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1、五章节土壤水热气肥及其相互关系Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望 第 一 节 土壤热性质l1- 土壤的热量来源 土壤热量主要来自4个方面，太阳辐射能、地热、生物热和化学热。 1-1 太阳辐射： 任何物体，温度高于绝对零度 (273 ) 时, 都要以电磁波的方式向外辐射能量。 太阳表面温度高达6000 , 它要以电磁波的方式向外辐射大量能量, 这种能量是土壤热量的主要来源, 一般每cm2每分钟可得到1.9 卡的热量.l 1-2 地热: 地核温度约5000 左右, 要向外传
2、导热量, 由于地壳导热率很低, 传导的热量很少, 每年每平方米约54卡左右. 由于总量少, 对土温的影响很小, 一般可忽略不计。l 1-3 生物热: l 微生物分解有机质是一个放热的过程, 一般情况下, 总量也很小, 对土温的影响小, 但在生产中有特殊的作用, 。l早春土温过低时, 不利于作物种子的萌发, 可大量施用羊粪, 马粪等含水少的有机肥, 利用其分解释放的热来提高土温, 加速作物种子的萌发.l 1-4 化学热 ：l 土壤中, 一些化学反应也是放热的过程, 但数量极少, 对土温几乎没有影响.l 2 . 土壤的热性质 土壤的热性质是指土壤对光和热的反应特点. 包括土壤的吸热性、散热性、热容
3、量、及导热率. l 2-1 土壤吸热性 l 指土壤对太阳辐射能的吸收能力. l 表示方法: 吸收率 = 1 反射率 地表反射光强度l反射率 = ( % ) 到达地表辐射强度 影响因素 : 土表颜色 颜色愈深, 吸热性愈强, 反之, 愈弱. 土壤含水量 含水量愈高, 吸热性愈强. 土表状况 粗糙土表反射光弱, 吸热强： 平坦土表反射光强，吸热弱。l 2-2 土壤散热性 l 土壤散失热量的能力. 土壤热量散失主要与水分蒸发, 土壤辐射, 和大气逆辐射有关. 水分蒸发: 蒸发1克水分, 约需吸收580卡的热量, 所以, 随着水分的蒸发,热量即散失了. 土壤辐射: 由于土壤的温度也高于绝对零度, 故土
4、壤本身也要以电磁波的方式向外辐射能量, 这种辐射,使土壤热量减少, 土温降低。大气逆辐射: 近地层大气得到土壤辐射后, 温度升高, 高于绝对零度, 也要以电磁波的方式向周围辐射能量, 其中有部分返还地表, 返还地表的这部分大气辐射就称为大气逆辐射, 它使土壤热量增加, 温度提高.l土壤实际辐射损失热量 = 土壤辐射 一 大气逆辐射土壤辐射： 地面覆盖 、 地面温度 。大气逆辐射：大气密度 、 大气温度。l 2-3 土壤热容量 指单位体积的土壤, 当温度每增高或降低土1时，所吸收或放出的热量. 表示 : Cv 卡/ Cm3 度 表达的意义: 表示土壤稳温性的强弱, 热容量大的土壤, 土温升高1度
5、需较多的热才能升高, 稳温性强, 反之, 稳温性弱.l影响因素 : 一一水气比例土壤纯固相颗粒的Cv为0.50.6卡/Cm3度土壤空气 0.0003 卡/Cm3度 土壤水分 1 卡/Cm3度 一般土壤纯固相颗粒的数量比例变化不大; 而水、气比例变化很大, 且水份的热容量远大于空气的热容量,. 故水多气少的土壤Cv大, 水少气多的土壤Cv小. 热容量的生产影响： 生产中, 易积水的土壤Cv大,早春土温随气温回升慢, 不利于大春播种,称冷性土. l持水少的土壤Cv小, 早春升温快, 有利于大春的种子萌发, 农民称热性土.l2-4 土壤导热率 表层土壤吸热后，热量要传导。 指在厚度为1CM, 面积为
6、1平方厘米的断面上, 当温度相差1时每秒钟通过的热量. 表示方法: 卡/ 厘米秒度 表达意义 : 表示土壤内部传导热的能力。l l 导热率大的土壤, 传热快, 表土温度日变幅小, 表土与底土温差小,整个土体温度较均匀。 反之, 表土温日变幅大, 表土与底土温差大, 整个土体的温度差异大。 影响因素 土壤纯固体颗粒的导热率 0.005卡/厘米秒度土壤空气 0.000055卡/厘米秒度土壤水分 0.0013卡/厘米秒度 a. 主要受紧实度影响, 土壤越紧实, 由固相导热, 导热率高. b. 受土壤水气比例的影响, 水多气少, 土壤的导热率大. l 3. 土温的变化规律及其影响因素: 土温的变化规律
7、昼夜变化；年变化。 昼夜变化： （由于表土白天吸热，夜晚散热） 表土的最高温度在下午12点，最低温度出现在早晨太阳出来之前，约68点。 底土的最高温度和最低温度的出现时间均落后于表土，且随深度增加变幅减小，在35100厘米处消失。l 年变化 （太阳辐射能的季节变化） 呈现两个阶段, 升温阶段, 27月; 降温阶段, 81月; 最高温7月, 最低温1月. 随土层加深年变幅也减小, 在520米处消失.l影响土温的因素： 一切影响土壤热量收入或支出的因素最终都将影响土壤温度的高低, 可分为环境因素和土壤内部因素两大类.环境因素: a. 土壤所处的纬度 随着纬度的增加, 太阳入射角减小, 单位面积土壤
8、得到的太阳辐射能减少, 故纬度越高, 土温越低. l b. 土壤所处的海拔 一般来说, 海拔每升高100米, 温度降低0.50.6度, 10 的积温减少150 200 /年. 海拔越高，土温越低。 ( 原因 主要是海拔升高, 大气温度下降, 密度减小, 大气逆辐射减弱 ) l c. 土壤所处的坡向 在北半球 , 南坡向阳, 太阳入射角大, 单位面积土壤得到的辐射能多, 土温高. 北坡属阴坡, 得到的辐射能少. 一般南坡土温比北坡高57 左右。ld.土表是否有覆盖 土表覆盖一方面减少土壤得到的太阳辐射能, 使土温不易提高; 另一方面又可阻止土壤辐射, 减少热量损失, 使土温不易降低. 所以, 覆
9、盖的综合效果是使土温变幅减小, 与裸地相比, 最高温下降, 最低温提高. l 土壤内部因素: a. 土壤水气比例 若土壤水多气少, 热容量大, 导热率高, 土温不易升降而趋稳定, 变幅小. 若土壤水少气多, 热容量小, 导热率低, 土温易急剧升降不稳定, 变幅大. 生产中, 这两种情况都不好, 应控制水气比例来调节土温在一个恰当范围.l b. 表土颜色 深色土吸热多土温高; 浅色土吸热少土温低. c. 有机质含量 有机质对土温有两个作用相反的影响： 一方面颜色深, 增加土壤吸热使土温提高; 另一方面, 增加土壤蓄水使土温不易提高. 高寒山区土温过低是生产中的主要矛盾, 要注意控制土壤有机质含量
10、.l 4. 土壤温度对农业生产和土壤肥力的影响 a. 影响作物类型的分布: 土壤温度与气温是一体的, 宏观地控制着大范围的作物类型的分布. 作物按其对温度的要求的差异, 可分为热带作物、亚热带作物、温带作物, 寒带作物等. 这是作物长期感受气温和土温的结果. 气温、土温高，生物生长量大，有利于农业生产。 在引种时，要注意引种类型与当地气温和土温的适应性。 l b. 影响作物根系的生长: 根系生长在土壤中, 对土温要求较高, 一般在： 10一30 的范围内, 随着温度的提高, 根系生长加快, 吸收能力增强 2一10时, 随着温度的提高, 根系生长缓慢加快, 吸收能力略有增强 30 时, 根系生长
11、过旺, 根系易老化. 所以, 根系良好的生长, 需要一个较高而适宜的土壤温度.lc.影响作物种子的萌发: 种子萌发都有一个最低温度和最适温度的要求, 多数作物种子萌发最适温度在2025 左右, 过高或过低, 都将影响种子内的物质转化, 降低发芽率, 也要影响作物后期的生长. 故种子萌发也要求一个较高而适宜的土壤温度.ld. 影响肥力其它三要素的运转: 土温的高低是土壤能量状态高低的一个标志, 将影响土壤水、气、肥的状态和运行： l 水: l土温高, 毛管水的运动速度加快, 土壤供水力提高.l 气: l土温高, 水分蒸发加快, 土壤通气性增强, 土体内氧气含量提高.l 肥: l土温高, 微生物活
12、性提高, 有机质分解加快, 有效养分增多.l 5. 土壤温度的农业调节： 调节目的: a、提高土温, 控制土温在一个恰当的范围, 以有利于提高土壤肥力, 促进农业生产. b. 针对生产要求, 在早春晚秋时, 防止霜冻, 要提高土温 ; 炎热夏季, 防止热害,要降低土温.l 调节措施:la. 适时翻耕 翻耕可改变土壤松紧度和水气比例, 降低热容量和导热率, 利于提高土温. b. 合理排灌 灌水, 降低土温; 排水, 提高土温. 早春时, 可排水晒田, 日排夜灌提高土温; 炎夏则日灌夜排, 降低土温. c. 合理施肥 冷性土施热性肥 (含水少的有机肥, 如羊粪、马粪等); 热性土施冷性肥. d.
13、土表覆盖, 地膜覆盖, 土壤遮荫, 喷施增温保墒剂等, 都可调节土温. 第 二 节 土壤水份l土壤水分即土体中所含有的各种水分。 l1、大气降水: 雨, 雪, 霜, 冰雹, 地面水汽凝结等. 2、人工灌溉水, 自然流水. 3、地下水: 不是每种土壤都有,只有地下水位高, 能达到耕作层的, 才能成为土壤水分.l1 . 土壤水分的类型、性质： 固态水 吸湿水 土壤水分 气态水 束缚水 液态水 膜状水 毛管水 自由水 重力水 l1.1固态水:l当土温低于零度时,液态水结冰成为固态水.l并非每种土壤都有,南方山区土壤有一些季节性固态水存在. 对植物来说属于无效水,形成时,对植物根系产生冻害损伤. l1
14、.2气态水:l 以水汽形态存在于土壤孔隙中的水分,也可归为土壤空气的组成份,数量少,约占土壤重量的10万分之一以下.l 气态水很少被植物直接吸收利用, 须凝结为液态水后才能被植物大量吸收 .它的有效性有一个凝结转化的过程. l1.3液态水:l 以液体形态存在于土壤中的水分. 根椐存在方式的不同又分为束缚水和 自由水.l1.3.1束缚水: 被土壤固相紧密吸附在土壤中不能自由移动的水分. 根椐吸附松紧的不同又分为吸湿水和膜状水两类.l 1.3.1.1吸湿水: 干燥的土粒由于分子引力和静电引力的存在而从空气中吸收水份的性质称为吸湿性，所紧密吸附的水分就称为吸湿水. 特点: .吸湿水的数量与大气温、湿
15、度有关, 大气温度愈低、湿度愈大, 吸湿量愈大; 也与质地有关,质地愈重,吸湿性愈强,吸湿量也愈大.l.吸湿水受土粒引力极大3110000个大气压,无溶解力,不导电,在土壤中不能自由运动,与土粒作整体运动. 同时,植物根系的根吸力一般只有1020个大气压,所以吸湿水不能被一般植物吸收利用. .吸湿水达到最高含量时,称为土壤的最大吸湿量,也称为吸湿系数.其值大小说明土壤潜在的保持无效水分的能力. 一般 2吸湿系数=无效孔隙(%) l 1.3.1.2膜状水: 由于吸湿性的存在,所松散吸附的水份称为膜状水. 特点: .膜状水的数量多少也与土壤质地有关,质地越重,膜状水越多. .膜状水受固相引力的吸附
16、较弱,一般为6.2531个大气压,在土壤中可极缓慢的移动,(0.20.4mm/时 )。 由于速度太慢,远远不能满足植物对水分的需求,所以仍归为束缚水.并且部分可被植物吸收利用,另一部分成为无效水.l.膜状水达到最高含量时,称为土壤的最大分子持水量,其值大小也说明土壤潜在的保持无效水份的能力. 注意: 由于膜状水的吸力为316.25个大气压. 一般作物的根吸力为1020个大气压. 所以膜状水还未消耗完时,植物就会出现缺水萎焉,所以,生产中有萎焉系数的概念. 萎焉系数: 植物出现永久萎焉时,土壤的含水量. 萎焉系数是某种作物在某种土壤上的有效水含量下限.l1.3.2自由水: 在土体中, 能够自由移
17、动的水份就称为自由水. 又可分为毛管水和重力水.l1.3.2.1毛管水:l存在于毛管孔隙中借助于毛管引力保存于土体中的水份.l 特点: .毛管水受到的吸力约0.086.25个大气压,在土体中可上,下,左,右地自由运动。 (一般由毛管力小的地方向毛管力大的地方运动) 所以,一般作物吸水后,根际土壤毛管力变大, 周围的毛管水向根际土壤运动,产生自动供水作用.l. 毛管水有较强的溶解能力,含有较多的易溶性养分,这些养分可随水被植物吸收利用. (即毛管水是植物吸收养分的媒介).l.毛管水的数量受土壤质地,腐殖质含量,及结构状况的综合影响,当土壤粘沙适中,有机质丰富,结构良好时,毛管水丰富.l 此外,生
18、产中,毛管水又可分为毛管上升水和毛管悬着水.l 毛管上升水: 地下水沿毛管上升,借助毛管力保存在土体中的水分.l特点: 与地下水有关,若地下水位低,则达不到根系层,不能被植物吸收利用,属无效水; 若地下水位过高,则长期占据根系层,对植物根系产生湿害,属有害水. 只有地下水位适当且有一定的起伏变化时,才是植物吸水的重要来源.l 毛管上升水达到最高含量时,称为土壤的最大毛管持水量,其值大小表明土壤的最大持水能力.l 毛管悬着水:l借助于毛管引力保存在土体上层中的水份l 特点: 与地下水无关,被植物吸收后只能靠降水补充. 毛管水达到最高含量时,叫作土壤的田间持水量,其值的大小表明无地下水影响时,土壤
19、的最大持水能力.l 1.3.2.2重力水: l当土壤的含水量超过田间持水量时, 多余的水分不被土 体所保存, 在重力的作用下向下移动, 这种水分就称为重力水.l 特点: 受重力作用只能由上往下移动,旱地不能长期贮存, 绝大部分没有机会被植物利用,若过多,则占据通气孔隙, 影响土壤通气性, 属有害水.l 水稻土中可长期贮存,且为水稻生长所必须, 是有效水.l 重力水又可分为自由重力水和支持重力水. 自由重力水: 下移途中, 不受阻碍, 成为地下水的重力水称为自由重力水. 支持重力水: 下移途中, 受不透水层(粘土层)的阻碍, 长期保存在土体下部, 或侧向运动成为临时泉水的重力水.l2.土壤水份的
20、数量表示方法:l2.1. 土壤水分重量l 土壤绝对含水量= _ ( 100%) l 干土重量l 表示土壤含水的绝对数量. l2.2 绝对含水量 土壤相对含水量=_ (100%) 田间持水量 表示土壤的持水程度 (含了可以保水的多少) .l 2.3 水层毫米数(mm) 水层毫米数=绝对含水量 容重土层厚度 . 为了将土壤含水量与降雨量或蒸发量相比较, 可采用水层的厚度来表示。 l3 .土壤水分的能量概念.l 当外来水分进入土体后(灌水或降雨时), 就会受到土壤固相引力的作用(土粒的分子引力和静电引力), 使其水分的能量减少, 能态降低.l固相引力 能量减少 能态l 3.1. 土壤水吸力概念: 土
21、壤水分在承受一定的固相引力的情况下所处的能量状态. 即 : 用土壤对水分吸力的大小, 来表示水分的能量状态.(吸力越大, 能态越低) 表示方法: . 用与吸力相等的压力单位 大气压, 巴, 毫巴等来表示. . 用与吸力相等的水柱高度的厘米数表示。 一般, 1大气压=1.013巴=1033厘米水柱l3.2. 土壤水吸力的测定方法: 测定水吸力的方法常见的有 水气压法 压力膜法 目前生产中最常用的是田间张力计法.该法可连续, 快捷,方便地测出土壤水吸力. 水吸力的大小与土壤含水量密切相关,可以反映出土壤含水量， 称为土壤水分特征曲线. l3.3土壤水吸力的农业意义: 水吸力表示土壤对水分吸力大小的
22、能态。 而每种植物的根系都有一定的根吸力。植物要吸收水分,其根吸力必须大于水吸力才能从土壤中夺取水分。 所以,水吸力可作单因素参考指标, 直接反映出土壤的供水能力:如: 洋芋根吸力 : 55mp 烟草 80mp 黄豆 200mp 玉米 1200mp l4. 计算土壤有效水的方法： 由于: 土壤有效水的上限是: 田间持水量. 土壤有效水的下限是: 萎蔫系数所以: 土壤绝对有效水含量%=田间持水量%萎 蔫系数 土壤相对有效水含量%=土壤自然含水量% 萎焉系数% l 所以, 水分的科学管理, 应先测定出土壤的田间持水量和萎蔫系数: 若土壤含水量田间持水量时, 要注意排水. 若土壤含水量或接近萎焉系数
23、时,要注意灌水. 此外, 田间持水量还是生产中制定灌水定额的根椐: 灌水定额(方/亩)=(田间持水量土壤原有含水量)土壤容重667湿润深度(米)l5.土壤的供水性: 土壤供水性的优良与否，主要取决于毛管水的含量与其运动情况.l 毛管水的含量： 则取决于土壤中毛管数量，毛管愈丰富,毛管水含量愈多, 则土壤供水能力愈强.（与降雨状况、灌溉水平有关）。l毛管水的运动,有两种运动方式： a、毛管水的上升运动: 可将地下水提到根系层被吸收利用。 特点:粗毛管提水快但上升幅度小 细毛管提水慢但上升幅度大 地下水位适当,毛管丰富,且粗细毛管比例适当，毛管水上升运动供水能力强。 lB、毛管水的侧向运动: 粗毛
24、管中的水向细毛管运动； 周围土壤水向根际土壤运动。 特点: 侧向运动的速度受吸力梯度和毛管 连续性的影响,吸力梯度大,毛管连续性 好,则土壤供水力强.l 6. 土壤透水性与水分蒸发. 6.1 透水性: 土壤接受并允许水分垂直通过土体的能力称为土壤的透水性. 当水分垂直通过土体时,土壤对水分产生又渗吸又渗漏的过程. 渗吸：土粒和团聚体吸水； 渗漏：多余的水继续向下运动。l 透水性就表现在向下运动的速度上. 影响透水性的因素: 土壤松紧度, 质地, 结构, 通气孔隙数量. 水压梯度. 透水性的农业要求: 生产中，要求土壤有适当的透水能力,不能过大,也不能过小： 过大: 引起漏水漏肥 过小:接纳雨水
25、不足,土壤冲刷大.且积水后,易形成还原有毒物质.l6.2 水分蒸发: 土壤水分以水汽形态扩散到大气中散失的过程.l 整个蒸发过程分两个阶段进行:l .土壤含水量田间持水量阶段 : 该阶段蒸发速度与土壤性质无关, 完全取决于大气蒸发能力, 即光照,气温,湿度,和风速. 蒸发力强的,土壤失水快, 反之, 失水慢. l .土壤含水量田间持水量阶段 : 该阶段蒸发速度受土壤导水能力和大气蒸发能力的共同影响, 大气蒸发能力强时, 导水能力强的土壤失水快, 弱的失水慢.l l对生产的影响 : l蒸发是一种水分的非生产性损耗, 生产中应尽量减少蒸发。 通过土表覆盖, 中耕松土(切断纵向毛细管)等可减少蒸发损
26、耗.l7. 土壤水分对作物生长和土壤肥力的影响.l7.1 对植物生长的影响: .植物体内含有75%95%的水分,这些水分主要来自于土壤,缺水即萎蔫死亡. .植物体内许多重要的生理过程,如光合作用,呼吸作用,蒸腾作用都有水分的参与, 缺水将导致这些重要的生理过程不能进行,代谢出现紊乱. 水分是植物吸收养分的媒介,因为养分是随水被根系吸收利用的,缺水, 植物不能进行营养 过程.l 7.2 对肥力的影响 : . 影响土壤空气: 水气是一对基本矛盾, 其中水占据着支配地位. .影响土壤养分 : 水分影响矿质养分的溶解, 影响有机养分的转化,从而影响有效养分的数量. .影响土壤热量: 水分影响土壤的热容
27、量, 导热率,从而要影响土壤温度的高低. 其它 : 水分影响土壤的粘结性, 可塑性, 耕性, 以及吸热性散热性,。 水是土壤中最活跃易变, 影响面最宽, 作用度最深的一个因素.l8. 土壤水分的农业调节 : 调节目的： 控制土壤水份在一个适当的范围。 调节原则: 减少浪费; 增加收入; 排除多余; 蓄水保土.l方法: l.工程措施. 兴修水利, 搞好农田基本建设,宏观地改善排灌条件. l.生物措施:植树造林,绿化地表,保持水土.l.改良质地,培育结构,增施有机肥,提高土壤自身的保水控水能力. 第 三 节 土壤空气l土壤空气： 土壤孔隙中各种混合气体的总称。1、土壤空气的组成及特点： 土壤空气的
28、组成与大气组成相似，即其成分中，以氮气占绝对优势，氧气次之，其他成分仅占极小的比例。与大气相比，有下列特点：l1氧气含量下降，二氧化碳含量升高, 氮气含量略有升高.大气 O2 ： 20.95% CO2 ：0.03% N2 ： 78.08%土壤空气 78.8O2 020.90% CO2： 0.0320.0% N2： 80.24% 原因：微生物和植物根系的呼吸作用消耗氧气，释放二氧化碳; 并且土壤中缺乏释放氧气的 绿色植物. 含氮化合物的分解与挥发使土壤氮气略有增高.l . 土壤空气中含有大量的水汽: 只要含水量高于吸湿系数, 土壤水分就要不断的蒸发. . 通气不良的土壤中有少量还原性有毒气体:如
29、H2S 、 CH4、 CO 等 . 土壤溶液中溶解有少量气体分子, 土壤固相表面吸附有少量气体分子. 主要是氧气和二氧化碳分子,这些分子可被植物根系吸收利用,也可参与土壤中的氧化还原反应. l2.土壤的通气性与土壤空气的更新方式： 消耗O2 O2 补充 土壤生物 土壤环境恶化更新 排出CO2 CO2 排出 土壤的这种环境更新能力，用土壤通气 性来衡定。l 土壤通气性： 指土壤空气与近地层大气之间进行气体交换的过程和交换的速度.l 交换的方式 : 空气的整体流动 气体扩散 l空气的整体流动: 白天,气温升高,气压降低,土壤空气逸出土 体进入大气. 夜晚,气温下降,气压升高,大气进入土壤. 灌水时
30、,土壤空气进入大气; 排水时, 大气进入土壤. 空气流动(吹风时),气压降低, 土壤空气要进入大气.l气体扩散 :l 消耗O2. 使土体中O2空气中CO2.l 土体中的CO2通过扩散作用要进入大l 气. l l 总的效果： 表现在土壤在呼吸氧气,排出二氧化碳, 称之为土壤的呼吸作用. 它是旱地土壤 气体交换的主要方式. 其交换能力用土壤呼吸强度来表示: l土壤呼吸强度：单位时间内、单位面积的土壤上扩散出的CO2的数量。l影响通气性的因素： .土壤孔隙状况： 当孔隙度高，且通气孔隙多时，气体交换加快，通气性好。2水分含量： 旱地中，水分含量高时，可阻断通气孔隙，降低通气能力，故水分含量低时，土壤
31、通气性好。 l 3 、 土壤通气性的衡定指标氧化还原电位 土壤是一个氧化物与还原物共存的体系。 如：土壤中同时存在：Fe3+ Fe2+ Mn4+ Mn 2+ 高价的CO2 低价的 CO l 这种不同价态的物质可以相互转化, 以Fe为例:l Fe3+ 得1e Fe2+l l Fe2+ 失1e Fe3+lA、转化的受制因素是土壤通气性 通气性强，溶解态氧的浓度高，微生物分解有机质就以O为电子受体, 则 Fe 3 +Fe2+; 通气性差，溶解氧浓度低时, 微生物分解有机质就以Fe3+为电子受体, 则 Fe2+Fe3+. l所以通气良好时,土壤中O2丰富,高价铁多于低价铁,反之, 低价铁多于高价铁.
32、lB 、转化的数学衡定方式用氧化还原电位Eh来衡定 Eh = Eo + 59Log Fe3+/Fe2+ . (mv）l 式中： Eo: 标准电位. 指当Fe3+Fe2+ 时,测得的电位。 对土壤来说： 土壤的Eh=Eo十59Log氧化态/还原态 (mv). l 结论 : 土壤的Eh值最终取决于土壤通气性的强 弱 :l 若土壤通气良好，土壤中溶解态O浓度 高，【氧化物】【还原态】，则土壤 Eh高；反之，Eh低。l生产意义： 土壤Eh值可以用电位计测定出来，所测得的Eh值应控制在200mv700mv之间: 若Eh700mv : 表明土壤通气过旺,有机质消耗加快, 要注意灌水和培土镇压.l 4 .
33、土壤通气性对农业生产的影响 (1) 影响植物根系的生长: 多数作物根系良好的生长要求 土壤空气中氧气的含量15%, 此时根长色浅, 根毛丰富,吸收力强. 当土壤空气中氧气含量10%时，根系发育受阻，根短色暗。 当土壤空气中氧气含量 5%时，根系停止生长，根系易腐烂。l（2）影响种子萌发： 严重缺氧时, 种子的呼吸作用受阻, 发芽率降低,种子腐烂.l （3）影响有机养分释放: 通气性影响好气性微生物活性,从而影响有机养分释放.影响养分的有效性.l (4) 影响土壤环境: 通气不良时,易积累还原有毒物质, 土壤环境不利于根系和微生物的生长.l 5、通气性的农业调节: 调节目的: 使土壤有较强的通气
34、能力,有丰富的氧气, 以有利于作物根系和微生物的生长，有利于有机养分的释放。l调节措施:l a.以水调气,通过兴修水利, 改善排灌条件来调节土壤空气.l b.改善土壤孔隙性和结构性来增强土壤通气性。l c.加强田间管理,适时排水晒田,中耕松土, 提高作物生育期中的通气能力. 第 四 节 土壤养分土壤养分: 指土壤中含有的，植物生长必须 的营养元素。1、土壤养分的类型、来源、与消耗： 类型： 水溶性 按存在状态的差异分为 代换性 难溶性 大量元素 N P K Ca Mg S .按其含量来分 : 微量元素 Fe Mn Zn Cu B Mo CLl来源 a. 人类施入的有机肥和化肥. b. 生物固N
35、: 固N微生物从空气中固定的N素. c. 土壤矿物缓慢分解释放的养分。 d. 降雨：空气中的氮和氧在闪电时，可以合成 氨，随水降落土中, 0.41.2斤/年.亩. e. 残体归还:动植物残体归还于土中的营养元素.l 消耗 a.作物吸收：生产消耗 如生产1000斤小麦需吸 收N 30斤, K2O 25斤 P2O5 12.5斤. b. 流失：养分随水逸出土体. 我国每年水土流失 的养分(N P K )相当于1亿吨化肥.c. 挥发：主要是N素养分: NH4HCO3 撒施 形成 NH3 利用率不到30% 。d. 固定：化学固定：如酸性土 FePO4沉淀 晶格固定: K+ 和NH4+进入层状矿物 的晶格
36、孔隙中而发生的固定.l2. 土壤中N素的含量、形态、与转化: 含量： 我国土壤中氮素含量 一般介于 全氮0.050.3% ，速效氮90250 ppm . 土壤氮素含量与有机质密切相关, 凡是有机质含量高的, 氮素含量也高, 并且有从南到北增加的趋势. l 形态 有机态N: 占土壤全N的99% 以上 , 主要有腐殖质,旦白质, 酰氨,氨基酸等. 土壤N素 矿质态N:占全N的1% 以下, 主要是 NH4十和NO3一, 是植物吸收N的 主要形态 l 转化. 土壤N素转化有4种方式: a. 水解作用 旦白酶 肽酶 旦白质多肽氨基酸 该过程作用的微生物多, 一般能顺利进行. b. 氨化过程 氨化酶 氨基
37、酸NH4 酮酸 ( 特点与上相同) l c. 硝化过程. 土壤中的NH3或下NH4十在微生物的作用下被氧化成硝酸盐的过程. 硝化细菌 NH3 NH4十十 O2 NO3- 该过程是一个需氧过程, 通气良好的土壤中才能进行, 故, 旱地中多NH4十水田中多NO3一. le. 反硝化过程. 土壤中的NO3经反硝化细菌的作用被还原为气态氮而挥发散失的过程. 反硝化细菌 NO3 N2 N2O 该过程是一个厌气的过程, 通气不良的土壤中才能进行,是淹水土壤,水田土壤N素损失的主要途径之一. 有关土壤N素的基本情况：l1、土壤氮素以有机氮为主，矿质氮只占极小比例，但植物主要吸收矿质态氮，故土壤供N能力取决于
38、有机质含量及其转化速度, 含量越高, 转化越快时, 土壤供N能力越强. 2、含氮化合物的转化主要受制于土壤微生物，含水量，和土壤通气性的影响，当微生物丰富，含水适宜，通气良好时，转化快，土壤供氮能力强。 3、 生产中施用NH4十肥时, 要注意深施盖土.而NO3一肥只宜施于旱地而不能施于水田.l3. 土壤P素的含量、形态、 与转化: 含量: 我国土壤的 全P含量一般介于0.010.15%之间, 速效P含量一般介于0.550ppm. P的含量与母质、土壤发育深度、 和土壤利用程度有关,。一般有从北到南遂渐减少的趋势. l形态: 有机P 占全P的2050%, 随有机质而变, 主要有核酸, 磷脂,植素
39、等土壤磷 无机P 占全P的5080%, 可分为: 难溶性 Ca4H(PO4)3、FePO4、 AlPO4、OP. 弱酸溶性 Ca3(PO4)2、CaHPO4 水溶性 Ca(H2PO4)2, H2PO4- PO4-. l转化: 土壤P的转化主要有三种类型 a 有机P的矿化: 核酸酶 核甘酸酶核酸核甘酸核甘 + 磷酸 作用的微生物多，能顺利进行。lb. 难溶性P转化为水溶性P:l 风化作用中破坏, 逐步降解为 CaP 磷酸三钙, 二钙, 一钙, 最后释放出磷酸. 而FeP, AlP, 和OP在旱地中极难转化, 有效性极低. 只有在淹水条件下, 随着Fe的还原可释放少量P出来; 此外根系强大的, 吸
40、P能力强的作物可吸收少量小颗粒FeP和AlP. lc. 水溶性P转化为难溶性P: 水溶性P极易转化为难溶性, 转化方式很多: 酸性土中： PO4- + Fe+ Al+ FePO4 AlPO4 碱性土中： PO4- + Ca+ Ca3 (PO4 )2 此外，还可被氧化铁、锰胶膜包被起来, 形成闭蓄态的OP. 有关土壤P素情况: 1、土壤中的磷素，主要为无机磷，无机磷中又以难溶性P为主, 在PH高的土壤中(如北方) 主要为CaP, PH低的土壤中(如南方) , 主要为OP AlO, FeP . 2、难溶性P很难转化为水溶性, 而水溶性P极易转化为难溶性, 故土壤固P作用强烈, 磷肥要集中施用, 以
41、减少与土壤的接触面积, 减少被固定的比例.l 3、土壤的供P能力,与全磷含量关系不大, 主要与速效p含量、PH值和有机质含量有关 当 PH7.2时, 形成CaP, 故PH6.57.2 的有效性最高. 有机质可络合土壤中活性铁, 铝, 钙离子, 保护磷素免遭固定, 故其含量高时,供p能力强.l4. 土壤钾素的含量, 形态, 与转化 : 含量: 地壳含钾量很高, 平均可达2.45%。 土壤全钾量也达0.52.5%, 速效钾30250ppm. 钾素含量也受母质, 土壤发育深度和利用状况的影响, 也有从北到南递减的趋势. l形态: 土壤中的钾均为矿质态, 无有机态钾存在. 主要有三种形态: a. 难溶
42、性钾 指存在于长石和白云母等原生矿物中的钾, 主要存在于土壤的中丶大颗粒中,需经较长时间的风化才能释放, 约占全钾的9098% b.缓效性钾 指粘土矿物晶格固定的钾和黑云母中的钾, 存在于土壤中丶细颗粒中, 较短时间的风化就能释放出来, 约占全钾的110%. c.速效性钾 指胶体表面吸附的钾和土壤溶液中游离态的钾, 约占全钾的12%.l 转化 : 钾的转化非常简单, 主要有两种方式: a、K的释放过程 土壤含钾矿物 经风化破坏 释放水溶性钾离子 其中: 黑云母释放最快, 长石次之, 白云母最难. b、K的固定过程 水溶性钾离子 进入层状粘土矿物晶格孔隙中, 被固定下来. 这种固定以蒙脱石最强烈
43、, 且干湿交替大的土壤固定强烈.l有关土壤K素情况： 土壤中的钾均为矿质态, 土壤的供钾能力取决于速效钾的数量, 而速效钾的数量与含钾矿物数量和土壤质地, 土壤有机质含量有关, 一般含钾矿物愈多, 质地重, 有机质含量高的土壤,供钾能力强. ( 质地重, 有机质含量高, 可保护钾离子免遭水分淋失 ). l 第五章 土壤的生理性、生产性和土壤肥力 第一节 土壤的生理性 概 念：l土壤是“无机生物有机（酶）”的复合体，这种复合体表现出一种类生物体的特点。（既表现新陈代谢的特征）。 土壤的生理性既是： 土壤作为类生物体所具有的生理结构、生理特点及生理功能。生理结构：无机生物有机酶 复合体。无机生物有
44、机 复合体。无机生物有机 聚合体。无机有机 复合体。生理特点：1、微生物无论呈复合态或独立态，都可进行新陈代谢，都可为植物在土壤中的生长提供营养条件。2、无机胶体、有机胶体无论复合态或独立态，都具有吸附、缓冲、调控水、热、气、肥的能力，产生雏形的生理功能和微域生态调控功能，从而为植物生长创造良好的环境。 但复合后，形成调控中心，极大地提高这种调控能力。3、土壤胶体对太阳辐射的敏感度显著高于植物胶体对太阳辐射的敏感度。 表现在，受到太阳辐射照射时，土壤的水、热、气、肥变幅显著大于植物的变幅。所以, 太阳辐射的微小变化可引起土壤生理功能较大的变化，使土壤生产力随年际气候变化而改变。 这种变化越小，
45、说明土壤调控能力越强，土壤肥力越高。4、由于土壤与植物的相互作用，使土壤具有“自我提高肥力，自我增强调控能力”的能力。 这是由于植物向土壤返还有机物，增加土壤复合胶体的结果。是土壤具有长久生产力的基础，也是其它生物不具有的特征。生理功能：1、代谢功能：土壤的代谢功能表现在： 土壤与环境间既在进行同化作用，又在进行异化作用。 同化作用：生物体将从食物中摄取的养料转化成自身的组成物质，并储存能量称为同化作用。 土壤的同化作用： 土壤不断地“消化”有机物与岩石矿物质颗粒，分解为简单的化合物，并将简单的化合物合成腐殖质和粘土矿物进而形成土壤复合胶体。异化作用： 生物体将自身的组成物质分解以释放能量或排
46、出体外，称为异化作用。土壤的异化作用： 土壤微生物将有机质、腐殖质及复合胶体中的有机物分解，释放出可溶性养分和二氧化碳等供植物生长发育需要。 所以，土壤在同化与异化中，土壤既进行自身建设使自身肥力不断提高（合成有机质，形成结构体，丰富微生物）；同时，又不断释放有效养分（氮、磷、钾、铁、锰、锌等），供环境中植物的生长发育。 代谢功能使土壤中有效养分含量提高，使土壤具备生理自养能力。土壤的代谢功能（自养能力）取决于：1、土壤的生物活性： 土壤微生物活性旺，植被茂盛，则土壤的自养能力强。2、土壤复合胶体的状况： 复合胶体丰富，品质良好，保蓄养分多，土壤自养能力强。3、土壤潜在养分数量： 潜在养分丰富
47、，为自养能力提供物质基础。4、气候条件： 土壤环境的水热条件良好，能促进生物生长，土壤自养能力强。2、调节功能：土壤的调节功能表现在： 土壤具有自动调节水、热、气、肥、PH和净化自身系统的能力。土壤调节功能的产生原因： 在于土壤有机胶体、无机胶体、微生物及其复合胶体的作用。对水的调节： 胶体的分子引力吸附水份，胶体形成的结构吸附和保蓄调节水份。对气的调节： 胶体调节土壤结构体，结构调节孔隙，孔隙调节通气性和O2含量。，对热的调节： 胶体调节水气比例，水气比例调节热容量和导热率，从而调节土温。对养分的调节： 胶体产生对离子态和分子态养分的吸附与解吸，产生对养分的保存和供应。，对PH的调节： 胶体
48、通过吸附、解吸H+Ca+可调节土壤溶液的PH值（活性酸潜在酸转化）对自身系统的净化： 复合胶体中 的微生物可催化降解多种残留农药； 可吸附多种重金属离子。 综上所述，土壤胶体的上述功能，可调节土壤的水、热、气、肥 ，使植物稳、适、健、旺的生长。土壤的生理功能主要受两个因素的影响： 1 是土壤复合胶体的数量与品质： 胶体数量越丰富，特别是复合胶体越丰富，则土壤的生理功能越强。 胶体品质： 有机胶体的生理功能 无机胶体 无机胶体中：蒙脱石水云母高岭石 有机胶体中：HAFA 复合胶体 独立胶体2 是太阳辐射： 温度升高，复合体中微生物活性提高，胶体生理功能增强； 温度下降，复合体中微生物活性减弱，胶
49、体生理功能减弱。 所以，较高而适宜的土温，使土壤类生物体具有较强的生理功能，较高的自养能力，较强的调节水热气肥的能力，是高肥力土壤应具备的前提条件。 第二节 土壤的生产性能一、土壤生产性能的概念： 土壤生产性能指： 土壤在耕作、栽培等生产过程中表现出的各种性能。 土壤生产性能是土壤性质在生产中的具体表现，是农民采取具体生产措施的根据。二、土壤生产性能的主要表现： 生产中，土壤生产性能主要表现在三个方面：1、对作物生长的性能： 如：发棵性，宜种性，耐肥性。2、土壤抵抗自然灾害的性能： 如：耐旱性，耐涝性，耐蚀性，耐毒性，抗病性等。3、土壤的耕作性能：宜耕性。三、几种主要的生产性能：1、土壤发棵性
50、：概 念：发棵性是指： 作物在土壤中的生长速率和分蘖、分枝能力。一般作物生长发育快，分蘖、分枝能力强，农民就称为土壤发棵性好。类 型（发棵性的表现类型）a、兼发型： 表现为“土壤发小苗也发老苗”。在作物生长的全过程，都能促进作物良好的生长，获得较高产量，表明土壤供水、热、气、肥的能力稳定，属好的发棵性类型。，b、前发型： 表现为“发小苗不发老苗”。作物前期生长快，后劲不足。 说明土壤前期供肥强，但持续时间短，中期需追肥加以补充，仍可获得较高产量。c、后发型： 表现为“发老苗不发小苗”。作物前期生长缓慢，后期猛长。 说明土壤前期供肥能力弱，后期温度升高后，供肥增强，需采取前促中控的措施，使作物高
51、产。d、弱发型： 表现为“不发小苗也不发老苗”。作物整个生育期生长缓慢，长势弱，产量低。 说明土壤供肥能力低下，需从根本上改良土壤。土壤发棵性的差异原因a、当地气温、土温与作物需温的协调性，一般气温、土温高的土壤发棵性好。b、当地降雨、土壤供水与作物需水的协调性，一般降雨、土壤供水与作物需水协调的发棵性好。c、土壤供肥与作物需肥的协调性，一般养分充足、供肥持久的土壤发棵性好。发棵性的受制因素：a、土壤复合胶体的数量： 数量愈多，养分愈丰富，控肥力愈强，愈向兼发型发展。b、土壤复合胶体的品质： 复合胶体中，胡敏酸愈多，蒙脱石愈多，控肥力也增强，向兼发型发展。c、土壤质地： 沙土属于前发型，粘土属
52、于后发型，壤土属于兼发型。d、土壤结构： 团粒结构调控水、热、气、肥能力强，丰富的团粒结构使土壤呈兼发型。e、农事活动影响： 如前发型应注意后期灌水和施肥；后发型则前期应注意施肥和补水；弱发型应注改良土壤基本性质，以向兼发型发展。2、土壤的宜种性 概 念： 宜种性： 土壤适宜种植作物种类的范围和性能。 宜种性好的土壤，宜种范围宽，不择庄稼，种啥长啥； 宜种性差的土壤，宜种范围窄。土壤宜种性的实质： 是土壤阶段性供应水、热、气、肥的能力与作物生理需要协调的程度，供求关系协调，就适宜种植；反之，就不适宜种植。宜种性的受制因素有：a、土壤肥沃度与作物需肥的协调性： 一般肥沃的土壤，养分丰富，调控水、
53、热、气、肥的能力强，适合种植的作物类型多，如油沙土； 而肥力低的土壤，养分贫瘠，宜种窄。如新开垦的红黄壤荒地，有机质少，养分缺乏，对水热气肥的调控能力弱，只宜种适应性强的甘薯、花生、荞麦、绿豆等先锋作物，需经几年的熟化后，才能适应其它作物的生长。 有些作物在高肥力土壤上能良好生长，但品质不良。 如烟草，高肥力土壤上产量高，但营养生长过旺，难于烘烤，品质较差；在中低肥力土壤上更有利于烟叶品质的发挥。b、土壤通气性与作物根系需氧的协调性： 作物的需氧随种类的不同而不同，如小麦需氧量大于蚕豆大于水稻。 需氧多的作物（小麦）宜在壤土或沙壤土上生长； 需氧少的作物（蚕豆）在粘性重的土壤上生长较好。应根据
54、作物根系需氧量来安排土壤。c、土壤胶体与根细胞胶体的协调性： 不同的作物，根细胞胶体带有不同的电荷，如小麦根细胞胶体以带正电为主，吸附阳离子养分能力强；而豆科植物根细胞胶体以带负电为主，吸附阴离子能力强。 若土壤中，既有带正电荷的胶体，又有带负电荷的胶体，就能适应不同根系胶体作物的生长，宜种性宽； 否则，宜种性窄。一般，高硅性土壤宜种宽，低硅性土壤宜种较窄。3、土壤的耐蚀性概 念：耐蚀性指，土壤抗御水力冲刷的能力。水力冲刷土壤受雨滴和径流破坏而使土壤颗粒和养分大量流失的现象。水力冲刷的强度受降雨强度、降雨时间、地形、植被、土壤和人为因素的综合影响。对土壤而言，土壤的耐蚀性取决于土壤的吸水速度和
55、保水能力。 吸水速度快，保水能力强，则土壤的耐蚀性强。影响土壤吸水速度和保水能力的因子有：a、土壤中水稳性团粒结构的数量： 团粒间的大孔隙渗水快，团粒中的小孔隙保水多。所以丰富的团粒结构是土壤抗冲刷的基础物质。b、土壤质地： 粘土，土粒结持紧密，降雨易形成地表径流，耐蚀性较低； 沙土，土质疏松，但土粒移动性强，耐蚀性也低； 相对来说，壤土土面粗糙，吸水、保水较快，耐蚀性较强。c、土壤胶体品质： 高硅性土壤，胶体吸水力强，吸水速度快，耐蚀性强； 低硅性土壤，胶体吸水弱，保水差，耐蚀性弱。d、土层厚度： 土层厚，容纳的水份多，冲刷小，耐蚀性强； 土层底部若有坚硬层次，阻止水份下渗，耐蚀性低。 第三
56、节 土壤肥力的理念发展1、土壤肥力的概念与发展 土壤肥力是土壤的本质特征。 从土壤的发展历史来看，土壤肥力的概念也是不断发展的过程：西方的土壤学家认为： 土壤肥力就是土壤供应养料的能力。苏联土壤学家威廉斯认为： 土壤肥力是在植物的全部生长过程中，土壤同时地、不断地供应植物以最多量的水份和养分的能力。中国土壤对土壤肥力的概念是： 土壤为植物生长供应和协调营养条件和环境条件的能力。 （并说明养分是营养条件，温度和空气是环境条件，水既是环境条件又是营养条件）。 侯光炯在中国农业土壤概论中提出： 土壤肥力是土壤持久稳定地供应植物水份、养分要求的能力，这种能力是由复合胶体在太阳辐射热的周期变化影响下，土
57、壤具有自动调节水、热、气、肥的功能和供应水份、养分的稳、匀、足、适的程度。这个概念包括三大核心内涵：土壤稳定供应水份、养分的能力；土壤自动调节水、热、气、肥的功能；供应水份、养分的稳、匀、足、适的程度。2、土壤肥力的内在特征： 按照类生物体的观点，土壤是一种类生物体，只有土壤具有强盛而稳定的代谢功能，土壤肥力才能稳定的提高。 而稳定的代谢功能，是由土体内三种物质的稳定少变来决定的，称为土壤的内三稳：1是土壤中腐殖质合成量和品质稳定；2是土壤中有益微生物种类和数量稳定；3是土壤团粒结构数量和品质稳定。 具备这三个特征，土壤即具备稳定的代谢能力和调控能力。3、土壤肥力的外部表征（外在表现特征） 由
58、于土壤的水热气肥与环境的水热气肥是相互交换的，是土壤能量和物质的来源。 所以，土壤肥力的发展与环境的友好、稳定是密切相关的，既环境的友好稳定是土壤肥力发展的外在因素。土壤友好稳定的环境归之为“外三稳”：1 是指大气层热水动态周期性变化稳定；2是植被层热水动态周期性变化稳定；3是土体内部水平垂直范围内热水动态周期性变化稳定。 具备这三个特征，可使土壤具备稳定周期性变化的水热供应、调节能力。4、土壤肥力与植物生长的关系： 土壤肥力与植物生长的关系具有两层涵义：1是供应水份和养分； 2是根据植物需要稳、足、匀、适的供应。 稳： 是土壤能够源源不断地适量供应植物所需养分。这以土壤中含有足量的有效养分为
59、基础。 匀： 是土体内的养分运输通畅，匀称。 由于养分是依靠水份输送的，所以，匀，是以土壤调水、输水能力为基础的。足： 是土壤养分供给充足。 这以土壤中有效养分数量和迟效养分的有效化速率为基础。适： 是土壤养分的供应量和养分元素的比例、浓度是否适宜。 也与土壤中养分元素的本身组成有关。 高肥力土壤必备的特征是： 环境条件1）、土地平整。2）、光热资源充足。3）、降雨丰沛，年间、年内分布与作物生长适宜。4）、地上部有连续植被覆盖，有充足的生物残体来源。5）、无潜在的水土流失因子威胁，有较完善的排灌系统保障。土壤条件1）、土层深厚，质地适中，土体内无障碍层次。2）、有机质丰富，养分类型全含量高，微
60、生物数量多。3）、结构良好，团粒结构丰富，调控水热的能力强，毛管水运行通畅。4）、土壤PH值处于微酸微碱性反应，土壤中有效养分含量高。5）、各种生产性能如发棵性、宜种性、耐涝性良好。5、提高土壤肥力的基本途径作为类生物体，凡增强土壤生理功能的一切措施都能提高土壤肥力。1）、促进土体“三化”： 增施有机肥，促进土壤腐殖化； 培育微生物，促进土壤细菌化； 创造团粒，促进土壤结构化。2）、建设环境“三化”： 建设大地园林化； 土壤用养一体化； 农地园田化。3）、推行自然免耕： 自然免耕是对土壤少耕或免耕，以形成良好的土壤结构并夺得农业高产的耕作制度。 优点： 形成良好的土壤结构； 土壤水热气肥能持久
61、稳定的供应作物生长需要。 可实现省水、省肥、省工，节约成本。 可夺得农业高产。 核心技术应掌握 4 个环节1、要起垄耕作，以改变农田小地形，提高土温。2、要采用浸润灌溉，不能淹灌，保持土壤爽水通气，防止土壤变干结块。3、保持连续植被，或连续种植，将土壤蒸发失水变为蒸腾失水。增加生物残体来源。4、连续免耕，不要耕翻土壤，以稳定团粒结构，保持微生物类群和复合胶体的环境条件。4）建立合理的大农业结构，提高区域土壤肥力 区域土壤肥力，是指一定的区域内，在综合自然因素的作用下，土壤因地制宜采取不同的利用方式发挥最大生产能力产生最佳生产效益而表现的土壤肥力。 建立合理的大农业结构，根据区域农、林、牧、副、渔特点来安排利用土地，才能最大限度的发挥土地的生产能力，获得最大的经济效益。
