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1、土壤地理学,第 一 讲,2.土壤学基础1）土壤，土壤学及其分支学科,土壤学的意义,土壤学是认知土壤的发生过程、空间分布规律和人类高度利用造成土壤各种功能变化的化学、物理和生物学机理，为土壤资源合理利用和管理提供科学依据的独立学科。注重土壤内部物质循环及其与生物的相互作用，强调土壤环境与土壤质量的变化研究,土壤概念：1.公元3世纪周礼“万物自生焉日土？”2.许慎说文解字关于“土”,3.16-18世纪近代土壤概念提出 泰伊尔:“植物腐殖质营养学说”4.1840年 李比西:“矿质营养学说”5.19世纪下半叶地质学观点解释土壤 认为 土壤是岩石风化过程产物,6.19世纪70-80年代,道库恰耶夫:“土
2、壤形成因素学说”土壤是独立的历史自然体.“土壤发生学概念”威廉斯:土壤统一形成学说7.土壤本质属性与区别于母质的土壤发生学特性-肥力概念提出,8.土壤（soil)-处于地球陆地表层 具有肥力 能够 生长植物的 未固结层（疏松层）,古代的土壤概念 西欧地质学派对土壤的理解 俄罗斯发生学派对土壤的理解 土壤的概念表述,自然土壤(natural soil):自然植被下形成 的，未受人为活动干扰与影响的土壤人为土壤（anthropogenic soil):在人类生产活动影响下形成的土壤,农业土壤（agricultural soil):自然土壤经人类农业生产活动的影响和改造而形成的适于农作物生长的土壤,
3、土壤圈（pedosphere):地球表面与大气圈、水圈、生物圈及岩石圈相交界并进行物质循环，能量交换的圈层。,关于土壤学及分支学科,土壤学（soil science):研究土壤的形成、分类、分布、制图和土壤的物理、化学、生物学特性，肥力特征以及土壤利用，改良和管理的科学,土壤物理学(soil physics)研究土壤中物理现象与过程的土壤学分支,2.土壤化学(soil chemistry)研究土壤化学组成、性质及其土壤化学反应过程的土壤学分支学科,3.土壤微生物学（soil microbiology)研究土壤中微生物区系、多样性、及其功能与活性的土壤学分支学科,4.土壤生物学（soil bio
4、logy):研究土壤中生物的种类，分布，功能及其与土壤和环境间相互关系的学科5.土壤生物化学（soil biochemistry):研究土壤中有机质组成、结构、及生物化学转化过程的土壤学分支学科,6，土壤生态学（soil ecology；pedecology):研究土壤环境与生物间相互关系，以及生态系统内部结构，功能，平衡与演变规律的分支学科,7，土壤形态学（soil micromorphology):研究土壤显微形态特征的分支学科8，土壤分析化学（soil analytical chemistry):研究用化学方法和原理测定土壤成分和性质的技术学科9，农业化学（agrochemistry):
5、,10,土壤地理学（soil geography):研究土壤发生、演变、分类、分布规律、及其与地理环境之间关于的土壤学分支,土壤肥力（soil fertility):,狭义：美国土壤学会，（1978）：“土壤供给植物所必需养分的能力。”肥养分 力养分贮量或供给能力,2.广义为植物生长、发育提供的水、肥、气、热诸多因素的能力、仅限于我国土壤学家。中国土壤学会（1987）：“肥力是土壤的基本属性和质的特征，是土壤从营养条件和和环境条件方面，供应和协调植物生长的能力。土壤肥力是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映。”,自然肥力(natural fertility)-1)在成土因素影响下 形成的肥力;
6、2)由自然因素形成的土壤所具有的肥力,人为肥力（anthropogenic fertility)-1)在人类长期耕作、施肥、灌溉和其他农事活动影响下形成的肥力,潜在肥力（potential fertility)；受环境条件和科技水平限制还不能被植物利用，但在一定条件下可转化成为有效的那部分肥力有效肥力（effective fertility):在一定的农业技术条件下反映土壤生产能力的那部分肥力,土壤肥力高低决定于土壤的组成、土壤的物理性状、土壤的化学性质和土壤的生物学特征。,新 书,沈善敏主编，中国土壤肥力，中国农业出版社，1998,关于土壤的组成,1.土壤固相(矿物质、有机质）2.土壤液相(
7、水与溶液)3.土壤气相4.土壤生物有机体,土壤矿物（soil mineral),土壤中具有特征结构和一定化学式的各种天然无机固态物质 来自母质、土壤的“骨骼”,原生矿物直接由岩浆中结晶出来的矿物 长石类、石英、角闪石、辉石、橄榄石等,矿物的风化,1，物理风化：岩石、矿物在冰冻作用、膨胀收缩作用与温度等因素影响下的破碎2，化学风化：延伸与矿物在大气和水的作用下发生的化学成分和矿物组成的变化3，生物风化：岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化,次生矿物 原生矿物经风化变质作用后而形成的新矿物。包括易溶盐类、次生氧化物类、次生铝硅酸盐类（高岭石、蒙脱石类、水云母类）,土壤有机质（soil org
8、anic matter),是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质：未分解与半分解的动植物残体微生物体腐殖质占有机质以上,土壤腐殖质（soil humus):除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称非腐殖物质已知结构的有机化合物，如碳水化合物、氨基酸、脂肪、木质素、有机酸等。腐殖物质土壤微生物作用、新形成、非晶形、高分子有机化合物,土壤腐殖质的形成,1，木质素学说：微生物对木质素进行不完全分解，其残余物构成土壤腐殖质的一部分。2，多元酚学说：木质素在微生物作用下先分解成低分子量的有机化合物，通过缩合和聚合形成大分子的腐殖质。,土壤腐殖酸的组成,1，元素组成：C H O N
9、S 等2，含氧官能团：羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、酮基、甲氧基等,2）土壤物理学,土粒密度(soil particle density):单位容积固体土粒的质量(g./3)曾称土壤比重。,2.土壤容重(soil bulk density)（土壤密度）（soil density)：1)田间自然垒结状态下单位容积土体的质量或重量（克厘米3）2)单位容积土壤的质量,3.土壤成分（养分、有机质等）储量计算：容重X土层厚度X面积,5.土壤质地（soil texture):按土壤中不同粒径颗粒相对含量的组成而区分的粗细度 土壤颗粒（soil particle)：简称“土粒”。土壤中各种粒径的固相颗粒,土粒
10、有效直径（effective diameter of soil particle):又称“当量直径”（equivalent diameter).由沉降法，筛分法或者显微镜法测出的颗粒直径,土壤质地：三种方法,土壤结构(soil structure)：土粒的排列、组合形式,土壤孔隙(soil pore space):土壤总容积中除固相部分以外的空间土壤孔隙度（soil porosity):单位土壤容积中的孔隙容积,通气孔隙度（air porosity):一定水势或者含水量条件下，单位土壤总容积中空气占的孔隙容积持水孔隙度（water-holding porosity):一定水势或者含水量条件下，
11、单位土壤总容积中水占的孔隙容积,1。降雨过程中典型红壤孔隙时空变化规律研究，郭磊，2007-华中农业大学2.组成成分及颗粒粒径对基质孔隙特性的影响研究，李斗争，2006-山东农业大学3.土壤孔隙三维构建与特征表达，相方园，2008-华中农业大学,土壤水（分）（soil water),土壤中各种形态（或者能态）水的统称 束缚水（confined water):土壤颗粒表面吸附力所保持的水分,薄膜水与薄膜水运动,薄膜水（film water):由土壤颗粒表面吸附所保持的水层，其厚度达几个或者百个以上的水分子层,触点水（pendular water):在颗粒接触处由弯月面力所持的水分,毛管水（cap
12、illary water)；由毛管力所持的水分毛管凝结水（capillary condensation):由于温度下降毛管中气态水转化为液态水的部分毛管悬着水（capillary suspending water):土体中与地下水位无联系的毛管水,毛管支持水（capillary supporting water):土体中与地下水位有联系的毛管水重力水（gravitational water):受重力作用的土壤水吸湿水（hygroscopic water):干土从空气中吸着水汽所保持的水,最大吸湿量（maximum hygroscopicity):干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽，并在土粒表面
13、凝结成液态水的数量饱和含水量（saturated water content):土壤中孔隙都充满水时的含水量。,田间持水量（field capacity):田间水饱和后，在防止蒸发条件下2-3天内自由水排除至可忽略不计时的含水量,萎蔫含水量（wilting point):植物凋萎并不能复原时的土壤含水量,2.有效性（1）有效水(available water)（介于田间持水量和萎蔫系数 之间）（2）无效水,各阶段土壤水有效性图解,土壤水（分）特征曲线（soil water characteristic curve):表示土壤含水量和土壤基质势间关系的曲线,土壤水平衡（soil water ba
14、lance)；一定时间内土壤水的收支状况,3.土壤水表示方法（1）质量含水量（）（2）容积含水量（）（3）相对含水量土壤含水量田间持水量（4）贮水量 水深计算：容积含水量X土层厚度,学位论文,1.晋西黄土残塬沟壑区不同植被类型土壤水分动态研究，李俊，2007-北京林业大学 2.基于环境同位素技术的红壤坡地土壤水分运移规律研究，孟薇，2007-中国科学院亚热带农业生态研究所 3.晋西黄土区土壤水分时空变化规律研究，李笑吟，2006-北京林业大学,土壤空气（soil air),特点1.CO2 高于大气2.O2 低于大气3.水汽含量一般高于大气4.有较多还原气体(CH4 等）,土壤热(soil he
15、at)与土壤温度(soil temperature),1.土壤热容量(soil heat cabacity,soil thermal capacity):单位质量或容积的土壤每升高(或降低)1oC 所需要(或放出)的热量用 C 代表.单位/（g.oC)2.土壤温度,土壤呼吸（soil respiration),是指土壤释放二氧化碳的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生二氧化碳的所有代谢作用，包括三个生物学过程（即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸）和一个非生物学过程。即含碳矿物质的化学氧化作用等几个生物学和非生物学过程。土壤呼吸动态变化对全球碳平衡产生深远的影响。,土壤呼吸的测定,土壤呼
16、吸量通常是通过直接测定从土壤表面释出的二氧化碳量来确定的测定土壤呼吸量的方法和技术有许多种，并且在不断完善。1.静态气室法可通过碱液吸收(KOH或NaOH)二氧化碳。标定一定时间间隙内的土壤呼吸量，也可利用密闭气室收集土壤表面产生的气样，通过气相色谱法进行测定。,2.动态气室法通过一个密闭的或气流交换式的采样系统联接红外线气体分析仪(IRGA)对气室中产生的二氧化碳进行连续测定。近年来，一些大气物理学家设计 一种新的土壤碳流量测定方法 微气象学法，也称为涡度法。,土壤物理学家,华孟（中国农业大学）。1919年生于北京。长期从事土壤学的教学。参与土壤学土壤物理学的编写。率先向国内介绍土壤水能量的
17、观点，组建了我国第一个土壤物理学教研室。,曹升赓（土壤研究所）长期从事土壤微形态的研究。,3）土壤化学,土壤矿物化学（soil mineral chemistry)土壤腐殖质化学(soil humus chemistry)土壤物理化学（soil physical chemistry)土壤胶体化学（soil colloid chemistry)土壤表面化学(soil surface chemistry)土壤电化学（soil electrochemistry)土壤溶液化学（soil solution chemistry),土壤养分化学（soil nutrient chemistry)土壤污染化学（
18、soil pollution chemistry),1.土壤胶体 土壤是胶体的王国 土壤颗粒的粒径.微米的具有胶体性质的微细颗粒。其特点：（1）有大的表面积（2）带有电荷（3）对阳离子静电吸附（4）可进行阳离子交换阳离子交换量、盐基饱和度,2.土壤酸碱性PH,3.氧化还原反应氧化还原电位学位论文1.有机还原性物质与铁锰氧化物电化学反应的研究，姚爱军，1999-中国科学院南京土壤研究所 2.零价铁还原脱氯多氯联苯的研究，梁贺升，2008-华南农业大学：3.硫酸盐对水稻土中氧化铁还原过程的影响，王静，2008-西北农林科技大学,养分供给种养分，除外全部来自土壤,土壤化学家,李庆逵（土壤研究所）（1
19、912-2001）。我国现代土壤学和农业化学主要奠基人之一。中国红壤研究的开拓者之一，中国土壤磷素研究的开拓者和奠基人之一。曾主编土壤分析法中国红壤中国土壤中国磷矿的农业利用等,熊毅（土壤研究所）（19101985）中国土壤科学的开拓者之一，中国土壤胶体化学与土壤矿物学的奠基人。开拓水稻土研究与土壤肥力综合观点。曾编著中国土壤中黏土矿物土壤胶体土壤胶体研究方法土壤胶体性质,朱兆良（土壤研究所）1932-开拓并发展了我国土壤氮素化学研究领域，为氮素研究和氮肥有效利用作出了重要贡献。主编中国土壤氮素,孙羲（浙江农业大学）1914年生于安徽安庆市。农业化学家。中国农业化学学科的开拓者之一。长期从事土
20、壤养分，植物营养与施肥的教学与科学研究。编著了我国第一部农业化学教材。对有机肥提高土壤肥力的机制和作物有机营养原理进行了深入的研究。其关于钾对棉花叶片角质层，蜡质层发育的关系研究，是十分重要的贡献。,于天仁（土壤研究所）（19202004）中国土壤电化学的创始人。长期从事水稻土和红壤的电化学研究。在土壤的氧化还原过程，可变电荷土壤的电化学性质，土壤电化学的冶金方法及离子选执性电极在土壤学研究中的应用等方面都区得了首创性的成果。著有土壤电化学性质及其研究法等书。,夏荣基（北京农业大学）。1923年生于广东云浮县。主要从事土壤化学和土壤生物化学的研究。参与土壤化学原理土壤形成过程的化学等书的编著,
21、侯光炯（西南农业大学）1905年生于江苏金山县。提出土壤生理性的观点，认为土壤是“活”的，是有“生命”的历史体。长期深入农村，进行土壤科学研究。曾发表农业土壤生理性水稻土生理分类雏议等论文,新书,Introduction to Soil ChemistryALFRED R.CONKLIN,JrWILEYINTERSCIENCEA JOHN WILRY AND SONS，INC.,PUBLICATION,4）土壤生物学,1.生物多样性(1)后生动物小的土居性多细胞动物，如线虫、蚯蚓、蜗牛、蚂蚁、蜘蛛、昆虫等。,（）原生动物 单细胞真核生物，简称原虫。主要分布于潮湿土壤中。,（3）微生物 原核微生
22、物（古细菌、细菌、放线菌、粘细菌、兰细菌），真核微生物（真菌、藻类、地衣）及分子生物病毒,2.土壤酶对土壤中各种生化反应十分重要。而土壤酶已发现5060种，主要来自微生物、土壤动物与根。,土壤生物量（soil biomass):土壤中生活的全部有机体（包括动物，植物，微生物）的总量固氮作用（nitrogen fixation)；将分子氮转化为氨的过程,生物固氮作用（biological nitrogen fixation)；分子态氮在固氮生物体内由固氮酶作用形成氨的生物化学过程,联合固氮作用（associative nitrogen fixation):自生固氮微生物在高等植物影响下促进的固氮
23、作用共生固氮作用（symbiotic nitrogen fixation)：固氮微生物侵染植物形成共生结构后进行的固氮作用,非共生固氮作用（non-symbiotic nitrogen fixation):又称“自生固氮作用”。固氮微生物自由生活时进行的固氮作用,硝化作用（nitrification):氨态氮被微生物氧化成亚硝酸，并进一步氧化成硝酸的过程亚硝化作用（nitrosification）：细菌氧化氨为亚硝酸的过程,反硝化作用（denitrification):细菌在无氧或者微氧条件下以NO-3或者NO-2作为呼吸作用的最终电子受体生成N2O和N2的硝酸盐还原过程,氨化作用（ammon
24、ification):分解含氮有机物产生氨的生物学过程矿化作用（mineralization):微生物分解有机物质，释放CO2和无机物的过程,好气分解（aerobic decomposition):有机物质在有氧环境中被好气性微生物所分解的现象,嫌气分解（anaerobic decomposition):有机物质在无氧条件下由嫌气性微生物进行降解的现象,土壤生物学家,尹文英（上海昆虫研究所）1922年生于河北平乡。其对原尾虫的研究，有重要贡献。她提出的原尾虫系统发生的新概念和制定的新分类系统，有重要意义。曾主编中国土壤动物一书。,陈华葵（华中农业大学）土壤微生物学家，长期从事土壤微生物的教学与
25、研究。其土壤微生物学是我国第一部土壤微生物学教材，影响巨大。,新 书,The Biology of SoilRichard D.BardgettOXFORD UNIVEFSITY PRESS,5）土壤生态学,土壤生态系统（soil ecosystem):土壤生物与其周围环境相互联系和相互作用的统一体,土壤生态系统结构（structure of soil ecosystem):土壤生态系统中生物的种类、数量和所占据的空间诸因素的构成及其相互依存的关系。,土壤生态系统功能（function of soil ecosystem):土壤生态系统中物质循环、转化、贮存和能量交换等作用的总称,土壤库（so
26、il pool):物质循环过程中以土壤作为贮存，交换的场所,分室（compartment):又称“隔室”，生态系统中能量和物质贮存或者交换，转移的场所,开放生态系统（open ecosystem):物质流动和能量交换不局限于本系统边界内部的生态系统,封闭生态系统（closed ecosysten):物质流动和能量交换基本限于本系统边界内部而呈自然稳定状态的生态系统,通量（flux):单位时间内物质或者能量从一个贮存库转移到另一个贮存库的转移量土壤输入（soil input):在一定时间和范围内物质从大气，地壳，生物及通过人为作用而进入土壤,土壤输出（soil output):在一定时间和范围内物质以气态，液态或者固体移动，生物吸收和人类活动等方式从土壤库中移出,土壤生产力（soil productivity)；土壤产出农产品的能力,土壤生态学家,徐琪（南京土壤研究所）长期从事农业生态的研究。对水稻土贡献较大，曾共同编著中国太湖地区水稻土稻田生态系统，和土壤生态系统（2005）。,新 书,杨林章、徐琪主编，土壤生态系统，2005，科学出版社,5.最近土壤学新书,1.热带土壤学 作者：漆智平 出版社：中国农业大学出版社 2.环境土壤学 作者：陈怀满 出版社：科学出版社 出版日期：2005-02-01,3.土壤学研究五十年 出版社：中国农业出版社出版日期：2007-08-01,
