（1）硅氧片：由硅氧四面体连接而成。

硅、氧两元素能组成一个单位的原因： 一是硅具有正原子价，而氧具负原子价，二者可相互吸引。 二是与原子大小有关，四个氧原子堆积成四面体时，其间所形成的空隙与硅原子的大 小基本相似。但四面体的键价并不平衡（SiO44-），因此许多四面体可共用氧原子形成一层。 此时键价仍不平衡，可与铝水八面体结合组成粘土矿物的硅酸盐层。

（2）铝氧片，又称铝氧八面体。

由六个氧原子围绕一个铝原子构成。六个氧原子所构成的八面体空隙与铝原子的大小相近似。 许多铝八面体相互连接，形成铝氧片。 铝氧片有两个层面的电价不平衡，与硅氧片通过不同方式的连接结合成为铝硅酸盐。

根据粘土矿物硅酸盐的晶层构造分为1：1型矿物或2：1型矿物或划分为二层矿物和三层矿物。1：1型矿物即二层矿物的硅酸盐层由一个硅氧片和一个铝氧片构成的；2：1型矿物即三层矿物的硅酸盐层由二个硅氧片中间夹有一个铝氧片构成的。。

第二节 土壤阳离子交换

一、土壤阳离子交换吸附作用的特点

土壤胶体表面所吸附的阳离子（主要是扩散层中的阳离子），与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用，称为阳离子交换吸附作用。如上节所述，土壤中的胶体大多数带负电荷，因此，土壤中阳离子交换吸附作用非常普遍。它是土壤中可溶性有效阳离子的主要保存形式。当阳离子吸附在胶体上时，表示阳离子养分的暂时保蓄，即保肥过程；当阳离子解离至土壤溶液中时，表示养分的释放，即供肥过程。

阳离子交换吸附作用的特点有以下几个方面：

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1．阳离子交换吸附作用是一种可逆反应，而且一般情况下，可迅速达成可逆平衡。

例如上式是一个偏酸性土壤施入氮素化肥后的离子交换反应。反应同时向两个方向进行，而任何一个方向的反应都不能进行到底。上式中胶体上的Ca、Mg、K、Na等为NH4代换进入土壤溶液，同时又可重新为胶体所吸收，把NH4驱回到溶液中。当反应达到平衡时，单位时间内进入扩散层和自扩散层排出的离子当量数相等。这种平衡是相对的，是一种动态平衡，当溶液离子组成或浓度发生变化时，就会引起平衡状态转移的反应。

2+2++++

+

因为阳离子交换吸收是可逆反应，因此，在自然状况下，要把土壤胶体上某一阳离子全部代换到溶液中去，是不可能的。同时，土壤胶体上吸附的阳离子也必然是多种多样的，不可能为单一种离子所组成。在湿润地区的一般酸性土壤中，吸附的阳离子有Al、H、Ca、Mg、K等；在干旱地区的中性或碱性土壤中，主要的吸附性阳离子是Ca，其次有Mg、K、Na等。

3++2+2++

2+2+++

2．阳离子交换与吸收的过程以等量电荷关系进行 例如，二价钙离子去交换一价钠离子时，一个Ca可交换两个Na；一个二价的钙离子可以交换两个一价的氢离子。

2+

+

3．交换反应的速度受交换点的位置和温度的影响 对阳离子交换的速度，过去认为在湿润情况下是很快的，几分钟就能达到平衡。近期研究认为离子交换速度在不同条件下，有不同的情况。如果溶液中的离子能直接与胶粒表面代换性离子接触，交换速度就快；如离子要扩散到胶粒内层才进行交换，则交换时间就较长，有的需要几昼夜才能达成平衡。因此，不同粘土矿物的交换速率是不同的。高岭石类矿物交换作用主要发生在胶粒表面边缘上，所以速率很快；蒙脱石类矿物的离子交换大部分发生在胶粒晶层之间，其速率取决于层间间距或膨胀程度；水云母类的交换作用发生在狭窄的晶层间，所以交换速率较慢。另外，温度升高，离子的热运动变得更为剧烈，致使单位时间内碰撞固相表面的次数增多，故升高温度可加快离子交换反应的速率。

二、土壤阳离子交换量

土壤溶液在一定的pH值时，土壤所含有的交换性阳离子的最大量，称为阳离子交换量（即CEC）。通常以1kg干土所含阳离子的厘摩尔数表示，可写为：厘摩[尔]（+）每千克，或简写为：cmol(+)·kg。因为阳离子交换量随土壤pH值变化而变化，故一般控制pH为7的条件下测定土壤的交换量。

-1

阳离子交换量的大小与土壤可能吸收的速效养料的容量及土壤保肥力有关。交换量大的土壤就能吸收多量的速效养料，避免它们在短期内完全流失。

决定土壤阳离子交换量的因子，主要是土壤胶体上负电荷的多少，而影响土壤胶体负电荷的，主要是土壤中带负电荷胶体的数量与性质。具体有以下四个方面：

1．土壤质地 土粒愈细，无机胶体数量愈多，交换量便愈高。故一般地说，粘土交换量大于壤土和砂土，粘土的保肥力也较高。去除土壤有机质，从纯矿质土壤来看，大约数据如表4-6。

表4-6 不同质地矿质土壤的阳离子交换量

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