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1、1,土壤是农业最基本的生产资料土壤是陆地生态系统的重要组成部分土壤是最珍贵的自然资源土壤资源是可持续农业的基础,二、土壤的重要性,2,土壤在植物生长中的特殊作用：,2、养分转化和循环作用,3、雨水涵养作用,4、生物的支撑作用,5、稳定和缓冲环境变化的作用,1、营养库的作用,3,土壤概念的理解-独立的历史自然体,土壤由许多“单个土体”组成,土层：成土作用形成的层次,土壤剖面：完整的垂直土层序列,4,原生矿物和次生矿物（按成因划分）原生矿物：由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物（石英、长石、云母、辉石、角闪石等）。次生矿物：原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物
2、（方解石、高岭石等）。结晶矿物和非结晶矿物（按内部构造不同划分）结晶矿物：指各种原子在三维空间有序地重复排列的矿物 非结晶矿物(无定形矿物)：指原子作无序或短程有序排列，无法用X射线或电子衍射检测其晶体结构的矿物或其他固态物质（蛋白石）。,矿物类型,5,层状硅酸盐粘土矿物 非硅酸盐粘土矿物,6 粘土矿物,粘粒矿物：组成粘粒的次生矿物叫粘粒矿物,6,由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物。硅片和铝片以不同的方式在C轴上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。两种晶片的比例不同，而构成1:1型、2:1型和2:1:1型晶层。,6.4 单位晶层,7,1:1型,1:1型层状硅
3、酸盐(高岭石)晶体结构示意图,由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。,8,由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。,2:1型层状硅酸盐(蒙脱石)晶体结构示意图,2:1型,9,在2:1单位晶层的基础上多了一个八面体片水镁片或水铝片，这样2:1:1型单位晶层由两个硅片、一个铝片和一个镁片(或铝片)构成。,2:1:
4、1型层状硅酸盐(绿泥石)晶体结构示意图,2:1:1型,10,高岭组(1:1型矿物)：高岭石、珍珠陶土、迪恺石、埃洛石,7 层状硅酸盐粘土矿物种类与特性,高岭组粘土矿物是南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少,特点：1:1型的晶层结构单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8,无膨胀性：两个晶层的层面间产生了键能较强的氢键，膨胀系数一般小于5，高岭石层间距约为0.72 nm。,电荷数量少：阳离子交换量只有3-15 cmole(+)Kg-1。,胶体特性较弱：较粗(0.2-2m)，颗粒的总表面积相对较小，为1020103 m2kg-1,11
5、,蒙蛭组(2:1型膨胀性矿物)：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等,特点：2:1型的晶层结构，蒙脱石是其典型代表，单位晶胞的分子式可表示为Al4Si8O20(OH)4nH2O,胀缩性大：蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14 nm之间，蛭石的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45 nm之间。,电荷数量大，同晶置换现象普遍。,胶体特性突出：较细（有效直径0.01-1m），总表面积为600-800103m2kg-1，且80是内表面。蛭石一般为400103 m2kg-1。,蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广,12,水化云母组(2:1型非膨胀性矿物或伊利组矿物)：,特点：2:
6、1型的晶层结构，伊利石是其典型代表，单位晶胞的分子式可表示为K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O,电荷数量较大，20-40 cmoles(+)kg-1。,胶体特性一般：总表面积为70-120103 m2kg-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。,无胀缩性：在伊利石晶层之间吸附有钾离子，对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0 nm。,伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。,13,绿泥石组(2:1:1型)：,特点：2:1:1型的晶层结构，绿泥石单位晶胞的分子式可
7、表示为(MgFeAl)12(SiAl)8O20(OH)16,颗粒较小，总面积为70-150103m2kg-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性居中。,同晶替代较普遍，元素组成变化较大，阳离子交换量为1040 cmoles(+)kg-1。,土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来，但也可能由层状硅酸盐矿物转变而来。沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石,14,15,硅铝铁率(SiO2/R2O3),判断土壤矿物的风化程度与成土阶段；作为土壤分类的数量指标之一；代表土壤中酸胶基和碱胶基的数量。,16,核心名词,原生矿物 次生矿物四面体 八面体同晶替换 硅铝铁率2:1型 粘粒矿物,17,什么叫做矿物?分析原生矿
8、物和次生矿物在土壤中的主要作用是什么?试比较高岭石、蒙脱石和伊利石在晶架构造上有何不同?矿物的SiO2/R2O3比值大小说明什么问题?试比较高岭石组矿物与蒙脱石组矿物在性质上的差异?以及产生这些差异的原因是什么?,思考题,18,砂质土全部由砂粒所组成，粘质土全部由粘粒所组成()在同一地区，土壤质地愈粘，则养分含量愈多()南方红、黄壤中的粘土矿物以高岭石为主，而北方土壤中以蒙脱石，伊利石为主()母质是形成未来土壤的岩石、矿物的风化产物()也是搬运后形成的地面沉积体()不同土壤类型粘土矿物的组成不同(),课堂速测,19,式中X表示补偿异价离子置换引起的电荷亏缺的层间可交换阳离子。,农业土壤土体的底
9、土层就是指的母质层()任何土壤的矿物质组成中既含有原生矿物，也含有次生矿物()土壤矿物质的化学组成，一般N素含量很少()土壤中的粘粒均由次生矿物所组成并多以云母为主()蒙脱石矿物晶架的顶，底层由离子键相连()，高岭石矿顶、底层由氧键相连()，伊利石矿物则由Si-O相连(),20,1.2 土壤有机质的来源,植物组织：在自然条件下,树木、灌木、饲草和其它植物的上部和根部，农作物的部分地上部和所有的根。动物：土壤有机质的笫二大来源，它们吞食各种第一来源的植物组织，向土壤提供排泄物和生命周期结束后的躯体。有机肥料：猪粪、鸡粪、堆肥、饼肥、塘泥等。,21,22,1.5 土壤有机质的含量,常规含量：在05
10、0 g kg-1之间，泥炭土可高达200 g kg-1 或300 g kg-1以上，漠境土和砂质土壤不足5 g kg-1。一般把耕层有机质200 g kg-1的土壤，称为有机质土壤，200 g kg-1的土壤，称为矿质土壤。影响因素：气候、植被、质地、土壤类型、耕作措施、地形等分布规律：荒地耕地、水田旱田、土壤表层下层,注意：不一定含量越高就越好，关键看有机质能否被有效利用,23,2.2 腐殖化过程(Humification)各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程。,24,2、碳氮比（C/N）：有机物
11、质组成的C/N对其分解速度影响很大。以25:1或30:1较为合适。C/N降至大约25:1以下，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿质态氮。,（三）植物残体的特性,1、物理状态：新鲜程度 破碎程度 紧实程度,25,第四节 土壤有机质的作用及管理,一、有机质在土壤肥力上的作用提供植物需要的养分 碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量。氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。,26,改善土壤肥力
12、特性物理性质：促进稳定性团聚体结构的形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高土壤水分保蓄能力；促进土壤升温。化学性质：影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，提高土壤保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性。生理性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性；影响植物的物质合成与运输；促进土壤微生物活动。,27,二、有机质在生态环境上的作用有机质对重金属污染的影响：腐殖酸可以络合重金属离子，减轻土壤重金属污染。有机物质对农药污染的影响：腐殖酸可溶解、吸收农药，减轻农药残毒。土壤有机质对全球碳平衡的影响：,28,坚持两个原则：平衡原则、经济原则。合理耕作制度：合理的耕作制度（秸秆还田、免耕
13、）可提高土壤有机质含量，并维持在一个较高的水平。注意秸秆的C/N比、破碎度、埋压深度以及土壤墒情、播种期远近、化肥施用量等。施用有机肥、种植绿肥：增施粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥等，有机、无机肥料可配合施用；采用套种的方式种植田菁、紫云英、紫花苜蓿等绿肥。,如何提高土壤有机质含量？,29,保留树木凋落物：树木凋落物是林地（园林绿化）土壤有机质的主要来源之一，如果能采取有效措施，效果是不错的。调节土壤水、气、热等状况：土壤微生物的生活条件得到正常满足时，有机质才能正常转化，矿化和腐殖化才能得以协调。,30,土壤有机质是化学中已有的有机化合物(）土壤有机质的转化是受微生物控
14、制的一系列生化反应()C/N高会抑制有机质的分解()HA的酸性比FA强，分子量比FA高，稳定性比F高()一般南方土壤有机质的HA/FA1，而北方1()一般随着土壤熟化度的提高，HA/FA也提高()土壤施用的有机肥越多，土壤有机质含量提高的也越快()有机质的转化是先矿化后腐殖化，两个过程是矛盾对立的()土壤有机质在土壤中是完全独立存在的(),课堂速测,31,什么叫土壤有机质?包括哪些形态?其中哪种最重要?增加土壤有机质的方法有哪些?你认为最有效是哪种?叙述土壤有机质在土壤肥力上的意义和作用?水田的腐殖质含量一般比旱地高?为什么?影响土壤有机质转化的条件是什么?其中最主要的条件是哪一种?为什么?,
15、思考题,32,在生态系统中，生物按其功能可分为生产者和分解者。土壤生态系统的特点生产者占的比例很小。藻类是土壤中唯一能进行光合作用的生物，土壤生态系统中的有机物主要来自于地上部分的植物残体。分解者无论在数量和功能上都是十分重要的。,33,土壤生物的种类：,34,土壤中的微生物分布广数量大种类多最活跃,它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化，推动土壤的发育和形成。,3.微生物,35,调节植物生长的养分循环；产生并消耗各种气体，影响全球气候变化；分解有机废弃物；是新物种和基因材料的源和库；病原微生物。,3.1 土壤微生物的作用：,36,黑钙土 棕壤 灰壤 水稻土 砖红壤,第三节 土壤微生物区
16、系的发生和分布,一、不同类型土壤中微生物的数量和分布,用直接测数法测定前苏联土壤中的微生物数量,37,三、微生物与植物的关系,根圈(rhizosphere)或根际：泛指植物根系及其影响所及的范围。根圈微生物与植物的关系更加密切。根/土比值(R/S)：即根圈土壤微生物与邻近的非根圈土壤微生物数量之比。根土比一般在50-20之间。实行作物轮作，改变根圈微生物种群，有减轻或消除病害的作用，可消除土壤疾病。,（一）根圈（际）微生物,38,第四节 土壤生物活性及微生态平衡,在土壤中已发现50-60种酶，比较重要的酶有：氧化还原酶、转化酶、水解酶。酶在土壤中存在状态及特性：土壤酶较少游离在土壤溶液中，主要
17、是吸附在土壤有机和矿质胶体上，并以复合物状态存在。环境条件影响土壤酶活性。,一、土壤酶,39,土壤物理性质：土壤质地、结构、水分含量、温度。土壤化学性质：有机质、pH、某些化学物质。耕作管理：翻耕降低上层土壤酶活性，农药抑制酶活性。,40,植物激素植物毒素维生素和氨基酸多糖,二、生物活性物质,41,有机物质的分解和合成有效养分含量土壤物理结构作物生长发育,土壤生物对土壤肥力的影响,42,了解土壤生态系统的基本特征和地位。重点了解土壤中常见生物的基本特性，联系实际经验，认识土壤生物对农业生产的重要性。了解土壤生物在土壤中的分布及其生物活性，重点掌握一些核心概念。正确认识土壤微生态平衡的含义、内容
18、和意义。,本章重点,43,土壤生态系统的特点是什么？土壤中主要有哪些生物？请举例说明。蚯蚓对土壤肥力有何影响？微生物在土壤肥力上的重要性是什么？,思考题,44,土壤生态系统中，生产者很少而分解者很多（）大水漫灌会造成土壤生物种群结构的变化（）霉菌属于真核生物而放线菌属于原核生物（）真菌适宜在碱性条件下生长而放线菌适宜在酸性环境（）根际的微生物数量比非根际多（）根瘤是一特殊的菌根（）酸性土壤中的蚯蚓数量较中性钙质土壤中少（）真菌和放线菌都产生抗生素（）泡菜发霉则不易变酸，反之亦然（）外生菌根长在根表以外，他们是寄生生物（）,课堂速测,45,(1)土粒：分矿物质土粒和有机质土粒两种。土壤固体物质大
19、小和形态各异，称为矿物质土粒或矿质土粒，简称土粒。土粒，常指矿质土粒。单粒(原生土粒）和复粒（次生土粒）,46,硅铝铁率(SiO2/R2O3),判断土壤矿物的风化程度与成土阶段；作为土壤分类的数量指标之一；代表土壤中酸胶基和碱胶基的数量。,47,先找到该颗粒的顶点（100%），按3个粒级含量分别做各顶点对应的三角形的3条底边的平行线，3线相交点，即为所查质地区。,质地三角图：,48,粘粒20%粉粒40%砂粒40%,粘粒,粉粒,砂粒,49,砂粒含量大于50%；通气透水；养分少，不保水肥；易耕；温度变化快，暖性土；发小苗不发老苗。,四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良,（1）砂质土壤主要特性：,5
20、0,粘粒含量高于30%；通气透水不良；保水保肥；养分含量高；升温慢，冷性土；耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物。,（2）粘质土壤主要特性：,51,粉粒含量大于30%；北方称为二合土；性质介于黏土与砂土之间。,（3）壤质土壤主要特性：,52,各种作物对土壤质地的要求各有不同。土壤质地改良：客土法改良（案例：江苏省里下河地区）深耕、深翻、人造塥（土壤质地主要是继承母质的性质，很难改变。但是，质地不是决定土壤肥力的唯一因素。）施用有机肥,（5）不同质地土壤的利用和改良,53,土壤容重：单位容积原状土壤（包括孔隙）的干质量。土壤容重值多介于1.0-1.5克/厘米3范围内，夯实的土壤容重则可高达1
21、.8-2.0克/厘米3。土壤容重：田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质量或重量（克/厘米3或吨/米3）。,54,土壤容重的用处：,计算土壤重量：计算每亩(667 m2)耕层(0.2 m厚)的土壤重量，假设土壤容重为1.15 吨/米3(30万斤)估算各种土壤成分储量：某一土壤耕层有机质含量为1.5%，问每亩耕层中有机质总量有多少？(4500斤)计算土壤储水量及灌水(或排水)定额：某一土壤耕层，现有土壤含水量为8%，要求灌水后达到28%，则每亩应灌多少立方米的水？(6万斤，30方),计算土壤孔隙度：根据实测土壤的容重与密度，按下式计算：,55,三相比,56,（二）三相组成和孔度的测
22、定及计算,液相率（容积含水率）：土壤容积含水率（）土壤质量含水量（）土壤容重,固相率：由实测的土壤密度和土壤容重计算之：,57,气相率 气相率=孔隙度容积含水率,土壤三相比固相率:容积含水率:气相率,适宜的土壤三相比为：固相率50%左右 容积含水率25%-30%气相率15%-25%,58,疏松排列,紧密排列,47.46%,24.51%,孔隙度,59,沙土和粘土的生产性状有何不同，如何改良土壤质地？为什么说粒状团粒状结构是农业生产上比较理想的结构?培育良好结构的有效途径是什么?,思考题,60,随着有机质含量增减，土壤比重也在发生变化()表层土壤比重一般小于底层土壤()土壤的孔径分布主要是指土壤中
23、各类孔隙所占的比例()粘质土孔隙度大但通透性差，而砂质土孔隙小但通透性强()团粘结构在任何质地土壤上都可以形成()土壤结构性的好坏反映在土壤孔隙的数量和质量两方面()不论旱田还是水田土壤有团粒结构肥力才高()蒙金土是上层质地粘重而下层质地较轻()土壤微结构体由土壤矿物质、有机质和孔隙所组成()使用有机肥不仅可提高土壤有机质含量，也可改变土壤质地（）。,课堂速测,61,二、土壤水分类型及有效性,固态水,土壤水,气态水,束缚水,自由水,吸湿水,膜状水,毛管水,重力水,地下水,毛管悬着水,毛管上升水,支持重力水,渗透重力水,62,土壤水的有效性：指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。无效水：不能被
24、植物吸收利用有效水：能被植物吸收利用（速效水、迟效水）,有效水下限：土壤萎蔫系数有效水上限：田间持水量,萎蔫系数,膜状水中土粒吸力小于1.5106Pa的那部分水，属有效水，可被作物利用；而吸力大于1.5106Pa那部分水为无效水。膜状水可被作物利用的那部分水，由于移动很慢，常补充不及，在可利用水还未消耗完前，作物就会因缺水而萎蔫。当作物呈现永久萎蔫时的土壤含水量称为萎蔫系数(永久萎蔫点或临界水分),63,64,（3）毛管水：,当土壤含水量超过最大分子持水量后，在毛管力作用下，保持在毛管空隙里的水。是土壤中最宝贵的水分：是土壤中既能被土壤保持又能被作物利用的有效水；它有溶解养分的能力，能在毛管力
25、作用下，向上下左右方向移动，且速度快，具有输送养分到根部的作用。根据其所处部位和水分来源分为：毛管悬着水和毛管上升水,65,借助于毛管力保持在上层土壤的毛管孔隙中的水分，它与来自地下水上升的毛管水并不相连，好像悬挂在上层土壤中一样，故称之为毛管悬着水。,毛管悬着水,66,借助于毛管力由地下水上升进入土壤中的水称之为毛管上升水。,毛管上升水,67,水沿着毛管上升,毛管作用力范围：0.1-1mm有明显的毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强 0.001mm 毛管作用消失,68,毛管水上升高度：从地下水面到毛管上升水所能达到的相对高度，叫毛管水上升高度。,
26、h：水柱高度（cm)，d：孔隙直径（mm）,孔径越粗，上升速度越快，上升高度越低。,田间持水量(土壤实际含水量)：由于灌溉或降水使田间毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量。包括：吸湿水、膜状水和毛管悬着水毛管持水量（持水当量）：毛管上升水达到最大量时的土壤含水量，一般略大于田间持水量。灌水定额=田间持水量-灌水前的土壤实际含水量+灌水期间水分的蒸发量和渠道渗漏损失量,69,70,（4）重力水：,当进入土壤中的水分超过毛管力保持的田间持水量时,多余的水分受重力作用沿非毛管孔隙向下移动，这种受重力下移能够由土壤中排除出去的水分叫重力水。,71,土壤所有孔隙都充满水时的含水量，也称为土壤全持水量。,土
27、壤饱和含水量：,72,土壤水分含量测定方法烘干法,风干土样水分的测定：取小型铝盒在105 恒温箱中烘烤约2 h，于干燥器内冷却至室温，称重。用角勺舀取约5 g风干土样，均匀平铺在铝盒中，盖好，称重。将铝盒盖揭开放在盒底，置于已预热至1052的烘箱中烘6 h，取出后于干燥器内冷却至室温，立即称重，同时做两份平行测定。,73,结果计算：水分（分析基）%=,水分（干基）%=,m0-烘干空铝盒质量；m1-烘干前铝盒及土样质量；m2-烘干后铝盒及土样质量；,通常用公式（2）所得结果来表示土壤水分含量,（1）,（2）,74,第二节 土壤水的能态,一、土水势及其分势,土水势：为了可逆地等温地在标准大气压下从
28、在指定高度的纯水水体中移动无穷小量的水到土壤水分中去，每单位数量的纯水所需作功的数量。,75,指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力，但并不是指土壤对水的吸力。S-m,如何用水吸力和水势判断水分运动的方向？,绝对正值,二、土壤水吸力,一般谈及的吸力是指基质吸力，其值与m相等，但符号相反。,76,0 10 20 30 40 50 60 70,土壤水吸力,黏土,壤土,砂土,土壤含水量(%),土壤质地,77,土壤结构：土壤越密实，容重越大，含水率也越大。温度：温度越高，基质势增大，土壤水吸力减少。,78,机理：墨水瓶效应砂土比粘土明显,土壤水分特征曲线的滞后现象,79,水分特征曲线的用途
29、：,第四，应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。,首先，可利用它进行土壤水吸力S和含水率之间的换算(图5.7)。,其次，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。,第三，水分特征曲线可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。,80,第三节 土壤水分运动,土壤水流动水分蒸发水分入渗水分再分配,81,三、土壤水气运动,土壤气态水的运动表现为：水汽扩散和水汽凝结两种现象,水汽扩散运动的推动力是水汽压梯度，由土壤水势梯度（水吸力梯度）、温度梯度引起。水汽运动总是由水汽高处向水汽低处，由温度高处向温度低处扩散。,82,2、“冻后聚墒”现象 冬
30、季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层集聚、冻结、使冻层不断加厚，其含水量有所增加的现象。,“冻后聚墒”的多少，主要决定于该土壤的含水量和冻结的强度。含水量高冻结强度大，“冻后聚墒”就比较明显。一般对土壤上层增水作用为24左右。,83,耕作措施：秋耕 中耕 镇压等地面覆盖：薄膜覆盖 秸秆覆盖灌溉措施：喷灌、滴灌、渗灌生物节水：,二、土壤水的调控措施,84,研究土壤水有何重大意义?土壤水在土壤中有何重要作用?影响吸湿水含量的因素主要有哪些?在实际土壤分析工作中，测定土壤吸湿水含量的用途是什么?若某土壤风干土重为50克，吸湿水含量为2.5%，则干土重量为多少克?
31、用土水势研究土壤水的优点是什么?土壤水总是中含水多的地方向含水少地方运动，这种说法正确否?为什么?冻后聚墒和夜潮作用的机理是什么?在农业生产上，一次灌足比分次灌好，为什么?,思考题,85,一、土壤空气的组成与植物生长,土壤空气与大气组成的比较（容积%）,86,土壤空气和进地面大气空气组成的差异,土壤空气中的CO2含量高于大气土壤空气中的O2含量低于大气土壤空气中的水汽含量一般高于大气土壤空气中含有较高量的还原性气体（CH4等）,土壤空气组成显然不是固定不变的,87,土壤空气的变化规律：,随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大，O2含量减少，无论在膜地或露地均是如此；,气温和土温升高，根系
32、呼吸加加强，微生物活动加快，土壤空气中CO2含量增加，夏季CO2含量最高；,覆膜田块的CO2含量明显高于未覆稻草原露地，而O2则反之；,土壤空气中的CO2和O2的含量是相互消长的，二者的总和维持在1922%之间。,88,土壤空气对植物生长的影响，有许多过程和因素需进一步研究（如土壤微生物活动对O2的需求）。仅仅一个空气容量指标并不能肯定土壤是否能满足植物和微生物对氧的需求。,注意：,89,土壤中CO2浓度对植物生长的影响也有待进一步研究。现有的研究表明，某一特定植物对CO2浓度有一最佳值，过高或过低都会引起根系生长衰退。过高浓度CO2往往伴随缺O2而造成不良后果，但一定浓度CO2对植物生长也有
33、促进作用，而且CO2造成的土壤溶液的微酸性也有利于有些土壤养分的释放。,90,影响因素：大气压：土壤温度：降水、灌溉：地面风力：耕作措施：,91,土壤空气的扩散：在分压梯度的作用下，驱使CO2气体分子，不断从土壤中向大气扩散，同时使O2分子不断从大气向土壤空气扩散，这种土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用，称为土壤呼吸。,92,气相扩散：通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤间的气体交流作用液相扩散：通过不同厚度水膜的扩散,93,（二）土壤通气性的调节,1、调节土壤水分含量,2、改良土壤结构,3、通过各种耕作手段来调节土壤通性,对旱作土壤，有中耕松土，深耙勤锄，打破土表结壳，疏松耕层等
34、措施。,对于水田土壤，可通过落水晒田、晒垡，搁田及合理的下渗速率等措施。,94,一般在通气良好的土壤中，植物根系长、颜色浅、根毛多；而缺氧则会阻碍根系伸长和侧根萌生，根系短而粗，颜色暗，根毛大量减少。据北京农业大学实验站对棉花地的观测，结果表明：土壤空气中O2和CO2含量维持在21%左右，O2占其中85%以上时棉花根系发育良好；当O2占70%以上时,棉花根系能正常生长；而CO2占60%以上时，根系生长完全停止。,95,第二节 土壤热量,一、土壤热量的来源,（一）太阳的辐射能 垂直于太阳光下一平方厘米的黑体表面在一分钟内吸收的辐射能常数，称作太阳常数，一般为1.9k/(cm2min)。,96,（
35、二）生物热 指微生物分解有机质所释放的热量。据估算，含有机质4的土壤，每英亩耕层有机质的潜能为6.28109-6.99109 KJ，相当于20-50吨无烟煤的热量。,（三）地球内热 地球内部热量，可用于发电、取暖、温室种植、医疗、洗浴。,97,第四节 土壤温度,一、土壤温度的季节或月变化,98,99,海拔高度的影响：高山土温比气温高，但比平地的土温低。坡向与坡度的影响：坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤水和植物覆盖度有差异 北半球：南坡土温比平地高,三、地形地貌和土壤性质对土温的影响,100,土壤空气的组成有何缺点?土壤通气性对土壤肥力有何影响?土
36、壤Eh的意义是什么?调节土壤热状况的关键是措施是什么?为什么?育秧时有牲畜份内欧苗床促早发的机理是什么?粘土为什么叫“冷性土”?砂土为什么叫“暖性土”?入冬前小麦灌水可防冻，为什么?而春天灌返青水又不宜过早，又为什么?农民为什么说“锄下有水又有火”?地下水为什么冬暖夏凉?,思考题,101,第一节 土壤形成因素及其在土壤发生中的作用,又称成土因素，是影响土壤形成和发育的基本因素，它是一种物质、力、条件或关系或它们的组合，其已经对土壤形成发生影响或将影响土壤的形成。,一、土壤形成因素(soil forming factor),102,二、母质对土壤发生的作用,土壤母质：指原生基岩经过风化、搬运、堆
37、积等过程于地表形成的一层疏松、最年轻的地质矿物质层，又称成土母质，简称母质。母质的很多性状都遗传给了土壤。,103,1、影响土壤中物质的迁移,根据土壤中水分收支情况对物质运移的影响，可分以下几种土壤水分类型：淋溶型水分状况：降水量大于蒸发量，物质淋溶非淋溶型水分状况：蒸发量略大于降水量 上升水型水分状况：蒸发、蒸腾总量大大超过降水量停滞型水分状况：地表经常积水,104,由于气候带、植被和土壤之间存在明显的关系，许多土壤学家非常重视气候在土壤形成中的作用，并提出了“土壤地带性”的概念。,在中国温带，自西向东大气湿度递增，依次出现：棕漠土、灰棕漠土、灰漠土、棕钙土（灰钙土）、栗钙土、黑钙土和黑土,
38、在中国温带东部湿润区，由北而南热量递增，土壤分布依次为：暗棕壤、棕壤(褐土)、黄棕壤、黄壤、红壤和砖红壤,105,我国土壤水平纬度地带性分布,106,植物群落相应土壤类型 雨林-砖红壤；季雨林-赤红壤；常绿阔叶林-红壤/黄壤；常绿阔叶与落叶阔叶混交林-黄棕壤；落叶阔叶林-棕壤；落叶针叶林-灰化土/暗棕壤。草甸-黑土；生草草地-黑钙土；生草与草原混交-栗钙土；草原-灰钙土；荒漠草原-棕钙土；荒漠-漠钙土,107,（三）微生物在成土过程中的作用,微生物作为地球上最古老的生物体，已存在达数十亿年，它是最古老的造土者。,分解有机质,释放各种养料,为植物吸收利用；合成土壤腐殖质,发展土壤胶体性能；固定大
39、气中的氮素,增加土壤含氮量；促进土壤物质的溶解和迁移,增加矿质养分的有效度(如铁细菌能促进土壤中铁溶解移动),第二节 土壤形成过程,108,一、土壤形成过程中的大小循环,地质大循环：指地面岩石的风化、风化产物的淋溶与搬运、堆积，进而产生成岩作用。生物小循环：指植物营养元素在生物体与土壤之间的循环:植物从土壤中吸收养分,形成植物体,后者供动物生长,而动植物残体回到土壤中,在微生物的作用下转化为植物需要的养分,促进土壤肥力的形成和发展。,109,地质大循环和生物小循环的共同作用是土壤发生的基础,无地质大循环,生物小循环就不能进行；无生物小循环,仅地质大循环,土壤就难以形成。在土壤形成过程中,两种循
40、环过程相互渗透和不可分割地同时同地进行着，它们之间通过土壤相互连结在一起。,二者关系,110,三、主要的成土过程,原始成土过程有机质积累过程粘化过程钙积与脱钙过程盐化与脱盐化过程碱化与脱碱化过程富铝化过程(热带高湿热金属离子及硅淋洗，铁铝相对富积)灰化漂灰化过程(针叶林下铁铝与有机酸性物鏊合淋洗)潜育化和潴育化过程(长期淹水或氧化还原交替)白浆化过程(季节性还原淋铁锰)熟化过程(水耕、旱耕)退化过程(物理退化、化学退化、生物退化),111,粘粒淋溶淀积过程：粘粒从土壤上部移至下部。该过程有粘粒的机械移动，也有凝胶和溶胶转化，在土壤中往往形成粘粒淀积层（粘化层Bt)。盐化脱盐化过程：易溶性盐淋洗
41、出土壤表层和在表层聚集的两种相反过程。土壤盐分向上运动，在土壤表层聚集为盐化过程；土壤盐分向下移动移出土体，为脱盐过程。物理风化：大块岩石及粗大风化物经机械崩解变为细小颗粒的过程。,(一)物理过程,112,化合价变化-氧化-还原（由于化合物变化引起物质形态、性质变化）潜育化：静水浸泡强还原 Fe3+(红、棕色)Fe2+（灰蓝色）潴育化：水位上升-还原，下降-氧化。Fe3+、Mn4+Fe2+、Mn2+水位下降后出现“红棕色锈层”（锈纹、锈斑、结核）水位上升后形成“灰蓝色层”,113,化合价变化-氧化-还原（由于化合物变化引起物质形态、性质变化）白浆化：滞水还原Fe3+、Mn4+Fe2+、Mn2+
42、(淋失)白色脱Fe、Mn层(高价不溶)(低价可溶),白浆化过程是在季节性还原淋溶条件下,粘粒与铁锰的淋淀过程,它的实质是潴育淋溶,与假潜育过程类同,国外称之为假灰化过程。,114,化合价变化-氧化-还原（由于化合物变化引起物质形态、性质变化）白浆化：滞水还原Fe3+、Mn4+Fe2+、Mn2+(淋失)白色脱Fe、Mn层(高价不溶)(低价可溶)漂灰化：有机酸、酚等作用 还原 Fe3+、Mn4+Fe2+、Mn2+(高价不溶)(低价可溶)Fe3+、Mn4+Fe2+、Mn2+(氧化物，不溶)(络、螯化合物，可溶)最终形成灰白色脱Fe、Mn层,115,Fe、Mn元素在土壤形成中表现十分活跃，对土壤剖面形
43、态影响很大，其行为可概括为三种类型：酸性淋溶脱Fe、Mn 灰白层(灰化)(Fe、Mn淋失)滞水还原脱Fe、Mn 灰白层(白浆化)1+2 灰白层(漂灰化),116,土壤剖面(soil profile)是一个具体土壤的垂直断面,其深度一般达到基岩或达到地表沉积体的相当深度为止。,土壤发生层(soil genetic horizon)是指土壤形成过程中所形成的具有特定性质和组成的、大致与地面相平行的,并具有成土过程特性的层次。,土体构型(soil profile pattern)是各土壤发生层在垂直方向有规律的组合和有序的排列状况。,117,一、土壤胶体表面类型(一)内表面：膨胀性粘土矿物的晶层表面
44、和腐殖质分子聚集体内部的表面（蒙脱石、蛭石）(二)外表面：粘土矿物、氧化物和腐殖分子暴露在外的表面（高岭石、水铝英石）,118,一、土壤胶体表面类型(一)硅氧烷型表面(二)水合氧化物型表面(三)有机物表面,119,表面性质：非极性疏水表面，不易解离电荷来源：断键、Si4+为Al3+置换产生永久负电荷,120,我国几种主要土壤的比表面积：砖红壤 6080 m2g-1 红 壤 100150 m2g-1 黄棕壤 200300 m2g-1,(二)比表面积的测定方法1、仪器法（计算法）2、吸附法（氮气、甘油、乙二醇醚等）,总之：2:1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。,三、土壤表面电荷和
45、电位,121,1.永久电荷(permanent charge)永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换2.可变电荷(variable charge)土壤胶体表面所带电荷中，有一部分电荷不是产生于同晶代换，它的数量和符号随介质(土壤溶液)pH值的变化而改变，把这种电荷称为可变电荷。,(一)土壤电荷的起因和种类,122,从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和性质与介质的pH值有密切关系,可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团的解离：含水氧化硅的解离粘粒矿物晶面上的OH和H的解离腐殖质上某些官能团的解离含水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离；pH 3.2,123,3.正电荷 土壤游离氧化铁、
46、铝化合物4.净电荷 土壤正电荷和负电荷的代数和，大多数土壤带有净负电荷。,124,(二)土壤电荷的数量（cmol/kg土）,土壤电荷主要集中在胶体部分：小于2m的胶体是带电主体胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础：蒙脱石、蛭石高岭石、铁铝氧化物土壤胶体组分间的相互作用对电荷数量有影响：土壤胶体电荷的非加和性,125,质地：土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量也越多。,影响土壤电荷数量的因素,土壤胶体的种类：土壤质地完全相同的两种土壤，它们所带的电荷数量可以完全不同。,126,质地：土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量也越多。,影响土壤电荷数量的因素,土壤胶体的种类：土壤质地完全相同的两种土壤
47、，它们所带的电荷数量可以完全不同。,pH值：主要影响可变电荷的数量。,127,当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成了由一层固相表面电荷和一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构，称为双电层。,第二节 土壤胶体对阳离子的吸附交换反应,128,根据物理化学的反应，胶体在溶剂中呈不均一的分布状态，固体颗粒表面的离子浓度与溶液内部不同的现象称为吸附作用。,凡使胶体表面层中溶质的浓度大于液体内部浓度的作用称为正吸附，反之则称为负吸附,一、离子吸附的一般概念,129,阳离子交换作用有以下三个主要特点：1、阳离子交换反应为可逆反应2、阳离子交换遵循等价离子交换的原则3
48、、阳离子交换符合质量作用定律,130,影响CEC大小的因素：（1）土壤中无机、有机胶粒的含量：胶粒含量高者CEC含量 高；土壤腐殖质丰富时，CEC含量也高（黑钙土）。,（2）土壤粘土矿物种类：2:1型（蒙脱石）1:1型（高岭石）60100 cmol kg-1 1015 cmol kg-1北方粘质土壤含量较高（胶粒以蒙脱石和伊利石为主）；南方红壤含量较低（胶粒以高岭石为主，腐殖质含量低）。,131,（3）土壤pH：一般情况下，pH高时土壤的可变负电荷增加，CEC含量增高。,（4）土壤质地：在土壤pH值与腐殖质含量大致相同时，CEC的大小取决于土壤质地的状况。,(三)盐基饱和度,132,土壤胶体上
49、吸附的交换性阳离子可以分为两种类型:一类是致酸离子，如H+、Al3+离子；另一类是盐基离子，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等。当土壤胶体上吸附的阳离子全部是盐基离子时，称之为盐基饱和的土壤；当土壤胶体吸附的阳离子仅部分为盐基离子，而其余部分则为致酸离子时，称之为盐基不饱和土壤。,133,盐基饱和度：交换性盐基离子占阳离子交换量的百分数,盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应，而盐基不饱和的土壤则呈酸性反应。,100%,134,盐基饱和度的意义：真正反映土壤有效养分含量的大小。若阳离子总量大，而盐基饱和度偏小，土壤中养分状况？,盐基饱和度80%的土壤，一般是很肥沃的；,盐基饱和度50%8
50、0%的土壤，为中等肥力水平；,盐基饱和度50%的土壤肥力较低。需要采取措施对土壤加以改良，如施肥或用石灰中和。,四、阳离子的专性吸附,135,产生阳离子专性吸附的土壤胶体物质主要是铁、铝、锰等的氧化物及其水合物层状硅酸盐矿物在某些情况下对重金属离子也可以产生专性吸附作用,(一)阳离子专性吸附的机理,136,反应的结果使体系的pH值下降！,(二)影响阳离子专性吸附的主要因素,137,1、pH pH的升高有利于金属离子的水解，使MOH+离子的数量增加，从而有利于吸附反应的进行。2、土壤胶体类型 一般来说，非晶形氧化物的比表面大，反应活性强，阳离子专性吸附量较高。反之，晶形较好的氧化物吸附量较低。,
