土壤学第二章

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1、第二章 土壤固相组成,第一节 土壤矿物质,一、土壤颗粒,1. 土粒(soil particle) 土壤颗粒土粒，通常专指矿物颗粒。 土粒大小以粒径为标准，土粒形状大多不是球形，只能用当量粒径代替之。 土壤1mm(卡氏制)或2mm部分(国际制、美国制) 2. 土粒的大小划分粒级 分级标准：国际制(international system)、 美国制(Soil Taxonomy)、卡庆斯基制(Kachinsky classification system of soil texture)及中国制。,表21 常见土壤粒级(soil fractions)制,二、土粒的矿物组成,砂粒(sand) 以原生

2、矿物为主，最多的是石英；,粘粒(clay) 以次生矿物为主。,粉粒(silt) 除原生矿物外,还有一些风化后形成的次生矿物；,1.层状硅酸盐粘土矿物 (1)构造特征 硅氧四面体,硅氧四面体 硅氧四面体的构造图示法,硅氧四面体,铝氧八面体,铝氧八面体,铝氧八面体 铝氧八面体的构造图示法,（2） 单位晶片 硅氧四面体 硅层(silicon layer) 铝氧八面体 铝层(aluminum layer),硅片（硅氧片）图示法,铝片（水铝片）图示法,（3） 单位晶层 1:1型 一层硅层与一层铝层重叠而成,1:1型层状硅酸盐(高岭石)晶体结构示意图, 2:1型 两层硅层中间夹一铝层,2:1型层状硅酸盐（

3、蒙脱石）晶体结构示意图,（4）硅酸盐矿物的种类 高岭组 包括高岭石、埃洛石等 特点：A、1:1型 B、膨胀性小 硅片和铝片之间存在氢键 C、电荷数量少 同晶替代极少 同晶替代：指硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相近的其它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象。 D、颗粒较大 可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性弱。, 蒙脱组 包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等。 特点：A、 2:1型 B、 膨胀性大 C、 电荷数量大 同晶替代现象普遍 D、 颗粒较细，呈片状 可塑性、粘结性、吸湿性、粘着性显著，对耕作极为不利。 水化云母(伊利石)组 又称2 :1型非膨胀性矿物 特点：A、 2 :1型 B、 非膨胀性 晶

4、层之间吸附的K+的强吸附力。,C、 电荷数量大 同晶替代现象普遍 D、 可塑性等性质介于高岭组和蒙脱组之间。,2.氧化物 （1）氧化铁 针铁矿、赤铁矿 （2）氧化铝 三水铝石 （3）水铝英石 （4）氧化硅,三、土粒的化学成分,表22 土壤各粒级的化学组成,(1) 随粒径由大到小，SiO2含量由多到少; (2) R2O3(即Fe2O3与Al2O3的总称)与SiO2相反,随粒径 由大到小，R2O3含量由少到多; (3) CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小,含量增加。 硅铝铁率(silica-sesquioxide ratio)：又称“Saf值”。土壤粘粒部分SiO2与R2O3分子数之比

5、。以SiO2 / R2O3 表示。 硅铝率(silica-alumina ratio)：又称“Sa值”。土壤粘粒部分SiO2与Al2O3分子数之比。以SiO2 / Al2O3 表示。,四、各级土粒的物理性质 土粒由大到小，保水能力（表2-3中最大吸湿量、最大分子持水量 、毛管水上升高度）增加，但通透性（表2-3中渗透系数）降低。 随着土粒由大到小，土壤膨胀性和可塑性增加，对耕作带来不利影响。,表23 各级土粒的水分性质和物理性质,第二节 土壤质地 1. 土壤机械组成(soil mechanical composition) 土壤中各级土粒的百分含量，又称土壤颗粒组成。 2. 土壤质地（soil

6、 texture）概念 按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地。 划分土壤质地的目的在于认识土壤的特性并合理利用土壤和改良土壤。,1. 国际制(international system),一、 土壤质地分类(soil texture classification)制,表2-4 国际制土壤质地分类表, 根据粘粒(clay)含量将质地分为三类即： 粘粒含量小于15%为砂土(sand)类、壤土(loam)类； 粘粒含量15%25%为粘壤土(clay loam)类； 粘粒含量大于25%为粘土(clay)类。 根据粉粒(silt)含量，凡粉粒含量

7、大于45%的，在质地名称前冠“粉质(silty clay)” 。 根据砂粒(sand)含量，凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)” 。,2. 美国制(Soil Taxonomy)（连接） 等边三角形的三个边分别表示砂粒、 粉粒、粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出相对应的区域，即得该土壤的质地。 3. 卡庆斯基制 (Kachinsky classification system of soil texture),按表25，卡庆斯基质地分类可归纳为以下几个步骤：,表2-5卡庆斯基土壤质地基本分类,根据物理性粘粒(physical clay)含量，将土壤分

8、为三大质地类型九种质地，通过查表2-5确定。 根据砂粒、粗粉粒 、中细粉粒 、粘粒含量 ，进一步划分质地，确定质地详细名称 : 第二优势粒级第一优势粒级质地名称 根据石砾(gravel)含量，查下表，冠在质地详细名称前。 大于1毫米的石砾含量% 石质程度 10.0 重石质土,川农大农场几种类型土壤的颗粒组成及详细质地命名（卡氏制） 土壤名称 颗粒组成（%） 质地名称 物理性粘粒 砂粒 粗粉粒 中细粉粒 粘粒 石砾 白鳝泥（苹果园） 62.4 10.9 26.7 28.8 33.6 0 粉粘质轻粘土 黄泥小土(张家坪) 43.8 38.2 18.0 31.0 12.8 0 粉砂质中壤土 白鳝泥（

9、张家坪） 49.5 24.2 26.3 31.3 18.2 0 粉质重壤土 半泥砂（沙湾） 38.0 29.0 33.0 18.0 20.0 0 粗粉质中壤土 石骨子土(老板山) 31.0 56.4 12.6 19.2 11.8 30 重石质粉砂质 中壤土 4. 中国制,二、不同质地土壤的肥力 1. 砂质土类 （1）水 粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝； （2）气 大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原 物质； （3）热 水少气多，温度容易上升，称为热性土， 有利于早春作物播种。 （4）肥 养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰；

10、 （5）耕性 松散易耕。,2. 粘质土类 （1）水 粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流,保水抗旱力强，易涝不易旱； （2）气 小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质； （3）热 水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利； （4）肥 养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素； （5）耕性 耕性差，粘着难耕。,3. 壤质土类 土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点。耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。,三、土壤质地剖面 土壤剖面(soil profi

11、le)中不同质地层次的排列组合。 1. 粘盖砂（上粘下砂） 不良组合 2. 砂盖粘（上砂下粘） 优良组合,30,夹砂层,夹粘层,四、不同质地土壤的利用和改良 （一）土壤质地与植物生长 土壤质地与植物生长密切相关。 不同质地土壤肥力特性各异； 不同种类植物生物学特性各异； 农业生产中强调：因地制宜 砂土：生长期短的作物和根茎类作物（土豆、花生等） 粘土：生长期长且需肥较多的禾谷类作物（水稻、玉米、小麦等）,（二）土壤质地的改良 1. 客土法（异地搬运、引洪放淤、引洪漫沙） （1）砂掺粘 （2）粘掺砂 2. 改良土壤结构 （1）大量施用有机肥 （2）植树种草，培肥土壤 （3）施用土壤结构改良剂,第

12、三节 土壤有机质 (Soil Organic Matter),一、土壤有机质来源,概念：土壤有机质(soil organic matter) 土壤有机质是土壤中的各种动植物残体，在土壤生物的作用下形成的一类特殊的高分子化合物。,微生物 动物来源 植物来源 工农业副产品,森林土壤,酸性有机质 (acid organic mater),森林土壤(forest soil)： 枯枝落叶,草原土壤,草原土壤(steppe soil)： 地上部草 地下部根系,中性有机质 (neutral organic mater),耕作土壤(cultivated soil)： 作物残茬(一般占籽实产量的3540%)、施

13、用的有机肥。,耕作土壤,二、土壤有机质的含量及组成 1. 含量 耕作土壤中，表层有机质的含量通常在5%以下。 土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。不同土壤中含量差异很大。 目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言,北方土壤有机质含量高于南方土壤。,四川土壤有机质含量（%） OM% 4.00 3.014.00 2.013.00 1.012.00 0.611.00 0.60 水田% 1.29 6.19 39.90 51.99 0.63 0.004 旱地% 3.14 5.52 18.72 46.26 24.66 1.10,2. 元素组成(水%75，干物质%25) 干物质

14、C H O N灰分元素 % 44 8 40 8 C/N大约为10左右。,土壤 学,3. 土壤腐殖质（soil humus） 土壤腐殖质：是除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称，由非腐殖物质（Non-humic substances）和腐殖物质（Humic substances）组成，通常占土壤有机质的90%以上。,土壤 学,三、土壤有机质的转化 （一）简单有机化合物的分解和转化 矿质化(mineralization)：指复杂的有机质在微生物的作用下，转化为简单的无机物的过程。 1. 碳水化合物(carbohydrate)的矿质化 碳水化合物 有机酸 CO2H2O,在低温、

15、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受到阻碍,产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂 甲酸3.210-3 M、乙酸4.610-3 M、 正丁酸 710-4 M，就会对植物根系产生较严重的危害。 解决办法：排水晒田、施草木灰 （中和酸、补充K素） 有机肥施用前进行堆沤。,2. 含氮化合物(nitrogen compound)的矿质化 蛋白质 氨基酸 NH4 NO3- N素有效化 速效N( NH4、NO3-) 微生物体细胞 N素生物固定 N素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关。 C/N25时，产生N素生物固定 C/N25时，产生N素有效化。,豆科绿肥（三叶草等） C/N小，施入土壤后能提供N素（N素有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成M与作物争夺N素，造成N素的生物固定。 禾本科秸秆还田应配施化学N肥： 一般亩施秸秆300400kg，需要配施化学纯N34kg。,3. 脂肪(fattiness)、树脂(pitch)、蜡质(waxiness)、单宁(tannin)的矿质化 这类有机物的矿质化过程与碳水化合物基本相同，不同之点是在嫌气条件下