多重要的物理、化学过程和性质，都和土壤所含的黏土矿物，特别是次生硅铝酸盐的种类和数量有关。
铝硅酸盐粘土矿物的晶体结构是由1000多个晶层所构成，每个晶层由硅氧片和水铝片迭合而成。硅氧片结构：（为什么可以称为硅四面体？）。
水铝片结构：（为什么可以称为铝八面体？）。
硅氧片和水铝片相互重迭时，共用氧原子而形成稳定的晶层。根据构成晶层时硅氧片与水铝片的数目和排列方式，粘土矿物可分为三大类。
高岭土al2(oh)4、蒙脱土al2(oh)2si4o10、伊利石al0.66(oh)2si3.34o10
①高岭石类：
由一层硅氧片与一层水铝片组成一个晶层，属1：1型的二层粘上矿物。晶层的一面是氧原子，另一面是氢氧原子组，晶层与晶层之间通过氢键相连结。晶层之间的距离很小，仅72a。故内部空隙不大：水分子和其他离子都难以进入层间（图4-2）。
②蒙脱石类：
由两层硅氧片中间夹一层水铝片组成。一个晶层，属2：1型的三层粘上矿物。晶层表面都是氧原于，没有氢氧原子组，晶层与晶层之间没有氢键结合力，只有松弛的联系，晶层间距离为9.6-21.4a。水分子或其他交换性阳离子可进入层间。因此蒙脱石粘土矿物具有较高的阳离子交换容量。
伊利石类：
其晶体结构与蒙脱石类似，也是两层硅氧片中间夹一层水铝片组成一个晶层，属2：1型晶格。不同之点是伊利石粘土矿物中总有一部分硅被铝代替，由取代而产生的不足的正电荷，由处于两个晶层间的钾离子所补偿。这些钾离子就似乎起桥梁作用，把上下相邻的两个晶层连结起来(图4-4)。
在粘土矿物的形成过程中，常常发生半径相近的离子取代一部分铝()或硅()的现象。这种取代作用称为同晶替代作用。一般是半径相近的较低价正离子的取代，如m、f等离子取代铝()，a离子取代硅()。同晶替代的结果使粘土矿物微粒具有过剩的负电荷。此负电荷由处于层状结构外部的正离子钾、钠等平衡。
二、土壤有机质
土壤有机质可分力非特异性的和特异性的两大类。前者即通常熟知的各类有机化合物；包括蛋白质、脂类、碳水化合物、蜡、树脂、有机酸等，占土壤有机质总量的10～15％；
后者称为腐殖质，包括富里酸、腐植酸和胡敏素等，占土壤有机质总量的85～90％。腐殖质化学组成归纳：
腐殖质主要是由c、h、o、n和少量s等元素组成的。腐殖质的相对分子量分布从几百至106。如富里酸的分子量约在300～400之间。腐殖酸的分子量在2×103～104之间，色越深分子量越大。腐殖质具有多种官能团，对金属元素离子有强的络和、螯合能力通过氢键等作用可形成疏松的聚集体，具有很大的表面积。
能抵抗微生物作用，难以溶解。腐殖质中富里酸的酸基、醇羟基和总酸度量要比腐殖酸都要大得多。变动的环境因素对腐殖质的结构有很大影响，由此就不难理解，不同地区和土层所含腐殖质的化学组成何以会有较大差异。
三、
土壤溶液
土壤中水分的主要来源是降雨、降雪和灌溉。在地下水位接近于地面（2～3m）的情况下，地下水也是上层土壤水分的重要来源。水分进人土壤以后，由于土粒表面的吸附力和微细孔隙的毛细管力，而把水保持住。
土壤固体保持水分的牢固程度，在相当程度上决定了土壤中的水分运动和植物对水分的利用。土壤中的水分并不纯净。当水分进入土壤后，即和土壤其他组成物质发生作用，土壤中的一些可溶性物质，如盐类和空气都将溶解在水里。这种溶有盐类和空气的土壤水，称为土壤溶液。
四、土壤空气
土壤是一个多孔体系。土壤空气存在于未被水分占据的土壤空隙中。这些气体主要来源于大气，其次是产生于土壤内发生的化学和生物化学过程。在水分不饱和的情况下，孔隙中总是有空气的。这些气体主要是从大气透进来的，其次是土壤中进行的生物化学过程所产生的气体。土壤空气的数量，通常以单位土体容积中所占容积百分数来表示，称为土壤含气量。凡影响土壤孔隙和含水量的因素，也都影响土壤的空气含量。
土壤空气在几个方面不同于大气。首先，土壤空气是不连续的，而是存在于被上巩同体隔开的土壤孔隙中。这一情况使它们的组成在土壤的此一处和彼一处都不相同。其次，土壤空气一般比大气有较高的含水量，在土壤含水量适宜时，土壤相对湿度接近100％。再次，土壤空气的co2
，含量一般远比大气的含量高、氧的含量则小于大气。
co2
往是大气中浓度的几百倍，氧的浓度则相应地下降，在极端情况下也不会超过10～12％。但二者之和约为21%，与大气相近。造成这种差别的原因，是土壤中各种生物，如植物根系和动物、微生物的呼吸作用；以及有机质的分解，都消耗了大量的氧而产生大量的co2所致。
土壤空气含量和组成在很大程度上取决于土一水关系。作为气体混合物的土壤空气，只进入未被水分占据的那些土壤孔隙。雨后，大孔隙中的水分首先腾空，接着由于挥发和植物吸收，中孔隙也腾空。因此，土壤空气通常先占据大孔隙，随着土壤变干，再占据那些中等孔隙。这说明了细孔隙比例大的土壤，通气条件是差的。在这些土壤中，水分占优势，土壤空气的含量和组成不适于植物的最佳生长。

F. 蒙脱土的蒙脱土的性能和用途

【溶解性】微溶于苯、丙酮、乙醚等有机溶剂，不溶于水。
【相对密度】d425 2~3
【CAS号】1318-93-0
【EINECS号】215-288-5
蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性，从而赋予蒙脱土诸多改性的可能和应用领域的扩大。经改性的蒙脱土具有很强的吸附能力，良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加（通常采用螺杆共混）。

G. 蒙脱土的蒙脱土的无机改性

蒙脱土经过改性可使其性能更优越，改性后的蒙脱土具有较大的层间距，较好的热稳定性和可调变的酸性，可作为新型的催化材料和吸附材料。目前所采用的蒙脱土的无机改性剂主要有酸和无机盐两类，另外还有蒙脱土的钠化改性等。
（1）酸改性：简单酸改性主要是用硫酸、盐酸、磷酸或它们的混合酸洗涤或将加有酸的蒙脱土悬浮液加热一定时间。最佳酸化条件随蒙脱土产地不同而异，即与其化学组成、水合程度及阳离子交换性质有关。也可以采用以 AlCl3、FeCl3、ZnCl2等为代表的金属卤化物Lewis 酸。用酸处理时，蒙脱土层间的 K、Na、Ca、Mg等阳离子转变为酸的可溶性盐类而溶出，从而削弱了原来层间的结合力，使层间晶格裂开，层间距扩大，因而改性后的比表面积和吸附能力显著增加。
通过酸化改性的蒙脱土的比表面积增大，孔径也增大，而且具有更强的吸附性和化学活性，具有很高的吸附和催化性能，是一种非常好的中孔载体材料。处理后的蒙脱土可广泛的应用于油品脱色、制无碳复写纸、催化剂载体及污水处理等方面。
（2）钠化改性
天然蒙脱土按其层间可交换阳离子的种类分为氢基、钙基、钠基、锂基等蒙脱土，以钙基蒙脱土为主，但其性能较差，产品附加价值低。钠基蒙脱土比钙基蒙脱土有更好的膨胀性、阳离子交换性，水介质中的分散性、粘性、润滑性、热稳定性及较高热湿压强度和抗压强度。可用NaCl乙醇溶液、碳酸钠、焦磷酸钠、多聚磷酸钠作为改性剂交换钙基蒙脱土为钠基蒙脱土。
（3）无机盐改性
无机盐改性是通过加入一种或多种无机金属水合阳离子与蒙脱土层间可交换的阳离子进行交换，这些离子充当了平衡硅氧四面体上负电荷的作用，同时由于在层间溶剂的作用下，可以使蒙脱土剥离分散成更薄的单晶片。用于蒙脱土改性的盐主要有铝盐、镁盐、锌盐、铜盐等。

H. 土壤中有那些有机元素

由于土壤有机质是影响土壤可持续利用最重要的物质基础，碳、氮循环和截获的研究已经成为相关领域的前沿研究课题。在农田生态系统中，作物通过光合作用固定CO 2并转化出相当数量的植物残体和分泌物（包括动物残体及排泄物）；后者进入土壤，在土壤动物和微生物的作用下完成分解、转化、合成等一系列过程。植物残体（包括动物残体）以及土壤自身的有机质在土壤中的分解是一个生物化学过程，通过这个过程，碳以CO 2的形式归还到大气中；而氮、磷、硫和微量元素以无机的形态释放到土壤中，供高等植物利用；部分养分被土壤微生物同化为微生物生物量，参与土壤微生物的快速周转过程。在植物残体微生物分解过程中，虽然大部分的碳以CO 2形式释放到空气中，但是 14 C标记的研究表明，植物残体进入土壤一年后，约有三分之一的碳被土壤截获，在土壤中构成复杂的土壤有机碳库。这种截获过程与有机质的腐殖化过程密切相关，而腐殖化过程形成土壤有机质，腐殖化系数决定土壤碳截获的效率。有机碳的截获和矿化（以CO 2的形式排放到大气，或以可溶性形态从土壤淋失）是两个相反的过程，两者都受到土壤内有机质转化循环过程的制约。土壤有机质的矿化和腐殖化过程对于土壤碳循环同样重要：没有矿化过程，土壤有机质中的养分不能释放并被植物利用；若没有腐殖化过程，有机质不能在土壤中截获积累。缺少其中任何一个过程，土壤碳循环都不能实现，两个过程的相对速率对于土壤有机质的动态变化至关重要。可见，处理好土壤有机质积累和消耗的关系，是农业土壤碳循环研究中的重要任务。

农田生态系统氮循环在某些环节上与碳循环相伴存在并具有相似之处，碳氮循环相互影响、相互促进。土壤氮的循环过程是氮素不断进行生物、生物化学、化学、物理、物理化学变化的过程，也是不断进行氮素形态变化的过程，这些过程主要有生物固氮过程、化学固氮过程、矿化－生物固持过程、硝化过程、反硝化过程、挥发与淋失过程、共侵蚀和径流损失过程等。但是氮循环的重要环节在于氮素养分的固定、有效化和损失过程，特点是微生物作用下的生物化学过程。虽然磷和硫也是土壤有机质的组成成分，也参与土壤碳氮循环的生物化学过程，但是磷和硫的纯化学转化循环占有更重要的地位，磷和硫在农田系统中的循环是生物地球化学循环的一部分。与农田生态系统中碳氮及其它养分循环同等重要。水循环影响作物的生长、养分转化循环、有效性及损失，在干旱和半干旱地区，农田生态系统的水循环往往成为整个系统物质循环的制约因素。气候，特别是温度，是影响土壤物质转化循环的外因，对土壤物质平衡起重要作用。农业管理是影响土壤物质转化循环的另一个重要因素，它可以改变土壤物质循环过程和强度，最终影响养分循环效率以及平衡水平，决定农田生态系统的可持续利用能力。

土壤有机质是土壤系统的基础物质，影响土壤的物理、化学性质，并通过所提供的C、N源控制微生物活性，从而在土壤肥力中发挥着重要的作用，良好的土壤的物理、化学和生物学性质以及土壤的生产力都与土壤有机质的含量和特性密切相关。农田土壤中有机碳的储量和特性影响系统的质量和功能。从农田土壤可持续利用的角度出发，如何提高农田土壤有机碳的截获具有理论和实践的双重意义。土壤有机质库的形态和特性不仅与土壤碳氮的转化和循环过程密切相关，同时也和其它养分的转化循环以及水分的循环密不可分。土壤有机碳库的化学稳定机制，以及相对应的化学或形态分级成为重要的研究课题。因为不同的有机碳库组成不同，性质不同，分解和转化的时间不同，有机质的稳定性和质量也不同。从土壤养分循环、有机质的积累和作物残留物管理对环境质量和土壤生产力的影响的角度出发，我们更关心土壤有机质的转化过程以及有机碳库在土壤中的周转速率和滞留时间。土壤有机碳各组分的转化过程和存留时间有较大差异，所以根据土壤有机碳稳定性和转化时间的差异，可把土壤有机质分为活性的(易变的)和稳定的组分。一般认为，活性的组分包括植物残留物、轻组分、微生物生物量、动物生物量及其排泄物、其它非腐殖物质等，其分解速度快，转化周期通常为几周到几个月的时间。稳定组分是指矿化速率很低的土壤腐殖质部分，在土壤中能保存几年、几十年，或更长时间。因此，土壤有机质可分为5个库：易分解植物残体、难分解植物残体、土壤生物量、物理稳定有机质、化学稳定有机质。这些有机碳库的半分解时间分别为0 17年、2 3年、1 7年、50年和2000年。土壤有机氮的转化过程和稳定机制与有机碳相似，可分为四个库：微生物生物量、活性非微生物生物量、稳定有机N和"老化"有机氮；半分解时间分别为0.5年、1.5年、27年和600年。在CENTURY模型中，根据木质素和氮的比例，植物残体被划分为植物残体代谢碳和结构碳，土壤有机质划分为活性碳、“慢分解”土壤碳和非活性碳共5个库，相应的平均滞留时间为0.1～1年、1～5年、1～5年、20～40年和200～1500年。

土壤有机质本身的化学组成和结构是导致土壤有机碳库组分稳定性不同的原因之一。结构复杂、性质稳定的某些有机质如土壤腐殖质，抵抗土壤微生物分解的能力显著高于其它结构简单、活性较强的有机质，因而具有更高的稳定性。但大量研究表明，土壤有机碳的稳定性并不单一地取决于土壤有机质的化学组成的差异，其它方面的许多因素都能影响土壤有机碳的稳定性。如在物理稳定机制中，土壤有机质的存在状态(是游离态或结合态)、在土壤中的分布物理位置(大团聚体、微团聚体内或外)和颗粒大小等；与土壤有机质相关的很多土壤物理、化学、生物化学过程，如团聚体形成与分解过程(aggregation formation/degradation)、土壤有机质的吸附与解吸过程(adsorption/desorption)、土壤有机质的聚合与复合过程(condensation/complexation)等也都能影响土壤有机碳的稳定性。目前一般认为，土壤有机质的稳定性机制主要有三种，即化学稳定性(chemical stabilization)、物理稳定性(physical stabilization)和生物化学稳定性(biochemical stabilization)机制(图1)。虽然这些有机碳库的划分理论上看似合理，但它们的存在至今还不能很好地被实验证明。因为有关土壤有机碳、氮转化过程和去向信息至今仍知之甚少，主要是缺少合适有效的实验分析方法来鉴定土壤内在有机碳、氮的起源和滞留时间。

因此，深入研究土壤有机质的转化过程将有助于掌握土壤物质循环的本质。有机碳、氮的转化、循环和截获是由一系列复杂生物和生物化学过程决定的，生物是这些过程的主导因素。如果能够揭示土壤有机质生物化学转化过程及其机制，就可以定向调控这些生态过程，进而达到优化土壤功能的目的。虽然土壤中一切生物和生物化学过程都是在微生物的参与下完成的，不过由于微生物类群的复杂性、数量的易变性和测定结果的不稳定性，采用微生物本身作为土壤生态过程的指示物质具有不确定性。然而，可以选择具有一定稳定性的微生物来源物质来表征土壤微生物的作用，从而探讨土壤有机物质的动态变化机制。这些对土壤生物和生物化学过程具有指示作用的微生物来源物质被称为微生物标识物（Microbial Biomarker）。目前探索研究的标识物有氨基糖、氨基酸手性异构体、类脂等。分析评价这些微生物标识物已经成为土壤生物化学过程研究中一种很有效的工具。这种分析和评价能够使我们确认在某些条件下，土壤"固有或内在"有机碳的转化过程是有助于土壤碳氮的积累，还是促进土壤碳氮的消耗。只有掌握影响土壤有机质转化的因素和条件，我们才有可能调控土壤有机质的微生物转化过程，进而调控有机碳的截获，优化土壤的功能

氮素在土壤中的转化过程决定氮素的吸收利用，因此研究氮素高效利用的理论基础是氮素在土壤中转化过程及其调控原理。目前氮素在土壤中的转化和去向已成为研究的焦点之一。研究表明，无机氮在土壤中可迅速转化，转化途径是多方面的。以NH + 4－N为例，转化过程包括硝化、反硝化和微生物固定。硝化和反硝化作用可导致氮素的损失；而微生物固定是一个更重要的同化过程，可降低氮素的损失。微生物固定的氮存在于活性的有机库中，活性库中的有机氮具有易变特性，因而比非活性库中的有机氮更容易分解矿化；活性库中的氮化合物参与土壤氮快速循环。因此，活性有机氮库处在不断转化更新中，而这种转化更新过程影响土壤氮素的供应。我们用稳定同位素示踪研究发现，虽然土壤中无机氮的转化途径是多方面的，施到土壤中的无机氮素可快速转化成某种形态有机氮，新形成的这种有机氮包被在土壤矿物-有机复合体或团聚体的表面，具有较高的活性和循环速率，所以在特定条件下，这种有机态氮又会矿化释放出无机态氮，因而这种有机态氮处于不断转化循环之中，这种特殊的有机态氮就构成土壤有效氮的暂存“过渡库”（图2）。过渡库对土壤有效氮的循环和供应具有调节作用，因而影响土壤无机氮素或肥料氮的利用率。土壤有效氮过渡库的概念给我们一个重要的启示，氮肥利用率的高低与土壤功能密切相关，而土壤功能影响土壤对氮素的调控能力。土壤中无机氮素的微生物同化固定受土壤有效碳源的控制，提高土壤有效碳源的含量可促进土壤氮素的同化作用。对比研究不同农业生态系统发现，输入高量有机物料的土壤系统中，活性碳库明显大于单施化肥的土壤系统。高输入有机物料的土壤系统由于微生物活性的增强，氮素供应能力随之增强。但是，土壤有效碳源如何控制土壤氮素的转化过程，以及不同特性的碳源对土壤氮素过渡库的影响，还有待进一步研究。

I. 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。

J. 蒙脱土的CEC 是什么意思

蒙脱土的阳离子交换容量，是指ph=7时蒙脱土内部阳离子与外界阳离子进行交换的最大容量。通常在60-120mmol/100G范围内