8.2．土壤胶体类型
8. 2.1土壤无机胶体(inorganic colloid)：
包括成分较简单的次生含水氧化铁、含水氧化铝、含水氧化硅等，以及成分较复杂的结晶层状次生铝硅酸盐类（即粘土矿物）。
8.2.1.1含水氧化硅胶体：其分子式为SiO2•H2O或H2SiO3。在一般情况下，含水氧化硅的外层分子发生解离，解离出H+，而把HSiO3-或SiO32-留在胶核表面，组成决定电位离子层，使胶粒带负电。土壤反应越偏碱性，硅酸的解离度也越大，所带的负电荷也越多。
8.2.1.2含水氧化铁、铝胶体：此类胶体包括褐铁矿（2Fe2O3•3H2O）、水赤铁矿（3Fe2O3•H2O）、针铁矿（Fe2O3•H20）、水铝矿（Al2O3•H2O）、三水铝矿（Al2O3•3H2O）等晶质矿物和氢氧化铁[Fe(OH)3]、氢氧化铝[Al(OH)3]等非晶质矿物。这些矿物都是铝硅酸盐深度风化的产物，均为两性胶体，当环境反应在它的等电点的酸性方面时，它带正电；反应在等电点的碱性方面时，它带负电。纯净的氢氧化铁的等电点为pH7.1，氢氧化铝等电点为pH8.1。所以它们在大多数酸性或中性土壤中都带正电荷。
铁铝氧化物常以胶膜状态包被土壤颗粒，使其成为稳定性很强的土壤结构。铁铝氧化物吸附阳离子能力低，在酸性条件下甚至能吸附阴离子，对磷酸根有固结作用。在温带地区土壤中，这些矿物常与层状硅酸盐矿物混存，在热带亚热带土壤中，这类矿物则占优势，对这些地区的土壤胶体性质影响颇大。
8.2.1.3水铝英石：是一类非晶质无定形的胶态物质。其成分为水化的硅、铝二三氧化物，简化的分子式为：1-2SiO2•Al2O3•nH2O 。很多土壤中含有水铝英石，特别是火山灰发育的土壤中更为普遍。水铝英石的硅氧四面体中由Al3+置换Si4+可产生净负电荷，同时表面有Al—OH、Si—OH 。当溶液碱性增加、pH增大时产生以下解离而带负电：
因此，水铝英石表面可吸附很多阳离子，其表面积很大，阳离子交换量可达154~210cmol(+)·kg-1。
8.2.1.4粘土矿物：指土壤中次生层状铝硅酸盐类。粒径一般小于2µm，是一般土壤中胶体矿物的主要部分，土壤矿质部分离子交换作用的主要载体。
A、粘土矿物的结构：大多是结晶层状构造，由硅氧片（图4）（由硅四面体（图4）连接而成）和水铝片（图5）（由铝八面体（图5）连接而成）迭合而成（水铝片层面上氧离子的电价不饱和，可与氢离子结合成OH群，形成水铝矿，或与硅氧片结合，共用氧离子，形成铝硅酸盐粘土矿物）。根据其迭合情况的不同，可将粘土矿物分为不同类型。土壤中主要的粘土矿物有高岭石、蒙脱石、水云母（包括伊利石）等类。
B、主要的层状铝硅酸盐粘土矿物：
8.2.1.4.1高岭石类(kaolinite)（1﹕1型矿物）：由一片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的（图6）。每个晶层的一面是OH离子组（水铝片上的），另一面是O离子（硅氧片上的），因而叠加时晶层间可形成氢键使各晶层之间紧密相连从而形成大颗粒，晶粒多呈六角形片状。其晶层的外形特征显意图如下
特性：可塑性、粘结性、粘着性和胀缩性（层晶间距固定为0.72nm）均很弱（因为矿物颗粒较大，比表仅为5～20m2•g-1），很少发生同晶异质替代作用，因此阳离子交换量小。高岭石较多的土壤，透水性较好。比表面小，仅5～20m2•g-1，而且仅有外表面，因此，富含高岭石的土壤保肥力差，但高岭石类吸附的盐基是在胶粒晶体的表面，有效度大。
8.2.1.4.2蒙脱石类(montmorillonite)（2﹕1型矿物）：由两片硅氧片和一片水铝片结合成的一个晶片（层）单元，再相互叠加而成的（图7）。每个晶层的两面均由O离子组（硅氧片上的），因而叠加时晶层间不能形成氢键，而是通过“氧桥”联结，这种联结力弱，晶层易碎裂，其晶粒比高岭石小。
特性：可塑性、粘结性、粘着性和胀缩性（层晶间0.96nm-2.14nm）均较强（因为联结力弱，矿物颗粒较小，比表面高达700～800m2•g-1），在硅氧片和水铝片上均发生同晶异质替代作用，因此阳离子交换量大，保肥力强。蒙脱石不仅有很大的外表面，更有巨大的内表面。
8.2.1.4.3蛭石(vermiculite)也是2﹕1型膨胀型粘土矿物，其晶层结构与蒙脱石基本相同，也是两层硅氧片中夹一层水铝片。与蒙脱石不同的是，硅氧片中的硅大部分被铝所取代，水铝片中的铝也有不少被镁取代，因而具有比蒙脱石高得多的净负电荷，具有很高的吸附阳离子能力，阳离子交换量达150 cmol(+)·kg-1。蛭石的膨胀性比蒙脱石要小得多，其晶层间距1.45nm，属有限膨胀型。它具有一些内表面，但较蒙脱石小，晶体颗粒介于蒙脱石和高岭石之间。蛭石在黄棕壤和黄壤中含量较高。
8.2.1.4.4水云母类矿物：此类矿物属2﹕1型非膨胀型矿物，其晶层与蒙脱石相近，不同的是水云母晶层中，硅氧片中的硅约有15%为铝所取代，产生正电荷不足？，由层间的钾离子补偿（图8）。钾键联结晶层的引力远较“氧桥”大，因而晶层联结紧密，不易扩展，属非膨胀型矿物。
图8 水云母的晶层构造
特性：胀缩性、粘结性、可塑性以及阳离子吸附能力等特性远不及蒙脱石，但比高岭石强（表4）。水云母是土壤中含钾的粘土矿物，钾离子被固定在硅氧片的六角形网孔中，当晶层破裂时，可将被固定的钾重新释放出来，供植物利用。
表4 三种主要粘土矿物的性质比较
粘土矿物 | 结晶 类型 | 分子层 排列情况 | 晶格距离 (nm) | 晶层间 联结力 | 颗粒 大小 | 比面 (m2•g-1) | CEC （cmol(+)·kg-1） | 粘结性 可塑性 | 胀缩性 |
高岭石 | 1:1 | -OH层与O层相接 | 0.72 | 强 | 大 | 5～20 | 5～15 | 弱 | 弱 |
水云母 | 2:1 | -O层相接中间有K | 1.00 | 较强 | 中 | 100～120 | 20～40 | 中等 | 中等 |
蒙脱石 | 2:1 | -O层相接 | 0.96～2.14 | 弱 | 小 | 700～800 | 80～100 | 强 | 强 |
附注：我国土壤粘土矿物的分布：（土壤粘土矿物形成主要受生物—气候因素的影响）
①温带干旱的漠境和半漠境地带，风化程度低，化学风化程度弱，以形成水化度低的水云母为主，蒙脱石不多。
②半干旱草原地区，蒙脱石迅速增加，结晶良好，以蒙脱石和水云母为主。
③暖温带湿润地区，蛭石显著增加，以水云母—蛭石为主，
④中亚热带以南地区，高岭石逐渐代替水云母，铁铝氧化物也迅速增多
包括各种腐殖质，还有少量的木素、蛋白质、纤维素等。有机胶体是由碳、氢、氧、氮、硫、磷等组成的高分子有机化合物，是无定形的物质。它有高度的亲水性，可以从大气中吸收水分子，最高可达其本身重量的80~90%，腐殖质的电荷是由腐殖质含的羧基（-COOH）、羟基（-OH）、酚羟基解离出H+、-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，是两性胶体，但一般有机胶体带负电。腐殖质带的负电荷量比粘土矿物大，一般每千克腐殖质的代换量在200 cmol(+)·kg-1左右，高者可达500～1000 cmol(+)·kg-1，因此，腐殖质在耕作土壤中的含量虽然不多，但所起的保肥作用很大。有机胶体易受微生物的作用而分解，不如无机胶体稳定，但很易通过施用有机肥料，秸秆还田，绿肥等加以调节和控制，对农业生产意义很大。
8.2.3有机无机复合胶体：
土壤中矿质胶体和有机胶体很少单独存在，大多互相结合成为有机无机复合胶体。这是因为土壤腐殖质中存在着活泼的功能团，在粘土矿物的表面也存在着许多活泼的原子团或化学键，在它们之间必然产生物理、化学或物理化学作用，因而通过机械混合、非极性吸附和极性吸附而将两者结合在一起，形成各种稳定性和性质都不同的有机无机复合胶体。主要的结合方式有：
有机无机胶体通过钙而结合，通过Ca2+结合的有机无机复合胶体与水稳性结构形成有关，对土壤肥力起着良好的作用。
有机胶体与铝铁胶体的结合：胡敏酸与铁铝结合有二种方式，可与Fe3+、Al3+结合，形成铁或铝胡敏酸化合物，也可与胶态铁铝结合形成铁、铝胡敏酸凝胶。在高温多雨和冷湿地区的土壤中，铁、铝与有机胶体结合对土壤结构的稳定性也有很大意义。
有机胶体与无机胶体的直接结合：有机胶体可借高度分散的状态，直接渗入粘土矿物的晶层或包围整个晶体的外部而进行结合。
新形成的腐殖质也可以键状结构形成胶膜状态，把矿质胶体包围起来，经过高湿、干燥、冰冻或氧化作用之后，即固定在矿物胶体或较粗颗粒的表面上形成一层胶膜。
我国劳动人民在长期生产实践中，充分体会到有机无机复合体的重要，创造了施用有机肥加速土壤有机无机复合体形成的措施，群众称之为土肥相融。土壤有机无机复合胶体的形成，有利于土壤结构的形成，改善土壤理化性质。如复合体中的胡敏酸，比单独存在时分解显著减慢，并可使土壤中有效磷增加，增强土壤的缓冲性能等。
