土壤固液相和氣相部分的基本性質(zhì)及土壤養(yǎng)分

1、土壤固液相和氣相部分的基本性質(zhì)及土壤養(yǎng)分第一節(jié) 土壤熱性質(zhì)一、土壤溫度與作物生長表1 土溫對水稻生長與產(chǎn)量的影響土溫()莖桿重(g /盆)有效分蘗(個/盆)籽粒重(g/盆)籽粒(%)202732245630573843100土壤的熱容量：每立方厘米土壤增溫1所需要的熱量(J)。比熱：每克土壤增溫1所需熱量(J)，也叫重量熱容量。C=c （C熱容量；c比熱；容重）表2 土壤不同組成的熱容量組成成分石英砂粘粒泥炭土壤空氣土壤水分熱容量J/(cm3)2.1612.4032.5120.001254.18表3 不同濕度狀況下各種土壤的熱容量土壤土壤濕度占全蓄水量的百分?jǐn)?shù)0205080100砂土0.350

2、.400.480.580.63粘土0.260.300.530.720.90泥炭0.200.320.560.790.94二、土壤導(dǎo)熱性土壤傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)導(dǎo)熱率：溫度相差1時，在厚度為1 cm，面積為1 cm2斷面上每秒鐘所通過的熱量J/(cms)?？諝馔亮Ｋ?圖1 熱通過土壤顆粒、空氣和水的傳導(dǎo)土壤空氣：2.0910-4J/(cms)土壤水：5.43410-3J/(cms)砂粒：6.68810-3J/(cms)圖Error! Main Document Only. 不同深度土層溫度日變化三、土濕變化規(guī)律及其影響因素土溫的年變化和日變化共同特點(diǎn)：最高和最低溫度出現(xiàn)的時間呈現(xiàn)有規(guī)律的周期性。土溫年、

3、日變幅都是表層最大，土層愈深變幅愈小。影響土溫變化的因素影響土溫的外界因素緯度；海拔高度；坡向；植物覆蓋與地面積雪圖Error! Main Document Only. 土壤水的來源與消耗影響土溫的土壤因素土壤水分與空氣含量；表土顏色；土壤有機(jī)質(zhì)含量四、土壤熱狀況的調(diào)節(jié)耕作施肥灌溉排水覆蓋和遮蔭應(yīng)用增溫保墑劑第二節(jié) 土壤水分性質(zhì)一、土壤水分與作物生長土壤水的來源與消耗（如圖3）二、土壤水分類型和水分含量的表示方法土壤水分類型吸濕水（緊束縛水）分子引力和靜電引力最大吸濕水膜狀水吸著力最大分子持水量毛管水毛管力毛管上升水（次生鹽堿化）、毛管懸著水（田間持水量）重力水重力全蓄水量(飽和含水量)有效水

4、圖4 土壤水的保持、吸力和類型土壤有效水最大含量：田間持水量與萎蔫系數(shù)之間的差值萎蔫系數(shù)：萎蔫點(diǎn)，當(dāng)植物無法吸水而發(fā)生永久萎蔫時的土壤含水量表格 4 土壤質(zhì)地與有效水最大含量的關(guān)系土壤質(zhì)地砂土砂壤土輕壤土中壤土重壤土粘土田間持水量（%）121822242630萎蔫系數(shù)（%）35691115有效水最大含量（%）91316151515一般情況下壤土具有較強(qiáng)的抗旱性。質(zhì)量含水量（m）m=W1-WW100=水重烘干土重100 （W1濕土重；W105110下烘干土重）容積分?jǐn)?shù)（v）(cm3 cm-3)表明土壤水充滿孔隙的程度v=土壤水容積土壤總?cè)莘em 水層毫米數(shù)土壤貯水量(mm)vh （h土層厚度 (m

5、m)） 相對含水量土壤相對含水量=土壤含水量田間持水量 土壤含水量的測定烘干法（傳統(tǒng)方法）：一般是指將土樣在105-110烘箱中烘6-8小時以上。 此方法簡便、嚴(yán)格掌握操作條件，測定結(jié)果相對準(zhǔn)確。不足之處：測定結(jié)果不連續(xù)；取樣不方便；烘干時間長，不能及時得出結(jié)果?？焖俸娓煞ǎ杭t外線烘干法、酒精燃燒法，電石法等中子法：目前國際上公認(rèn)的較為準(zhǔn)確和效率較高的快速測定土壤容積含水量的方法。缺點(diǎn)：表層土壤測定結(jié)果不理想。射線法：五六十年代發(fā)展起來的另一種測定土壤含水量的方法。直接、快速、方便、可靠；可應(yīng)用于結(jié)冰條件下土壤水分狀況的測定；同時測定水鹽含量；測定土壤鹽分運(yùn)動目前正在研究中。三、 土壤水分調(diào)節(jié)

6、途徑大力發(fā)展灌溉排水工程最大限度地截留降水，盡是減少水分的非生產(chǎn)性消耗提高土壤水分對作物的有效性，增加土壤中有效水的數(shù)量第三節(jié) 土壤空氣性質(zhì)一、土壤空氣組成和含量表5 大氣與土壤空氣組成(容積%)氣體氮(N2)氧(O2)二氧化碳(CO2)氬(Ar)其它土壤空氣78.08-80.2420.90-0.00.03-20.0大氣78.0820.950.030.930.03土壤空氣中CO2含量遠(yuǎn)大于大氣中的含量土壤空氣中O2的含量低于大氣土壤空氣中的水汽含量(土壤空氣的相對濕度)總比大氣要高土壤空氣中有進(jìn)有少量 還原性氣體二、 土壤的通氣性：土壤空氣與近地層大氣之間不斷進(jìn)行氣體交換的過程。土壤通氣機(jī)制氣

7、體的整體流動氣體的擴(kuò)散土壤氣體的主要方式隨水進(jìn)入土壤體土壤呼吸：土壤中CO2氣體分子不斷從土壤空氣向大氣擴(kuò)散，同時使O2分子不斷從大氣向土壤空氣擴(kuò)散的過程。三、土壤通氣性與土壤氧化還原狀況表6 化合物形態(tài)與土壤通氣性的關(guān)系元素通氣良好(氧化態(tài))通氣不良(還原態(tài))CCO2CO、CH4NNO3、NO2NH2-、NH3、N2SSO4H2SFeFe3+Fe2+MnMn4+、Mn3+Mn2+Eh=E0+0.059nlg氧化態(tài)還原態(tài) （E0標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位，土壤通氣性的一個指標(biāo)；n反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)）旱地土壤的氧化還原電位多在500-700 mV；水田土壤的氧化還原電位變化較大；水稻適于生長的氧化還原電位在

8、200-400 mv四、土壤通氣性對作物生長和土壤肥力的影響影響根系發(fā)育通氣良好：根系長、顏色淺、根毛多缺氧條件：短而粗、根毛大量減少影響種籽萌發(fā)和根系的吸收功能根系在缺氧量對各種養(yǎng)分吸收的能力：KCaMgNP 通氣不良對植物吸收氮、磷的影響最大影響?zhàn)B分狀況影響作物的抗病性五、土壤通氣性的調(diào)節(jié)合理耕作、改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤通氣孔隙。建立良好的排灌系統(tǒng)土壤養(yǎng)分一、土壤氮素循環(huán)氮素含量和形態(tài)土壤中氮的含量土壤中氮素含量的可以從其腐殖質(zhì)含量的多少來判斷，我國土壤氮素含量較低，我國南方耕地土壤含氮量一般變動在0.050.3%之間。我國土壤含氮量以東北黑土地區(qū)為最高，其次是華南、西南和青藏地區(qū)，而以西

9、北干旱草原漠境地區(qū)、黃淮海地區(qū)和黃土高原地區(qū)為最低土壤氮素來源大氣中分子氮的生物固定生物固氮作用，依靠自生（非共生）和共生固氮菌將氣態(tài)氮固定為含氮有機(jī)化合物，再通過微生物及共生植物，直接或間接地進(jìn)入土壤。雨水和灌溉水帶入的氮大氣層發(fā)生的自然雷電現(xiàn)象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物、散發(fā)在空氣中的氣態(tài)氮如煙道排氣、含氮有機(jī)質(zhì)燃燒的廢氣、由銨化物揮發(fā)出來的氣體等，通過降水溶解，最后隨雨水帶入土壤。全球由大氣降水進(jìn)入土壤的氮，據(jù)估計為每年每公頃222kg隨灌溉水帶入土壤的氮主要是NO3N，其數(shù)量因地區(qū)、季節(jié)和降雨量而異，有時水中短期內(nèi)含NO3N和NH4N量竟高達(dá)10ppm，群眾稱之為肥水。施用有

10、機(jī)肥和化學(xué)肥料土壤中氮素形態(tài)無機(jī)態(tài)氮（全氮量的1%2%，最多5%8%）無機(jī)態(tài)氮主要有NH4N和NO3N，有時在短期內(nèi)有NO2NNH4交換態(tài)和游離態(tài)離子、固定銨NO3-易隨水淋失有機(jī)態(tài)氮（土壤氮存在的主要形式，占全氮量的95%以上）土壤氮素轉(zhuǎn)化過程和土壤供氮能力有機(jī)態(tài)氮的礦化過程水解過程：先把復(fù)雜的含氮有機(jī)物，通過微生物酶系作用下，逐級分解為簡單的氨基化合物氨化階段：在微生物作用下，把各種簡單的氨基化合物分解成氨蛋白質(zhì)多肽氨基酸、酰胺、胺蛋白質(zhì)RCHNH2COOH(或RNH2）+CO2其它產(chǎn)物能量在充分通氣條件下RCHNH2COOHO2RCOOHNH3CO2能量嫌氣條件下RCHNH2COOHH2

11、RCH2COOHNH3能量 或 RCHNH2COOHH2RHOHCOOHNH3能量酶酶一般水解作用RCHNH2COOHH2ORCH2OHNH3CO3能量 或 RCHNH2COOHH2ORCHOHCOOHNH3能量參與有機(jī)氮礦化的微生物種類繁多，包括多種細(xì)菌、真菌、放線菌等。因此影響土壤微生物活性的因素均影響有機(jī)氮素的轉(zhuǎn)化亞硝化微生物硝化過程：氨或銨鹽通過微生物的作用轉(zhuǎn)化成硝酸態(tài)氮化合物過程硝化微生物第一步 2NH43O2 2NO22H2O4H15.8kcal第二步 2NO2O2 2NO340kcal亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌需要良好的通氣條件土壤氮的損失淋洗損失地表徑流 水體污染NH4+易被土壤膠體

12、吸附NO3易被淋洗NO3淋洗的影響因素：土壤、氣候、施肥和栽培管理如：在濕潤和半濕潤地區(qū)的土壤淋洗量較高，在半干旱地區(qū)較少二、 土壤磷素土壤中磷的含量和形態(tài)土壤中磷的表達(dá)方式全磷以P2O5（磷酐）為標(biāo)準(zhǔn)，有效磷含量以元素磷（P）為標(biāo)準(zhǔn)土壤中含磷量地殼含磷量約為0.12%，自然土壤全磷量在0.01%0.15%我國土壤含磷量有明顯的地域分布趨勢，即從南向北逐漸增加，磚紅壤全磷量最低，廣東的硅質(zhì)磚紅壤全量小于0.004%，東北地區(qū)土壤和黃土母質(zhì)發(fā)育的土壤，全磷量較高，東北黑土達(dá)0.17%。有機(jī)態(tài)磷化合物（有機(jī)磷）在有機(jī)質(zhì)含量為2%3%的耕作土壤中，有機(jī)磷占全磷比重的25%50%。遭受侵蝕的紅壤有機(jī)質(zhì)

13、含量1%，其中有機(jī)磷含量多在全磷含量的10%以下，而東北地區(qū)的黑土則有機(jī)磷含量較高，可占全磷的2/3，另外粘重的土壤含有機(jī)磷量比輕質(zhì)土壤含量高核酸類（1%10%）植素類（植酸鹽）（20%50%）植酸（環(huán)已六醇磷酸）與鈣、鎂（中性和鈣質(zhì)土中，可直接被植物吸收）、鐵、鋁（酸性土壤，有效性較低）等離子結(jié)合而成磷酯類（占有機(jī)磷總量的1%）水解醇溶性和醚溶性的含有機(jī)化合物。分解容易，土壤中含量較低。微生物酶簡單磷脂類 甘油脂肪酸磷酸卵磷脂和腦磷脂 磷酸甘油脂肪酸膽堿或膽胺無機(jī)態(tài)磷水溶態(tài)磷（0.0030.3 mg/L)表7 不同pH條件下溶液中磷酸根離子的濃度比例磷酸離子的形態(tài)不同pH值下各種磷酸離子濃度

14、占總濃度的%5677.289H2PO499.394.161.350.013.71.5HPO420.65.938.750.086.398.4植物根系附近微域范圍內(nèi)的土壤溶液pH一般均呈酸性，植物吸磷幾乎全部為H2PO4吸附態(tài)磷吸附態(tài)磷指的是那些通過各種作用力（庫侖力、分子引力、化學(xué)鍵能等）被土壤固相表面吸附的磷酸根。以離子交換吸附和配位體吸附為主。土壤粘粒礦物對磷酸陰離子交換吸附：指磷酸陰離子（主要以H2PO4和HPO42與粘土礦物上吸附的其它陰離子如OH、SO3、F等的互相交換。提高溶液pH值堿性條件下磷的有效性提高礦物態(tài)磷（土壤中無機(jī)態(tài)磷99%以礦物態(tài)存在）石灰性土壤中主要是磷酸鈣鹽（磷石灰

15、）酸性土壤主要磷酸鐵和磷酸鋁石灰性土壤：氟磷灰石Ca5(PO4)3F：由原生礦物遺留，穩(wěn)定性特別大，溶解度小，其它磷灰石可能向氟磷灰石轉(zhuǎn)化； 氫氫氧磷灰石Ca5(PO4)3OH：最多，可以由氟磷灰石的同晶置換外，還可以由沉淀的磷酸二鈣和磷酸三鈣轉(zhuǎn)化而成；碳酸磷灰石：由磷灰石中有碳酸根而得名。酸性土壤：磷鋁石Al(OH)2H2PO4、粉紅磷鐵礦Fe(OH)2H2PO4成分不穩(wěn)定（受pH值的影響）。閉蓄態(tài)磷（O-P）存在于酸性土壤中Fe(OH)2H2PO4OHFe(OH)3+H2PO4-Fe(OH)3的溶解度比粉紅磷鐵礦小的多，雖然釋放出了一部分磷，但它在粉紅磷鐵礦表面形成了一層無定形的Fe(OH

16、)3，膠膜形成后就對膠膜內(nèi)部的磷元素起了掩蔽作用，這種由Fe(OH)3或其它類似性質(zhì)的不溶性膠膜所包被的磷酸鹽，統(tǒng)稱為閉蓄態(tài)磷表8 幾種土壤無機(jī)磷形態(tài)的相對組成土壤類型OPCa-PFe-PAl-P占無機(jī)磷總量（%）磚紅壤80極少5-15極少紅壤與黃壤50-80極少15-30極少黃棕壤40-6010-2020-4010土壤磷的轉(zhuǎn)化與土壤供磷能力土壤有效磷含量決定了許多因素：土壤磷的形態(tài)土壤土壤酸堿度可能是影響固磷作用的最重要因素通過改良土壤的酸堿性使土壤保持在中性附近(pH值在6.5-6.8之間）提高土壤磷的有效性土壤氧化還原狀況淹水后土壤磷的有效性會提高淹水后酸性土壤將提高pH值，堿性土壤將降

17、低pH值土壤氧化還原電位下降，高價鐵還原成低價鐵，磷酸低鐵的溶解度較高，增加磷的有效性包被于磷酸表面的鐵質(zhì)膠膜還原，提高了閉蓄態(tài)磷的有效度土壤有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)陰離子與磷酸根競爭表面專性吸附點(diǎn)，從而減少了土壤對磷的吸附有機(jī)物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸和其它螯合劑的作用，將部分固定態(tài)磷釋放腐殖質(zhì)可在鐵、鋁氧化物等膠體表面形成保護(hù)膜，減少對磷酸根吸附有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的CO2溶于水形成H2CO3，增加鈣、鎂、磷酸鹽的溶解度三、土壤鉀素土壤中鉀的含量：含量用（K2O或K）來表示礦物質(zhì)土壤含全鉀量差異較大，一般在0.5%2.5%以下風(fēng)化程度和成土條件的不同，使土壤含鉀量出現(xiàn)明顯的不同。高溫、多雨地帶，風(fēng)化和淋溶強(qiáng)度大，礦物中的鉀釋放出來受雨水影響淋失，寒冷、干旱地帶，礦物中的鉀難于風(fēng)化，也不易淋失，因此我國土壤的含鉀量從南到北有遞增的趨勢。土壤中鉀的形態(tài)及其轉(zhuǎn)化水溶性鉀最易于被植物吸收利用的鉀素形態(tài)以離子形態(tài)存在于土壤溶液中，濃度一般在2-5mg L-1 交換性鉀土壤速效鉀的主要部分土壤中含量一般為40-600mg kg-1，占土壤吸收量的1%5%，土壤中全鉀量的1%2%固定態(tài)