第三章第四节土壤胶体.
土壤胶体.
生物吸收：指借助于生活在土壤中的生物(包括植 物、微生物和一些小动物)的生命活动, 把有效性 养分吸收、积累、保存在生物体中的作用，又称 为养分生物固定。
3个特点： (1)选择性 (2)表聚性 (3)创新性
Cu Hyperaccumulator
(Elsholzia Spleden)
表面能：由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到
的力不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量，这种能 量是由于表面的存在而产生，所以叫做表面能。
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土壤胶体的表面能与表面积呈正相关
土壤中常见粘土矿物的比表面积（m2/g)
胶体成分 蒙脱石 蛭石 水云母 高岭石 埃洛石 水化埃洛石 水铝英石 腐殖质 内表面 700~750 400~750 0~5 0 0 400 130~140 外表面 15~150 1~5 90~150 4~40 10~45 25~30 130~140 总表面 700~850 400~800 90~150 5~40 10~45 430 260~800 800~900
一些农业技术措施，如施肥、中耕、浇水、烤田等都 可使土壤中的电解质发生变化，从而使胶体的状态发 生改变，或局部发生改变，尤其是施用钙质肥料，有 促进土壤形成不可逆凝聚的显著作用。（板结）
（四）土壤胶体吸收性的类型及其意义
土壤胶体吸收性：指土壤能吸收和保持土壤溶 液中的分子、离子、悬浮颗粒、气体以及微生 物的能力。 机械吸收 物理吸收 化学吸收 生物吸收 物理化学吸收
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（3）土壤有机无机复合胶体
• 有机胶体与矿质胶体通过表面分子缩合、阳离 子桥接及氢键等作用连结在一起的复合体，称 有机无机复合胶体。
• 因复合体具有高度的吸收性能故又称为吸收性 复合体。
土壤胶体的名词解释
土壤胶体的名词解释土壤是地球表面上由岩石风化而形成的一种复杂的自然体系，由固体、液体和气体组成。
其中固体部分包括矿物质、有机质和水分，而土壤胶体则是土壤中矿物质和有机质的重要组成部分。
1. 土壤胶体的定义和特征土壤胶体指的是在土壤中具有胶体状态的微小颗粒，其大小一般在1纳米到0.1微米之间。
土壤胶体具有以下几个特征：1.1 小颗粒大小：土壤胶体颗粒的尺寸非常小，这使得它们具有显著的比表面积，从而增加了与其他物质的接触面积，有利于物质的吸附和交换。
1.2 动力稳定性：土壤胶体颗粒在水和土壤溶液中具有很强的稳定性，不易沉淀，这是由于胶体粒子的电荷特性所致。
1.3 微观孔隙率：由于土壤胶体颗粒的小尺寸和颗粒间的紧密排列，土壤胶体能够形成微观孔隙，这些孔隙能够储存水分和提供生物活性空间。
2. 土壤胶体的组成土壤胶体主要由矿物质和有机质两部分组成。
2.1 矿物质：土壤中的矿物质主要来自于岩石的风化作用。
常见的土壤矿物质包括黏土矿物、氧化物、腐殖质等。
其中，黏土矿物是土壤胶体的主要组成部分，其结构特点决定了土壤胶体的吸附和交换能力。
2.2 有机质：有机质是土壤中的一种重要成分，主要由植物和动物残体的分解产物组成。
有机质中富含碳、氢、氧等元素，它能够增加土壤的保水性和肥力，并对土壤胶体的形成和稳定起到重要作用。
3. 土壤胶体的作用土壤胶体在土壤形成和肥力调控中发挥着重要的作用。
3.1 吸附和交换：土壤胶体具有很强的吸附和交换能力，能够吸附和保持营养物质、水分、有机物质和微生物等。
这一特性使土壤胶体能够提供植物生长所需的养分和水分，并调控土壤环境的稳定性。
3.2 保水性和通气性：由于土壤胶体的微观孔隙结构，其能够储存并释放水分，保持土壤水分平衡。
此外，土壤胶体还能够提供氧气和二氧化碳等气体的通道，维持土壤的通气性。
3.3 影响土壤质地和结构：土壤胶体的含量和性质对土壤的质地和结构具有重要影响。
胶体颗粒的聚集和胶体团粒的形成会改变土壤的结构和透水性，进而影响土壤的肥力和生物多样性。
土壤酸碱性名词解释
胶体可逆凝聚：由等浓度的一价阳离子凝聚形成的 凝胶，如反复用水淋洗，凝胶可再分散形成溶胶， 这叫做可逆凝聚。 胶体不可逆凝聚：由二价以上的阳离子凝聚形成的 凝胶，很难或不能再变成溶胶的凝聚称为不可逆 凝聚。
注意区分松散与分散
作业
1.概念：土壤胶体、同晶代换。 2.土壤胶体的种类，说明层状铝硅酸盐 中的蒙脱石的性质特点。 3.土壤胶体的构造。 4.土壤胶体的性质。
NH4+ NH4+ 2K+ 陪补离子不同，对某一指定离子的 H+ 有效度也不同。 陪补离子与土壤胶体之间的吸附力
土壤胶体
H+ Mg2+
愈大，与之共存的阳离子愈易解吸，有
效性愈高。
四、土壤供肥性
2、影响交换性阳离子有效度的因素：
（3）胶体类型 不同类型的粘粒矿物，由于晶体构造特点不同，吸附
阳离子的位置各不相同，释放的难易也不同。
（ 1 ）易于被土壤吸附：磷酸根（ H2PO4- 、 HPO42SiO32-）和某些有机酸的阴离子（如草酸根）。
、 PO 3- ）、硅酸根（ HSiO - 、 4 3
（2 ）吸附作用很弱或进行负吸附的离子： Cl- 、NO3面浓度低于溶液中浓度）极易随水流失。
、 NO - 出现负吸附（固体表 2
（3）中间类型的阴离子：SO42-、CO32-、HCO3-、及某些有机酸（如醋酸根）的阴 离子，土壤吸收它们的能力介于以上两类之间。
四、土壤供肥性
1、植物对土壤胶体上的交换性阳离子的吸收方式：
（1）根毛直接和土壤胶体接触交换：根在生长过程 中释放出的H+直接与土壤胶体上的交换性盐基离 子直接交换； （2）通过溶液吸收：交换性阳离子被交换到溶液中， 然后被植物吸收。
土壤胶体
胶 体 微 粒 的 扩 散 双 电 层 构 造 图 式
1．微粒核（胶核） 微粒核（胶核） 微粒核是土壤胶体微粒的核心部分， 微粒核是土壤胶体微粒的核心部分， 是土壤胶体微粒的核心部分 它是由组成胶体微粒的基本物质的分子 群所组成。胶核
2．双电层 双电层是胶体表面电荷吸引反号电荷 离子， 离子，在固相界面正负电荷分别排成两 层，在电解质溶液中部分反号离子呈扩 散状态分布。双电层分以下两层： 散状态分布。双电层分以下两层：
＋ ＋ ＋ ＋ Fe3＋＞Al3＋＞H＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋ ＞NH4＋＞Na＋
可用下式来表示： 可用下式来表示：
2H＋ 土壤 Mg2＋ 胶粒 AI3＋ K＋ Ca2＋
＋10NH4
＋
土壤 10NH4＋ ＋Ca2＋、Mg2＋、Al3＋、K＋、 2H＋ 10NH 胶粒
1.土壤阳离子交换作用的特点 1.土壤阳离子交换作用的特点
a. 可逆反应，迅速平衡 可逆反应，
胶粒 Ca + bKCl ← → 胶粒 CaK + KCl + CaCl 2
可变电荷：随土壤pH值条件而改变的电 可变电荷：随土壤 值条件而改变的电 荷，是由于胶体颗粒表面基团的解离或 质子化而引起的。 质子化而引起的。
4．两性胶体带电
表面既带负电荷，亦带正电荷的土 表面既带负电荷， 壤胶体称两性胶体。随溶液土壤反应的 壤胶体称两性胶体。 变化而变化（三水铝石、腐殖质上的某 变化而变化（三水铝石、腐殖质上的某 些原子团在不同pH条件下等）。 些原子团在不同pH条件下等）。 条件下等
• 胶体的凝聚作用，有些是可逆的，有些 胶体的凝聚作用，有些是可逆的， 是不可逆的。 是不可逆的。 • 土壤干燥时， 当 土壤干燥时 ， 土 壤溶液中的电解 质浓度相应增大， 土壤胶体易成凝胶状 质浓度相应增大 ， 土壤胶体 易成凝胶状 相反， 态 。 相反 ， 当土壤水分增多土壤溶液浓 度相应降低， 度相应降低 ， 土壤胶体便会带有多余的 负电荷，互相排斥而成溶胶状态。 负电荷，互相排斥而成溶胶状态。
土壤化学性质土壤胶体课件
胶体微粒在构造上可分为微粒核droplet core、决定电位离子层electric potential ion layer和补偿离子层compensation ion layer三部分组成。
第9页，共56页。
• （1）微粒核droplet core ： 主要由腐殖质、无定形的
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• b 、可变电荷variable charge： 胶核表面分子或 原子团的解离所产生的电荷，没有永久性质，它的 数量和性质随着介质的pH值而改变。所以称为可变 电荷。电荷的数量和性质随介质pH而改变的电荷。
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• c 、土壤的pH0值是表征其可变电荷特点的 一个重要指标，它被定义为土壤的可变正、 负电荷数量相等时的pH值，或称为可变电 荷零点、等电点pH ( isoelectric pH ]。
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1.4 阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体 上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳 离子交换能力大小的顺序为：
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+
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• 1.5 影响阳离子交换能力的因素有： a. 电荷的数量 charge number b. 离子半径ionic radius和离子水化半径ion
adsorption后者称为负吸附negative adsorption。 负吸附：是指土粒表面的离子或分子浓度低于整体溶液
中该离子或分子的浓度的现象。
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产生这种作用的原因是由于固体颗粒界面上的表面自由 能的作用。
气态物质（水气、CO2、NH3等）和细菌的吸附也是物 理吸附。
土壤胶体资料
• 高稳定性胶体：如硅酸
按化学性质分类
盐、氧化物等
• 低稳定性胶体：如腐殖
质、多糖等
• 酸性胶体：如腐殖质、
多糖等
• 碱性胶体：如硅酸盐、
氧化物等
土壤胶体的形成与转化机制
土壤胶体的形成途径
• 生物合成：微生物、植物等生物活动过程中产生的有机质胶体
• 化学合成：土壤中的无机物质通过化学反应形成的无机质胶体
• 影响酶活性：胶体对酶的吸附和保持作用影响酶的活性
养分
• 影响代谢产物：胶体对代谢产物的吸附和保持作用影响
• 提供生长空间：胶体对微生物的生长空间和结构的影响
代谢产物的生成和分布
05
土壤胶体与土壤环境问题
土壤胶体对土壤污染物的吸附与解吸作用
土壤胶体对土壤污染物的吸附作用
土壤胶体对土壤污染物的解吸作用
土壤胶体的稳定性及其影响因素
土壤胶体稳定性的影响因素
土壤胶体稳定性的测定方法
• 土壤pH值：影响胶体的电荷性质和溶解度
• 沉降法：测定胶体的沉降速率
• 土壤温度：影响胶体的化学反应和稳定性
• 过滤法：测定胶体的过滤速率
• 土壤水分：影响胶体的结构和吸附作用
• 光散射法：测定胶体的粒径大小和分布
• 土壤有机质：影响胶体的合成和分解
• 多参数联合分析：如红外光谱-核磁共振联合分析等
土壤胶体分析技术的展望
• 智能化分析：通过人工智能和机器学习技术提高分析精度和效率
• 多源数据融合：通过整合不同来源的数据提高分析准确性和可靠性
• 微区分析：通过微区采样和分析技术研究土壤胶体的空间分布和变异
04
土壤胶体与土壤肥力的关系
土壤胶体对土壤养分的影响与调控
土壤胶体实验报告
土壤胶体实验报告土壤胶体实验报告一、实验目的本实验旨在通过实验方法研究土壤胶体的性质和特点，探讨其在土壤环境中的重要作用。
二、实验原理1. 土壤胶体的定义：土壤胶体是指土壤中直径小于0.002毫米的颗粒，主要由黏粒、腐殖质和氧化铁结合而成。
2. 胶体的性质：土壤胶体具有较大的比表面积、吸附性强、保水性好等特点，对土壤肥力和环境保护具有重要影响。
三、实验步骤1. 取一定量的土壤样品，经过筛网过滤去除大颗粒杂质。
2. 将土壤样品与蒸馏水充分混合，制成一定浓度的土壤悬浮液。
3. 使用离心机对土壤悬浮液进行离心，分离出不同粒径的颗粒。
4. 将离心后的上清液分为不同的试管中，进行后续实验。
四、实验结果与分析1. 颗粒分析通过离心分离，我们可以观察到土壤悬浮液中不同粒径的颗粒。
根据实验结果，我们可以得出土壤样品中颗粒的分布情况，进一步了解土壤胶体的组成。
2. 吸附性实验将不同溶液（如重金属离子溶液）与土壤悬浮液接触，观察其吸附性能。
通过实验可以得出土壤胶体对不同物质的吸附能力，并探讨其对土壤环境的影响。
3. 保水性实验将不同浓度的土壤悬浮液与一定量的水混合，观察其保水性能。
通过实验可以得出土壤胶体对水分的保持能力，对土壤水分管理和植物生长的影响。
五、实验结论通过本次实验，我们得出了以下结论：1. 土壤胶体是土壤中重要的组成部分，具有较大的比表面积和吸附性能。
2. 土壤胶体对不同物质具有不同的吸附能力，对土壤中的污染物质具有净化作用。
3. 土壤胶体对水分的保持能力较好，对土壤水分管理和植物生长具有重要影响。
六、实验意义土壤胶体是土壤中的重要组成部分，对土壤肥力和环境保护具有重要作用。
通过实验研究土壤胶体的性质和特点，可以为土壤改良、土壤污染治理等提供科学依据。
同时，对于农业生产和环境保护也具有重要意义。
七、实验改进与展望1. 实验中可以尝试使用不同的土壤样品，以获得更全面的实验结果。
2. 可以进一步研究土壤胶体与植物根系的相互作用，探讨其对植物生长的影响。
土壤胶体的组成
土壤胶体的组成土壤胶体是土壤颗粒中粘性较大的组分，由于其微小的颗粒大小和特殊的化学性质，对土壤的物理、化学和生物学性质起着重要的影响。
土壤胶体主要由胶体粒子组成，包括胶体颗粒和溶胶两部分。
胶体颗粒主要是指直径小于0.002毫米的颗粒，溶胶则是指直径小于0.0002毫米的颗粒。
土壤胶体的组成非常复杂，主要包括胶体颗粒和溶胶两部分。
胶体颗粒主要由黏土矿物和有机质组成。
黏土矿物是土壤中最重要的胶体颗粒，其主要成分包括硅酸盐矿物和氧化铝矿物。
硅酸盐矿物包括粘土矿物和非粘土矿物，粘土矿物又可分为石英、长石和云母等。
黏土矿物的颗粒表面带有负电荷，使其具有较强的吸附和交换能力。
有机质是一种重要的胶体颗粒，其主要来源于植物和动物的残体、粪便等，具有较强的吸附能力，对土壤肥力具有重要影响。
溶胶主要由无机和有机物质组成。
无机溶胶主要包括溶解在土壤水中的无机盐和无机酸等，如氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等。
有机溶胶主要是指溶解在土壤水中的有机物质，如有机酸、腐殖酸、蛋白质等。
溶胶的存在使土壤水具有一定的酸碱性和离子浓度，对植物的生长起着重要作用。
土壤胶体的性质主要受到颗粒大小、颗粒表面电荷、颗粒形状和胶体溶质的性质等因素的影响。
颗粒大小决定了胶体的可见性和吸附能力，颗粒表面电荷决定了胶体的电性和吸附能力，颗粒形状对胶体的稳定性和吸附能力有一定影响，胶体溶质的性质对胶体的吸附和交换能力起着重要作用。
土壤胶体的作用主要表现在土壤的物理、化学和生物学性质上。
在物理性质上，土壤胶体能够改善土壤结构，增加土壤的持水能力和透水性，提高土壤的保水和排水能力。
在化学性质上，土壤胶体能够吸附和交换养分元素，提供植物生长所需的养分，调节土壤pH值，并与土壤中的有机物质发生化学反应。
在生物学性质上，土壤胶体能够提供植物生长所需的微量元素，提供微生物生长所需的营养物质，维持土壤生态系统的平衡。
土壤胶体的组成对土壤的物理、化学和生物学性质起着重要的影响。
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非活性补偿离子，被吸附得很牢固，它和微粒核决定电位 离子层一个整体，故称为胶粒。当胶体和周围环境起代换作用 时，大都发生在胶粒表面，而不在胶粒内部，故胶粒是起胶体 作用的基本单位。 在双电层的两层电荷之间存在着电位差，电位的高低随着 离胶核表面距离的增加逐渐降低。由决定电位离子层到扩散层 外缘的电位差, 称之为全电位(ζ o), 全电位的大小取决于胶核 表面的电性质(电荷数量和密度)。从胶粒(滑动面)到溶液的电 位差称电动电位(用ζ 表示), 电动电位的大小受扩散层厚度的制 约，而扩散层的厚度在一定浓度条件下，决定于补偿离子的性 质，即受离子价数，离子半径及水化程度等的制约。离子价数 愈高，其水化半径愈小，扩散层愈薄。离子的水化程度越大， 则水化半径也越大，扩散层也越厚。
不同土壤的胶体组成不同，土壤的比表面积也不同。 一般土壤中有机质含量高，2∶1型粘粒矿物多，则比表面 积较大，如黑土。反之，如果有机质含量低, 1∶1 型粘粒 矿物较多, 则其比表面积就较小, 如红壤、砖红壤。
随着土壤胶体比表面积的增加，其表面能也发生很大 的变化。表面能是指界面上的物质分子(表面分子)所具有 的多余的不饱和能量。土壤的物理吸附作用就是表面能作 用的结果。与比表面成正相关 因此，一般土壤质地愈粘，其物理吸附作用愈强。随 着表面积和表面能的增加，土壤胶体的性质如胀缩性、可 塑性、粘性等明溶胶
胶体的凝聚
凝胶
(分散相均匀
地分散在介 质中)
(分散相相互
凝结聚合在 一起)
胶体的分散
土壤胶体存在状态主要受两种力的作用。一是胶粒之间的静电 斥力，它使胶体分散，二是胶粒之间的分子引力，它使胶粒相 互吸引呈凝聚的趋势。这两种力的大小都与胶粒之间的距离有 关。在胶粒电荷和胶粒大小一定的情况下，随着胶粒间距离的 减小，引力可能超过斥力，使胶粒相互团聚。影响胶粒静电斥 力大小的另一主要因素是胶粒净电荷的数量，而静电荷的数量 则受补偿作用的控制。不同阳离子的补偿作用不同。 土壤中常见阳离子按其对胶体凝聚力的大小顺序为： Fe3+ Al3+ （ H+）>Ca2+ Mg2+， H+ NH4+ K+ Na+ 离子凝聚力的大小取决于： 其所带相反电荷的数量和水化半径的大小，溶液中的离子浓度
三、土壤胶体的基本构造
土壤胶体分散系包括胶体微粒(分散相)和微粒间溶液(分散 介质)两部分。描述胶体微粒的构造，通常用双电层理论。 根据双电层理论，胶体微粒在构造上，可分为微粒核和双电 层两部分。 （一）微粒核
（二）双电层结构
决定电位离子层
补偿离子层和补偿离子
非活性补偿离子层 扩散层
胶粒（基本单元）
第四节 土壤胶体
第三节 土壤胶体
土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的部分，土
壤胶体的组成和性质对土壤的理化性质：吸附
性、酸碱性、缓冲性以及土壤结构都有很大的
影响。土壤胶体是土壤肥力性状赖以表现的物
质基础中最精华的部分。
一、 土壤胶体的概念 1、土壤胶体是一种分散系统
任何胶体系统都是一种分散系统，由分散相和分散介质两种 物质所组成。一种物质的分子呈连续分布状态，称为分散介 质；另一种物质的分子是不连续的，称为分散相，分散相均 匀地分散在分散介质中，构成胶体分散系统。
2、土壤胶体的带电性
永久电荷 土壤胶体的电荷 可变电荷
3．土壤胶体的凝聚和分散
胶体有两种存在状态。一种是分散相均匀地分散在介质中, 称溶胶; 另一种是分散相在外因的作用下, 相互凝结聚合在 一起, 称为凝胶。溶胶和凝胶并不是永久不变的，在一定条 件下，可以相互转化。由溶胶变成凝胶的过程称为胶体的凝 聚；反之，由凝胶转化为溶胶的过程，称为胶体的分散。
在溶液中胶核表面的电荷通过静电引力，将反号离子吸 引在胶核的外围, 而反号离子由于热运动, 总有远离胶核表面 的趋势, 同时反号离子被吸附的力大小与离子的电荷数量成正 比, 与其距离的平方成反比。因此，胶核表面处的反号离子多 而活性低，离胶核表面越远，反号离子越少而活性增大。 根据补偿离子的活性又可把补偿离子层分为两层：靠近 胶核表面的决定电位离子层的补偿离子被吸附得很紧，活性 很小，难以解离，不起交换作用，故称为非活性补偿离子层。 另一层距胶核表面较远，吸附的较松，有较大的活动性， 可以和周围的离子交换，称为扩散层。扩散层中的离子分布 很不均匀。
2、土壤胶体的大小范围
一般胶体上限是0.1μ m, 下限为1nm(<1nm属于溶液范围) 土壤胶体比一般胶体大10倍， <1μ m 。（即为0.001mm 或1um --10nm之间）
二、土壤胶体的种类
分为无机胶体(矿质胶体)、有机胶体和有机-无机复合胶体 1．有机胶体 土壤中的有机物质, 尤其是腐殖质，是土壤中含有的一类 分子量大、结构复杂的高分子化合物，具有明显的胶体性质， 故称之为土壤有机胶体。土壤腐殖质是土壤有机胶体的主体。 土壤有机胶体性质却极为活跃，带有大量的活性功能团， 带有大量的负电荷，阳离子代换量可高达300～500 cmol (M+).kg-1。 2．无机胶体 主要是层状铝硅酸盐矿物和无定形氧化物组成。比有机胶体 高几倍到几十倍。通常用土壤中粘粒(d<0.001mm)的含量来 反映土壤无机胶体的数量。
四、土壤胶体的基本性质
1．胶体的表面积和表面能
在固体物质的破碎过程中, 其总表面积和比表面是不断增 加的。所谓比表面是指单位质量的物质的表面积总和，即
比表面＝总面积 / 质量
土壤胶体的表面积很大，加之粘粒矿物的层状结构和腐 殖质的网状多孔结构还有很大的内表面积，可以吸附大量的 养分离子。
各种胶体的比表面积 胶体类型 1) 蒙脱石 伊利石 高岭石 蛭 石 水铝英石 腐殖质 比表面积(m2· g600～800 50～200 1～40 600～800 70～300 800～900
胶体微粒构造图
1.微粒核(胶核) 主要由腐殖质、硅酸盐矿物、土壤氧化物、蛋白质分子以 及有机无机复合胶体的分子群组成。
2. 双电层结构
作为胶粒微粒核的物质在溶液中通常是带电荷的, 由 于静电引力的作用,在微粒核的外围形成一个反号电荷的 离子层，这样就构成了双电层。微粒核表面的电荷数量 和密度对外层的反号离子的多少及两层电荷间电位具有 决定作用，故称为决定电位离子层。 外层电荷(离子)对决定电位离子层起补偿作用,使整 个胶体微粒达到电中性, 故称之为补偿离子层, 而这些 来源于溶液中的反号离子就称为补偿离子。