土壤學復習資料(共45頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第一章緒論 目的要求： 使學生了解土壤在人類農業(yè)生產和自然環(huán)境中的重要性、土壤學的任務與土壤學和相關學科的關系；掌握土壤及土壤肥力的內涵。 第一節(jié)土壤在人類農業(yè)生產和自然環(huán)境中的重要性 土壤不僅是人類賴以生存的物質基礎和寶貴財富的源泉，而且是人類最早開發(fā)利用的生產資料。 一、土壤是人類農業(yè)生產的基地 民以食為天，食以土為本 （一）土壤是植物生長繁育和生物生產的基地 1. 土壤的營養(yǎng)庫作用： 是陸地生物所需營養(yǎng)物質的重要來源； 2. 土壤在養(yǎng)分轉化和循環(huán)中的作用 ； 無機物的有機化，有機物的礦質化； 3. 土壤的雨水涵養(yǎng)作用：是一個巨大的水庫； 4. 土壤對生物的支撐作

2、用 ； 土壤中擁有種類繁多，數量巨大的生物群； 5. 土壤在穩(wěn)定和緩沖環(huán)境變化中的作用 （ 緩沖庫）。 （二）植物生產、動物生產和土壤管理關系 二、土壤是最珍貴的自然資源 1. 數量的有限性和固定性 地球表面形成 1cm 厚的土壤，約需要 300 年或更長時間。 2. 質量的可變性（土壤肥力的可更新性） 治之得宜，地力常新 3. 土壤空間位置的固定性 三、土壤是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎 1. 保持生物活性、多樣性及生產性； 2. 對水和溶質流動起調節(jié)作用； 3. 對有機、無機污染物具有過濾、緩沖、固定和解毒作用； 4. 具有貯存并循環(huán)生物圈及地表的養(yǎng)分作用和其它元素的功能。 四、土壤是地球表層系

3、統(tǒng)自然地理環(huán)境的重要組成部分 （一）土壤圈 (Pedosphere) 的概念 地球表層系統(tǒng)五大要素：大氣圈、生物圈、巖石圈、水圈、土壤圈 土壤圈是覆蓋于地球和淺水域底部的土壤所構成的一種連續(xù)體或覆蓋層，它是地圈系統(tǒng)的重要組成部分，它處于地圈系統(tǒng)（氣圈、水圈、生物圈、巖石圈）的交界面，既是這些圈層的支撐者，又是它們長期共同作用的產物。 1. 土壤圈涵義 （ 1 ）永恒的物質與能量交換 （ 2 ）最活躍與最富生命力的圈層 （ 3 ）記憶塊的功能 （ 4 ）時空限制特征 （ 5 ）僅部分為可再生資源 2. 土壤圈功能 （ 1 ）對生物圈 支撐和調節(jié)生物過程，提供植物生長的養(yǎng)分、水分與適宜的物理條件，

4、決定自然植被的分布與演替。但土壤圈的各種限制因素對生物也起不良影響。 （ 2 ）對水圈 影響降水在陸地的重新分配，影響元素的生物地球化學行為，影響水分平衡、分異、轉化及水圈的化學組成。 （ 3 ）對巖石圈 作為地球的 “ 皮膚 ” ，對巖石圈具有一定的保護作用，以減少其受各種外營力破壞，同時與巖石圈進行物質交換與地質循環(huán)。 （二）土壤圈在全球變化中的作用 1. 通過土壤圈與其它圈層的物質交換，影響土壤的全球變化 2. 通過全球土被在時空上的演變，引起土壤全球變化 3. 通過人為活動對土壤圈的強烈作用，對全球土壤變化以至生存環(huán)境發(fā)生影響 （ 1 ）人為砍伐森林，加劇水土流失； （ 2 ）對土壤資

5、源利用不當導致土壤退化嚴重； （ 3 ）水稻田、沼澤地及湖泊產生痕量溫室氣體。 （三）土壤圈的研究方向與內容 1. 研究方向 土壤圈研究的總方向是研究土壤圈物質的組成、性質和物質與能量的循環(huán)及其對人類生存環(huán)境的影響。 （ 1 ）研究土壤圈與生物圈之間養(yǎng)分元素的交換與平衡，土壤圈與水圈之間的水分循環(huán)與物質運動，土壤圈與大氣圈之間的大量氣體及痕量氣體的交換與平衡，以及土壤圈與巖石圈之間元素遷移與轉化； （ 2 ）研究土壤圈物質和能量循環(huán)與地球生命、人類生存條件、自然環(huán)境及全球變化之間的關系。 2. 研究任務 （ 1 ）土壤資源的開發(fā)利用與保護 研究低耗土壤資源的節(jié)約型開發(fā)利用；綜合治理和集約經營耕

6、地；土壤資源承載能力；防止土地退化和提高土地質量；土地動態(tài)監(jiān)測及土地數字化數據庫 (SOTER) 。 （ 2 ）土壤肥力調節(jié)與農業(yè)持續(xù)發(fā)展 研究不同生態(tài)條件下土壤肥力演變 ; 施肥技術與提高肥效 ; 持續(xù)穩(wěn)定的土壤肥力培育的研究 ; 農業(yè)持續(xù)發(fā)展的理論與戰(zhàn)略 ; 農業(yè)持續(xù)發(fā)展中高效適度技術的管理、對策與合理布局；不同地區(qū)農業(yè)持續(xù)發(fā)展模式。 （ 3 ）土壤生態(tài)環(huán)境的建設 研究農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中土壤生態(tài)環(huán)境演替規(guī)律，土壤生態(tài)環(huán)境建設的研究；防止土壤污染。 （ 4 ）土壤圈物質循環(huán)及全球變化 土壤圈與大氣圈大量與痕量氣體交換與平衡； 土壤圈與水圈的水循環(huán)； 土壤圈與巖石圈元素遷移； 土壤圈與生物圈養(yǎng)分元

7、素交換與平衡； 土壤圈物質組成、性質、類型及時空變化規(guī)律； 全球土被演變及土壤退化 ( 土壤侵蝕、沙漠化、肥力退化、鹽漬化、酸化、沼澤化 ) 的時空變化，形成機理及預測預控； 人類活動對土壤全球變化及人類環(huán)境變化的影響。 （四）土壤圈的地位 第二節(jié) 土壤及土壤肥力的概念 一、土壤 (soil) 能產生植物收獲的地球陸地表面的疏松層次。 二、土壤肥力 土壤具有肥力是其最本質的特征，是其區(qū)別于其它事物的標志。 土壤肥力：在植物生活全過程中，土壤供應和協調植物生長所需水、肥、氣、熱的能力。 ( 一）土壤肥力類型 1. 自然肥力和人為肥力 自然肥力：指土壤在自然因子（氣候、生物、地形等）綜合作用下所具

8、有的肥力。 人為肥力：土壤在人為條件熟化 ( 耕作、施肥、灌溉等 ) 作用下所表現出來的肥力。 2. 潛在肥力與有效（經濟）肥力 潛在肥力：土壤肥力在生產上沒有發(fā)揮出來產生經濟效益的部分。 有效（經濟）肥力：土壤肥力在當季生產中表現出來產生經濟效益的部分。 （二）基本觀點 1. 肥力因素的全面觀點 水、肥、氣、熱全面分析、綜合評定 2. 肥力因素的供應和協調觀點 供應、協調 3. 土壤肥力與生產力統(tǒng)一的觀點 土壤肥力的發(fā)揮與環(huán)境條件、社會經濟條件、科學技術條件密切相關。 三、近代土壤學的發(fā)展及主要觀點 1. 農業(yè)化學土壤學派 2. 農業(yè)地質土壤學觀點 3. 土壤發(fā)生學派 4. 土壤學發(fā)展的新觀

9、點 5. 我國土壤學的發(fā)展概況 第三節(jié) 土壤學科體系、研究內容和方法 一、分支學科及研究內容 （一）土壤物理 研究土壤中物理現象和過程的土壤學分支。主要研究土壤水、氣、熱運動及其調控的原理，其研究內容包括土壤水分、土壤質地、土壤結構、土壤力學性質、土壤溶質移動及土壤植物大氣連續(xù)體 (SPAC) 中的水分運行和能量轉移等。 （二）土壤化學 研究土壤化學組成，性質及其土壤化學反應過程的分支學科。重點研究土壤膠體的組成、性質，及土壤固液界面發(fā)生的系列化學反應。為開展土壤培肥、土壤管理、土壤環(huán)境保護提供理論依據 。 （三）土壤微生物 研究土壤中微生物區(qū)系、多樣性及其功能和活性的土壤學分支。研究內容：

10、1. 土壤微生物生態(tài)； 2. 土壤微生物與土壤物質循環(huán)（陸地 N,P,S,C 素循環(huán)） ; 3. 土壤酶活性 ; 4. 土壤微生物與土壤固氮作用 ; 5. 根際微生物與菌根 ; 6. 土壤微生物之間的相互作用 ; 7. 農業(yè)措施對微生物的影響 ; 8. 土壤微生物與土壤的污染防治 ; 9. 有益微生物的農業(yè)應用。 （四）土壤生物化學 研究土壤中的有機質組成，結構及生物化學轉化過程的土壤學分支學科，主要的研究內容包括： 1. 土壤腐殖質形成，特性、及其對土壤肥力的影響； 2. 土壤碳、氮、磷、硫的生物轉化（有機碳、氮礦化作用和腐殖化作用）； 3. 土壤酶活性； 4. 有機生物制劑包括有機農藥、殺

11、蟲劑、除草劑的生物降解及其對環(huán)境污染的影響等。 （五）土壤地理學 研究土壤發(fā)生、演變、分類、分布規(guī)律及其與地理環(huán)境之間關系的土壤學分支科學，是由土壤學與自然地理學交叉發(fā)展而成的邊緣學科。主要研究內容包括 : 1. 土壤發(fā)生和分類： 土壤發(fā)生學是土壤地理的核心，重點研究土壤形成與自然成土因子和人為活動的復雜關系，回答地球表層系統(tǒng)多樣性土壤的形成特點和機理，并在此基礎上，根據土壤的發(fā)生發(fā)育過程、土壤診斷學屬性進行土壤分類。 2. 土壤分布規(guī)律： 土壤是一個時間上處于動態(tài)、空間上具有垂和水平方向上分異性的三維連續(xù)體，搞清土壤和土被結構在地面空間上的分布規(guī)律，可以為因地制宜合理利用和保護土壤資源，搞好

12、農業(yè)區(qū)劃及生產布局，改善生態(tài)環(huán)境提供科學依據。 3. 土壤調查制圖和土壤質量評價； 主要研究內容是應用現代新技術（如 3S 技術），建立土壤數據庫和土壤信息系統(tǒng)；研究土壤質量評價標準、指標體系和退化土壤的恢復重建技術與措施。 二、土壤學與相鄰學科的關系 1. 土壤學與地質學、水文學、生物學、氣象學有著密切的關系。 土壤作為地球表層系統(tǒng)的重要組成部分，它的形成、發(fā)育與地質，水文、生物和近地表大氣息息相關。 2. 土壤學與農學、農業(yè)生態(tài)學有著不可分割的關系。 土壤是綠色植物生長的基地，農學中的栽培學、耕作學、肥料學、灌溉排水等，都以土壤學為基礎的，土壤學是農業(yè)基礎學科的一部分。 3. 土壤學與環(huán)境

13、科學聯系密切。 土壤不僅是一種資源，還是人類生存環(huán)境的重要組成要素。土壤除能生產綠色植物外，還具有對環(huán)境污染物質的緩沖性、同化和凈化性能，在穩(wěn)定和保護人類生存環(huán)境中起著極重要的作用。 三、土壤學的任務 （一）合理利用土壤 水土流失、土壤沙化、土壤次生鹽漬化、土壤酸化、土壤污染（農藥和三廢）、土壤鹽堿化、土壤潛育化等。 （二）中低產土壤改良 中低產田土面積約占一個地區(qū)土壤面積的三分之二 （三）基礎理論研究 1. 土壤溫室氣體形成機理、變化規(guī)律與減緩途徑的研究（重點是 CH 4 、 N x O y 、 CO 2 ）。 2. 土壤污染發(fā)生類型、形成規(guī)律與防治途徑研究。 3. 土壤退化時空變化、形成機

14、理、調控對策。重點是荒漠化（西北）、鹽漬化（黃淮海）、沼澤化（東北）、土壤酸化（西南及東南）、肥力減退（南方）及土壤污染（經濟發(fā)達區(qū)）。 4. 土壤質量演變機制、評價體系及恢復重建的研究。 5. 經濟快速發(fā)展地區(qū)土壤環(huán)境演變機制與調控研究。 6. 不同地區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境建設及其治理途徑的研究。 7. 土壤與環(huán)境問題有關基礎應用與開發(fā)項目的研究。 四、土壤學的研究方法 （一）宏觀研究和微觀研究 （二）綜合、交叉研究 （三）野外調查與實驗室研究結合 （四）新技術的應用 五、 21 世紀土壤科學所面臨的挑戰(zhàn) 來自人口膨脹的挑戰(zhàn) 如何保證糧食的持續(xù)增產； 來自全球生態(tài)環(huán)境的挑戰(zhàn) 如何保持土壤的生態(tài)健康功

15、能，建立良好生態(tài)環(huán)境； 來自土壤學自身發(fā)展的挑戰(zhàn)加強基礎研究，加速新技術在土壤學領域內的應用； 社會對土壤學認同的挑戰(zhàn)強化土壤資源在國民經濟中的戰(zhàn)略地位； 立足于為解決人類的吃飯問題和環(huán)境健康問題服務。 第二章土壤礦物質 目的要求： 使學生了解土壤礦物質組成和化學組成，層狀鋁硅酸鹽粘土礦物、非硅酸鹽粘土礦物的主要性狀及其分布。 第一節(jié) 土壤礦物質的礦物組成和化學組成 一、元素組成 1. 幾乎包括元素周期表中所有元素； 2.O 、 Si 、 Al 、 Fe 為主，四者共占 88.7% 以上； 3. 植物必需營養(yǎng)元素含量低，分布不平衡。 二、礦物組成 ( 一 ) 原生礦物 1. 原生礦物以硅酸鹽和

16、鋁硅酸鹽為主； 以氧化硅和硅酸鹽礦物占絕對優(yōu)勢。常見石英、長石、云母、輝石、角閃石等。 2. 原生礦物類型和數量決定于礦物的穩(wěn)定性； 石英最穩(wěn)定，是粗土粒的主要成分； 白云母和長石較穩(wěn)定，在粗土粒中較多； 黑云母、角閃石、輝石等暗色礦物易風化。 3. 原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來源 。 Ca 、 Mg 、 K 、 P 、 S 等 。 （二）次生礦物 1. 原生礦物分解轉化形成的礦物。 2. 以粘土礦物為主，又以結晶層狀硅酸鹽礦物為主； 3. 此外有 Si 、 Al 、 Fe 的氧化物及其水合物 。 第二節(jié) 粘土礦物 一、層狀硅酸鹽粘土礦物 ( 一 ) 構造特征 1. 基本結構單位 (1) 硅氧四

17、面體（ SiO 4 4- Si 2 O 5 2- Si 4 O 10 4- ） (2) 鋁氧八面體 (AlO 6 9- Al 4 O 12 12- Al 4 （ OH ） 8 O 4 4- ) 2. 單位晶片 硅氧四面體 硅層 鋁氧八面體 鋁層 3. 單位晶層 （ 1 ） 1:1 型 一層硅層與一層鋁層重疊而成 （ 2 ） 2:1 型 兩層硅層中間夾一鋁層 （ 3 ） 2:1:1 型 2:1 型基礎上增加一鋁層 ( 或鎂層 ) 4. 同晶替代 指硅酸鹽礦物的中心離子被電性相同、大小相近的其它離子所代替而礦物晶格構造保持不變的現象。 發(fā)生同晶替代后，硅酸鹽礦物產生負電荷。 ( 二 ) 硅酸鹽礦物

18、的種類 1. 高嶺 ( 石 ) 組（ 1:1 型）：包括高嶺石、埃洛石、珍珠陶土等。 特點： （ 1 ） 單位晶胞（層）化學式為 Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 ，硅鋁鐵率為 2 ； 硅鋁鐵率：土壤粘粒部分的 SiO 2 和 Fe 2 O 3 、 Al 2 O 3 （ R 2 O 3 ）含量的分子比。 硅鋁率：土壤粘粒部分 SiO 2 和 Al 2 O 3 的分子。 硅鐵率：土壤粘粒部分 SiO 2 和 Fe 2 O 3 的分子比 例：某土壤粘粒部分 SiO 2 含量為 41.89% ， Al 2 O 3 含量 33.27% ， Fe 2 O 3 含量 11.85% ，計算其硅鋁鐵

19、率、硅鐵率。 解 :SiO 2 的分子含量 41.89/60 0.698 Al 2 O 3 的分子含量 33.27/102 0.326 Fe 2 O 3 的分子含量 11.85/160 0.074 SiO 2/ R 2 O 3 0.689/ (0.326+0.074) 1.75 意義： 硅鋁鐵率可以反映土壤母質的化學風化程度； 硅鋁鐵率還可以反映土壤的成土過程和保肥能力。 (2) 膨脹性小 晶層間距約 0.72nm, 硅片和鋁片之間存在氫鍵 (3) 電荷數量少 同晶替代極少 (4) 顆粒較大（有效直徑 0.2 2 m ）， 可塑性、粘結性、吸濕性、粘著性弱。 2. 蒙脫石組：包括蒙脫石、綠脫石

20、、蛭石等。 特點： (1) 2:1 型 單位晶胞的理論化學式： Al 4 Si 8 O 20 (OH) 4 nH 2 O 蒙脫石理論硅鋁率 SiO 2 /Al 2 O 3 =8/2=4 (2) 膨脹性大 晶層以分子引力聯結，晶層間距：蒙脫石 0.96 2.14nm 蛭石 0.96 1.45nm (3) 電荷數量大 同晶替代現象普遍 (4) 顆粒較細，呈片狀，可塑性、粘結性、吸濕性、粘著性顯著，對耕作不利。 蒙脫石在我國北方土壤分布較廣，蛭石分布在風化不太強而排水良好的土壤中。 3. 水化云母 ( 伊利石 ) 組（又稱 2 :1 型非膨脹性礦物） 特點： (1)2:1 型 單位晶胞化學式： K

21、2 (AlFeMg) 4 (SiAl) 8 O 20 (OH) 4 nH 2 O SiO 2 /Al 2 O 3 :3 4 (2) 非膨脹性 晶層之間吸附的 K+ 的強吸附力，層間距 1.0nm 。 (3) 電荷數量大 同晶替代現象普遍，主要發(fā)生在硅片，電荷量較大，但部分被層間 K+ 中和，有效電荷量少于蒙脫石。 (4) 可塑性等性質介于高嶺組和蒙脫組之間。 伊利石主要存在于我國北方干旱地區(qū)土壤中。四川盆地紫色土和河流沖積土一般以伊利石為主。 4. 綠泥石組（以綠泥石為代表，富含鎂、鐵） 特點： (1) 2:1:1 型 三八面體，化學式為 MgFeAl) 12 (SiAl) 8 O 20 (O

22、H) 16 (2) 同晶替代現象普遍 硅片、水鋁片和水鎂片上均有發(fā)生，硅片中 Al 3+ 代 Si 4+ 、鋁片中 Mg 2+ 代 Al 3+ 產生負電荷，水鎂片中 Al 3+ 代 Mg 2+ 產生正電荷，兩者相抵為凈負電荷，介于伊利石與高嶺石之間。 (3) 顆粒較小 可塑性、粘結性、吸濕性、粘著性居中 土壤中綠泥石大部分來自母質遺留，沉積巖和沉積物中較多。 二、非硅酸鹽粘土礦物 1. 氧化鐵 （ 1 ）氧化鐵的類型 針鐵礦 ( -FeOOH) ：晶體較大者為黃色，較小者為棕色，存在于濕潤土壤有較高氧化性的亞表層，銹紋銹斑，鐵結核。 赤鐵礦 ( -Fe 2 O 3 ) ：紅色，存在于干燥的氧化

23、性表土層及膠膜。 纖鐵礦 ( -FeOOH) ：棕橙色，存在于排水不良而富含有機質土壤。 磁赤鐵礦 ( -Fe 2 O 3 ) ：暗紅棕色，存在于高度風化且有機質少的表土。 磁鐵礦（ Fe 3 O 4 ）：棕黑色，多存在于母質中 , 有時與磁赤鐵礦共存。 無定形鐵（ Fe(OH) 3 ）：棕色，膠膜，銹水。 （ 2 ）氧化鐵的形態(tài)及轉化 土壤鐵的游離度（ % ） = Fed/ Fet 100 土壤鐵的活化度（ % ） = Feo/ Fed 100 土壤鐵的絡合度（ % ） = Fep/ Fed 100 無定形隱晶質晶質 2. 氧化鋁 硅酸鹽礦物徹底分解產物 土壤中常見 : 三水鋁石 Al 2

24、O 3 3H 2 O ， Al(OH) 3 。 粘土礦物 : 濕熱強度風化 脫硅富鋁化的指標之一 。 我國北緯 30 度以南土壤（紅壤、磚紅壤等）中才出現 。 花崗巖風化土壤中較多。山地土壤中也有三水鋁石存在 無定形鐵鋁氧化物比表面大，包被土粒，改變表面性質可吸附固定 H 2 PO 4 - 等陰離子，減低其有效性。 3. 氧化硅（粘粒）（結晶質和非晶質） 晶質以 石英為主；非晶質為蛋白石 (SiO 2 nH 2 O) ，脫水結晶為玉髓、石英、方石英、鱗石英等變體。 土壤中部分蛋白石來源于有機體 , 其含量常與有機質含量有關?？勺鳛楣磐寥缆癫乇韺拥闹甘拘缘V物。 4. 水鋁英石 非晶質硅酸鹽礦物，

25、火山灰土壤的主要粘土礦物 ,Si/Al 變化在 1-2 之間。比表面較大，帶較多負電荷，數量決定于水化程度和溶液 pH 。 三、粘土礦物的形成和分布規(guī)律 1. 粘土礦物形成途徑 風化和成土過程中形成的次生礦物 , 有兩種形成途徑。 （ 1 ）原生礦物風化淋溶直接演變 +H 2 O ， -K -K -Mg -Si -Si 云母類 伊利石 蛭石 蒙脫石 高嶺石 三水鋁石 （ 2 ） 風化沉淀（自然合成）學說 原生礦物徹底風化產物重新組合沉淀而成。 SiO 2 nH 2 O ：土壤 pH 條件下帶負電荷，酸膠基。 Al 2 O 3 nH 2 O ， Fe 2 O 3 nH 2 O ：帶正電荷，堿膠基

26、。 鹽基離子 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 K + 、 Na + 等，決定溶液 pH ，并參與礦物形成。 正負電荷膠體相互中和沉淀組成新礦物。 沉淀 老化、結晶 溶膠 凝膠（非晶質） 結晶質 當溶膠 SiO 2 /Al 2 O 3 3 ，可形成 2:1 型礦物； 當溶膠 SiO 2 /Al 2 O 3 3 ，可形成 1:1 型礦物及氧化鋁礦物 風化液 pH 與鹽基淋溶有關，并影響膠體的正、負電荷數量和沉淀凝膠中正負電荷膠體的比例。 鹽基離子 Mg 2+ 、 K + 等直接參與新礦物合成，分別形成富鉀（伊利石）、富鎂（蛭石、綠泥石）等礦物。 2. 粘土礦物的形成條件 粘土礦物形成與氣候等成土條

27、件密切相關。 南方熱帶磚紅壤、亞熱帶紅壤礦物風化程度高，粘土礦物以 1:1 型為主，并有三水鋁石，粘粒硅鋁鐵率為 2 左右，屬鐵鋁土。 北方溫帶地區(qū)，粘粒礦物為各種 2:1 型 ( 伊利石、蒙脫石等 ) ，粘粒硅鋁鐵率多在 3 以上。風化度低，屬硅鋁土。 3. 我國土壤粘土礦物分布規(guī)律 ： 全國分為 7 個分布區(qū)。 北方以水云母（伊利石）為主的 1 、 2 、 3 區(qū)； 秦嶺、長江中下游水云母、蛭石、高嶺石交錯分布區(qū) (4 區(qū) ) ； 南方西部蛭石和高嶺石為主的分布區(qū)（ 5 區(qū)）； 南方以高嶺石為主的 6 、 7 分布區(qū)。 西北和青藏高原水云母區(qū) (1 區(qū) ) ，土壤風化程度最低； 華南高嶺區(qū)

28、（ 7 區(qū)）土壤風化程度最高。 第三章土壤有機質 目的要求： 要求學生掌握土壤有機質的概念、來源、含量與組成，土壤有機質分解與轉化，土壤有機質的主體腐殖質的形成與性質，土壤有機質在土壤肥力上和生態(tài)環(huán)境方面的作用與管理。 第一節(jié)土壤有機質的來源、含量及組成 一、土壤有機質來源 森林土壤：枯枝落葉草原土壤：草、根系耕作土壤：作物殘茬 ( 一般占籽實產量的 35 40%) 、施用的有機肥。 作為土壤有機質最主要來源的各種植物殘體，其化學組成和各種成分的含量，因植物種類、器官、年齡等的不同而有很大差異。從而導致土壤有機質的差異。 森林土壤：酸性有機質 草原土壤：中性有機質 二、土壤有機質的含量及組成

29、1. 含量 土壤學中，一般把耕層含有機質 20% 以上的土壤 , 稱為有機質土壤，在 20% 以下的土壤，稱為礦質土壤 , 但耕作土壤中，表層有機質的含量通常在 5% 以下。 土壤有機質含量與氣候、植被、地形、土壤類型、農耕措施密切相關。不同土壤中含量差異很大。 目前，我國土壤有機質含量普遍偏低?？傮w而言 , 北方土壤有機質含量高于南方土壤。 四川土壤有機質含量（ % ） OM% 4.00 3.01 4.00 2.01 3.00 1.01 2.00 0.61 1.00 0.60 水田 % 1.29 6.19 39.9 51.99 0.63 0.004 旱地 % 3.14 5.52 18.72

30、46.26 24.66 1.10 2. 元素組成（水 % 75 ，干物質 % 25 ） 干物質 C H O N 灰分元素 % 44 8 40 8 C/N 大約為 10 左右。 3. 化學組成 成分纖維素半纖維素木質素蛋白質脂肪、樹脂等 % 2 10 0 2 30 50 28 35 1 8 4. 土壤腐殖質（ humus ） 土壤腐殖質：是除未分解和半分解動、植物殘體及微生物體以外的有機物質的總稱，由非腐殖物質（ Non-humic substances ）和腐殖物質（ Humic substances ）組成，通常占土壤有機質的 90% 以上。 第二節(jié)土壤有機質的分解和轉化 一、簡單有機化合物

31、的分解和轉化 礦質化：指復雜的有機質在微生物的作用下，轉化為簡單的無機物的過程。 ( 一 ) 碳水化合物的礦質化 在低溫、嫌氣條件下 , 有機酸變?yōu)?CO 2 和 H 2 O 的過程受到阻礙 , 產生有機酸的累積 , 從而造成植物根系萎縮、腐爛。如：甲酸 3.2 10 -3 M 、乙酸 4.6 10 -3 M 、 正丁酸 7 10 -4 M ，就會對植物根系產生較嚴重的危害。 解決辦法：排水曬田、施草木灰（中和酸、補充 K 素）有機肥施用前進行堆漚。 （二）含 N 化合物的礦質化 N 素生物固定與有效化過程與有機物 C/N 比密切相關。 C/N 25 時，產生 N 素生物固定； C/N 25

32、時，產生 N 素有效化。 豆科綠肥（三葉草等） C/N 小，施入土壤后能提供 N 素（ N 素有效化）。禾本科作物秸稈 C/N 大，直接還田易造成 M 與作物爭奪 N 素，造成 N 素的生物固定。 秸稈還田應配施化學 N 肥：一般畝施秸稈 300 400kg, 需要配施化學純 N3 4kg 。 ( 三 ) 脂肪、樹脂、蠟質、單寧的礦質化 這類有機物的礦質化過程與碳水化合物基本相同，不同之點是在嫌氣條件下產生多酚化合物，這是形成腐殖質的基本材料。 （四）木質素的礦質化 木質素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放線菌作用下緩慢的轉化，最終產物是 CO 2 和 H 2 O ，但往往只有 50%

33、 可形成最終產物，其余僅為降解產物，作為形成腐殖質的原始材料。 土壤有機質因礦質化作用每年損失的量占土壤有機質總量的百分數稱為有機質的礦化率，一般在 1% 3% 。由于土壤有機質的礦化率與有機氮的礦化率同步，因而可通過測定土壤有機氮的礦化率來代表有機質的礦化率。 二、植物殘體的分解和轉化 1. 可溶性有機化合物以及部分類似有機物入土壤后的頭幾個月很快礦化 。 2. 殘留在土壤中的木質素、蠟質以及第一階段未被礦化的植物殘體碳相對緩慢分解。 三、土壤腐殖物質的分解和轉化 1. 腐殖質經過物理化學作用和生物降解，使其芳香結構核心與其復合的簡單有機物分離，或是整個復合體解體。 2. 釋放的簡單有機物質

34、被分解（礦化）和轉化，酚類聚合物被氧化。 3. 脂肪酸被分解，被釋放的芳香族化合物（如酚類）參與新腐殖質的形成。 四、影響土壤有機質分解和轉化的因素 1. 溫度 25 35 條件下， M 活動最為旺盛，利于 OM 礦質化分解，提供作物所需養(yǎng)分。 2. 土壤濕度和通氣狀況 好氣：水少氣多 , M 活動旺盛 ,OM 礦質化分解 , 釋放養(yǎng)分 嫌氣：水多氣少 , M 活動受抑制 , OM 腐殖化合成腐殖質 3. 干濕交替 一方面增加土壤呼吸作用，破壞土壤結構體，利于 OM 的礦質化分解，另一方面干燥時引起 M 死亡，又不利于 OM 分解。 4. 有機殘體特性 (1) 物理狀態(tài)：多汁、幼嫩綠肥易于分解

35、，磨細粉碎易于分解 (2)C/N 大，不易分解 小，易于分解 一般耕作土壤表層有機質的 C/N 在 8:1 到 15:1 ，平均在 10:1 到 12:1 之間，處于植物殘體和微生物 C/N 之間。 (3) 硫、磷等元素缺乏也會抑制土壤有機質分解。 激發(fā)效應 ( 作用 ) ：土壤中加入新鮮有機物質會促進土壤原有有機質的降解，可以是正、也可以是負。 5. 土壤特性 （ 1 ） pH 中性條件下利于 OM 分解 （ 2 ）質地 質地愈粘重，腐殖化系數愈高，愈難分解 第三節(jié) 土壤腐殖質的形成和性質 一、土壤腐殖質形成 1. 腐殖化作用 腐殖質：土壤腐殖質是土壤中一類性質穩(wěn)定，成分、結構極其復雜的高分

36、子化合物。 腐殖化作用：進入土壤中的有機質轉化形成腐殖質的過程。 2. 腐殖質的形成過程 （ 1 ）植物殘體分解產生簡單的有機碳化合物； （ 2 ）通過微生物對這些有機化合物的代謝作用及反復的循環(huán)，增殖微生物細胞； （ 3 ）通過微生物合成的多酚和醌或來自植物的類木質素，聚合形成腐殖物質。 3. 腐殖質的形成途徑 二、土壤腐殖質 - 粘土礦物復合 三、土壤有機質的分組 四、土壤腐殖酸性質 （一）物理性質 1. 分子量、形狀、顏色 分子量 很大。分子量大小與單體和聚合度有關； 形狀 球形結構，疏松多孔，似海棉； 顏色 分子量愈大，顏色愈深（ HA 分子量大，褐色； FA 分子量小，呈淡黃色） 2

37、. 溶解性與吸收性 溶解性 FA 、 HA 都溶解于堿， HA 不溶于酸，而 FA 溶解于酸。 吸收性 親水膠體，吸水能力強，吸水量可達其重量的 500% 。 （二）化學性質 1. 元素組成 C 、 H 、 O 、 N 、 P 、 S 為主 C ： N ： P ： S 100 ： 10 ： 1 ： 1 120 ： 10 ： 1 ： 1 含 C 量為 55 60% ，平均 58% ， 100/58 1.724 實驗測定土壤有機質時，測出含 C 量后 1.724 即得土壤有機質含量 OM% C% 1.724 2. 功能團：含有 COOH 、 OH 及酚羥基等多種功能團，能團的解離導致腐殖酸帶電 （

38、三）分子結構特征 分子結構極其復雜的有機高分子化合物。單體中有芳核結構物質，芳核上有多種取代基 第四節(jié)土壤有機質的作用及管理 一、在土壤肥力上的作用 1. 養(yǎng)分較完全 含有植物生長所需各種養(yǎng)分。 N ： 80 97% ，平均 95% ； P ： 20 76% ； S ： 38 94% 為有機態(tài)，由有機質提供。 2. 促進養(yǎng)分有效化 OM 礦質化過程中產生的有機酸，腐殖化過程中產生的腐殖酸，一方面促進土壤礦質養(yǎng)分溶解釋放養(yǎng)分；另一方面可以絡合金屬離子，減少金屬離子對 P 的固定，提高 P 的有效性。 3. 提高土壤保肥性 土壤腐殖質是一種有機膠體 , 有巨大的表面積和表面能 , 吸附能力大于礦質

39、膠體 , 從而大大提高土壤保肥性。 膠體對陽離子吸附能力比較（ cmol/kg ） 膠體類型有機膠體 高嶺石 蒙脫石 吸附力 150 450( 平均 350) 3 5 80 100 4. 提高土壤緩沖性 腐殖質含有多種功能團 , 遇 OH 時 , 電離出 H 與之作用生成水對堿緩沖 ; 遇 H 時則由于帶負電荷而吸附 H 對酸緩沖 ; 由于腐殖質膠體帶負電荷 , 可吸附土壤溶液中鹽基離子 , 對肥料起緩沖作用。 5. 促進團粒結構的形成，改善土壤物理性質 粘結力：砂有機膠體粘粒 因此，有機質能改變砂粒的分散無結構狀態(tài)，又能改善粘粒的粘重大塊結構，促進土壤良好結構的形成，從而改善土壤的通透性等物

40、理性質。 二、有機質在生態(tài)環(huán)境上的作用 1. 絡合重金屬離子，減輕重金屬污染； 2. 減輕農藥殘毒：腐殖酸可溶解、吸收農藥，如 DDT 易溶于 HA ； 3. 全球 C 平衡的重要 C 庫（含 C 平均為 58% ）。 三、其它方面作用 1. 為 M 提供 C 源和 N 源； 2.OM 含有多種生理活性物質，有利于植物生長； 3. 腐殖酸在一定濃度下能促進 M 和植物的生理活性。 四、土壤有機質的管理 我國土壤有機質含量普遍偏低 腐殖化系數：單位重量的有機碳在土壤中分解一年后殘留的碳量，常作為有機物質轉化為有機質的換算系數。 1. 大量施用有機肥； 2. 大力提倡秸稈還田（沃土計劃） 目前四川

41、還田秸稈不到 20% ，川中丘陵區(qū)不到 10% 。 (1) 直接還田 秸稈直接還田時注意配施速效性化學氮肥。 (2) 過腹還田 適應農業(yè)產業(yè)結構調整，發(fā)展蓄牧業(yè)。 第四章 土壤生物 目的要求： 通過本章的學習使學生掌握土壤生物的多樣性及其生存環(huán)境和功能。 土壤生物活性 (biological activity) 和肥力直接或間接地與土壤生物有關。土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成 (soil formation) 和發(fā)育過程 (development process) 中起主導作用 (the leading effects) 。也是評價土壤質量 (soil quality) 和健康

42、狀況 (health level) 的重要指標之一。本章重點闡述土壤微生物的多樣性及其功能。 第一節(jié) 土壤生物多樣性 一、土壤生物類型的多樣性 （一）后生動物 (metazoa) 后生動物由小的土居性的多細胞動物，主要包括線蟲、蠕蟲、蚯蚓、蛞蝓、蝸牛、千足蟲、蜈蚣、輪蟲、螞蟻、螨、環(huán)節(jié)動物、蜘蛛和昆蟲等混合組成。 （二）原生動物 (protozoa) 原生動物為單細胞真核生物，簡稱原蟲。原生動物在土壤中的作用有：調節(jié)細菌數量；增進某些土壤的生物活性；參與土壤植物殘體的分解。 （三）微生物 (microbe) 土壤中微生物分布廣、數量大、種類多，是土壤生物中最活躍的部分。它們參與土壤有機質分解，

43、腐殖質合成，養(yǎng)分轉化和推動土壤的發(fā)育和形成。 1 公斤土壤可含 5 億個細菌， 100 億個放線菌和近 10 億個真菌， 5 億個微小動物。 二、土壤微生物種群的多樣性 （一）原核微生物 (procaryotes) 1 、古細菌 (archaea) 2 、細菌 (bacteria) （ 1 ）節(jié)桿菌屬（ Arthrobacter ） （ 2 ）芽孢桿菌屬（ Bacillus ） （ 3 ）假單胞菌屬（ Pseudomonas ） （ 4 ）土壤桿菌屬（ Agrobacterium ） （ 5 ）產堿桿菌屬（ Alcaligenes ） （ 6 ）黃桿菌屬（ Flavobacterium ） 3

44、 、放線菌 (actinomyces) 4 、藍細菌（ Cyanobacterium ）是光合微生物，行光能無機營養(yǎng)，過去稱為藍（綠）藻，由于原核特征現改稱為藍細菌，與真核藻類區(qū)分開來。 5 、粘細菌 (myxomycota) （二）真核微生物 (eukaryotic microorganisms) 1 、真菌 (eumycota) 2 、藻類 (alga) 3 、地衣 (lichens) （三）非細胞型生物即分子生物 病毒 (virus) 三、土壤微生物營養(yǎng)類型的多樣性 根據微生物對營養(yǎng)和能源的要求，一般可將其分為四大類型。 （一）化能有機營養(yǎng) (chemoorganotrophy) 型 化

45、能有機營養(yǎng)型又稱為化能異養(yǎng)型，需要有機化合物作為碳源，并從氧化有機化合物的過程中獲得能量。 （二）化能無機營養(yǎng) (chemolithotrophy) 型 化能無機營養(yǎng)型又稱化能自養(yǎng)型，以 CO 2 作為碳源，從氧化無機化合物中取得能量。 （三）光能有機營養(yǎng) (photoorganotrophy) 型 光能有機營養(yǎng)型又稱光能異養(yǎng)型，其能源來自光，但需要有機化合物作為供氫體以還原 CO 2 ，并合成細胞物質。 （四）光能無機營養(yǎng) (photolithotrophy) 型 光能無機營養(yǎng)型又稱光能自養(yǎng)型，利用光能進行光合作用，以無機物作供氫體以還原 CO 2 , 合成細胞物質。 四、土壤微生物呼吸類型

46、的多樣性 (一)好氧性微生物的有氧呼吸 (aerobic respiration) 土壤中大多數細菌如芽孢桿菌、假單胞菌、根瘤菌、固氮菌、硝酸化細菌、硫化細菌等以及霉菌、放線菌、藻類和原生動物等屬好氧性微生物。 (二)厭氧性微生物的無氧呼吸 (anaerobic respiration) 厭氧性微生物如梭菌、產甲烷細菌和脫硫弧菌等，在缺氧的環(huán)境中生長發(fā)育，進行不需氧的呼吸過程，基質的氧化不徹底，產生一些比基質更為還原的終產物，釋放的能量也少。 （三）兼厭氧性微生物兼性呼吸 兼厭氧性微生物能在有氧和無氧環(huán)境中生長發(fā)育，但在兩種環(huán)境中呼吸產物不同。典型的例子就是酵母菌和大腸桿菌。 第二節(jié) 影響土壤

47、微生物活性的環(huán)境因素 一、溫度 溫度是影響微生物生長和代謝最重要的環(huán)境因素。微生物生長需要一定的溫度，溫度超出最低和最高限度時，即停止生長或死亡。 二、水分及其有效性 水是微生物細胞生命活動的基本條件之一。水分對微生物的影響不僅決定它的含量，更重要決定水的有效性。水分的微生物有效性，用水的活度（ a ）表示。 三、 pH 大多數細菌、藻類和原生動物的最適宜的 pH 值為 6.5 7.5 ，在 pH4.0 10.0 也可以生長。 四、氧氣和 Eh 值 通氣狀況或氧化還原電位（ Eh 值）的高低對微生物生長有一定影響。 因此，結構良好、通氣的旱作土壤中有較豐富的好氧性微生物生長發(fā)育。 五、生物因素

48、 1 、土壤中微生物按照來源不同可分為：土居性 ( 土生土長的 ) 和客居性 ( 外來的 ) 兩種類型。 2 、土居性微生物 (edaphon) 由于長期生活在土壤中，對土壤環(huán)境有較強的適應性，當土壤環(huán)境變惡劣時，能存活下來，環(huán)境好轉時又重新繁殖。 六、土壤管理措施 （一）土壤耕作 (soil tillage) 常規(guī)耕作、覆蓋減耕和免耕 (zero tillage) 等耕作措施對土壤微生物的影響程度是不同的。 （二）殺生劑和其他化學制劑 (chemicals) 大田施用的除草劑 (herbicide) 和葉面殺蟲劑 (insecticide) 的劑量很少會使土壤達到足以直接傷害土壤微生物。 第

49、三節(jié) 土壤微生物區(qū)系的發(fā)生和分布 一、不同類型土壤中微生物的數量和分布 不同土壤類型、肥力水平，土壤微生物的數量和分布有很大差異。 一般來說，我國不同土壤微生物總數，呈如下變化趨勢：黑鈣土 棕壤 灰壤 水稻土 磚紅壤 二、土壤剖面中微生物的數量和分布 在土壤的不同層次中，由于水分、養(yǎng)分、通氣、溫度、 pH 等因素的差異及不同微生物的特異性，致使微生物在土壤剖面中的分布不均。 一般來說，表土層微生物數量最多，隨層次加深，數量減少。 三、土壤團聚體中微生物的分布 各種團聚體 (cluster) 是微生物在土壤中生活的微環(huán)境。團聚體內外的條件不同，微生物的分布也不一樣。 四、微生物與植物根的聯合 （

50、一）根圈微生物 (rhizosphere microorganisms) （二）菌根 (mycorrhiza) （三）共生固氮 (symbiotic nitrogen fixation) （四）聯合固氮 (associative nitrogen fixation) 第四節(jié) 土壤生物活性及表征 一、土壤酶 ( 一 ) 土壤酶種類和功能 P61-63 ( 二 ) 酶在土壤中存在狀態(tài)及特性 ( 三 ) 環(huán)境條件對土壤酶活性 (soil enzyme activity) 的影響 1 、土壤物理性質 (soil physical properties) 的影響 2 、土壤化學性質 (soil chem

51、ical property) 的影響 3 、耕作管理的影響 二、生物活性物質 植物激素 (phytohormone) 植物毒素 (phytotoxicant) 維生素和氨基酸 (vitamin and amion acid) 多糖 (polysaccharide) 第五章 土壤質地和結構 目的要求： 使學生掌握土壤的密度、容重、孔隙度與三相組成，土壤機械組成與質地分類，不同質地土壤肥力特點與利用改良；土壤結構的概念及類型，團粒結構的形成過程與其肥力意義。 第一節(jié) 土壤三相組成 土壤固、液、氣三相容積比，反映土壤水、氣關系。 一、土壤的密度和容重 （一）土壤密度 1. 概念 單位容積固體土粒 (

52、 不包括粒間孔隙 ) 的質量。 (g/cm 3 ) 2. 影響土壤密度的因素 礦物組成、有機質含量、土壤質地 土壤密度一般取平均值 2.65g/cm 3 。 土壤比重：土壤密度與 4 時純水密度之比。一般取 2.65 。 （二）土壤容重 1. 概念 單位體積自然狀態(tài)土壤體 ( 含粒間孔隙 ) 的重量。（ g/cm 3 ） 2. 土壤容重作用 (1) 計算土壤孔隙度 孔隙度（ 1 容重 / 比重） 100% (2) 計算工程土方量 土壤重量 = 土壤體積土壤容重 (3) 估算各種土壤成分儲量 設耕層厚度 0.2m ，容重 1.3t/m 3 ，有機質含量 15g/kg=0.015t/t ，全氮量

53、0.75g/kg=0.00075t/t 。 1hm 2 （ 10 4 m 2 ） 0.2m 土層計： 土壤 =10000 0.2 1.3=2600t 有機質儲量 =2600 0.015=39.0t 全氮儲量 =2600 0.00075=1.95t (4) 計算土壤儲水量及灌水（或排水）定額 設土層厚度 1m ，土壤含水量 25% ，容重為 1.3 t/m 3 。 1hm 2 的 1m 土層儲水量 =10000m 2 1m1.3 t/m3 25%=3250m 3 /hm 2 = 325mm 3. 浸水容重 反映土壤在浸水條件下的結構狀態(tài)和緊實度。 4. 影響土壤容重的因素 質地、結構、有機質含量

54、、緊實度等，主要通過影響孔隙而影響容重。 二、土壤三相和孔度 1. 土壤孔度 土壤全部孔隙容積占土體容積的百分率。 水和空氣共存并充滿于土壤孔隙中。 2. 土壤三相組成及孔度計算 總孔度 (1 容重 / 比重 ) 100% 固相 ( 容重 / 比重 ) 100% 液相 ( 水分重量百分率容重 ) 100% 氣相 ( 總孔度液相 ) 100% 土壤三相比固相 : 液相 : 氣相 3. 土壤三相組成的適宜范圍 多數旱地作物適宜的土壤固、液、氣三相比為： 0.5 0.25 0.3 0.15 0.25 第二節(jié)土壤質地 一、土粒和粒級 1. 土粒： 土壤顆粒 土粒，通常專指礦物顆粒。 土粒大小以粒徑為標準，土粒形狀大多不是球形，只能用當量粒徑（即與其靜水沉降速度相同的圓球直徑）代替之。 土壤 1mm( 卡氏制 ) 或 2mm 部分