第二部分 土壤物質組成(終)

第二部分土壤的物質組成第一章土壤礦物質主要內容(重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.土壤礦物質的礦物組成和化學組成2.粘土礦物（重點）3.我國土壤粘土礦物分布規(guī)律1.了解常見的土壤原生礦物和次生礦物的種類2.重點掌握土壤黏土礦物的結構單元、結構類型、同晶代換以及不同類型黏土礦物的特性?；脽?，動畫演示；舉例分析；分子模型演示課時數(shù)：3課時第一節(jié)土壤礦物質的礦物組成和化學組成一、土壤礦物質的化學組成土壤47%29%礦物質38%，(95%)有機質12%，(5%)溶液(15-35%)空氣(15-35%)分布規(guī)律（1）氧（O）和硅（Si）是地殼中含量最多的二種元素鐵、鋁次之，四者相加共占88.7％的重量。在組成地殼的化合物中，以硅酸鹽最多。（2）在地殼中，植物生長必需要的營養(yǎng)元素含量很低而且分布很不平衡。（3）土壤礦物的化學組成反映了成土過程中元素的分散、富集特性和生物積聚作用。二、土壤中的礦物組成根據(jù)礦物的結晶狀態(tài)，礦物可分為結晶質礦物非晶質礦物根據(jù)礦物的來源：原生礦物和次生礦物。二、土壤中的礦物組成原生礦物：指那些經過不同程度的物理風化，未改變化學組成和結晶結構的原始成巖礦物。①土壤原生礦物以硅酸鹽和鋁硅酸鹽占絕對優(yōu)勢。常見的有石英、長石、云母、輝石、角閃石和欖橄石以及其它硅酸鹽類和非硅酸鹽類。②土壤中原生礦物類型和數(shù)量的多少在很大程度上決定于礦物的穩(wěn)定性，如長石和石英。③土壤原生礦物是植物養(yǎng)分的重要來源

白水晶晶簇2008年10月27日，在墨西哥奇瓦瓦沙漠的奈加山脈下約304.8米深處發(fā)現(xiàn)了一個“水晶洞穴”。水晶柱達170根，最大長約11.4米方解石粒狀集合體橄欖石不同顏色的水晶黑云母長石石榴子石硅酸鹽礦物的結構1、基本構造單位:Si-O四面體2、結構類型a島狀構造b孤立環(huán)狀構造c連續(xù)鏈狀構造d連續(xù)層狀構造e架狀構造鏈狀結構(角閃石結構)圖示∶土壤顆粒大小與礦物類型的關系第二節(jié)粘土礦物粘粒礦物的概念組成粘粒的次生礦物叫粘粒礦物。粘土礦物（clayminerals）是組成土壤的主要礦物。它們是一些含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物。除海泡石、坡縷石具鏈層狀結構外，其余均具層狀結構。

主要包括∶層狀的硅酸鹽礦物和氧化物類。前者是晶型礦物，后者有晶型的，也非晶型的。一、層狀硅酸鹽粘土礦物構造特征

1、基本結構單位

（1）硅氧四面體（或簡稱四面體）

硅氧四面體是硅酸鹽礦物的最基本的結構單位，不同的連接組合方式形成不同的硅酸鹽礦物。粘土礦物分類（2）鋁氧八面體（或簡稱八面體）3、單位晶層

1:1型單位晶層:

由一個硅片和一個鋁片構成。硅片頂端的活性氧與鋁片底層的活性氧通過共用的方式形成單位晶層。這樣1:1型層狀鋁硅酸鹽的單位晶層有兩個不同的層面，一個是由具有六角形空穴的氧原子層面，一個是由氫氧構成的層面。SilicaTetrahedralSheetAluminumOctahedralSheetKaoliniteNon-Expanding10cmol(+)/kg1:1Clay特點：(1）1:1型的晶層結構單位晶胞的分子式可表示為Ai4Si4O10(OH)8。（2）無膨脹性兩個晶層的層面間產生了鍵能較強的氫鍵，膨脹系數(shù)一般小于5％.高嶺石層間距約為0.72nm。（3）電荷數(shù)量少陽離子交換量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。（4）膠體特性較弱較粗（0.2-2m），顆粒的總表面積相對較小，為10－20×103m2kg-1高嶺組粘土礦物是南方熱帶和亞熱土壤中普遍而大量存在的粘土礦物，在華北、西北、東北及西藏高原土壤中含量很少。高嶺組（1:1型礦物）包括：高嶺石、珍珠陶土、迪愷石及埃洛石等2:1型單位晶層由兩個硅片夾一個鋁片構成。兩個硅片頂端的氧都向著鋁片，鋁片上下兩層氧分別與硅片通過共用頂端氧的方式形成單位晶層。這樣2:1型層狀硅酸鹽的單位晶層的兩個層面都是氧原子面。Share

1oxygen硅氧片SilicaTetrahedralSheet鋁氧片OctahedralSheetShare

2oxygensSiTetra.AlOct.SiTetra.2:1ClayMontmorilloniteExpanding100cmol(+)/kgH2OH2OH2OH2OH2O特征：（1）2:1型的晶層結構蒙脫石是其典型代表。單位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20(OH)4·nH2O。（2）脹縮性大蒙脫石晶層間距變化在0.96-2.14nm之間，蛭蟲的膨脹性比蒙脫石小，其晶層間距變化在0.96-1.45nm之間。（3）電荷數(shù)量大同晶替代現(xiàn)象普遍。（4）膠體特性突出，較細（有效直徑0.01-1m），總表面積為600－800×103m2kg-1，且80％是內表面。蛭石一般為400×103m2kg-1。蒙蛭組（2:1型膨脹性礦物包括：蒙脫石、綠脫石、拜來石、蛭石等。蒙脫石組在我國東北、華北和西北地區(qū)的土壤中分布較廣蒙脫石的同晶替代主要發(fā)生在鋁片中，一般以Mg2+代Al3+，蛭石的同晶替代主要發(fā)生在硅片中。蒙脫石的理想結構式為：（Al3.34Mg0.66）Si8O20(OH)4X0.66式中X表示補償異價離子置換引起的電荷虧缺的層間可交換陽離子KInterlayerK+KKKKK2:1ClayIlliteNon-expanding40cmol(+)/kg特征：（1）2:1型晶層結構伊利石是其主要代表，。分子式為K2(AlFeMg)4(SiAl)8O20(OH)4nH2O。（2）無膨脹性在伊利石晶層之間吸附有鉀離子，對相鄰兩晶層產生了很強的鍵聯(lián)效果，使晶層不易膨脹，伊利石晶層的間距為1.0nm。（3）電荷數(shù)量較大20－40Cmoles(+)kg-1。（4）膠體特性一般總表面積為70－120×103m2kg-1，其可塑性、粘結性、粘著性和吸濕性都介于高嶺石和蒙脫石之間。水化云母組（2:1型非膨脹性礦物）伊利石廣泛分布于我國多種土壤中，尤其是華北干旱地區(qū)的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。綠泥石粘粒礦物結構示意圖由兩層四面體與兩層八面體構成2：2型礦物

2:1:1型單位晶層在2:1單位晶層的基礎上多了一個八面體片水鎂片或水鋁片，這樣2:1:1型單位晶層由兩個硅片、一個鋁片和一個鎂片（或鋁片）構成。綠泥石組（2:1:1型）綠泥石為代表，是富含鎂、鐵及少量鉻的硅酸鹽粘土礦物土壤的綠泥石大部分是由母質遺留下來，但也可能由層狀硅酸鹽礦物轉變而來。沉積物和河流沖積物中含較多的綠泥石。特征：（1）2:1:1型晶層結構綠泥石的分子式：(Mg·Fe·Al)12(SiAl)8O20(OH)16。（2）同晶替代較普遍元素組成變化較大，陽離子交換量為10－40Cmoles(+)kg-1。（3）顆粒較小，總面積為70-150×103m2kg-1

4、同晶替代

是指組成礦物的中心離子被電性相同、大小相近的離子所替代而晶格構造保持不變的現(xiàn)象。＊同晶替代的結果使土壤產生永久電荷，能吸附土壤溶液中帶相反電荷的離子,使土壤具有保肥能力。土壤中同晶替代的規(guī)律：1、高價陽離子被低價陽離子取代的多；因此，土壤膠體一般其凈電荷為陰性。2、四面體中的Si4+被Al3+離子所替代，八面體中Al3+被Mg2+替代。3、同晶替代現(xiàn)象在2:1和2:1:1型的粘土礦物中較普遍，而1:1型的粘土礦物中則相對較少。硅鋁鐵率（SiO2/R2O3)SiO2/R2O3SiO2分子數(shù)Fe2O3+Al2O3分子數(shù)＝1、判斷土壤礦物的風化程度與成土階段；2、作為土壤分類的數(shù)量指標之一；3、代表土壤中酸膠基和堿膠基的數(shù)量；（一）氧化鐵

赤鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦、磁鐵礦、陵鐵礦、蘭鐵礦土壤中常見的氧化鐵礦物是赤鐵礦和針鐵針鐵礦

（a-FeOOH):黃色或棕色，呈針狀，在溫帶、亞熱帶與熱帶的土壤中大量存赤鐵礦

（a-）：紅色，呈六角板狀，少量赤鐵礦的存在也會使土壤看起來呈紅色。在高溫、潮濕、風化程度很深的紅色土壤中存在較多。存在方式：呈膠膜質包被在土壤顆粒的表面，或鐵盤。二、非硅酸鹽粘土礦物（二）氧化鋁

起重要作用的主要是非晶質（無定形）的鐵鋁氧化物。非晶質的鐵鋁氧化物可以吸附陰離子，如土壤中磷酸根離子的吸附，使磷被固定，失去其有效性。三水鋁石［］★土壤中三水鋁石的含量可作為脫硅作用和富鋁作用的指標?！锎笾略诒本?0以南地區(qū)的土壤中才出現(xiàn)三水鋁石。★主要分布在熱帶和亞熱帶高度風化的酸性土壤中。（三）水鋁英石

溫帶半濕潤和濕潤地區(qū)以及熱帶地區(qū)玄武巖和火山灰發(fā)育的幼年土壤中、有些森林覆蓋、高海拔、低溫、中高雨量條件下的土壤，其心土層中也存在水鋁英石。水鋁石英［］●由氧化硅、氧化鋁和水組成，Si/Al比在1－2之間變化?！耜栯x子交換量，為10－15Cmoles(+)kg-1。●表面積一般為70－300×103m2kg-1。（四）氧化硅●蛋白石經進一步脫水結晶后可變?yōu)椋河袼琛⑹?、方英石和磷石英蛋白石呈致密狀或鐘乳狀，純的蛋白石無色，但因混入不同雜質呈紅、黃、褐、綠等各種顏色。蛋白石廣泛分布于火山灰來源的土壤中蛋白石的多少也可以作為古土壤埋藏表層的指標礦物。土壤中蛋白石含量常與土壤腐殖質含量有關。結晶態(tài)氧化硅：主要是－石英非晶質的氧化硅：蛋白石（）1、風化遞變學說

白云母經風化很容易形成水化云母，隨著風化和淋溶程度的發(fā)展，云母類型礦物可能依次順著伊利石、蛭石、蒙脫石、高嶺石以至三水鋁石的方向遞變。第三節(jié)我國土壤粘土礦物分布規(guī)律一、風化和成土作用與粘土礦物組成的關系

粘土礦物也可能不是直接從原來的礦物變過來的，而是由化學風化所分離出來的簡單風化產物在一定條件下重新組合沉淀而成。即：2、風化合成學說（自然合成說）結晶態(tài)粘土礦物老化SiO2·nH2OAl2O3·nH2OFe2o3·nH2O酸膠基＋堿膠基非結晶態(tài)粘土礦物二、我國土壤粘土礦物分布規(guī)律（一）水云母區(qū)

包括新疆、內蒙古高原西部、柴達木盆地、青藏高原大部。土壤粘土礦物以水云母為主，其次為蒙脫石和綠泥石。（二）水云母－蒙脫石區(qū)

包括內蒙古高原東部、大小興安嶺、長白山地和東北平原大部分。土壤粘粒中蒙脫石明顯增多。（三）水云母－蛭石區(qū)

包括青藏高原東南邊緣山地、黃土高原和華北平原。西部山地土壤粘粒中綠泥石，東部多蛭石，華北平原土壤粘粒中蒙脫石也不少。（四）水云母－蛭石－高嶺區(qū)

包括秦嶺山地和長江中下游平原，為一狹長的過渡地帶，在適宜條件下，水云母、蛭石和高嶺石都可成為土壤粘粒中的主要成分。

（五）蛭石－高嶺區(qū)

包括四川盆地、云貴高原、喜馬拉雅山東南端。土壤粘粒中云母退居次要成分，以蛭石和高嶺為主。東部蛭石尤多，并多三水鋁石；西部蛭石較少，氧化物含量很高，山地土壤中水云母含量隨海拔高度升高而增加。四川盆地土壤中還有不少蒙脫石。（六）高嶺－水云母區(qū)

包括浙、閩、湘、贛大部和粵、桂北部。土壤中粘粒部分結晶差的高嶺石為主。東部不少水云母和蛭石伴存，鐵鋁氧化物含量也顯著增多。（七）高嶺區(qū)

包括貴州南部、閩粵東南沿海、南海諸島及臺灣二、我國土壤粘土礦物分布規(guī)律本章小結本章的主要內容是土壤礦物質的組成及粘土礦物的結構與性質。真章的重點是粘土礦物的結構和性質，認真理解和掌握粘土礦物的結構和性質對學習好以后各章有重要的作用?？梢詭椭阏_理解土壤的許多理化性質。主要掌握幾種代表性的粘土礦物。1、2、3、核心名詞：原生礦物次生礦物四面體八面體同晶替換硅鋁鐵率2：1型粘粒礦物1.砂質土全部由砂粒所組成，粘質土全部由粘粒所組成

()。2.在同一地區(qū)，土壤質地愈粘，則養(yǎng)分含量愈多()3.南方紅、黃壤中的粘土礦物以高嶺石為主，而北方土壤中以蒙脫石，伊利石為主()。4.母質是形成未來土壤的巖石、礦物的風化產物()也是搬運后形成的地面沉積體()5.不同土壤類型粘土礦物的組成不同()。

課堂速測式中X表示補償異價離子置換引起的電荷虧缺的層間可交換陽離子。6.農業(yè)土壤土體的底土層就是指的母質層()。

7.任何土壤的礦物質組成中既含有原生礦物，也含有次生礦物()。8.土壤礦物質的化學組成，一般N素含量很少()。9.土壤中的粘粒均由次生礦物所組成并多以云母為主()。蒙脫石礦物晶架的頂，底層由離子鍵相連()；高嶺石礦頂、底層由氧鍵相連()；伊利石礦物則由Si-O相連()。課堂速測什么叫做礦物?分析原生礦物和次生礦物在土壤中的主要作用是什么?2.試比較高嶺石、蒙脫石和伊利石在晶架構造上有何不同?3.礦物的SiO2/R2O3比值大小說明什么問題?4.試比較高嶺石組礦物與蒙脫石組礦物在性質上的差異?以及產生這些差異的原因是什么?

思考題袁可能1990，土壤化學.農業(yè)出版。李學垣1997，土壤化學及實驗指導.農業(yè)出版。熊毅1983，土壤膠體，第一章?？萍汲霭?。趙玉萍1991,土壤化學，第一章。北京農業(yè)大學出版社。課余參考資料第二章土壤有機質【教學目標】

土壤有機質概述

2.土壤有機質的轉化

3.土壤腐殖質的形成

4.土壤有機質對土壤肥力的影響

5.提高土壤有機質的原則和途徑主要內容(重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.土壤有機質的來源、含量及其組成2.土壤有機質的分解和轉化（重點）3.土壤腐殖物質的形成和性質（重點）4.土壤有機質的作用及管理（重點）要求了解土壤有機質的基本組成，重點掌握土壤腐殖質的組成與性質，深刻認識土壤有機質在土壤肥力上的作用，掌握土壤有機質管理的原則與提高土壤有機質含量的方法。幻燈，動畫演示；模型分析；定性實驗。課時數(shù)：3課時。第二章土壤有機質(soilorganicmatter)概念：土壤有機質(soilorganicmatter)

土壤有機質是土壤中的各種動植物殘體，在土壤生物的作用下形成的一類特殊的高分子化合物。第一節(jié)土壤有機質的來源、含量及其組成一、土壤有機質的來源微生物動物來源植物來源工農業(yè)副產品二、含量及組成1、有機質含量一般含量在0-5%之間。泥炭土可高達20%或30%以上漠境土和砂質土壤不足0.5%水田耕層土壤有機質含量均高于旱地耕層有機質含量2、有機質的組成(1)

化學元素組成土壤有機質的主要元素組成是C、H、O、N、S、P等，還含有少量的Ca、Mg、Fe、Si的等元素。其中含C55-60%，平均58%；含氮3-6%，平均5.6%，所以C/N比大約在10-12之間。土壤有機質的含量大致是有機碳含量的1.724倍2、有機質的組成(2)化合物組成可分為:

腐殖物質（HumicSubstance)

非腐殖物質

（Non-HumicSubstance)常見的化合物有纖維素、半纖維素、蛋白質、木質素及脂類。2、有機質的組成(3)存在形態(tài)：動、植物殘體（新鮮的有機質）

半分解的動、植物殘體（分解的有機質）腐植物質第二節(jié)土壤有機質的分解和轉化一、礦化過程與腐殖化過程1、礦化作用(Mineralization)***

土壤有機質在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并釋放出其中的礦質養(yǎng)分的過程。

有機質微生物CO2

、

SO42-、NH4+-N、NO-3—N、H2PO4-、HPO42-兼氣：

NH4+-N、—SH、有機酸好氧：CH4有機質微生物厭氧有機化合物分解的差異單糖、淀粉和簡單蛋白質粗蛋白質纖維素、半纖維素脂肪、蠟質木質素有機質分解由易而難的遞進分解作用的意義

分解產生：CO2、CH4—溫室氣體，前者占絕對優(yōu)勢。

CO2釋放速率：衡量有機質分解強度與生物活動強度的指標；土壤呼吸：微生物分解土壤有機質，釋放CO2于空氣中；有機質補充養(yǎng)分的途徑2、腐殖化過程:(Humification)***

各種有機化合物通過微生物的合成或在原植物組織中的聚合轉變?yōu)榻M成和結構比原來有機化合物更為復雜的新的有機化合物，這一過程稱為腐殖化過程。腐殖化系數(shù)***：單位重量的有機物質碳在土壤中分解一年后的殘留碳量。旱田：0.2-0.3;水田：0.25-0.40微生物礦化作用腐殖化作用好氧分解土壤有機質的轉化過程兼氣、厭氧分解CO2、H2O

礦質養(yǎng)分CH4、H2S有機酸等多元酚，氨基酸、醌

胡敏酸土壤有機質分解作用縮合

在好氧條件下，微生物活動旺盛，分解作用可進行較快而徹底，有機物質---->CO2和H2O，而N、P、S等則以礦質鹽類釋放出來。

在嫌氣條件下，好氧微生物的活動受到抑制，分解作用進行得既慢又不徹底，同時往往還產生有機酸、乙醇等中間產物。在極端嫌氣的情況下，還產生CH4、H2等還原物質，其中的養(yǎng)料和能量釋放很少，對植物生長不利。注意（一）土壤生物的組成與活性土壤動物促進植物殘體的破碎和運輸真菌可促進木質素的分解細菌和放線菌可促進碳水化合物的分解

二、影響有機物質的分解和轉化的因素：（二）土壤特性

1、質地粘粒含量越高，有機質含量也越高。

2、pH值中性較好，pH6.5-7.5。

3.水分最適濕度：土壤持水量的50-80%

低洼、積水有利于有機質的積累

4.通氣性通氣不良易有機質累積

5.溫度

最適宜溫度大約為25-35

有機物質組成的碳氮比（C/N）對其分解速度影響很大。

以25或30：1較為合適。

C/N降至大約25：1以下，微生物不再利用土壤中的有效氮，相反由于有機質較完全的分解而釋放礦質態(tài)氮，2、C/N比***

新鮮程度

破碎程度

緊實程度（三）植物殘體的特性

1、物理狀態(tài)第三節(jié)土壤腐殖物質的形成和性質

土壤腐殖質：是土壤中一類性質穩(wěn)定，成分、結構及其復雜的高分子化合物。它不是結構、分子相同的單一化合物，而是由多種化合物集合而成的混合物。腐殖物質：腐殖質的主體是不同分子量和結構的腐殖酸及其鹽類，占腐殖質總量的85%—90%，稱為腐殖物質。二、土壤腐殖質-粘土礦物復合體游離態(tài)很少結合態(tài)52%-98%腐殖質土壤有機無機復合體示意圖三、土壤腐殖酸的分組目前常用的提取劑（1）0.1MNaOH溶液（2）0.1MNaOH+0.1M

焦磷酸鈉混合提取液腐殖質分組方法四、土壤腐殖酸的性質

（一）物理性質1、顏色

黑褐色，富里酸呈淡黃色，胡敏酸呈褐色2、溶解性富里酸溶于水、酸、堿；胡敏酸不溶于水和酸，但溶于堿；富里酸的一價、二價鹽溶于水，三價鹽幾乎不溶于水；胡敏酸的一價鹽溶于水，但二價、三價鹽幾乎不溶于水。3、吸水性最大吸水量可以超過500%4、腐殖質的分子結構（1）腐殖酸的分子量有較大的差異。

（2）腐殖酸的分子形狀

pH2-3纖維、纖維束狀

4-7網狀、海綿狀

8-9頁狀

>10粒狀5.膠體特性

土壤有機膠體的主要組成部分（二）腐殖酸的化學性質１、腐殖質的組成胡敏素胡敏酸富里酸腐殖質２、化學組成

我國主要土壤腐殖酸的元素組成元素（%）CHO+SNHA50-603.1-5.331-413.0-5.6FA45-534.0-4.840-482.5-4.3習慣上以58%為其平均值，故計算有機質的含量時，一般以1.724為折算系數(shù)。3、含氧官能團羧基、酚羥基、羰基、醌基、醇羥基、甲氧基等。種類羧基酚羥基醇羥基醌基酮基甲氧基總酸度

HA15-5721-572-491-261-53-867FA55-1123-5726-953-2012-273-12103腐殖質的含氧官能團含量（mmolM＋）.kg-14、腐殖酸的絡合性絡合物的穩(wěn)定性隨pH值的升高而增大。在pH4.8時能與Fe、Al、Ca等離子形成可溶性絡合物，但在中性或堿性條件下會產生沉淀。5、腐殖酸的電性腐殖酸是一種兩性膠體。即可以帶負電荷，也可以帶正電荷。而通常以帶負電荷為主。腐殖質的負電荷數(shù)量隨pH質的升高而升高。（三）腐殖質的穩(wěn)定性與變異性1、穩(wěn)定性在溫帶條件下，一般植物殘體的半分解周期少于3個月，植物殘體形成的新的有機質的半分解期為4.7-9年，而胡敏酸的平均停留時間為780-3000年，富里酸的平均停留為200-630年。2、腐殖質的變異性

HA/FA值***：表示胡敏酸與富里酸含量的比值。是表示土壤腐殖質成份變異的指標之一。一般我國北方的土壤，特別干旱區(qū)與半干旱區(qū)的土壤腐殖質以胡敏酸為主，HA/FA比大于1.0

而在溫暖潮濕的南方的酸性土壤中，土壤中以富里酸為主，HA/FA比一般小于1.

在同一地區(qū)，水稻土的腐殖質的HA/FA比大于旱地。在同一地區(qū)，熟化程度高的土壤的HA/FA比較高。

氮素營養(yǎng)：土壤有機質中的氮素占全氮的90-98%

磷素營養(yǎng)：土壤有機質中的磷素占全磷的20-50%

其他營養(yǎng)：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等營養(yǎng)元素。第四節(jié)土壤有機質的作用及管理一、有機質在土壤肥力上的作用$$$（一）提供植物需要的養(yǎng)分：全面、長效、穩(wěn)定碳素營養(yǎng)：碳素循環(huán)是地球生態(tài)平衡的基礎。土壤每年釋放的CO2達1.35×1011噸，相當于陸地植物的需要量（二）改善土壤肥力特性1、物理性質：①促進良好結構體形成；②降低土壤粘性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；④促進土壤升溫。2、化學性質：①影響土壤的表面性質；②影響土壤的電荷性質，③影響土壤保肥性；④影響土壤的絡合性質；⑤影響土壤緩沖性3、生理性質：①影響根系的生長；②影響植物的抗旱性③影響植物的物質合成與運輸；④藥用作用。二、有機質在生態(tài)環(huán)境上的作用$$$（一）有機質對重金屬污染的影響腐殖酸是重金屬離子的絡合劑。以Cr3+為例。（二）有機物質對農藥污染的影響

（三）土壤有機質對全球碳平衡的影響

微生物分解有機質產生的CO2，若排出土壤進入近地層的空氣中，是光合作用所需CO2的重要來源，土壤中生物來源的CO2每年為13.5*1010t，與陸地上植物年需要量8*1010t大體相當。三、土壤有機質的管理

$$土壤有機質（碳）的動態(tài)平衡土壤有機質含量并非可以無限提高，在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中最終達到一個穩(wěn)定值。$$如何提高土壤有機質含量？

1、堅持兩個原則平衡原則經濟原則

2.提高有機質含量的措施（1)合理耕作制度（退化或熟化）合理的耕作制度可促進土壤有機質含量的提高并維持較高的水平。

主要的有機肥源包括：

綠肥、糞肥、廄肥、堆肥、漚肥、餅肥、蠶沙、魚肥、河泥、塘泥、

有機、無機肥料配合施用2、施用有機肥3.種植綠肥田菁紫云英紫花苜蓿等

休閑綠肥、套作綠肥養(yǎng)用結合：因地制宜、充分用地、積極養(yǎng)地、養(yǎng)用結合3.秸稈還田要注意秸稈的C/N比、破碎度、埋壓深度以及土壤墑情、播種期遠近、化肥施用量等第二章土壤有機質(soilorganicmatter)【本章小結】

土壤有機質概述

1．了解不同地帶土壤有機質含量的差異及其影響因素。

2．了解自然土壤與耕作土壤有機質來源的異同。

3．掌握土壤有機質與土壤腐殖質概念，二者有何異同。

4．熟悉土壤有機質的基本組成，包括化學組成、化合物組成和形態(tài)特征。

土壤有機質的轉化

1．掌握碳水化合物、含N化合物的轉化過程及產物，重點掌握影響轉化因素中的C/N的詳細內容和基本原理。

2．理解影響有機物質在土壤中轉化的推動力是微生物的含義。

土壤腐殖質的形成

1．了解腐殖質形成過程的兩個階段的內容及相互關系，組成土壤腐殖質最基本的物質有哪些？

2．掌握土壤腐殖質的組分、所帶功能團對各組分性質產生的影響。

掌握土壤有機質對土壤肥力、農作物產量、品質以及環(huán)境保護所產生的影響。了解提高土壤有機質的原則和途徑，以及為什么一再強調增施有機肥，以培肥土壤的科學道理。1.土壤有機質2.土壤腐殖質3.礦化作用4.腐殖化作用7.腐殖化系數(shù)8.C/N9.腐殖酸10.褐腐酸11.黃腐酸12.激發(fā)效應1.什么叫土壤有機質?包括哪些形態(tài)?其中哪種最重要?2.增加土壤有機質的方法有哪些?你認為最有效是哪種?3.敘述土壤有機質在土壤肥力上的意義和作用?4.水田的腐殖質含量一般比旱地高?為什么?5.影響土壤有機質轉化的條件是什么?其中最主要的條件是哪一種?為什么?(一)基本概念(二）問答題朱祖祥，1983，土壤學，農業(yè)出版社。熊毅、李慶逵，1987，中國土壤（第二版），科學出版社。Sparks,D.L.1995,EnvironmentalSoilChemistry.AcademicPress.參考文獻：土壤生物第三章主要內容(重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.壤生物多樣性2.影響土壤微生物活性的環(huán)境因素（重點）3.土壤微生物區(qū)系的發(fā)生和分布

4.土壤生物活性及表征

了解土壤中的主要生物種類，認識土壤生物的多樣性；重點掌握影響土壤微生物活性的各種因素；了解土壤細菌、真菌、防線菌、蚯蚓、線蟲等生物的特性及對土壤肥力的影響?；脽簦瑒赢嬔菔?；案例分析；課時數(shù)：3個課時第三章土壤生物

提綱第一節(jié)土壤生物的種類及其多樣性第二節(jié)影響土壤微生活性的環(huán)境因素第三節(jié)土壤微生物區(qū)系的發(fā)生和分布第四節(jié)土壤生物活性及表征土壤生物土壤是生命的搖籃，生命是土壤的發(fā)動機！土壤是微生物的大本營—一個生物王國！土壤生物第一節(jié)土壤生物種類及其多樣性土壤生物廣義上應包括土壤微生物、土壤動物和高等植物的根系。Soilisalive…Forexample,in1gofsoil:>100,000,000bacterialcells>11,000speciesofbacteriaAlsofungiandlargeranimals按其大小和形態(tài)分類：微生物Micro-organism<0.2mm中等動物Mesofauna0.2-2mm線蟲類。螨蟲大型動物Macrofauna2-20mm螞蟻科，跳蟲類巨型動物Megafauna>20mm蚯蚓土壤生物

二、土壤生物類型的多樣性及作用土壤生物按形態(tài)分類:

多細胞的后生動物單細胞的原生動物真核細胞的真菌（酵母、霉菌）和藻類

原核細胞的細菌、放線菌和藍細菌沒有細胞結構的分子生物（如病毒）微生物動物土壤動物Termite白蟻SnailEarthwormVoleCentipede蜈蚣Pseudoscorpion（一）后生動物蚯蚓對土壤肥力的影響：增加土壤的通透性。改善土壤結構活化土壤養(yǎng)分形成大量有機質蚯蚓喜歡潮濕、肥沃、鈣質豐富的土壤蚯蚓在土壤中的數(shù)量大約有200余種。在肥沃的草地土壤中每平方米可達500條。在一般耕地中，每平方米有30-300條。

＊原生動物是動物中最低級的。運動范圍指局限于土壤孔隙中，只有在含有水分的孔隙中才能運動，在干土中不能運動。＊典型種類有∶變形蟲纖毛蟲鞭毛蟲孢子蟲土壤中以鞭毛蟲數(shù)量最多。（二）原生動物

＊數(shù)量有68000多種。一般在每平米15厘米深的土壤里有10-100億個(1-10萬個/克土)原生動物，它們的活重在耕層達150-200磅/每英畝。原生動物在土壤中的作用∶1、通過選擇性的取食某些微生物(如細菌)，改變微生物的群落結構，主要是調節(jié)細菌的數(shù)量。2、增進某些微生物的活性(如固N菌、排泄出的細菌等)3、參與土壤植物殘體的分解，如鞭毛蟲與白蟻共生，加速對木質素的分解4、某些原生動物也侵害植物，造成植物病害，有的可引起嚴重的人畜傳染病。（植物線蟲?。┩寥郎铮ǘ┰鷦游?/p>

（三）微生物土壤生物土壤中微生物

分布廣

數(shù)量大種類多

最活躍

它們參與土壤有機質分解，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：

5億個微小動物。

5億個細菌，近10億個真菌

100億個放線菌

土壤微生物：土壤生物土壤是微生物生活的大本營單體數(shù)量最多生物多樣性最復雜生物量最大主要作用：調節(jié)植物生長的養(yǎng)分循環(huán)；產生并消耗各種氣體，影響全球氣候的變化；分解有機廢棄物，是新物種和基因材料的源和庫。病原微生物。土壤生物土壤微生物：根據(jù)土壤微生物對氧氣要求的不同，可分為：好氧微生物兼性微生物厭氧微生物在有氧環(huán)境中生長，以氧分子為最終電子受體，進行有氧呼吸，包括大多數(shù)的細菌、放線菌和真菌。如共生固氮菌、自生固氮菌等在有氧和無氧環(huán)境中均能進行呼吸的土壤微生物。多數(shù)腸道細菌，醋酸桿菌、大腸桿菌等均屬此類。在嫌氣條件下進行無氧呼吸，以無機氧化物（NO3-、SO42-

、CO2）作為最終電子受體，通過脫氧酶將氫傳遞給其它的有機或無機化合物，并使之還原－－－二、土壤微生物種群的多樣性土壤生物二、土壤微生物種群的多樣性（一）原核微生物

1、古細菌古細菌包括甲烷產生菌、極端嗜酸熱菌和極端嗜鹽菌現(xiàn)已探明生物適應特殊環(huán)境因子的遺傳基因普遍存在于質粒上。因此，有可能把這類生活在極端環(huán)境的古細菌作為特殊基因庫，用以構建有益的新種。

土壤細菌占土壤微生物總數(shù)的70%～90%：特性∶

A、單細胞

B、分裂生殖快

C、個體小(4-5um)，接近于土壤粘粒的大小。

D、以桿菌占優(yōu)勢

E、數(shù)量大，每克有幾億到30億個

10g肥沃土壤的細菌總數(shù)相當于全球人口的總數(shù)2、細菌-單細胞、無完整細胞核的生物

土壤中重要的各種細菌生理群：纖維分解細菌固氮細菌硝化細菌亞硝化細菌硫化細菌氨化細菌在土壤碳、氮、磷、硫循環(huán)中擔當重要的角色。3、放線菌-數(shù)量僅次于細菌☆

放線菌也是原核微生物，菌絲比真菌細，菌絲斷裂為孢子每克土壤中的細胞數(shù)在104～106變動。☆

主要鏈霉菌屬，占70%～90%；其次為諾卡氏菌屬占10%～30%小單胞菌屬占第三位，只有1%～15%。它們的大部分均屬好氧腐生菌。☆

產生抗生素，對其他有害菌能起拮抗作用。☆

作用：分解有機質，高溫型的放線菌在堆肥中對其養(yǎng)分轉化起著重要作用。3、放線菌-數(shù)量僅次于細菌4、藍細菌（Cyanobacterium）

☆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(xiàn)改稱為藍細菌，與真核藻類區(qū)分開來。5、粘細菌

☆在施有機肥料的土壤中常見。

☆粘細菌是已知的的最高級的原核生物，具備形成子實體和粘孢子的形態(tài)發(fā)生過程。

☆具有很強的抗逆性。二、土壤微生物種群的多樣性（二）真核微生物（二）真核微生物1、土壤真菌有170個屬，690多個種，分三個類群∶A、酵母菌土壤中很少B、霉菌土壤中最多C、傘菌土壤生物二、土壤微生物種群的多樣性土壤生物真菌在土壤中的作用

是土壤有機質的主要降解者某些真菌和植物的根系產生菌根促進土壤結構的形成，菌絲的穿插對于促進土壤的凝聚有重要的作用青霉屬（Penicillium）曲霉屬（Aspergillus）鐮刀菌屬（Fusarium）木霉屬（Trichoderma）毛霉屬（Mucor）根霉屬(Rhizopu)土壤真菌

對土壤通氣性非常敏感，霉菌在酸性土壤中能生活，在酸性土壤中具有明顯的優(yōu)勢。霉菌多數(shù)分布在有機質豐富，通氣好的表層土壤中，較常見的有青霉、毛霉、鏈霉、和曲霉四個屬的許種。霉菌的數(shù)量在正常情況下，每克土壤中有0.1-1百萬個，相當于每平方米100-1000億個，其生物量可達每英畝500-5000磅。霉菌是土壤中異養(yǎng)型微生物的重要部分。土壤生物霉菌2、藻類（二）真核微生物3、地衣（三）非細胞型生物即分子生物—病毒

病毒是一類超顯微的非細胞生物，每一種病毒只有一種核酸病毒是一種活細胞內的寄生物，凡有生物生存之處，都有其相應的病毒存在。病毒在控制雜草及有害昆蟲的生物防治方面已顯示出良好的應用前景。土壤微生物第二節(jié)影響土壤微生物活性的環(huán)境因素一、溫度土壤生物二、水分及其有效性

只有少數(shù)微生物能在較高滲透壓溶液中生長發(fā)育，這些微生物稱為嗜滲菌（Osmophiles）或嗜鹽菌(halophiles)，極端嗜鹽菌(extremehalophiles)甚至能在15%～30%鹽濃度時生活。一般在土壤含水量為田間持水量的50-80%之間較好。土壤生物三、pH

大多數(shù)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。放線菌一般在微堿性即pH7.5～8.0最適宜，酵母菌和霉菌則適宜于pH5.0～6.0的酸性環(huán)境,而生存范圍可在pH5.0～9.0之間。土壤生物四、氧氣和Eh值

好氧性微生物需要在有氧氣或氧化還原電位高，Eh值為100mv以上的條件下生長,最適Eh值為300～400mv。厭氧性微生物必須在缺氧或氧化還原電位Eh值100mv以下的條件下生長。土壤生物五、生物因素

土壤中微生物按照來源不同，可分為兩種類型

土居性(土生土長的)

客居性(外來的)

土居性微生物本身也存在互生、共生、拮抗現(xiàn)象，它們間的互為生存、互相制約使土壤微生物多樣性，如后生動物破碎枯枝落葉，為原生動物提供食料，為微生物進行分解創(chuàng)造了條件土壤生物土壤生物（一）土壤耕作個案：Doran(1980)在美國內布拉斯加州研究了免耕土壤和常規(guī)耕土壤中兩種土壤層中的微生物數(shù)量的比值發(fā)現(xiàn)免耕土壤的好氧菌和硝化細菌數(shù)量明顯減少。六、土壤管理措施（二）殺生劑和其他化學制劑殺菌劑、熏蒸劑及其殺傷力強的化學劑可造成土壤微生物區(qū)系的破壞，應禁用或慎用。

黑鈣土>棕壤>灰壤>水稻土>磚紅壤第三節(jié)土壤微生物區(qū)系的發(fā)生和分類一、不同類型土壤中微生物的數(shù)量和分布圖3－2土壤團聚體中的細菌微菌落（a）示微菌落和礦物質顆粒等（b）示團聚體的微孔與結構(引自Atlas,1987)土壤生物

各種團聚體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。二、微生物與植物的關系（一）、根際與根際效應根際：是指植物根系直接影響的土壤范圍。通常把根際范圍分成根際與跟面二個區(qū)，受根系影響最為顯著的區(qū)域是距活性根1~2毫米的土壤和根表面及共其粘附的土壤（也稱根面）。根際效應：由于植物根系的細胞組織脫落物和根系分泌物為根際微生物提供了豐富的營養(yǎng)和能量，因此，在植物根際的微生物數(shù)量和活性常高于根外土壤，這種現(xiàn)象稱為根際效應。二、微生物與植物的關系（二）、根際微生物根際微生物：根際微生物是指植物根系直接影響范圍內的土壤微生物。數(shù)量：總的來說，根際微生物數(shù)量多于根外類群：由于受到根系的選擇性影響，根際微生物種類通常要比根外少二、微生物與植物的關系

根/土比值（R/S）：即根圈土壤微生物與鄰近的非根圈土壤微生物數(shù)量之比。根土比一般在50～20之間菌根：是指某些真菌侵染植物根系形成的共生體。已發(fā)現(xiàn)有菌根的植物有二千多種，其中木本植物數(shù)量最多。菌根真菌與植物的共生特點外生菌根內生菌根（VA菌根）內外生菌根（三）菌根二、微生物與植物的關系菌根對寄主植物的作用主要有：擴大了寄主植物根的吸收范圍，作用最顯著的是提高了植物對磷的吸收防御植物根部病害，菌根起到機械屏障作用，防御病菌侵襲菌根真菌分泌維生素、霉素和抗生素物質，促進了植物根系的生長，促進植物體內水分運輸，增強植物的抗旱性能促進共生固氮第四節(jié)土壤生物活性

一、土壤酶（一）在土壤中已發(fā)現(xiàn)50～60種酶，比較重要的酶：

氧化還原酶、轉化酶和水解酶。（二）酶在土壤中存在狀態(tài)及特性土壤酶較少游離在土壤溶液中，主要是吸附在土壤有機和礦質膠體上，并以復合物狀態(tài)存在。（三）環(huán)境條件對土壤酶活性的影響土壤生物（一）植物激素（二）植物毒素（三）維生素和氨基酸（四）多糖二、生物活性物質土壤生物

復習題一、名詞土壤生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物菌根根圈R/S比共生固氮聯(lián)合固氮土壤酶二、思考題

1、土壤生態(tài)系統(tǒng)的特點是什么？

2、土壤中主要有哪些生物？請舉例說明。

3、蚯蚓對土壤肥力有何影響？

4、微生物在土壤肥力上的重要性是什么？第四章土壤質地和結構主要內容(重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.土壤三相組成（重點）2.土壤質地與結構（重點）3.土壤孔性和土體構造掌握土壤基質的基本特性，學會土壤三相關系的換算；掌握砂粒、粉粒、粘粒的分級標準、了解不同的質地分類制，掌握質地土壤的生產性質，掌握團粒結構的特點與肥力特性。幻燈，動畫演示；計算訓練；實驗分析；課時數(shù)：3課時第一節(jié)土壤三相組成Solid,liquidandgas

一、土壤的密度和容重***

（一）土壤密度：單位容積固體土粒（不包括顆?？障兜娜莘e）的烘干質量，單位是g/cm3注意：常用土壤密度值：2.65克/厘米3。（二）土壤容重***

單位容積原狀土壤（包括孔隙）的烘干土質量。土壤容重值多介于1.0-1.5克/厘米3范圍內,

夯實的土壤容重則可高達1.8-2.0克/厘米3。***土壤容重的用處：①計算土壤孔隙度***

根據(jù)實測土壤的容重與密度，按下式計算：②計算工程土方量③估算各種土壤成分儲量④計算土壤儲水量及灌水（或排水）定額*影響容重值的因素質地、結構、有機質含量以及各種自然因素和人工管理措施二、土壤的三相（一）三相組成1、三相比***:土壤固、液、氣三相的容積分別占土體容積的百分率，分別稱為固相率、液相率和氣相率。三者之比即是土壤三相比。2、土壤孔隙度(孔度)***：

指單位土壤容積內孔隙所占的百分數(shù)?？紫抖龋?－固相率＝液相率＋氣相率一般沙土孔度30-45%，壤土40-50%，粘土45-60%。（二）三相組成和孔度的測定及計算1.固相率由實測的土壤密度和土壤容重計算之：2.液相率（容積含水率）土壤容積含水率（％）＝土壤質量含水量（％）×土壤容重3.氣相率氣相率=孔隙度－容積含水率土壤三相比＝固相率：容積含水率：氣相率適宜的土壤三相比為：固相率50%左右，容積含水率25-30%，氣相率15-25%。第二節(jié)土壤質地一、土粒：礦物質土粒和有機質土粒兩種。

土壤固體物質大小和形態(tài)各異，稱為礦物質土?；虻V質土粒，簡稱土粒。土粒，常指礦質土粒。單粒（原生土粒）:在固相骨架中單個存在的礦質土粒

復粒（次生土粒）：在質地粘重及有機質含量較多的土壤中，許多單粒相互聚集成復粒。土壤顆粒劃分標準1mm1-0.05mm0.05-0.002mm0.002mm土壤質地***

根據(jù)各粒級土粒在土壤中所占的重量百分數(shù)（也叫土壤的機械組成）而劃分的土壤類別的名稱。質地分類：三元制（砂、粉、粘三級含量比）和二元制（物理性砂粒和物理性粘粒兩級含量比）兩種分類法，前者如國際制、美國制，后者如卡慶斯基制。測定不同土壤機械組成的方法STOKESLAW（1851年）

球體微粒在靜水中沉降，其沉降速度與球體微粒的半徑平方成正比，而與介質的粘滯系數(shù)成反比。

田間土壤往往是許多大小不同的土粒相互膠結在一起而形成團聚體的，因此必須加以分散處理，使其成單粒狀態(tài)，并按它的粒徑大小分成若干級，并加以定量，從而求出土壤機械組成。

當粒徑小于0.25mm時，采用靜水沉降法進行分級測定。

式中：v-半徑為r的顆粒在介質中沉降的速度；g-重力加速度；r-沉降顆粒的半徑；d1-沉降顆粒的比重；d2-介質的比重，?-介質的粘滯系數(shù)當作用于球體的力達到平衡時，球體均速沉降，這時，根據(jù)上式可以得到下面公式：由此可以求出不同溫度下，不同直徑的土壤顆粒在水中沉降一定距離所需的時間。在這個時間，用特制的比重計，測定一定深度液層內某種粒徑土粒懸液的密度，則可計算出土壤懸液中所含土粒的數(shù)量。再通過換算，則所求出該土壤中各級土粒的百分率，從而確定土壤的機械組成，進行土壤質地命名。本章小結一、核心名詞1.比重2.容重3.土壤孔隙度第五章土壤水第五章土壤水主要內容(重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.土壤水的類型劃分及土壤水分含量的測定2.土壤水的能態(tài)（重點）3.土壤水的運動（重點）4.土壤中的溶質運移掌握土壤水的各種概念；弄清土水勢的定義及其各分勢的計算；重點掌握土壤水分運動的定量描述，弄清飽和流和非飽和流的區(qū)別，掌握土壤水平衡模型及其應用?；脽?，動畫演示；計算分析；土壤水分實驗；課時數(shù)：4課時第一節(jié)土壤水的類型劃分及土壤水分含量的測定土壤水的重要性：所有的水只有進入土壤轉化為土壤水，才能被植物吸收利用。土壤水是作物吸水的最主要來源。土壤水是土壤的最重要組成部分之一。土壤水是土壤形成發(fā)育的催化劑；

土壤水并非純水、而是稀薄的溶液。土壤水實際上是指在105℃溫度下從土壤中驅逐出來的水。一、土壤水分的保持三種吸附力：水分子與固體顆粒表面的氧元素的形成氫鍵－吸附力強，距離短；膠體表面帶電形成的靜電場，水分子定向排列---有效距離長，但作用力弱，受比表面積，膠粒及吸附離子種類的影響）；土粒孔隙水和空氣界面上的彎月面力（土壤承受著一種張力---毛管力）。二、土壤水分的類型和性質毛管水吸濕水膜狀水1、土壤水分類型**吸濕水

膜狀水

毛管水重力水按照水的保持力分（1）土壤吸濕水**：干土從空氣中吸著水汽所保持的水稱為吸濕水。只含有吸濕水的土壤稱為風干土；出去吸濕水的絕對干土稱為烘干土。特點：A、作用力是分子引力和靜電引力；

B、2-3個水分子層厚；

C、數(shù)量取決于空氣相對濕度；

D、31-1萬個大氣壓吸引，分子排列緊密，密度達1.2-2.4g/cm3，無溶解能力，冰點-78℃，不能自由移動。E、對植物無效最大吸濕量：（吸濕系數(shù)）吸濕水的最大含量。（2）土壤膜狀水**：

土壤顆粒表面上吸附的水分形成連續(xù)水膜，這部分水稱為土壤膜狀水。特點：A、作用力是分子引力；

B、幾十個水分子層厚；

C、數(shù)量取決于質地和土壤溶液濃度；

D、15-31個大氣壓吸引，分子排列較緊密，密度達1.25g/cm3，溶解能力弱，冰點-4℃，移動速度緩慢。E、對植物有效性低。土壤膜狀水達到最大值時的土壤含水量稱為土壤最大分子持水量。當土壤水分受到的吸引力超過1.5Mpa，作物便無法從土壤中吸收水分而呈現(xiàn)永久凋萎，此時的土壤含水量稱凋萎系數(shù)。膜狀水示意圖（3）土壤毛管水***：

存在于土壤毛管孔隙中的水分，稱為毛管水。包括毛管懸著水和毛管上升水。特點：A、作用力是毛管引力；

B、數(shù)量取決于毛細管的數(shù)量及大?。?/p>

C、與自由水性質相近，所受引力小于15個大氣壓，能自由移動，速度與毛細管粗細有關；E、對植物全部有效。具有溶解養(yǎng)分的能力，也具有輸送養(yǎng)分到植物根部的能力。水沿著毛管上升毛管作用力范圍：

0.1-1mm有明顯的毛管作用0.05-0.1mm

毛管作用較強0.05-0.005mm毛管作用最強〈0.001mm

毛管作用消失毛管懸著水**毛管上升水**借助于毛管力保持在上層土壤的毛管孔隙中的水分，它與來自地下水上升的毛管水并不相連，好像懸掛在上層土壤中一樣，故稱之為毛管懸著水。毛管上升水又稱毛管支持水。自地下水面由下向上沿毛管上升而存在于土壤毛管中的水分。它與地下水有直接聯(lián)系。在地下水位不深的情況下，土壤中有這種水。毛管水上升高度與毛管直徑大小成反比。但毛管不宜過細，過細（直徑小于1微米）毛管壁阻力增大，上升反而不易。在自然情況下，毛管水上升高度通常1—3米。田間持水量***：

毛管懸著水達到最大值時的土壤含水量稱為田間持水量，通常作為灌溉水量定額的最高指標。

在數(shù)量上它包括吸濕水、膜狀水和毛管懸著水。

田間持水量的大小，主要受質地、有機質含量、結構、松緊狀況等的影響。

田間持水量為土壤有效水的上限。（4）土壤重力水土壤水分含量超過田間持水量，過量水分不能被毛管吸持，而在重力作用下沿大孔隙向下滲漏成為多余的水。當重力水達到飽和，即土壤所有孔隙都充滿水分時的含水量稱為土壤全蓄水量或飽和持水量。二、土壤水分含量的表示方法（一）質量含水量（m）（二）容積含水量（v）105℃烘干８小時，至恒重，粘粒土壤16小時。水分容積與土壤容積之百分比，容積分數(shù)是根據(jù)土壤容重計算的，即

V=m·

二、土壤水分含量的表示方法（三）水層厚度h（mm）：在一定厚度的土層中，水分的厚度毫米數(shù)。水層厚度=容積分數(shù)*土層厚度（四）相對含水量（%）第二節(jié)土壤水能態(tài)一、土水勢及其分勢土壤A砂土10%土壤B粘土15%水流向何方？為了可逆地等溫地在標準大氣壓下從在指定高度的純水水體中移動無窮小量的水到土壤水分中去，每單位數(shù)量的純水所需做功的數(shù)量。土水勢的優(yōu)點：作為判斷各種土壤水分能態(tài)的統(tǒng)一標準和尺度土水勢的數(shù)值可以在土壤-植物-大氣之間統(tǒng)一使用，把土水勢、根水勢、葉水勢等統(tǒng)一比較，判斷它們之間水流的方向、速度和土壤水有效性。提供一些精確的土壤水分測定手段。土水勢的定義：土壤水的自由能與標準狀態(tài)水自由能的差值。其中：標準狀態(tài)水是指純水，即無溶質；

自由水：即無束縛力；

以標準狀態(tài)水的自由能為0，土壤水的自由能與其比較的差值一般為負值。差值大，表明水不活躍，能量低；差值小，表明土壤水與自由水接近，活躍，能量高。注意：在土水勢的研究和計算中，一般要選取一定的參考標準。土壤水在各種力如吸附力、毛管力、重力等的作用下，與同樣溫度、高度和大氣壓等條件的純自由水相比（即以自由水作為參比標準，假定其勢值為零），其自由能必然不同，這個自由能的差用勢能來表示即為土水勢。對土水勢的進一步解釋：（一）基質勢（mMatricPotential）***由毛細管力和吸附力產生，負值，當土壤飽和時最大＝0.土壤含水量越高，基質勢也越高。（二）壓力勢（pPressurePotential）***

由氣壓、靜水壓及荷載壓產生，為正值。只有當土壤水分飽和時才有壓力勢在不飽和土壤中壓力勢為0；飽和土層越深，壓力勢越高。

p=wghV（三）溶質勢（oOsmoticPotential）***由溶質的滲透壓產生，負值。土壤溶質濃度越高，溶質勢越低。溶質勢只有對半透膜的水分運動起作用。（四）重力勢（g

GravitationalPotential）***重力勢（g）是指由重力作用而引起的土水勢變化。任何時候重力勢都存在。高于參比面時為正，反之為負，參比面處重力勢為0.總水勢：t=m+p+s+g

請注意：在不同的情況下，土壤總水勢的各分勢組成是不同的。

土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)，簡稱吸力，但并不是指土壤對水的吸力。

S＝-m絕對正值二、土壤水吸力***

水吸力只包括基質吸力和滲透吸力兩類。一般談及的吸力是指基質吸力，其值與m相等，但符號相反。三、土壤水勢的定量測定土水勢的標準單位：帕（Pa）

1Pa=0.0102厘米水柱

1atm=1033厘米水柱=1.0133bar1bar=0.9896atm=1020厘米水柱

1bar=100000Pa以單位數(shù)量土壤水的勢能值為準。常用的為單位質量、單位容積。一般只能測定8萬帕以下的土壤水吸力。四、土壤水分特征曲線***：指土壤水分含量與土壤水吸力的關系曲線。目前尚無法從理論上推導出土壤含水率與土壤水吸力或基質勢之間關系，只能用實驗方法獲得水分特征曲線。

S=abS=a(/s)b

S=A(s-)n/m

S:suction,Pa;θ:watercontent;a,b,A,n,m:experienceconstant.010203040506070土壤水吸力黏土壤土砂土土壤含水量%影響因素質地結構溫度滯后現(xiàn)象沙土比粘土明顯水分特征曲線的用途：4、應用數(shù)學物理方法對土壤中的水運動進行定量分析時，水分特征曲線是必不可少的重要參數(shù)。1、利用它進行土壤水吸力S和含水率之間的換算(圖2-9)。2、可以間接地反映出土壤孔隙大小的分布。3、可用來分析不同質地土壤的持水性和土壤水分的有效性。五、土壤有效水***：植物可以吸收利用的水稱之為有效水。土水勢大于根水勢的水植物才能吸收利用。

有效水的范圍是凋萎系數(shù)至田間持水量的水分。第三節(jié)土壤水分運動土壤水流動水分蒸發(fā)水分入滲水分再分配一、飽和流(SaturatedSoilWaterFlow)飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，基本上服從飽和狀態(tài)下多孔介質的達西定律(Darcy’slaw)

***單位時間內通過單位面積土壤的水量，土壤水通量與土水勢梯度成正比。

土壤所有的孔隙都充滿了水時，水分向土壤下層或橫向運動的速度。飽和流導水率(Saturatedhydraulicconductivity)飽和導水率的特點①飽和率是常數(shù)②是土壤導水率的MAX③主要取決于土壤的質地和結構。沙質土>壤質土

>粘質土影響飽和導水率的因素

質地水通量與孔隙半徑4次方呈正比。結構土壤結皮對土壤飽和導水率有顯著的影響。土壤陽離子種類Na-土粒分散-堵塞孔隙。粘土礦物種類二、土壤不飽和流***（unsaturtedsoilwaterflaw)

土壤不飽和流的推動力主要是基質勢梯度和重力勢梯度。它也可用達西定律來描述，對一維垂向非飽和流，其表達式為：K(m)為非飽和導水率，d/dx為總水勢梯度

(waterpotentialgradient)

不飽和導水率是土壤基質勢的函數(shù)。

飽和條件下的總水勢梯度可用差分形式，而非包和條件下則用微分形式：飽和條件下的土壤導水率Ks對特定土壤為一常數(shù)，而非飽和導水率是土壤含水量或基質勢（m）的函數(shù)。

不飽和條件下土壤水流的數(shù)學表達式與飽和條件下的類似，二者的區(qū)別在于：三、土壤水氣運動土壤氣態(tài)水的運動表現(xiàn)為水汽擴散和水汽凝結兩種現(xiàn)象水汽擴散運動的推動力是水汽壓梯度，由土壤水勢梯度或土壤水吸力梯度和溫度梯度所引起的。溫度梯度的作用遠大于土壤水吸力梯度。溫度梯度是水汽運動的主要推動力。土壤水不斷以水汽的形態(tài)由表土向大氣擴散而逸失的現(xiàn)象稱為土面蒸發(fā)。1、“夜潮”現(xiàn)象多出現(xiàn)于地下水埋深度較淺的“夜潮地”。白天土壤表層被曬干，夜間降溫，底土土溫度高于表土，所以水汽由底土向表土移動，遇冷便凝結，使白天曬干的表土又恢復潮濕。對作物需水有一定補給作用。水汽凝結：當水汽由暖處向冷處擴散遇冷時便可凝結成液態(tài)水2、“凍后聚墑”現(xiàn)象***冬季表土凍結，水汽壓降低，而凍層以下土層的水汽壓較高，于是下層水汽不斷向凍層集聚、凍結、使凍層不斷加厚，其含水量有所增加，這就是“凍后聚墑”現(xiàn)象?！皟龊缶蹓劇钡亩嗌?，主要決定于該土壤的含水量和凍結的強度。含水量高凍結強度大，“凍后聚墑”就比較明顯。一般對土壤上層增水作用為2－4％左右。四、入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā)

（一）土壤入滲（soilwaterinfiltration)**

一般是指水自土表垂直向下進入土壤的過程，但也不排斥如溝灌中水分沿側向甚至向上進入土壤的過程。

影響因素：一是供水速率，二是土壤的入滲能力

(入滲速率—infiltrationrate)幾種不同質地土壤的最后穩(wěn)定入滲速率(毫米/小時)土壤砂砂質和粉質土壤壤土粘質土壤堿化粘質土壤最后入滲速率>2010-205-101-5<1最初入滲速率：Initialinfiltrationrate穩(wěn)定入滲速率：stableinfiltrationrate入滲開始后1h的入滲速率。

所以無論表土下是砂土層還是細土層，在不斷入滲中最初能使上層土壤先積蓄水，以后才下滲。入滲速率：在土面保持有大氣壓下的薄水層，單位時間通過單位面積土壤的水量。表征土壤入滲能力的強弱。（二）土壤水的再分布

(soilwaterredistribution)概念：土壤水

入滲過程結束后，水在重力和吸力梯度影響下在土壤中向下移動重新分布的過程。

土壤水的再分布是土壤水的不飽和流。

(三)土面蒸發(fā)

SoilWaterevaporation土面蒸發(fā)過程區(qū)分為三個階段。1、表土蒸發(fā)強度保持穩(wěn)定的階段

穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)強度的大小主要由大氣蒸發(fā)能力決定，可近似為水面蒸發(fā)強度E0。此階段含水率的下限，一般認為該值相當于毛管水斷裂量的含水率，或田間持水量的50-70%

概念：土壤水汽進入大氣的過程。當土壤供水充分時，由大氣蒸發(fā)能力決定的最大可能蒸發(fā)強稱為潛在蒸發(fā)強度。(Soilpotentialevaporation)2、表土蒸發(fā)強度隨含水率變化的階段蒸發(fā)速率急劇降低，有利于土壤墑情的保持

3、水汽擴散階段土壤輸水能力極弱，不能補充表土蒸發(fā)損失的水分，土壤表面形成干土層。在此階段，蒸發(fā)面不是在地表，而是在土壤內部，蒸發(fā)強度的大小主要由干土層內水汽擴散的能力控制，并取決于干土層厚度，一般來說，其變化速率十分緩慢而且穩(wěn)定。第六章土壤空氣和熱量狀況主要內容(重點)：教學目標與要求：教學方式與手段：課時安排與進度：1.土壤空氣（重點）掌握土壤空氣的組成與大氣組成的差異及土壤空氣運動的