土壤學(xué)第二章

1、第二章土壤固相組成第二章土壤固相組成第一節(jié)第一節(jié) 土壤礦物質(zhì)土壤礦物質(zhì)一、土壤顆粒一、土壤顆粒粒粒 徑徑(mm)中國(guó)制中國(guó)制(1987)卡慶斯基制卡慶斯基制(1957)美國(guó)制美國(guó)制(1951)國(guó)際制國(guó)際制(1930)32石礫石礫石礫石礫石礫石礫石礫石礫21極粗砂粒極粗砂粒粗砂粒粗砂粒10.5粗砂粒粗砂粒物物理理性性砂砂粒粒粗砂粒粗砂粒粗砂粒粗砂粒0.50.25中砂粒中砂粒中砂粒中砂粒0.250.2細(xì)砂粒細(xì)砂粒細(xì)砂粒細(xì)砂粒細(xì)砂粒細(xì)砂粒0.20.1細(xì)砂粒細(xì)砂粒0.10.05極細(xì)砂粒極細(xì)砂粒0.050.02粗粉粒粗粉粒粗粉粒粗粉粒粉粒粉粒0.020.01粉粒粉粒0.010.005中粉粒中粉粒物物理理

2、性性粘粘粒粒中粉粒中粉粒0.0050.002細(xì)粉粒細(xì)粉粒細(xì)粉粒細(xì)粉粒0.0020.001粗粘粒粗粘粒粘粒粘粒粘粒粘粒0.0010.0005細(xì)粘粒細(xì)粘粒粘粘粒粒粗粘粒粗粘粒0.00050.0001細(xì)粘粒細(xì)粘粒0.0001膠質(zhì)粘粒膠質(zhì)粘粒二、土粒的礦物組成二、土粒的礦物組成 砂粒砂粒(sand)以原生礦物為主，以原生礦物為主，最多的是石英；最多的是石英； 粘粒粘粒(clay) 以次生礦物為主。以次生礦物為主。 粉粒粉粒(silt)除原生礦物外除原生礦物外,還還有一些風(fēng)化后形有一些風(fēng)化后形成的次生礦物；成的次生礦物；1.層狀硅酸鹽粘土礦物層狀硅酸鹽粘土礦物 (1)構(gòu)造特征構(gòu)造特征硅氧四面體硅氧四面體

3、硅氧四面體硅氧四面體的構(gòu)造圖示法硅氧四面體硅氧四面體的構(gòu)造圖示法硅氧四面體硅氧四面體鋁氧八面體鋁氧八面體鋁氧八面體鋁氧八面體鋁氧八面體鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法鋁氧八面體鋁氧八面體的構(gòu)造圖示法（2） 單位晶片單位晶片 硅氧四面體硅氧四面體 硅層硅層(silicon layer) 鋁氧八面體鋁氧八面體 鋁層鋁層(aluminum layer)硅片（硅氧片）圖示法硅片（硅氧片）圖示法鋁片（水鋁片）圖示法鋁片（水鋁片）圖示法（3） 單位晶層單位晶層 1:1型型 一層硅層與一層鋁層重疊而成一層硅層與一層鋁層重疊而成 1:11:1型層狀硅酸鹽型層狀硅酸鹽( (高嶺石高嶺石) )晶體結(jié)構(gòu)示意圖晶體結(jié)構(gòu)示意圖

4、2:1型型 兩層硅層中間夾一鋁層兩層硅層中間夾一鋁層2:12:1型層狀硅酸鹽（蒙脫石）晶體結(jié)構(gòu)示意圖型層狀硅酸鹽（蒙脫石）晶體結(jié)構(gòu)示意圖 （4）硅酸鹽礦物的種類）硅酸鹽礦物的種類 高嶺組包括高嶺石高嶺組包括高嶺石、埃洛石等埃洛石等 特點(diǎn)：特點(diǎn)：A、1:1型型 B、膨脹性小、膨脹性小 硅片和鋁片之間存在氫鍵硅片和鋁片之間存在氫鍵 C、電荷數(shù)量少、電荷數(shù)量少 同晶替代極少同晶替代極少同晶替代：指硅酸鹽礦物的同晶替代：指硅酸鹽礦物的中心離子中心離子被電性相同、被電性相同、大小相近的其它離子所代替而礦物晶格構(gòu)造保持不大小相近的其它離子所代替而礦物晶格構(gòu)造保持不變的現(xiàn)象。變的現(xiàn)象。 D、顆粒較大、顆粒較

5、大 可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性弱。粘著性弱。 蒙脫組包括蒙脫石蒙脫組包括蒙脫石、綠脫石綠脫石、蛭石等。蛭石等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：A、 2:1型型 B、 膨脹性大膨脹性大 C、 電荷數(shù)量大電荷數(shù)量大 同晶替代現(xiàn)象普遍同晶替代現(xiàn)象普遍 D、 顆粒較細(xì)，呈片狀顆粒較細(xì)，呈片狀 可塑性、粘結(jié)性、可塑性、粘結(jié)性、吸濕性、粘著性顯著，對(duì)耕作極為不利。吸濕性、粘著性顯著，對(duì)耕作極為不利。 水化云母水化云母(伊利石伊利石)組組 又稱又稱2 :1型非膨脹性礦物型非膨脹性礦物 特點(diǎn)：特點(diǎn)：A、 2 :1型型 B、 非膨脹性非膨脹性 晶層之間吸附的晶層之間吸附的K+的強(qiáng)吸的強(qiáng)吸附力。附力。C

6、、 電荷數(shù)量大電荷數(shù)量大 同晶替代現(xiàn)象普遍同晶替代現(xiàn)象普遍D、 可塑性等性質(zhì)介于高嶺組和蒙脫組之間。可塑性等性質(zhì)介于高嶺組和蒙脫組之間。2.氧化物氧化物（1）氧化鐵）氧化鐵 針鐵礦針鐵礦、赤鐵礦赤鐵礦（2）氧化鋁）氧化鋁 三水鋁石三水鋁石（3）水鋁英石）水鋁英石（4）氧化硅）氧化硅三、土粒的化學(xué)成分三、土粒的化學(xué)成分 表表22土壤各粒級(jí)的化學(xué)組成土壤各粒級(jí)的化學(xué)組成 灰灰色色森森林林土土粒級(jí)粒級(jí)（mm）化學(xué)組成（灼干重化學(xué)組成（灼干重%）SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MnO2CaOMgOK2ONa2OP2O50.10.0189.903.900.940.510.060.610.352.21

7、0.810.040.010.00582.638.132.390.970.060.951.942.771.450.140.005 0.00176.7511.323.951.340.041.001.053.321.300.250.00158.0323.4010.190.730.170.442.403.150.240.46全土全土85.105.962.460.530.120.920.682.380.750.11黑黑鈣鈣土土0.10.0188.125.751.290.450.040.740.291.991.210.020.010.00582.177.962.731.000.020.941.192.31

8、1.840.120.005 0.00167.3717.167.511.380.030.751.773.041.380.230.00157.4722.6611.540.660.080.382.483.170.190.39全土全土71.5213.745.520.700.182.211.732.670.750.21 (1) 隨粒徑由大到小，隨粒徑由大到小，SiO2含量由多到少含量由多到少; (2) R2O3(即即Fe2O3與與Al2O3的總稱的總稱)與與SiO2相反相反,隨粒徑隨粒徑 由大到小，由大到小，R2O3含量由少到多含量由少到多; (3) CaO、MgO、P2O5、K2O隨土粒由大到小隨土粒

9、由大到小,含量含量增加。增加。 硅鋁鐵率硅鋁鐵率(silica-sesquioxide ratio)：又稱：又稱“Saf值值”。土壤粘粒部分土壤粘粒部分SiO2與與R2O3分子數(shù)之比。以分子數(shù)之比。以SiO2 / R2O3 表示。表示。硅鋁率硅鋁率(silica-alumina ratio)：又稱：又稱“Sa值值”。土壤。土壤粘粒部分粘粒部分SiO2與與Al2O3分子數(shù)之比。以分子數(shù)之比。以SiO2 / Al2O3 表示。表示。四、各級(jí)土粒的物理性質(zhì)四、各級(jí)土粒的物理性質(zhì) 土粒由大到小，保水能力（表土粒由大到小，保水能力（表2-3中最大吸中最大吸濕量、最大分子持水量濕量、最大分子持水量 、毛管

10、水上升高度）增加，毛管水上升高度）增加，但通透性（表但通透性（表2-3中滲透系數(shù)）降低。中滲透系數(shù)）降低。 隨著土粒由大到小，土壤膨脹性和可塑性增隨著土粒由大到小，土壤膨脹性和可塑性增加，對(duì)耕作帶來不利影響。加，對(duì)耕作帶來不利影響。土粒名土粒名稱稱粒徑粒徑(mm)最大吸最大吸濕量濕量(%)最大最大分子分子持水持水量量(%)毛管水毛管水上升高上升高度度(cm)滲透滲透系數(shù)系數(shù)(cm/s)濕脹濕脹(按最按最初體初體積計(jì)積計(jì))塑性塑性石礫石礫3.02.00.200.5不不可可塑塑2.0 1.50.71.53.00.31.5 1.00.84.50.12粗砂粒粗砂粒1.0 0.50.98.70.0720

11、.50.251.020270.056細(xì)砂粒細(xì)砂粒0.250.101.1500.03050.100.051.2910.0056粗粉粒粗粉粒0.050.010.53.12000.00416中粉粒中粉粒0.010.0051.03.015.9105可塑可塑(2840)細(xì)粉粒、細(xì)粉粒、粗粘粒粗粘粒0.0050.00131.0160塑性較強(qiáng)塑性較強(qiáng)(3048)細(xì)粘粒細(xì)粘粒0.0011520405塑性強(qiáng)塑性強(qiáng)(3487)表表23 各級(jí)土粒的水分性質(zhì)和物理性質(zhì)各級(jí)土粒的水分性質(zhì)和物理性質(zhì) 第二節(jié)第二節(jié) 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地 1. 土壤機(jī)械組成土壤機(jī)械組成(soil mechanical composition)

12、土壤中各級(jí)土粒的百分含量，又稱土壤顆粒組成。土壤中各級(jí)土粒的百分含量，又稱土壤顆粒組成。 2. 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地（soil texture）概念概念按土壤顆粒組成進(jìn)行分類，將顆粒組成相近而土按土壤顆粒組成進(jìn)行分類，將顆粒組成相近而土壤性質(zhì)相似的土壤劃分為一類并給予一定名稱，稱為壤性質(zhì)相似的土壤劃分為一類并給予一定名稱，稱為土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地。 劃分土壤質(zhì)地的目的在于認(rèn)識(shí)土壤的特性并合理利劃分土壤質(zhì)地的目的在于認(rèn)識(shí)土壤的特性并合理利用土壤和改良土壤。用土壤和改良土壤。1. 國(guó)際制國(guó)際制(international system) 一、一、 土壤質(zhì)地分類土壤質(zhì)地分類(soil texture cla

13、ssification)制制表表2-4 國(guó)際制土壤質(zhì)地分類表國(guó)際制土壤質(zhì)地分類表質(zhì)地質(zhì)地類別類別質(zhì)地質(zhì)地名稱名稱各級(jí)土粒質(zhì)量（各級(jí)土粒質(zhì)量（%）粘粒粘粒(0.002mm)粉砂粒粉砂粒(0.020.002mm) 砂粒砂粒(20.02mm)砂土類砂土類砂土及壤質(zhì)砂土砂土及壤質(zhì)砂土01501585100壤土類壤土類砂質(zhì)壤土砂質(zhì)壤土0150455585壤土壤土01530454055粉砂質(zhì)壤土粉砂質(zhì)壤土01545100055粘壤土類粘壤土類砂質(zhì)粘壤土砂質(zhì)粘壤壤土粘壤土152520453055粉砂質(zhì)粘壤土粉砂質(zhì)粘壤土類粘土類砂質(zhì)粘土砂質(zhì)粘土2545020

14、5575壤質(zhì)粘土壤質(zhì)粘土25450451055粉砂質(zhì)粘土粉砂質(zhì)粘土25454575030粘土粘土4565035055重粘土重粘土65100035035 根據(jù)粘粒根據(jù)粘粒(clay)含量將質(zhì)地分為三類即：含量將質(zhì)地分為三類即： 粘粒含量小于粘粒含量小于15%為砂土為砂土(sand)類、壤土類、壤土(loam)類；類； 粘粒含量粘粒含量15%25%為粘壤土為粘壤土(clay loam)類；類； 粘粒含量大于粘粒含量大于25%為粘土為粘土(clay)類。類。 根據(jù)粉粒根據(jù)粉粒(silt)含量，凡粉粒含量大于含量，凡粉粒含量大于45%的，在的，在質(zhì)地名稱前冠質(zhì)地名稱前冠“粉質(zhì)粉質(zhì)(silty clay

15、)” 。 根據(jù)砂粒根據(jù)砂粒(sand)含量，凡砂粒含量大于含量，凡砂粒含量大于55%的，的，在質(zhì)地名稱前冠在質(zhì)地名稱前冠“砂質(zhì)砂質(zhì)(sandy)” 。 2. 美國(guó)制美國(guó)制(Soil Taxonomy)（連接）（連接） 等邊三角形的三個(gè)邊分別表示砂粒、等邊三角形的三個(gè)邊分別表示砂粒、 粉粒、粉粒、粘粒的含量。根據(jù)土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，粘粒的含量。根據(jù)土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在圖中查出相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，即得該土壤的質(zhì)地。在圖中查出相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，即得該土壤的質(zhì)地。3. 卡慶斯基制卡慶斯基制 (Kachinsky classification system of soil texture)質(zhì)

16、地組質(zhì)地組質(zhì)地名稱質(zhì)地名稱不同土壤類型的不同土壤類型的0.01mm粒級(jí)含量粒級(jí)含量灰化土灰化土紅黃壤、草原土紅黃壤、草原土堿化土、堿土堿化土、堿土砂土砂土sand松砂土松砂土050505緊砂土緊砂土5105 10510壤土壤土loam砂壤土砂壤土 sandy loam102010201015輕壤土輕壤土 light loam203020301520中壤土中壤土 medium loam304030452030重壤土重壤土 heavy loam405045603040粘土粘土clay輕粘土輕粘土 light clay506560754050中粘土中粘土 medium clay65807585506

17、5重粘土重粘土 heavy clay808565 按表按表25，卡慶斯基質(zhì)地分類可歸納為，卡慶斯基質(zhì)地分類可歸納為以下幾個(gè)步驟：以下幾個(gè)步驟：表表2-5卡慶斯基土壤質(zhì)地基本分類卡慶斯基土壤質(zhì)地基本分類根據(jù)物理性粘粒根據(jù)物理性粘粒(physical clay)含量，將土壤分含量，將土壤分為三大質(zhì)地類型九種質(zhì)地，通過查表為三大質(zhì)地類型九種質(zhì)地，通過查表2-5確定。確定。根據(jù)砂粒、粗粉粒根據(jù)砂粒、粗粉粒 、中細(xì)粉粒、中細(xì)粉粒 、粘粒含量、粘粒含量 ，進(jìn)一步劃分質(zhì)地，確定質(zhì)地詳細(xì)名稱進(jìn)一步劃分質(zhì)地，確定質(zhì)地詳細(xì)名稱 :第二優(yōu)勢(shì)粒級(jí)第一優(yōu)勢(shì)粒級(jí)質(zhì)地名稱第二優(yōu)勢(shì)粒級(jí)第一優(yōu)勢(shì)粒級(jí)質(zhì)地名稱 根據(jù)石礫根據(jù)石礫(

18、gravel)含量，查下表，冠在質(zhì)地詳細(xì)含量，查下表，冠在質(zhì)地詳細(xì)名稱前。名稱前。 大于大于1毫米的石礫含量毫米的石礫含量% 石質(zhì)程度石質(zhì)程度 10.0 重石質(zhì)土重石質(zhì)土 第一優(yōu)勢(shì)粒級(jí)第一優(yōu)勢(shì)粒級(jí) 第二優(yōu)勢(shì)粒級(jí)第二優(yōu)勢(shì)粒級(jí) 詳詳 細(xì)細(xì) 命命 名名 中細(xì)粉粒中細(xì)粉粒粘粘 粒粒粘粘 粉粉 質(zhì)質(zhì)粘粘 粒粒中細(xì)粉粒中細(xì)粉粒粉粉 粘粘 質(zhì)質(zhì)砂砂 粒粒中細(xì)粉粒中細(xì)粉粒粉粉 砂砂 質(zhì)質(zhì)中細(xì)粉粒中細(xì)粉粒砂砂 粒粒砂砂 粉粉 質(zhì)質(zhì)砂砂 粒粒粘粘 粒粒粘粘 砂砂 質(zhì)質(zhì)粘粘 粒粒粗粗 粉粉 粒粒粗粉粘質(zhì)粗粉粘質(zhì)粗粗 粉粉 粒粒粘粘 粒粒粘粗粉質(zhì)粘粗粉質(zhì)粗粗 粉粉 粒粒砂?；蛑屑?xì)粉粒砂?；蛑屑?xì)粉粒粗粗 粉粉 質(zhì)質(zhì)砂砂

19、 粒粒粗粗 粉粉 粒粒砂砂 質(zhì)質(zhì)中細(xì)粉粒中細(xì)粉粒粗粗 粉粉 粒粒粉粉 質(zhì)質(zhì)川農(nóng)大農(nóng)場(chǎng)幾種類型土壤的顆粒組成及詳細(xì)質(zhì)地命名（卡氏制）川農(nóng)大農(nóng)場(chǎng)幾種類型土壤的顆粒組成及詳細(xì)質(zhì)地命名（卡氏制）土壤名稱土壤名稱 顆粒組成（顆粒組成（%） 質(zhì)地名稱質(zhì)地名稱 物理性粘粒物理性粘粒 砂粒砂粒 粗粉粒粗粉粒 中細(xì)粉粒中細(xì)粉粒 粘粒粘粒 石礫石礫白鱔泥（蘋果園）白鱔泥（蘋果園） 62.4 10.9 26.7 28.8 33.6 0 粉粘質(zhì)輕粘土粉粘質(zhì)輕粘土黃泥小土黃泥小土(張家坪張家坪) 43.8 38.2 18.0 31.0 12.8 0 粉砂質(zhì)中壤土粉砂質(zhì)中壤土白鱔泥（張家坪）白鱔泥（張家坪） 49.5 2

20、4.2 26.3 31.3 18.2 0 粉質(zhì)重壤土粉質(zhì)重壤土半泥砂（沙灣）半泥砂（沙灣） 38.0 29.0 33.0 18.0 20.0 0 粗粉質(zhì)中壤土粗粉質(zhì)中壤土石骨子土石骨子土(老板山老板山) 31.0 56.4 12.6 19.2 11.8 30 重石質(zhì)粉砂質(zhì)重石質(zhì)粉砂質(zhì) 中壤土中壤土4. 中國(guó)制中國(guó)制 二、不同質(zhì)地土壤的肥力二、不同質(zhì)地土壤的肥力 1. 砂質(zhì)土類砂質(zhì)土類 （1）水水 粒間孔隙大，毛管作用弱，透水性強(qiáng)而保水粒間孔隙大，毛管作用弱，透水性強(qiáng)而保水性弱，水氣易擴(kuò)散，易干不易澇；性弱，水氣易擴(kuò)散，易干不易澇； （2）氣氣 大孔隙多，通氣性好，一般不會(huì)累積還原大孔隙多，通氣

21、性好，一般不會(huì)累積還原物質(zhì)；物質(zhì)； （3）熱熱 水少氣多，溫度容易上升，稱為水少氣多，溫度容易上升，稱為熱性土，熱性土，有利于早春作物播種有利于早春作物播種。 （4）肥肥 養(yǎng)分含量少，保肥力弱，肥效快，肥勁猛，養(yǎng)分含量少，保肥力弱，肥效快，肥勁猛，但不持久，易造成作物后期脫肥早衰；但不持久，易造成作物后期脫肥早衰； （5）耕性耕性 松散易耕。松散易耕。 2 2. . 粘質(zhì)土類粘質(zhì)土類（1）水水粒間孔隙小，毛管細(xì)而曲折，透水性差，易產(chǎn)粒間孔隙小，毛管細(xì)而曲折，透水性差，易產(chǎn)生地表徑流生地表徑流,保水抗旱力強(qiáng)，易澇不易旱；保水抗旱力強(qiáng)，易澇不易旱；（2）氣氣小孔隙多，通氣性差，容易累積還原性物質(zhì)；

22、小孔隙多，通氣性差，容易累積還原性物質(zhì)；（3）熱熱水多氣少，熱容量大，溫度不易上升，稱水多氣少，熱容量大，溫度不易上升，稱冷性冷性土，對(duì)早春作物播種不利土，對(duì)早春作物播種不利；（4）肥肥養(yǎng)分含量較豐富且保肥力強(qiáng)，肥效緩慢，穩(wěn)而養(yǎng)分含量較豐富且保肥力強(qiáng)，肥效緩慢，穩(wěn)而持久，有利于禾谷類作物生長(zhǎng)，籽實(shí)飽滿。早春低溫時(shí)，持久，有利于禾谷類作物生長(zhǎng)，籽實(shí)飽滿。早春低溫時(shí)，由于肥效緩慢易造成作物苗期缺素；由于肥效緩慢易造成作物苗期缺素；（5）耕性耕性耕性差，粘著難耕。耕性差，粘著難耕。 3. 壤質(zhì)土類壤質(zhì)土類 土壤性質(zhì)兼具粘質(zhì)土和砂質(zhì)土的優(yōu)點(diǎn)，而克服土壤性質(zhì)兼具粘質(zhì)土和砂質(zhì)土的優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的缺點(diǎn)。

23、耕性好，宜種廣，對(duì)水分有回潤(rùn)了它們的缺點(diǎn)。耕性好，宜種廣，對(duì)水分有回潤(rùn)能力，是較理想的質(zhì)地類型。能力，是較理想的質(zhì)地類型。三、土壤質(zhì)地剖面三、土壤質(zhì)地剖面 土壤剖面土壤剖面(soil profile)中不同質(zhì)地層次的排列中不同質(zhì)地層次的排列組合。組合。 1. 粘蓋砂（上粘下砂）不良組合粘蓋砂（上粘下砂）不良組合 2. 砂蓋粘（上砂下粘）優(yōu)良組合砂蓋粘（上砂下粘）優(yōu)良組合30夾砂層夾砂層夾粘層夾粘層四、不同質(zhì)地土壤的利用和改良四、不同質(zhì)地土壤的利用和改良（一）土壤質(zhì)地與植物生長(zhǎng)（一）土壤質(zhì)地與植物生長(zhǎng) 土壤質(zhì)地與植物生長(zhǎng)密切相關(guān)。土壤質(zhì)地與植物生長(zhǎng)密切相關(guān)。 不同質(zhì)地不同質(zhì)地土壤肥力特性各異土壤

24、肥力特性各異； 不同種類不同種類植物生物學(xué)特性各異植物生物學(xué)特性各異； 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中強(qiáng)調(diào)：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中強(qiáng)調(diào)：因地制宜因地制宜砂土：生長(zhǎng)期短的作物和根莖類作物（土豆、花生等）砂土：生長(zhǎng)期短的作物和根莖類作物（土豆、花生等）粘土：生長(zhǎng)期長(zhǎng)且需肥較多的禾谷類作物（水稻、玉米、粘土：生長(zhǎng)期長(zhǎng)且需肥較多的禾谷類作物（水稻、玉米、小麥等）小麥等）（二）土壤質(zhì)地的改良（二）土壤質(zhì)地的改良 1. 客土法（異地搬運(yùn)、引洪放淤、引洪漫沙）客土法（異地搬運(yùn)、引洪放淤、引洪漫沙） （1）砂摻粘）砂摻粘 （2）粘摻砂）粘摻砂2. 改良土壤結(jié)構(gòu)改良土壤結(jié)構(gòu) （1）大量施用有機(jī)肥）大量施用有機(jī)肥 （2）植樹種草，培肥土壤）植樹

25、種草，培肥土壤 （3）施用土壤結(jié)構(gòu)改良劑）施用土壤結(jié)構(gòu)改良劑第三節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)第三節(jié)土壤有機(jī)質(zhì)(Soil Organic Matter)一、土壤有機(jī)質(zhì)來源一、土壤有機(jī)質(zhì)來源概念：概念：土壤有機(jī)質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter) 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中的各種動(dòng)植物殘?bào)w，土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中的各種動(dòng)植物殘?bào)w，在土壤生物的作用下形成的一類特殊的高分子在土壤生物的作用下形成的一類特殊的高分子化合物?；衔铩微生物微生物l動(dòng)物來源動(dòng)物來源 l植物來源植物來源l工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品森林土壤森林土壤酸性有機(jī)質(zhì)酸性有機(jī)質(zhì) (acid organic mater)森林土壤森林土壤(forest

26、 soil)： 枯枝落葉枯枝落葉草原土壤草原土壤草原土壤草原土壤(steppe soil)： 地上部草地上部草地下部根系地下部根系中性有機(jī)質(zhì)中性有機(jī)質(zhì) (neutral organic mater)耕作土壤耕作土壤(cultivated soil)：作物殘茬作物殘茬(一般占籽實(shí)產(chǎn)量的一般占籽實(shí)產(chǎn)量的3540%)、施用的有機(jī)肥。施用的有機(jī)肥。耕作土壤耕作土壤二、土壤有機(jī)質(zhì)的含量及組成二、土壤有機(jī)質(zhì)的含量及組成1. 含量含量 耕作土壤中，表層有機(jī)質(zhì)的含量通常在耕作土壤中，表層有機(jī)質(zhì)的含量通常在5%以下。以下。 土壤有機(jī)質(zhì)含量與氣候、植被、地形、土壤類型、土壤有機(jī)質(zhì)含量與氣候、植被、地形、土壤類型、

27、農(nóng)耕措施密切相關(guān)。不同土壤中含量差異很大。農(nóng)耕措施密切相關(guān)。不同土壤中含量差異很大。 目前，我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低?？傮w而言目前，我國(guó)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低?？傮w而言, ,北方土壤有機(jī)質(zhì)含量高于南方土壤。北方土壤有機(jī)質(zhì)含量高于南方土壤。四川土壤有機(jī)質(zhì)含量（四川土壤有機(jī)質(zhì)含量（%）OM%4.003.014.002.013.001.012.000.611.000.60水田水田%1.296.1939.90 51.990.630.004旱地旱地%3.145.5218.7246.2624.661.102. 元素組成元素組成(水水%75，干物質(zhì)干物質(zhì)%25)干物質(zhì)干物質(zhì)CHON灰分元素灰分元素%448

28、408 C/N大約為大約為10左右。左右。土壤土壤 學(xué)學(xué)3. 土壤腐殖質(zhì)土壤腐殖質(zhì)（soil humus） 土壤腐殖質(zhì)：是除未分解和半分解動(dòng)、植物土壤腐殖質(zhì)：是除未分解和半分解動(dòng)、植物殘?bào)w及微生物體以外的有機(jī)物質(zhì)的總稱，由非腐殘?bào)w及微生物體以外的有機(jī)物質(zhì)的總稱，由非腐殖物質(zhì)殖物質(zhì)（Non-humic substances）和腐殖物質(zhì)和腐殖物質(zhì)（Humic substances）組成，通常占土壤有機(jī)質(zhì)的組成，通常占土壤有機(jī)質(zhì)的90%以上。以上。 土壤土壤 學(xué)學(xué)三、土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化三、土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化（一）簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解和轉(zhuǎn)化（一）簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的分解和轉(zhuǎn)化 礦質(zhì)化礦質(zhì)化(mineraliz

29、ation)：指復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)在微生指復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物的過程。物的作用下，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物的過程。1. 碳水化合物碳水化合物(carbohydrate)的礦質(zhì)化的礦質(zhì)化 碳水化合物碳水化合物 有機(jī)酸有機(jī)酸CO2H2O 在低溫在低溫、嫌氣條件下嫌氣條件下,有機(jī)酸變?yōu)橛袡C(jī)酸變?yōu)镃O2和和H2O的的過程受到阻礙過程受到阻礙,產(chǎn)生有機(jī)酸的累積產(chǎn)生有機(jī)酸的累積,從而造成植物根從而造成植物根系萎縮系萎縮、腐爛腐爛 甲酸甲酸3.210-3 M、乙酸、乙酸4.610-3 M、 正丁酸正丁酸710-4 M，就會(huì)對(duì)植物根系產(chǎn)生較嚴(yán)重的危害。就會(huì)對(duì)植物根系產(chǎn)生較嚴(yán)重的危害。解決辦法：

30、解決辦法：排水曬田、施草木灰排水曬田、施草木灰 （中和酸、補(bǔ)充（中和酸、補(bǔ)充K素）素） 有機(jī)肥施用前進(jìn)行堆漚。有機(jī)肥施用前進(jìn)行堆漚。2. 含氮化合物含氮化合物(nitrogen compound)的礦質(zhì)化的礦質(zhì)化蛋白質(zhì)氨基酸蛋白質(zhì)氨基酸 NH4 NO3- N素有效化素有效化速效速效N( NH4、NO3-) 微生物體細(xì)胞微生物體細(xì)胞N素生物固定素生物固定N素生物固定與有效化過程與有機(jī)物素生物固定與有效化過程與有機(jī)物C/N比密切相關(guān)。比密切相關(guān)。 C/N25時(shí)，產(chǎn)生時(shí)，產(chǎn)生N素生物固定素生物固定 C/N25時(shí)，產(chǎn)生時(shí)，產(chǎn)生N素有效化。素有效化。 豆科綠肥（三葉草等）豆科綠肥（三葉草等） C/N小，

31、施入土小，施入土壤后能提供壤后能提供N素（素（N素有效化）。禾本科作物素有效化）。禾本科作物秸稈秸稈C/N大，直接還田易造成大，直接還田易造成M與作物爭(zhēng)奪與作物爭(zhēng)奪N素，造成素，造成N素的生物固定。素的生物固定。 禾本科秸稈還田應(yīng)配施化學(xué)禾本科秸稈還田應(yīng)配施化學(xué)N肥：肥： 一般畝施秸稈一般畝施秸稈300400kg，需要配施化需要配施化學(xué)純學(xué)純N34kg。3. 脂肪脂肪(fattiness)、樹脂、樹脂(pitch)、蠟質(zhì)、蠟質(zhì)(waxiness)、單、單寧寧(tannin)的礦質(zhì)化的礦質(zhì)化 這類有機(jī)物的礦質(zhì)化過程與碳水化合物基本相這類有機(jī)物的礦質(zhì)化過程與碳水化合物基本相同，不同之點(diǎn)是在嫌氣條件

32、下產(chǎn)生多酚化合物，這同，不同之點(diǎn)是在嫌氣條件下產(chǎn)生多酚化合物，這是形成腐殖質(zhì)的基本材料。是形成腐殖質(zhì)的基本材料。4. 木質(zhì)素木質(zhì)素(xylogen)的礦質(zhì)化的礦質(zhì)化 木質(zhì)素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中木質(zhì)素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放線菌作用下緩慢的轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)物是真菌和放線菌作用下緩慢的轉(zhuǎn)化，最終產(chǎn)物是CO2和和H2O，但往往只有，但往往只有50%可形成最終產(chǎn)物，其余僅為降可形成最終產(chǎn)物，其余僅為降解產(chǎn)物，作為形成腐殖質(zhì)的原始材料。解產(chǎn)物，作為形成腐殖質(zhì)的原始材料。 有機(jī)質(zhì)的礦化率有機(jī)質(zhì)的礦化率(percent mineralization)：土壤土壤有機(jī)質(zhì)因礦質(zhì)化作用每

33、年損失的量占土壤有機(jī)質(zhì)總有機(jī)質(zhì)因礦質(zhì)化作用每年損失的量占土壤有機(jī)質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)量的百分?jǐn)?shù)。 一般在一般在1%3%。由于土壤有機(jī)質(zhì)的礦化率與。由于土壤有機(jī)質(zhì)的礦化率與有機(jī)氮的礦化率同步，因而可通過測(cè)定土壤有機(jī)氮有機(jī)氮的礦化率同步，因而可通過測(cè)定土壤有機(jī)氮的礦化率來代表有機(jī)質(zhì)的礦化率。的礦化率來代表有機(jī)質(zhì)的礦化率。（二）腐殖化過程（二）腐殖化過程1.腐殖化作用腐殖化作用(humification) 腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)(humus) ：土壤腐殖質(zhì)是土壤中一類性：土壤腐殖質(zhì)是土壤中一類性質(zhì)穩(wěn)定，成分、結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的高分子化合物。質(zhì)穩(wěn)定，成分、結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的高分子化合物。 腐殖化作用腐殖化作用(humific

34、ation)：進(jìn)入土壤中的有機(jī)：進(jìn)入土壤中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)的過程。質(zhì)轉(zhuǎn)化形成腐殖質(zhì)的過程。2. 腐殖質(zhì)的形成過程腐殖質(zhì)的形成過程（1）植物殘?bào)w分解產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)碳化合物；）植物殘?bào)w分解產(chǎn)生簡(jiǎn)單的有機(jī)碳化合物； （2）通過微生物對(duì)這些有機(jī)化合物的代謝作用）通過微生物對(duì)這些有機(jī)化合物的代謝作用及反復(fù)的循環(huán)，增殖微生物細(xì)胞；及反復(fù)的循環(huán)，增殖微生物細(xì)胞； （3）通過微生物合成的多酚和醌或來自植物的）通過微生物合成的多酚和醌或來自植物的類木質(zhì)素，聚合形成腐殖物質(zhì)。類木質(zhì)素，聚合形成腐殖物質(zhì)。 3.3.腐殖質(zhì)的形成途徑腐殖質(zhì)的形成途徑土壤腐殖質(zhì)形成途徑土壤腐殖質(zhì)形成途徑 四、土壤腐殖質(zhì)四、土壤腐殖

35、質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)分組土壤有機(jī)質(zhì)分組HA: humic acidFA: fulvic acidhuminSoil Organic Matersoil humusHumic substancesNon-humic substances） （二）土壤腐殖酸（二）土壤腐殖酸(humic acid)性質(zhì)性質(zhì) 1.物理性質(zhì)物理性質(zhì) 分子量、形狀、顏色分子量、形狀、顏色 A、分子量很大。分子量大小與單體和聚合度有關(guān)；分子量很大。分子量大小與單體和聚合度有關(guān)； B、形狀球形結(jié)構(gòu)，疏松多孔，似海棉；形狀球形結(jié)構(gòu)，疏松多孔，似海棉； C、顏色分子量愈大，顏色愈深顏色分子量愈大，顏色愈深（HA分子量大，分子量大， 褐色

36、；褐色；FA 分子量小，呈淡黃色）分子量小，呈淡黃色） 溶解性與吸收性溶解性與吸收性 A、溶解性溶解性(dissolution) FA、HA都溶解于堿，都溶解于堿，HA不溶于酸，而不溶于酸，而FA溶解于酸。溶解于酸。2. 化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 元素組成元素組成C、H、O、N、P、S為主為主C：N：P：S100：10：1：1120：10：1：1含含C量為量為55 60%，平均平均58%，100/581.724 實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)，測(cè)出含實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)，測(cè)出含C量后量后C% 1.724即得土壤有機(jī)質(zhì)含量即得土壤有機(jī)質(zhì)含量OM%C% 1.724B、吸收性吸收性(absorbency) 親水膠體，

37、吸水能力強(qiáng)，吸水量可達(dá)其重量的親水膠體，吸水能力強(qiáng)，吸水量可達(dá)其重量的500%。功能團(tuán)功能團(tuán)(functional group) 含有含有COOH、OH及酚羥基等多種功能團(tuán)及酚羥基等多種功能團(tuán) 功能團(tuán)的解離導(dǎo)致腐殖酸帶電功能團(tuán)的解離導(dǎo)致腐殖酸帶電 如：如：RCOOHRCOOH R OH R O H 分子結(jié)構(gòu)特征分子結(jié)構(gòu)特征 分子結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的有機(jī)高分子化合物。分子結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的有機(jī)高分子化合物。 單體中有芳核結(jié)構(gòu)物質(zhì)，芳核上有多種取代基單體中有芳核結(jié)構(gòu)物質(zhì)，芳核上有多種取代基五、影響土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的因素五、影響土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化的因素圖圖2-1 2-1 有機(jī)質(zhì)的分解與合成示意圖有機(jī)質(zhì)的

38、分解與合成示意圖 1. 溫度溫度 2535條件下，條件下，M活動(dòng)最為旺盛，利于活動(dòng)最為旺盛，利于OM礦質(zhì)化分解，提供作物所需養(yǎng)分。礦質(zhì)化分解，提供作物所需養(yǎng)分。 2. 土壤濕度和通氣狀況土壤濕度和通氣狀況 好氣：好氣：水少氣多水少氣多, M活動(dòng)旺盛活動(dòng)旺盛,OM礦質(zhì)化分解礦質(zhì)化分解,釋放釋放養(yǎng)分養(yǎng)分 嫌氣：嫌氣：水多氣少水多氣少, M活動(dòng)受抑制活動(dòng)受抑制, OM腐殖化合成腐腐殖化合成腐殖質(zhì)殖質(zhì)3. 干濕交替干濕交替 一方面增加土壤呼吸作用，破壞土壤結(jié)構(gòu)體，一方面增加土壤呼吸作用，破壞土壤結(jié)構(gòu)體，利于利于OM的礦質(zhì)化分解，另一方面干燥時(shí)引起的礦質(zhì)化分解，另一方面干燥時(shí)引起M死亡，又不利于死亡，又

39、不利于OM分解。分解。4. 有機(jī)殘?bào)w特性有機(jī)殘?bào)w特性 （1）物理狀態(tài)）物理狀態(tài) 多汁、幼嫩綠肥易于分解，磨細(xì)粉碎易于分解。多汁、幼嫩綠肥易于分解，磨細(xì)粉碎易于分解。（2）C/N大，不易分解大，不易分解 小，易于分解小，易于分解（3）硫、磷等元素缺乏也會(huì)抑制土壤有機(jī)質(zhì)分解。硫、磷等元素缺乏也會(huì)抑制土壤有機(jī)質(zhì)分解。 激發(fā)效應(yīng)激發(fā)效應(yīng) (作用作用)：土壤中加入新鮮有機(jī)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)土壤中加入新鮮有機(jī)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)土壤原有有機(jī)質(zhì)的降解。土壤原有有機(jī)質(zhì)的降解。 激發(fā)效應(yīng)可以是正、也可以是負(fù)。激發(fā)效應(yīng)可以是正、也可以是負(fù)。 5. 土壤特性土壤特性（1）pH 中性條件下利于中性條件下利于OM分解分解（2）質(zhì)地）質(zhì)地

40、 質(zhì)地愈粘重，質(zhì)地愈粘重，腐殖化系數(shù)腐殖化系數(shù)愈高，愈難分解。愈高，愈難分解。腐殖化系數(shù)腐殖化系數(shù)（humification coecient） ：?jiǎn)挝恢亓康模簡(jiǎn)挝恢亓康挠袡C(jī)碳在土壤中分解一年后殘留的碳量。有機(jī)碳在土壤中分解一年后殘留的碳量。表2-5 中 國(guó) 不 同 地 區(qū) 耕 地 土 壤 中 有 機(jī) 物 質(zhì) 的 腐 殖 化 系 數(shù)東 北 地 區(qū)華 北 地 區(qū)江 南 地 區(qū)華 南 地 區(qū)作 物 秸 桿作 物 根綠 肥廄 肥范 圍平 均范 圍平 均范 圍平 均范 圍平 均0.26-0.650.42 (9)0.30-0.960.60 (5)0.16-0.430.28(14)0.28-0.720.4

41、6(11)0.17-0.370.26(33)0.19-0.580.40(14)0.13-0.370.21(46)0.28-0.530.40(21)0.15-0.280.21(53)0.31-0.510.40(54)0.16-0.370.24(33)0.30-0.630.40(38)0.19-0.430.34(18)0.32-0.510.38(14)0.16-0.330.23(31)0.20-0.520.31(8)六、土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理六、土壤有機(jī)質(zhì)的作用及管理（一）在土壤肥力上的作用（一）在土壤肥力上的作用1. 養(yǎng)分較完全養(yǎng)分較完全 植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分 N：80 97%，平均

42、平均95%； P：20 76%； S：38 94%為有機(jī)態(tài)，由有機(jī)質(zhì)提供。為有機(jī)態(tài)，由有機(jī)質(zhì)提供。N、P、K、Ca 、Mg 、S、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl、Ni營(yíng)養(yǎng)2. 促進(jìn)養(yǎng)分有效化促進(jìn)養(yǎng)分有效化 OM礦質(zhì)化過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸，腐殖化過礦質(zhì)化過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸，腐殖化過程中產(chǎn)生的腐殖酸程中產(chǎn)生的腐殖酸: 一方面促進(jìn)土壤礦質(zhì)養(yǎng)分溶解釋放養(yǎng)分；一方面促進(jìn)土壤礦質(zhì)養(yǎng)分溶解釋放養(yǎng)分； 另一方面可以絡(luò)合金屬離子，減少金屬離子另一方面可以絡(luò)合金屬離子，減少金屬離子對(duì)對(duì)P的固定，提高的固定，提高P的有效性。的有效性。 3. 提高土壤保肥性提高土壤保肥性 腐殖質(zhì)是一種有機(jī)膠體，有巨大的表面積和

43、表面能，腐殖質(zhì)是一種有機(jī)膠體，有巨大的表面積和表面能，吸附能力大于礦質(zhì)膠體，從而大大提高土壤保肥性。吸附能力大于礦質(zhì)膠體，從而大大提高土壤保肥性。 膠體對(duì)陽離子吸附能力比較（膠體對(duì)陽離子吸附能力比較（cmol/kg） 膠體類型有機(jī)膠體高嶺石膠體類型有機(jī)膠體高嶺石 蒙脫石蒙脫石 吸附力吸附力150 450（平均平均350） 3 5 80 100 土壤土壤 學(xué)學(xué)4. 提高土壤緩沖性提高土壤緩沖性 腐殖質(zhì)含有多種功能團(tuán)，遇腐殖質(zhì)含有多種功能團(tuán)，遇OH時(shí)，電離出時(shí)，電離出H與之作用生成水對(duì)堿緩沖；與之作用生成水對(duì)堿緩沖； 遇遇H時(shí)則由于帶負(fù)電荷而吸附時(shí)則由于帶負(fù)電荷而吸附H對(duì)酸緩沖；對(duì)酸緩沖； 同時(shí)，由于腐殖質(zhì)膠體帶負(fù)電荷，可吸附土壤同時(shí)，由于腐殖質(zhì)膠體帶負(fù)電荷，可吸附土壤溶液中鹽基離子，對(duì)肥料起緩沖作用。溶液中鹽基離子，對(duì)肥料起緩沖作用。 5. 促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤物理性質(zhì)促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，