土壤的基本组成.ppt

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1、第二章 土壤的基本组成,第一节 土壤的形成,一：地壳的元素组成,a:主要成分是O（46.40%49.52%）、Si（25.75%29.50%）、Al（7.45%8.80%）、Fe（4.20%5.10%）这四种元素。,b：某些植物生长的必需营养元素：比如：Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。,矿物：天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、内部构造的化合物或单质元素。,二：主要的成土矿物,绝大多数：化合物、结晶质、固态的。,少数：单质、非结晶质、液态的。,矿物,起源,原生矿物：起源于岩浆岩，存在于岩浆岩中的矿物。

2、,次生矿物：原生矿物经过风化作用，其组成和性质发生 改变而形成的新矿物。,(一)土壤中的原生矿物（1）硅酸盐类 包括长石类、云母类、闪石类、辉石类。（2）氧化物类 主要有石英类、其次是赤铁矿类、氧化钛类（3）硫化物类 主要有黄铁矿类。（4）磷酸盐类 主要有氟磷灰石、氯磷灰石。,(二)土壤中的次生矿物粘土矿物（1）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物 土壤中粘粒的主体，主要有1：1型的高岭石组和2：1型的蒙脱石、伊利石组。（2）二、三氧化物类矿物 有针铁矿（Fe2O3.H2O）、褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）、三水铝石（AI2O3.3H2O）、水铝石（Al2O3.H2O）、水锰矿（MnO(H2O)）、软

3、锰矿（MnO2）等，有结晶态的和非结晶态的。（3）简单盐类 土壤中最常见盐类有碳酸盐、硫酸盐类、氯化物盐类等。,(三)主要成土矿物的性质,石英是最主要的造岩矿物，分布最广。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石中其它矿物风化后，石英仍然以粗粒壮保存下来，是土壤中砂粒的主要来源。,石 英,正长石 KalSi3O8,晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，硬度6.0。正长石易风化，风化后形成粘土矿物比如高岭石等，可为土壤提供大量K。正长石类矿物一般含氧化钾16.9。是土壤中K和粘粒的主要来源。,斜长石 Na（AlSi3O8）Ca（

4、Al2Si2O8）,常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，硬度6065。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。是土壤中K和粘粒的主要来源。,黑云母深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。是土壤中K和粘粒的主要来源,黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12,白云母：片状、鳞片状；无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2030。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。是土壤中K和粘粒的主要来源。,白

5、云母KH2Al3Si3O12,角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，硬度5.06.0。，角闪石易风化，风化产物为含水氧化铁、含水氧化硅和粘土矿物。并释放出少量的Ca和Mg,角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12,呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度55。较角闪石难风化，风化物基本同角闪石，但富含Fe。,辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6,普通辉石,橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。风化产物有蛇纹石、滑石、褐铁矿、二氧化硅等。,橄揽石（Mg，Fe）2SiO4,方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，玻璃光泽。与稀盐酸反应

6、生成CO2气泡。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。,方解石 CaCO3,白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似。但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在于石灰岩中。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。,白云石 CaCO3MgCO3,磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰

7、石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。,磷灰石 Ca5（PO4）3（F，Cl）,石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度20，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。,石膏 CaSO42H2O8,三：主要的成土岩石,岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。前者为单质岩后者为复 成岩。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构形态。,1.岩浆岩 又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝结晶而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩，等等。组成岩浆岩的主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母

8、、斜长石、正长石石英等7种。岩浆岩根据二氧化硅含量分为：酸性岩浆岩 65%中性岩浆岩 52%65%基性岩浆岩 45%52%超基性岩浆岩 45%共同特征：没有层次，没有化石，也不含有机沉淀物,2.沉积岩 又称次生岩是裸露于地表的各种类型的岩石经风化作用而破坏，经各种地质动力作用搬运后沉积，再经压力胶结作用重新固结成岩，也有由生物遗体、残骸堆积沉积而成。,共同特征：有层次，常可见化石。,沉积岩分为：机械性沉积岩 指砂粒、粉粒、粘粒等物质机械堆积而成的岩石。化学性沉积岩 指原先为水溶性物质，后因外界条件改变结晶析出 而形成的岩石，如石膏岩、部分石灰岩。生物性沉积岩 指水中生物的介壳及微生物遗体堆积成

9、岩，如大部 分石灰岩、白云岩、珊瑚岩、硅藻岩等。,沉积岩,3.变质岩 指各类岩石受高温作用或受岩浆侵入发生接触变质，使原来岩石中的矿物重新排列，重新结晶而成的岩石。常见的有大理岩、片麻岩、片岩、板岩、石英岩等。共同特征：构造上具有定向排列，致密坚硬，片状组织，不 易风化,四：岩石的风化与土壤母质的形成,（一）岩石的风化作用：,岩石的风化作用：地壳表面坚硬而巨大的岩石，在外界因素的作用下逐渐发生崩解破碎和分解作用，岩石由大块小块细粒，同时岩石的矿物组成和化学组成发生改变的过程。,1.物理风化,岩石在物理因素的作用下发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造等物理形状的改变，一般不引起化学

10、成分的变化的过程称为物理风化。,物理风化的因素：温度、冰冻、风、流水、冰川、动物、人类 生产活动。,物理风化的结果：使岩石由大块小块细粒，使岩石有了对水分和空气的通透性，为岩石的进一步风化，尤其是化学风化创造条件，但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。,岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，并释放盐基、磷、铁、硫等养分,同时生成新的次生矿物,2.化学风化作用,A.溶解作用：,水是自然界分布最广泛的溶剂，组成岩石的矿物都是无机盐，在自然界绝对不溶解以水的无机盐是不存在的，或多或少都能溶解一些，1份滑石可溶于110000份水中。再加上自然界中纯水极少，广泛分布有CO2

11、，溶解H2O后形成H2CO3，这就大大加强了水的溶解能力。,B：水化作用,结果：体积膨大，硬度降低，处在容易崩解破碎的状态，为进 一步风化创造条件。,C.水解作用,水部分解离后产生的H+能与矿物中碱金属因素（K、Na）碱土金属因素（Ca、Mg）产生交换，从而使矿物破坏。,纯水的解离度很小，不能对岩石产生深刻的化学反应，但自然界广泛分布有CO2，溶解H2O后形成H2CO3，这就大大促进了水的解离，促进水解作用。,水解作用能引起岩石矿物的彻底改变所以它被认为是化学风化中最主要的作用和基本环节。,正长石的水解,脱盐基,脱硅质,高岭石是比较稳定的黏土矿物，一般不会向下风化，但是在热带、亚热带等高温多雨

12、地区，在高温高湿条件下，高岭石还能分解成更加简单的矿物。,D：氧化作用,Fe(OH)3脱水可形成褐铁矿：,结果：低价铁转变成高价铁，体积增大而疏松为进一步风化创造条件，产生的酸也能促进矿物的腐蚀。,化学风化的结果,使岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石的矿物组成和性质，产生了一批新的次生粘土矿物，它们的颗粒很细，一般均0.001，呈胶体分散状态，使母质开始具有吸附能力、粘性和可塑性，并出现了毛管现象，有一定的蓄水性，同时也释放了一些可溶性盐，是植物养分的最初来源。,3、生物风化：,矿物在生物影响下所引起的破坏作用；主要表现为植物根系的穿插作用，动物的穴居习性对岩石引起的机械破碎作用，以及生物生命

13、活动产生的CO2、O2以及分泌的各种有机酸、无机酸能加速化学风化的进程。,生物风化的结果：一方面加速岩石的风化，更重要的能使风化产物中的植物营养元素能在母质表层累积和集中，同时累积了OM，发展了肥力，所以生物参与风化作用，也就意味着成土作用的开始。,五：母质特性的发育,岩石风化产生了母质，母质与岩石相比产生了一些新的特性：,a：物理风化：使岩石由大块小块碎屑，由致密坚硬态疏松态，这种物理状态的改变，使母质产生了通气、透水性，为进一步风化创造条件。,b：化学风化：产生了许多细微的粘粒，粘粒之间有毛管孔隙，产生了保蓄水分的能力，即蓄水性。同时粘粒的产生，增加了颗粒的表面积，产生了一些胶体性能，比如

14、：吸附性能，可以保存风化释放的可溶性养分，为肥力的发展创造条件。另外化学风化释放出一些可溶性盐基物质，这是植物矿质养分的最初来源。,c：由于母质的疏松多孔性，使气体能流通和交换，有利于根系的呼吸作用和营养物质的分解作用。同时由于母质能吸附一定的水分，增加了导热率和热容量，使母质初步具备了调节温度的能力，而不是象岩石那样激烈的升温和降温，这有利于植物的生长。总体上讲，母质初步具备了肥力要素中的水肥气热条件，但它还不是土壤，它还不具备完整的肥力。,a：作为土壤肥力要素之一的养分还不能得到充分保障，尤其是植物最需要的氮素。因为风化所释放出来的养分处于分散状态，会随水流失，母质微弱的吸附力，还不能将它

15、们保存下来，更不能累积和集中。,母质还不是土壤：,b：母质虽然初步产生了透气性、透水性、蓄水性，但它们还没有完整的统一起来，尤其是水分和空气在母质孔隙中是对立的，水多则空气少，两者还不能很好地协调，这远远不能满足植物生长的需要。,所以母质与岩石相比，初步具备了水肥气热条件，但与土壤相比，水肥气热还不能很好地统一，它只是为肥力的进一步发展打下基础，为成土作用创造条件。,六母质的类型（一）母质的概念母质是指经各种风化作用形成的疏松、粗细不同的矿物颗粒.它是岩石的风化产物,是形成土壤的基础物质.（二）母质的形成与类型由于母质在形成时所受的地质动力不同，沉积部位不同，因而类型有区别，分为几种类型：,土

16、壤的形成是多种因素综合作用的结果。19世纪俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫，总结认为成土因素主要有五个：母质、气候、生物、地形、时间。土壤是在这五大成土因素综合作用下形成的。,首先：母质的矿物组成、理化性状、在其它因素的制约下，直接影响着成土过程的速度、性质和方向。,七：土壤的形成,（一）母质,其次：母质对土壤理化性质有较大影响。,（二）气候,b：控制植物的生长和微生物的活动，影响有机质的累积、分 解，决定养分物质循环的速度。,a：直接参与母质的风化。水热状况直接影响到矿物质的分解 与合成以及物质的累积和淋失,（三）地形,其次，能影响到母质的重新分配。,首先，能影响地表热量和水分的重新分配。,（

17、三）生物,A、植物能选择性吸收养分，从而调整母质中养分的比例使其更加适宜植物的生长。B、植物具有集中养分的能力。C、植物具有保蓄养分的能力。D、植物根系的穿插对土壤结构的形成有重要作用。E、根系分泌物能引起一系列的生物化学作用和物理化学作用。,F、微生物固氮。G、微生物能促进有机质的分解，从而使有机质的合成与分解能循环进行，使养分能循环被利用。H、在微生物的作用下合成的腐殖质参与了土壤结构的形成。I、动物参与了一些有机残体的分解破碎作用以及搬运、疏松土壤和母质的作用。J、某些动物还参与土壤结构的形成，有的脊椎动物能够翻动土壤，改变土壤的剖面层次。,时间是一切事物运动变化的必要条件。土壤的形成和

18、发展也不例外，土壤是在上述母质、气候、生物、地形等成土因素的作用下，随时间的进展而不断运动变化的产物，时间越长土壤的性质及肥力的变化越大。,（五）时间,母质是形成土壤的物质基础；气候中的热量是能量的最基本来源；生物通过自己的生命活动将无机物有机物，将太阳能生物化学能，并以无限循环的方式将它们保存下来；地形影响着地表物质和能量的再分配，间接地对土壤形成过程起着不同的作用；时间是土壤形成过程中的一个必要条件。任何一个空间因素或它们综合作用的效果都随时间的增加而加强。,综上所述，每一个成土因素在土壤的形成过程中都有自己的特点。,第二节 土壤矿物质,一、土壤的机械组成,（一）土壤粒级,1、土粒大小的级

19、别,遵守原则：同一粒级的土粒在成分和性质上要基本一致，不同粒级的土粒在成分和性质上要有明显差别。,粒级：土粒的大小级别。土粒大小的级别是以单粒为基础进行划 分的,土壤的固体颗粒简称为土粒。在自然状况下，这些大小不一的土粒有的单个地存在于土壤中，称为单粒；有的则相互黏结成为集合体，称为复粒。,表22 国际制土壤粒级分级标准 粒级名称 单粒直（mm）石砾 2 砂粒 粗砂粒 20.2 细砂粒 0.20.02 粉砂粒 0.020.002 粘粒 0.002,a：国际制：,b：卡庆斯基制（前苏联制）：,简制,1 石砾 10.01 物理性砂粒 0.01 物理性粘粒,祥制 表23卡庆斯基土壤粒组分类表,美国制

20、土壤粒级分级标准附表：美国制土壤粒级分级标准,C、中国制（暂拟方案）1987,2、各级土粒的组成和性质,石英，正长石、白云母砂粒和粗粉粒斜长石、辉石、角闪石、黑云母细粉粒次生矿物：层状硅酸盐矿物，Fe、Al、Si等氧化物或氢氧化物粘粒非硅酸盐矿物：磷灰石、黄铁矿、石膏结核、石灰结核以及各种可溶性盐类，属于非稳定性矿物，在各级土粒中都会存在，但在土壤机械分析时，会被破坏而淋洗掉,颗粒由粗到细 SiO2Al2O3、Fe2O3SiO2/R2O3。养分含量：细土粒粗土粒，,a：各粒级的矿物组成,b：各级土粒的化学组成,二、土壤质地,土壤质地：土壤中各粒级土粒含量（质量）的百分率的组合。,质地是土壤的一

21、项非常稳定的自然属性，它可以反映母质的来源和成土过程的某些特征，对土壤肥力有很大的影响，土壤质地的类别一般可分为砂土、壤土、粘土这三类，在此基础上再细分为若干个质地类别,土壤中的矿物质颗粒的大小及含量多少即土壤的颗粒组成不同，对土壤的肥力性质影响很大，在颗粒组成基本相似的土壤中，常常具有类似的肥力特征。因此土壤学家根据肥力特征相近与否，把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类办法就叫土壤质地分类。,三元制：根据砂粒、粉粒、粘粒三粒级的含量来确定土壤质地。比如美国制、国际制及其它大多数质地分类制。二元制：根据物理性砂粒和物理性粘粒的含量来确定土壤质地。比如卡庆斯基质地制。,1、国

22、际制质地分类标准：,国际制土壤质地分类标准是根据砂粒（20.02）、粉粒（0.020.002）、粘粒（0.002三粒级的含量来确定土壤质地。划分为十二个质地名称。P17图2-2（按三粒级的含量分别划三角形底边的平行线，划平行线时以该粒级100%含量为三角形的顶点，三条线的交点就是要查的土壤质地名称）。,a：以粘粒的含量为主要标准，15%砂土或壤土，15%-25%粘壤土 25%粘土。b：当粉粒含量达到45%以上时，在质地分类名称前要加冠“粉质”字样，当砂粒含量达到5585%时，在质地类别名称前要加冠“砂质”字样。c：当砂粒含量85%时，直接称为壤砂土，90%砂土。,要点：,(一）土壤质地分类制,

23、某土壤：砂粒30%、粉粒50%、粘粒20%粉质粘壤土 某土壤：砂粒60%、粉粒20%、粘粒20%砂质粘壤土 某土壤：砂粒10%、粉粒50%、粘粒40%粉质粘土,例如：,2卡庆斯基土壤质地分类,卡庆斯基土壤质地分类可分为3个部分：(1)土壤质地基本分类（见附表1）根据物理性砂粒与物理性粘粒的相对含量将土壤划分为砂土类、壤土类、粘土类等三类九级(2)土壤质地详细分类将六个粒级组按照其含量最多及第二多的以砾质、砂质、粉质、黏质冠于基本质地名称前(3)按石块含量的补充分类 土壤中若含有3mm的石块，则在基本质地名称或详细质地名称前再加石块含量的分类名称（见附表2）,卡庆斯基土壤质地分类表,中国暂拟土壤

24、石砾含量分类（1978）,3、中国的质地分类制,（二）土壤质地与土壤肥力的关系,粘质土：保水、保肥性好，养分含量丰富，土温比较稳定，但通 气性、透水性差，耕作比较困难。,砂质土：蓄水力弱、养分含量少，保肥能力差、土温变化快，但 通气性、透水性好，易耕作。,壤质土：介于砂质土和粘质土之间的土壤类别，在性质上兼有砂 质土和粘质土的优点，是比较理想的土壤类别，许多肥 力性质都介于砂质土和粘质土之间。,总体上讲土壤质地对土壤肥力和性质有着重要的影响，但它不是决定土壤肥力的唯一因素，一种土壤在质地上的缺点，可以通过改良土壤结构和调节土壤颗粒组成而得到改善。,（三）土壤质地的改良,1、客土法 搬运别的土壤

25、（客土）掺在过砂或过粘的土壤中（本土），使之相互混合，以改良土壤质地的方法，称为客土法。2、放淤改良 在有条件的大河中下游地区，可利用不同河流不同季节所携带泥沙的粗细不同，分别将河水引入过砂或过粘的土壤上，使之沉积下来，对本土进行改良的方法。3、多施有机肥 过砂过粘的土壤结构不良，有机肥中含有大量的腐殖质，腐殖质的粘结力和粘着力比砂土强而比粘土弱，可以改良砂土或粘土的不良物理性状，使土壤松紧度、孔隙状况、吸收性能得到改善，从而提高土壤肥力。4、翻砂压淤和翻淤压砂 有的土壤耕层质地过砂或过粘，但其底层有淤泥层或砂土层，可以通过深翻，把下层的砂土或粘土翻上来，与表土掺混，以达到改良土壤质地的目的。

26、5、种植绿肥 种植田菁、绿豆、沙打旺、苜蓿、紫云英、草木樨等增加有机质，创造良好的土壤结构。,第三节 土壤有机质和土壤微生物,一、土壤有机质,广义：存在于土壤中的各种含碳的有机物的总称。它包括各种动 植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。,狭义：专指土壤中的腐殖质，但在测定过程中无法把未分解、半 分解的动植物残体剔除掉，所以测定结果实际上还包括未 分解、半分解的动植物残体在内。,有机质的定义,（一）土壤有机质的来源,1、死亡的动植物、微生物残体。2、施入的农家肥。3、工业及城市垃圾废水、废渣。,原始土壤：微生物体是土壤OM的最早来源。,自然土壤：是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶

27、，但基本来源是它上面生长的绿色植物。,耕地土壤：可概括为两个方面：（1）栽培作物的残留物（2）施用的有机肥。其中后者其主导作用。,（二）土壤OM的含量、组成及性质,1.含量：,土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的可超过20%，称为有机质土壤比如某些泥炭土，低于20%以下的土壤称为矿质土壤，矿质土壤占绝大多数，有些低的不足0.5，主要为一些漠境或沙漠土壤。,土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作用，在农业上常把保持土壤有机质平衡和逐步提高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。,我国土壤除了某些草甸土、东北黑土和某些自然土壤外，有机质含量一般占土壤固相重量的5%以下，由南至北由西至东呈递增趋势，水

28、田高于旱田，我省有机质含量较低，平均在1%左右，土壤培肥任务艰巨。,A：元素组成：主要是C（52-58%）、H（3.3-4.8%）、O（34-39%）、N（3.7-4.1%）其次是P、S。,2.组成,（三）土壤中有机质的转化,1、土壤有机质的矿质化过程,矿化分两个阶段：有机物质在微生物分泌出的体外酶的作用下将较复杂的有机物先分解成构成该物质的基础有机化合物。微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分解产物，如CO2、H2O并释放出无机盐（如NH4+、SO42、HPO42等）。,土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示：土壤有机质的矿化率土壤每年因矿质化作用所

29、消耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。一般农业土壤有机质矿化率在25%之间，自然土壤1%。可计算土壤有机质的消耗，例：一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1%，土壤有机质矿化率为3%，则矿化量为1500001%3%45公斤。,（1）碳水化合物的分解,多糖（淀粉、纤维素、半纤维素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下水解为单糖。,单糖进一步分解为更简单的物质,通气良好的条件下，单糖迅速分解，最终产生CO2 和H2O，同时释放出大量热量。,嫌气条件下分解缓慢，并有大量的中间产物有机酸的累积，最终产物除了CO2外，还有大量的还原性物质CH4等产生，同时释放出少量热量。,（2）含N有机物的分

30、解,土壤中含N的有机物比如蛋白质、核酸、氨基酸、酰胺等也比较容易分解转化，我们以土壤中主要的含N化合物蛋白质为例来介绍含N有机物的分解。,a：水解作用：,b：氨化作用：,c：硝化作用：在通气良好的条件下，通过亚硝化细菌和硝化细菌的作用将NH4+N氧化为NO3-N的过程。,（3）含磷有机物的分解,2、土壤中有机质的腐殖化过程,腐殖化过程是土壤OM在微生物的作用下，合成复杂稳定的腐殖质的过程，在其中主要是微生物主导的生物化学过程，当然也可能有一些纯化学过程。,关于腐殖化过程，目前还不是十分清楚，只是了解了它的一般轮廓，对于其中很多过程还有待于进一步研究,各国土壤学家提出了多种腐殖质形成假说，有植物

31、物质形成说、化学聚合说、细胞自溶说、微生物合成说，以原苏联Kononove的化学聚合说较普遍获得公认，腐殖质的形成过程可分为两个阶段：,第一个阶段：产生构成腐殖质分子原始材料,木质素降解产物中保留了原来的芳核结构单位.,第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐殖质单体分子。比如醌能与氨基酸缩合成腐殖质单体分子：,进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质可用腐殖化系数来表示：单位质量的有机物料在土壤中分解一年后，残留下来的量占施入量的百分数。不同有机物料的腐解残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率也不相同，耕地土壤一般为0.20.4之间。,3、腐殖质的分离、提取

32、、组成和性质,A：腐殖质的分离、提取,a：腐殖质与土壤矿物质部分紧密结合在一起，形成复合体，不易分离。,c：用一般的溶剂提取不完全，用剧烈的方法，有可能会引起有机分子的变性（包括：成分、性质、结构特征的改变）。,b：腐殖质与非腐殖质很难用溶剂来区分，也不可能用通常的物理方法来分离。,腐殖质的性质分离提取面临困难：,腐殖质的性质分离提取一般方法：,化学组成：腐殖质的化学组成中主要是C、H、O、N、P、S，还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。功能团组成：腐殖质组分中有许多的功能团，其中最主要的是含氧功能团，比如：羧基RCOOH、酚式羟基（OH）、醇羟基（ROH）、甲氧基OCH3，醌基，正是

33、由于这些功能团的存在，使腐殖质表现出多种活性，比如离子交换，对金属络合作用，氧化还原性及生理活性等。,B、腐殖质的组成,C：腐殖质在土壤中存在形态a：游离态的腐殖质，只占极少部分b：有的与盐基化合形成盐类，主要腐殖酸钙、镁盐c：有的与含水三氧化物，比如Al2O3xH2O、Fe2O3yH2O化合形成复杂的凝胶体。d：与粘粒结合形成胶质复合体。,腐殖质分子的结构非常复杂，属于高分子聚合物。一般认为含有芳核结构，芳核上有多种取代基，并连接着多肽和脂肪族侧链，此外还可能连接着氨基酸和糖，有时还存在着含N的杂环结构。,D：腐殖质分子的结构特征,分子量：腐殖质的分子量在不同的土壤上有很大的差异，不同的组分

34、也有很大差异，即使同一样品因测定方法不同也有很大差异，根据不同方法测定的平均值。胡敏酸的分子量要比富里酸大HAFA。形状：有关腐殖质分子的形状，研究结果也不尽一致，过去认为是网状多孔结构，近年来通过电子显微镜拍照和通过粘性特征的推断，有人认为腐殖酸分子是球形的，有人认为是棒状的，也有人认为二者都有。,E：腐殖质分子的性质,腐殖质是两性胶体，既带负电荷又带正电荷，通常以带负电荷为主，电性来源主要是分子表面羧基、酚羟基的解离以及胺基的质子化。,带电性,由于羧基、酚羟基的解离，胺基的质子化的程度，都会随周围pH值的变化而变化，所以腐殖质所带电荷属可变电荷。,颜色：整体呈黑色，不同腐殖酸颜色有差别，与

35、分子量和发色基团组成比例有关，胡敏酸颜色深富里酸颜色黄,溶解度 胡敏酸微溶于水，其一价盐溶于水，多价盐不容于水富里酸溶于水，其一、二三价盐均溶于水。络合能力 能与铁、铝、铜锌等高价金属离子形成络合物，其中羧基与酚羟基是主要参与络合金属离子的功能团，络合物的稳定程度随pH升高而增大。吸水性 是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量超过本身重量的5倍，干腐殖质从饱和大气中吸水可达本身重量的1倍。稳定性 其化学稳定性强，抗微生物分解能力强，因此分解周期长，在温带植物残体的半分解期为3个月，而新形成的土壤有机物质的半分解期为4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留时间780-3000年，富里酸为200-630年

36、。,（四）影响土壤有机质转化的因素,1、土壤的湿度和通气状况：,适当的湿度而且通气良好的土壤：好气性微生物活动旺盛，有机质进行好气分解，分解速度快，而且比较完全，矿化率高，释放出矿质养分多，而且呈氧化态，有利于植物对养分的吸收，但是中间产物累积少，不利于土壤OM的累积和保存。,土壤湿度大通气不良的土壤：嫌气性微生物活动旺盛，有机质进行嫌气分解，分解慢，而且不完全，矿化率低，释放出矿质养分少，而且呈还原态，不利于植物对养分的吸收利用，同时在还原条件下会产生一些有机酸（比如乙酸、丙酸、丁酸）和一些还原性气体H2S、H2等对作物生长有毒害作用，但是在嫌气条件下中间产物累积多，有利于土壤OM的累积和保

37、存。,2、温度,035：增高温度能促进OM分解2535：适宜土壤中大多数微生物活动45：微生物的活动就会受到抑制50：有机物可能会发生纯化学的氧化分解而导致挥发。,3、土壤酸碱反应,细菌最适宜酸碱度：PH6.57.5的中性环境放线菌最适宜的酸碱度可能要偏碱一些真菌最适宜酸碱度PH36的酸性条件下活动。pH5.5或pH8：大多数的微生物都不太适宜。,4、有机物本身的物理状态和组成,a：物理状态：新鲜、多汁干枯老化 磨细、粉碎未磨细粉碎b：化学组成：单糖、淀粉、水溶性蛋白质半纤维素、果胶 纤维素、木质素、脂肪、腊质,c：有机物的C/N比：指有机物中C总量与N总量的比。,N是组成微生物体细胞的要素，

38、有机质中的C既是微生物生命活动的能源，又是构成体细胞的要素，所以微生物对C和N这两种元素的需要有一定的比例，才能满足微生物的生命活动和构成体细胞的需要。不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样，一般认为微生物每分解2530份的C，大约需要1份的N，也就是说微生物对C/N的要求是2530/1。,有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，也有可能抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长要快得多，有利于矿质化作

39、用的进行。实际上大多数有机残体的C/N远远大于2530/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80100：1远远大于2530/1，为了促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。,（五）有机质在土壤肥力上的作用,1、能提供给作物需要的养分,a：OM能提供给植物有机态养分：OM在降解过程中能产生一些水溶性的有机分子，比如氨基酸、酰胺、易水解蛋白质、己糖磷酸脂、蔗糖磷酸脂等能够为植物直接吸收利用。,b：OM能提供给植物矿质态养分：在OM的元素组成中，含有各种各样的元素，既有大量元素也有微量元素，既有必需元素，又有有益元素。这些养分元素经过矿质化作用，就能分解释放出来供作物吸收利用。,c：有机

40、质分解、合成过程中产生的有机酸和腐殖酸，能促进矿物质的溶解，促进矿物风化，从而释放出养分供植物吸收利用。d：有机质分解、合成过程中产生的各种有机酸及腐殖酸能与金属离子形成络合物，从而使这些离子保留在土壤中而不致于沉淀下来。,2、有机质能改善土壤的理化、生物、性质，从而改善土壤的肥力特性。,物理性质,a：有机质能促进土壤团粒结构的形成，增加团粒结构的稳定性。OM在土壤中主要以胶膜的形式包被在土壤颗粒上表面。粘结性、粘着性：砂粒腐殖质粘粒b：腐殖质对土壤的热状况也有一定影响，主要是因为腐殖质是暗褐色物质，包被在土粒的表面使土壤颜色加深，使土壤吸热增温快。,化学性质,a：腐殖质能吸附离子，增加土壤保

41、肥性b：在酸性土壤上，通过OM与Al3+的结合，降低Al3+对作物的毒害。c：OM分解所产生的有机酸，能减少P的固定，增加土壤中有效P的含量。d：腐殖质中有许多弱酸性功能团，提高土壤对酸碱变化的缓冲性能,生物性质,a：微生物：OM是微生物生命活动所需要的养分和能量来源。b：动物：OM是它们的食物来源。,a：消除重金属离子的污染。,3、土壤有机质在生态环境上的作用,b：消除土壤中残留农药的污染。,（六）提高土壤有机质的途径1、增施有机肥，我国历来有施有机肥的习惯，肥源广阔，有厩肥、堆肥、沤肥等对提高土壤的肥力作用极大，吨良田有机质含量不少于1.1%。有机肥工厂化生产是未来发展趋势。2、秸杆还田是

42、增加土壤有机质简单易行的措施主要方式有：（1）与厩肥混合堆腐沤制后还田。（2）秸杆粉碎就地还田；（3）高留茬收割，高度2030cm；（4）将秸杆作饲料，过腹还田。3、粮肥轮作，做到用地养地相结合。,第四节 土壤水分,一、土壤水分的类型和性质,1、吸湿水（紧束缚水）：由于固体土粒表面分子引力和静电引力对空气中的水汽分子产生的吸附力而紧密保持的水分称吸湿水，通常只有23个水分子层。定向排列，而且排列紧密，水分不能自由移动，也没有溶解能力，属于无效水。土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度。土壤的吸湿水含量达到最大值时的土壤含水量称为最大吸湿量。,2、膜状水（松束缚水）：吸湿水达

43、到最大量时，土粒残余的吸附力所保持的水分称膜状水。膜状水厚度可达到几十个水分子层厚度，部分可以被植物吸收利用，但是它仍然受到土粒吸附力的束缚，移动缓慢，仍然不能满足植物的需要。膜状水达到最大量时的土壤含水量称为最大分子持水量。它包括吸湿水和膜状水。,3、毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就不再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠土壤毛管孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。毛管水可分为：,毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。,b、：毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。它与地下水位没有关系

44、，好象悬浮在土层中一样，它是植物水分的重要来源，对植物的生长意义重大。,a、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的水分称毛管上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系，它的有效性取决地下水位。毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。,4、重力水：土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分受到重力的作用而向下渗透，这种水分称重力水。,对于旱地土壤来说重力水，只是暂时停留在根系分布土层，不能被植被持续利用，而且重力水的存在会与土壤空气发生尖锐的矛盾，往往成为多余水或有害水，对于水稻来讲重力水的存在则是必需的。,重力水达到饱和时，土壤所有的孔隙都充满水分，这时的土壤含水量称为饱和持水量或全

45、持水量。,二：土壤水分的有效性,土壤水分的有效性是指土壤水分能够被植物吸收利用的难易程度，不能被植物吸收利用的称无效水，能被植物吸收利用的称为有效水。,土壤有效水分的下限：萎蔫系数萎蔫系数：植物根系因为无法吸水而产生永久萎蔫时的土壤含水量。通常是把土壤水吸力达到1.5Mpa时的土壤含水量当作萎蔫系数。旱地土壤有效水分的上限：田间持水量旱地土壤有效水分得最大量=田间持水量萎蔫系数,三、土壤含水量的表示方法,1、质量含水量：土壤中保持的水分质量占干土质量的分数，单位g/。,干土质量是指在105下烘至恒重时的土壤质量。,2、容积含水量：土壤水分容积与土壤容积之比，用Q来表示，单位 3/3,Q=,容重

46、：单位容积土壤（包括粒间孔隙的原状土）的质量（干重）g/cm3,d=,Q=rwd1000=质量含水量容重1000Q%=rwd1000100%=质量含水量容重1000100%,3相对含水量：土壤含水量占田间持水量的百分率。,相对含水量=,4、水层厚度DW：指一定厚度（h），一定面积(s)的土壤中的含水量相当于多少面积相同的水层厚度。单位：,四、土壤水分的能量状态（一）、土水势土壤中的水在土壤中受到了各种力场的作用，如吸附力，毛管力等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分子活动能力降低了），土壤水的自由能和纯自由水之间自由能的差值，其值大小等于在标准大气压等温条件下，单位数量的纯自由水转变成土壤水时

47、所作的功或其自由能的降低值称为土水势。土水势严密的概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无限少量的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量来表示称为土水势。我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值。,土水势实际上是作用于土壤水分的各种力的总和而产生，所以它可分为以下几个分势。（1）基质势（m）：由土壤固体（基质）对土壤水分的吸引而使水分自由能降低，这种势能叫基质势。主要是由吸附力和弯月面力所引起，为负值。土壤水分含量越少，土壤水受到的这种约束力越大，基质势越低。反之，土壤水分含量越多，土壤水受到的这种约束力越小，基质势越高。当土壤水

48、分完全饱和时，基质势等于零。（2）溶质势（s）：土壤水中的溶质（盐分），对水分子有吸持作用，使水分自由能降低，称为溶质势。为负值。,（3）压力势（s）土壤水受不同压力所产生的自由能变化称为压力势。压力势为正值。压力势又包括气压势、静水压势、荷载势。气压势：是由于空气被封闭在土体内而产生的势能。静水压势：是由土体构型或质地层次构型的特殊性而引起的，即在难透水层上面可产生连续水层，此水层对下面的水产生静水压力，由此引起的势能称为静水压势。荷载势、压力势：土壤溶液中含有较多的悬浮胶体物质，会产生荷载压，即增加了静水压力，而产生势能称为压力势。（4）重力势（g）土壤中的水分在重力（地心引力）作用下，因

49、高度不同而产生的势能，称为重力势。一般规定地下水面的重力势为0作为参比标准。土壤的总水势：土水势=基质势+溶质势+压力势+重力势在不同情况下，起作用的土水势分势是不相同的。,土壤水用土水势来表示优点是：1.可以使用统一的观点和尺度来研究土土壤一植物一大气连续体（SPAC）中水运动和相互关系；2、可以更充分的利用热力学原理和数学方法来定量地处理土壤水问题；3、在研究手段上也提供了一些更指确的方法。例两种土壤砂土含水量10%，另一粘土含水量为15%，当两个土壤接触时，水分运动方向是砂土中水流向粘土，因为砂土水势高。结论：土壤水总是从土水势高处向土水势低处运动。,土水势的定量表示单位土水势的单位是指

50、单位数量土壤水的水势（势能）。单位数量可以指单位质量、单位容积、单位重量的水分。单位质量水的势能通常用能的单位，焦耳/千克。单位容积水势能则以压力单位Pa，过去常用巴或大气压。单位重量水的势能则以静水压力或相当于一定压力的水柱高度的厘米数表示。三者换算关系：105Pa=1bar=0.9869atm=100J/kg=1020cmH2O1atm=1.0133bar=1033cmH2O=101.33J/kg,（二）、土壤水吸力土壤水吸力指土壤水受一定吸力的情况下所处的能态。它和土水势数值相等，但符号相反。它有两个特点：（1）土壤水吸力只包括基质吸力和渗透吸力（相当于基质势和渗透势），不包括其他分势。