【2017年整理】第二篇 土壤

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1、第二篇 土壤土壤总览（什么是土壤）土壤：是地球表层能够生长植物的疏松表层。是一个独立的历史自然体。它不仅具有自身的发生、发展过程，而且是一个能够从物质组成、形态、结构和功能上进行剖析的物质实体，也是一个无机/有机，生物/生物相结合的物体。其它领域对土壤有着不同的解释：建筑部门：建筑材料 或 地基地球化学研究者：岩石圈表层，净生环境中发生元素迁移并形成次生矿物的近期堆积体。植物学、农学：植物生长栽培的基本物质条件之一土壤学：土壤的基本属性和本质特征是土壤具有肥力。土壤肥力：植物生长中为其提供和协调养分、水分、空气和热量的能力。这种能力是土壤的物理、化学、生物性质的综合反映。即肥力包括：养分（无机

2、盐） ，水分、空气、热量。它们不是孤立的，而是相互联系、相互制约的。植物的生长不仅要求土壤肥力各因素同时存在并充分供应，还必须相互协调。学习土壤的意义：土壤是人类生存的重要资源。农业上为了获取更多的粮食、经济作物，人们将具有自然肥力的自然土壤改造，产生了质和量的变化，形成了农业土壤。农业土壤具有肥熟表层、灌淤表层，特点是熟化，具有人工肥力，肥力较高。优质高产农业区，土壤在合理的管理下，其肥力不仅不会损耗，而且会不断提高。因此，土壤可视为一种永续可持续利用的可再生的自然资源。补 图 9-1 土 壤 在 自 然 地 理 环 境 中 的 位 置二、土壤圈在地理环境中的地位或作用土壤是自然环境中各种因

3、素相互作用的产物，是地理环境派生的自然体。同时，它也是自然地理环境的一个组成要素。是结合无机界和有机界的纽带，是联系其他要素的关键环节；在整个自然环境中起着重要的作用；土壤是有机界和无机界相互联系、相互作用的产物；土壤是自然环境中物质循环和能量转换的主要环节和活跃的场所（补图 9-1） 。为什么？ （1）为陆生植物：营养物质、立地条件；（2）为河水、海水：盐份等物质；（3）形成沉积物、沉积矿床；（4）与大气圈进行热量和物质交换。所以说土壤在自然地理环境中起着重要作用.土壤在自然地理环境中的位置土壤圈或土被土壤以不完全连续的状态存在于地球表层，称为土壤圈或土被。（土壤与其它圈层之间的关系）看其初

4、生：开始于有机生长的陆地表面岩石风化层，有机体的生命活动在此基础上进一步分解岩石， （死亡分解，至酸作用，吸取其中有效的元素） 。其结果是地壳表层不断地富集肥力特征，如氮、磷、钾、空气、水分、热量等。从较长的时间段上来看， （也可从历史角度来看） （能不能从地史的角度来看？）土壤肥力与生物演替是同步发展的从地史的观点来看，土壤圈的出现是与植物不断进化同步发展的。土壤圈占据大气圈，水圈，岩石圈，生物圈之间的位置，各个圈层与土壤圈之间发生着复杂的能量转化与物质迁移。1. 土壤圈与生物圈：土壤支持和调节植物的生长发育过程，并制约植物的分布，也间接控制动物的分布。2. 土壤与水圈 2.1 影响水分的垂

5、向及侧向分配入渗率、入渗系数，坡面流的大小，地表、地下水的分配2.2 水在运动过程中，对于土壤及地表表生生物地球化学迁移过程的影响，并影响水圈的化学组成3. 土壤与大气 通过植被的光合作用，制取氧气，吸收二氧化碳，另外还能释放甲烷、氮的氧化物及氨气。4. 土壤与岩石圈 岩石圈（物理、化学风化） 母质（生物风化）土壤由此可以看出，土壤圈是联络各种自然地理要素的枢纽，是非生物的无机界与生物界的有机界联系起来的中心环节，是人类农业生产的重要生产资料，是生态系统的重要组成部分。图在水文学中，土壤可以调节水量平衡和水质成分，过滤、缓冲、降解、固定、分解有毒物质，尤其是地下水。 本 篇 分 三 章第 一

6、章 土 壤 的 组 成 与 性 质第 二 章 土 壤 的 形 成 过 程第 三 章 土 壤 的 类 型 与 分 布第一章 土壤的组成及特性第一节 土壤的物质组成固：矿物质 有机质 微生物95 5% 很少 干重38% 12 很少 体积液、气 体积上此消彼长1、土壤矿物质和有机质：固体物质是土壤最基本的成分，可以说是整个土体的骨骼和躯体。其中占绝大多数的通常是矿物质颗粒，有机质也有一定的比例；2、土壤水分与空气：在土壤的固体颗粒之间，有大量空隙的存在。充填于空隙中的是空气和水分（确切地说是溶液） 。空隙中气、 液两者的比例并非是固定不变的，经常随外界天气和其他因素的改变而彼此消长。一、矿物质1.

7、矿物质的作用：土壤矿物质土壤中的无机物质，是土壤的主要组成部分，形成了土壤的骨骼，来源是：岩石的风化物母质。它在大小和组成上都是多变的。从起源来说，土壤矿物质包括：岩石碎屑（detritus） 、原生矿物（primary mineral） 、次生矿物（secondary mineral）三个部分（参见补图 9-2） 。2. 分类：岩屑大块岩石破坏后的残屑，但仍然是一种矿物质集合体；在土壤中它们是最粗大的成分，通常以砾石和粗砂的形式出现。原生矿物岩屑进一步分解破坏、矿物集合体分散后的产物；在形态上它们是单独的矿物晶体，但在成分上和结构上与原始母岩中的矿物一致，没有产生性质的变化。多是一些抗风化能

8、力较强的矿物，如石英和某些长石类矿物。原生矿物的晶体相对较大，在土壤中多以砂粒和粉砂的形式出现。岩石经过不同程度的物理风化，但没有经过生物风化、化学风化，原有的化学结构和结晶构造均没有改变。是各种化学元素的来源。次生矿物原生矿物化学风化或蚀变后的新型矿物，原生矿物经风化后重新形成，化学组成和构造都有改变，而不同于原生矿物。是在疏松母质发育和土壤形成作用进行时，由不稳定的原生矿物风化形成的，多属粘粒一级，如铝硅酸盐粘粒（高岭石、蒙脱石、伊利石等）和铁、铝的氧化物等。特点：颗粒小，粒径小于 0.001mm，例如高岭石、伊利石、蒙脱石具有胶体性质，有吸附性、膨胀性、收缩性、粘着性、可塑性3. 元素

9、地壳中 90 多种元素都存在于土壤之中较多的有 Si Fe Al Mn Ca Mg Zn K Na 锶 钼 钛 P S O Pe 硼硅酸盐、SiO 2 Al2O3 Fe2O3 CaO P2O5 MgO 总和占到矿物质的绝大部分土壤颗粒越粗，则 SiO2 含量越高土壤颗粒越细，Al 2O3，Fe 2O3 氧化物越多二、 有机质1. 是指动植物残体及其分解、再合成物。是重要的组成部分。含量很少，土壤的表层有机质一般仅占 5%，但其作用和对土壤理化性质的影响能力却远远超过其重量的比例。来源： 原始来源是植物的死亡组织和一部分动物的排泄物及尸体，其中以植物组织为主。在自然条件下，林木、灌丛、草地和其他

10、植被的地上部分和根部每年都为土壤提供大量的有机残体，这些物质被各种各样的土壤动物和微生物粉碎、转化和分解，再通过渗透和混合而变成土壤的一部分。2. 两类：一是始残体及半分解的有机质；二是土壤腐殖质，是土壤中特殊的有机质，占土壤有机质的 85-95，其中胡敏酸（黄色） ，富里酸（黑褐色） ，分子式大且未知，占总腐殖物的 60%3. 化学组成腐殖酸 碳水化合物 含氮有机物、木质素、含硫化合物、含磷化合物4. 有机质的转化矿质化过程（mineralization）即分解过程有机残体在细菌（bacteria）和真菌（fungi）的作用下彻底氧化分解为无机矿质养分的过程。矿化过程，在微生物作用下，把复杂

11、的有机质分解为简单的化合物， 好氧条件下分解为 CO2 H2O NO2 N2 NH3 厌氧条件下分解为 CH4 H2S H2腐殖化过程（humification） ，其产物是 腐殖质有机残体在微生物不完全分解时的中间产物，能重新合成一类性质较稳定的有机高分子化合物，称为腐殖质。腐殖质是棕色或暗棕色的无定形胶体物质。虽然腐殖质抗分解能力强，比一般的生物残体稳定，但它最终还是要被矿质化作用分解转化为无机的矿质养分，所以说腐殖质只是养分生物循环中的一类附加产品或暂时的贮存库而已（图 9.7） 。5. 有机物的作用（腐殖质的作用）产生肥力腐殖质的产生强烈地改变了土壤的物理和化学性质：A、腐殖质胶体具有

12、很强的活性， 吸附能力特别大，同等重量的腐殖质吸收水分和保持养分的能力是矿质粘粒胶体的好几倍。防止营养元素的淋失，能吸附多种营养元素。B、有机酸是络合物，对矿物质有溶解作用，以保证矿物质中不断有无机盐溶解出来，但却适量，从而长期供给植物C、腐殖质作为胶膜涂在矿质颗粒的表面，能有效地掩蔽无机物的本色使土体颜色加深变暗。D、腐殖质还是很好的“团粒促进剂 ”，发育良好的表土层的结构体大部分都是由腐殖质胶体粘结而成的。E、腐殖酸是多价酸根的弱酸性盐，对强酸强碱有很强的缓冲作用三土壤水分水分也是土壤重要的组成成分和肥力因素，它不仅是植物生活必需的生态因子，也是土壤生态系统的物质和能量的流动介质。存在位置

13、：土壤孔隙之中来源 大气降水 地下水 灌溉 少量来自于露水和雾耗损 土壤蒸发 植物利用及蒸腾（植物散发）下渗 侧向渗流径流到区域之外液态水能为植物所利用，其重要性超过了固态水与气态水吸湿水 土壤颗粒表面所吸附空气中的水汽分子，薄膜水 土壤颗粒表面靠分子力吸附的液态水，几乎不移动，植物能利用一部分毛管水 孔隙度小，则管细，且表面张力大，毛管长，分为毛管上升水，毛管悬着水，田间持水量 最大毛管含水量重力水 超过田间持水量，沿非毛管孔隙，受重力作用自由移动的水。可以渗到地下水面。支持重力水：受到相对弱透水层的阻隔作用而在其上潴留，也可以认为地下水的组成部分。饱和持水量：（全蓄水量）土壤孔隙全部充满水

14、分时的含水率。用体积来表示，一般等于孔隙度。凋萎系数：植物枯萎时的土壤含水率。有效含水量：田间持水率凋萎系数四 土壤空气指土壤孔隙中存在的各种气体的混合物。与大气成分基本相似。但比例略有不同。CO2 含量高 原因是 土壤中有生命活动 大气中 0.033% 土壤中 0.15-0.65O2 含量低 大气中 20.96% 土壤空气中 10-20，通气性不好时甚至低于 10%水汽含量高 土壤空气中相对湿度 70以上N2 略高 大气中 78% 土壤中 78-86 有硝化作用和反硝化作用 NH3 含量高五、土壤胶体粒径在 1-100mum 之间的物质1. 研究意义 土壤的结构，如粘结性、可塑性，土壤的质地

15、，如土粒的分散性、凝聚性土壤的离子交换与吸附 以上都与土壤胶体有关2. 到底是什么 矿物质 次生硅酸盐 铁 铝 的氧化物 有机胶体： 腐殖质 有机酸 蛋白质 及蛋白质衍生的大分子有机酸有机无机复合胶体 有机胶体与无机胶体通过各种键相互结合 3. 作用巨大的比表面和表面能 颗粒小，比表面积大吸水保墒能力吸离子保肥能力吸污染物防止污染物扩散带电性 即有带正电的胶体，也有带负电的胶体，分别吸收土壤溶液中游离态的物质，如各种离子，具有保肥作用离子交换作用 土壤胶体表面与溶液中的电荷符号相同的离子进行交换分为阴离子交换作用和阳离子交换作用 带正电的胶体吸附的阴离子与土壤溶液中的阴离子交换，带负电的胶体吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子交换。其中以阳离子交换为主。消散和凝聚分散即溶胶，凝聚即凝胶，二者可以互相转化。由溶化转为凝胶称为凝聚作用，由凝胶转为溶胶称为消散作用。凝聚与消散对于 土壤物质的累积与淋移土壤结构的形成和破坏 密切相关土壤肥力的增加和流失总之，土壤胶体是土壤吸收营养物质的主体，是土壤养分保存和调节的物质基础，对新的腐殖质的形成至关重