土壤固相部分的基本性質(zhì)

土壤固相部分的基本性質(zhì)第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)土壤膠體那些大小在1-100nm(在長、寬和高的三個方向，至少有一個方向在此范圍內(nèi))的固體顆粒一、土壤膠體的基本性質(zhì)1.土壤膠體比面和表面能2.土壤膠體具有帶電性※二、土壤膠體種類1.礦物質(zhì)膠體土壤次生礦物中的粘土礦物(粘土礦物)含水鐵、鋁氧化物[Fe2O3·nH2O]、[Al2O3·nH2O]或[Fe(OH)3]、Al(OH)3]第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日2.有機(jī)膠體腐殖質(zhì)3.有機(jī)無機(jī)復(fù)合體三、土壤膠體電荷的產(chǎn)生1.同晶置換硅酸鹽礦物中的硅氧片或水鋁片中的配位中心離子，被大小相近的離子所取代，它使其化學(xué)組成發(fā)生改變，但其晶層結(jié)構(gòu)未變2.表面分子解離3.斷鍵4.膠體表面從介質(zhì)中吸附離子可變電荷永久電荷第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日1.含水氧化硅(SiO2·H2O或H2SiO3)H2SiO3+OH-HSiO3-+H2OHSiO3-+OH-SiO32-+H2O2.粘粒礦物的晶面OH的解離OHOHOHO-O-O-+3H+3.腐殖質(zhì)上的原子團(tuán)R-C-OHOR-C-O-O+H+4.含水氧化鐵和水鋁石表面分子中OH解離Fe(OH)3Fe(OH)2++OH-Al(OH)3Al(OH)2++OH-第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日土壤膠體結(jié)構(gòu)四、土壤膠體的結(jié)構(gòu)第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)土壤吸收性能吸附：離子從土壤溶液中轉(zhuǎn)移到膠體表面的過程解吸：原來吸附到土壤膠體上的離子轉(zhuǎn)移到溶液中的過程使土壤具有保肥和供肥性一、土壤對陽離子的吸收與交換Ca2+Na++3NH4Cl3NH4++CaCl2+NaCl(1)可逆反應(yīng)且能迅速達(dá)到平衡(2)等當(dāng)量交換(3)受質(zhì)量作用定律支配1.陽離子的吸收與交換特征第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日2.陽離子的交換能力一種陽離子將膠體上另一種離子交換出來的能力(1)電荷價數(shù)的影響三價離子>二價離子>一價離子(2)離子子半徑及水化程度離子的水化：指在電場的影響下水分定向排列在離子周圍。Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+、NH4+>Na+(3)離子濃度3.陽離子交換量(CEC)反映保持養(yǎng)分的能力也稱吸收量：指每千克干土所吸收的全部交換性陽離子的厘摩爾數(shù)。(cmolkg-1)>20cmol保肥力強(qiáng)的土壤10-20cmol保肥力中等的土壤<10cmol保肥力差的土壤第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日影響陽離子交換的因素：(1)質(zhì)地(2)有機(jī)膠體的含量(3)無機(jī)膠體的種類無機(jī)膠體的種類SiO2/R2O3交換量平均交換量蒙脫石460-10080水云母320-4030高嶺石25-1510含水氧化鐵、鋁-極微-風(fēng)化程度的不同直接影響土壤的保肥能力第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日(4)土壤酸堿性pH4681020406010080負(fù)電荷(cmol/kg)高嶺石蒙脫石腐殖質(zhì)北方土壤陽離子交換量較大，保肥力強(qiáng)。南方土壤陽離子交換量相對較小，保肥力弱3.交換性陽離子的有效度(1)離子的飽和度土壤陽離子交換量(cmolkg-1)交換性鈣量(cmolkg-1)交換性鈣的飽和度甲8675%乙301033%指土壤中某種交換性陽離子的數(shù)量占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日(2)互補(bǔ)離子的影響

與某種交換性陽離子共存的其他交換性陽離子為互補(bǔ)離子(3)粘土礦物的種類土壤交換性陽離子的組成盆中幼苗干重(g)盆中幼苗吸鈣量(mg)甲土40%Ca+60%H2.8011.15乙土40%Ca+60%Mg2.797.83丙土40%Ca+60%Na2.344.36粘土礦物Na+K+NH4+H+Ca2+高嶺石0.340.380.250.0800.080蒙脫石0.210.250.180.0580.022伊利石0.100.150.210.0360.040粘粒礦物類型與交換性交換性陽離子活度系數(shù)的關(guān)系第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日6.土壤對陽離子的非交換性的吸收(陽離子的固定作用)0.14nmNH4+(0.143nm)K+(0.133nm)2：1型：蛭石＞拜來石＞伊利石＞蒙脫石，1：1型:粘粒礦物不能產(chǎn)生固鉀作用第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日4.土壤陰離子的吸收與交換

根據(jù)土壤中陰離子的吸附能力的大小易被土壤吸附的陰離子磷酸根離子(H2PO4-,HPO42-,PO43-)；硅酸根離子(HSiO3-,SiO32-)及若干有機(jī)酸根(C2O42-)吸附作用很弱或進(jìn)行負(fù)吸附的離子氯(Cl-)，硝酸根(NO3-)和亞硝酸根(NO2-)中間類型的離子硫酸根(SO42-)，碳酸根(CO32-)5.土壤吸收性能的重要性保持和供應(yīng)植物養(yǎng)分土壤吸收性能對土壤結(jié)構(gòu)性的影響土壤吸收性能對土壤酸堿性的影響土壤吸收性能和施肥的關(guān)系第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日第三節(jié)土壤酸堿性一、土壤酸度的類型及來源1.土壤活性酸度：由土壤溶液中游離的氫離子所決定的CO2(1)CO2+H2OH2CO3H++HCO3-(2)有機(jī)質(zhì)分解或氧化作用產(chǎn)生的H+pH酸堿度分級pH酸堿度分級<4.5極強(qiáng)酸性7.0-7.5弱堿性4.5-5.5強(qiáng)酸性7.5-8.5堿性5.5-6.0酸性8.5-9.5強(qiáng)堿性6.0-6.5弱酸性>9.5極強(qiáng)堿性6.5-7.0中性土壤酸堿度分級第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日pH：4.5-8.5之間有南酸北堿的趨勢北緯33°為界土壤呈中性至堿性堿土：9.0土壤呈酸第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日2.潛性酸由土壤吸收性氫離子和鋁離子所引起的H+Al3+Xn++H++Al3+酸性Al3++H2OAl(OH)2++H+Al(OH)2++H2OAl(OH)2++H+Al(OH)2++H2OAl(OH)3+H+潛性酸交換性酸度H+H++2KClK+K++HClAl3++3KCl3H3++AlCl3AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl水解性酸度CH3COONa+H2OCH3COOH+NaOHH++NaOHNa+H2OAl3++3NaOH3Na+Al(OH)3第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日3.活性酸和潛性酸的關(guān)系H+Al3+土壤溶液中H+、Al3+潛性酸活性酸改良土壤酸性時，應(yīng)以潛性酸度來確定石灰的施用量水解性酸度可以指示出土壤中潛性酸和活性酸的總量提供H+鹽基離子鹽基離子Al3+淋失加速土壤酸化第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日指土壤中各種交換性鹽基離子的總量占陽離子交換量的百分?jǐn)?shù)鹽基飽和度：交換性鹽基離子總量(cmolkg-1)陽離子交換量(cmolkg-1)×100=土壤膠體上所吸附的離子H+和Al3+(致酸離子)鹽基離子(Ca2+,Mg2+,K+,Na+,NH+等)我國土壤的鹽飽和度有自北向南漸少的趨勢第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日土壤鹽基飽和度的變化北緯33°為界Ca2+為主其次是Mg2+H+和Al3+第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、土壤堿度土壤堿性強(qiáng)弱的程度OH-弱酸強(qiáng)堿鹽水解(碳酸根及重碳酸根的鉀、鈉、鈣、鎂鹽)NaCO3+2H2O2Na++2OH-+H2CO3Na++H2OH++NaOH

NaOH+H2CO3Na2CO3+2H2ONaOH+CO2NaHCO3Na+>15%土壤呈極強(qiáng)的堿性反應(yīng)，pH大于8.5，甚至超過10土粒高度分散，濕時泥濘，不透水，不通氣；干時硬結(jié)，耕性極差特點：第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日三、影響土壤酸堿度的因素氣候地形母質(zhì)植被人類活動鹽基飽和度第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日四、土壤的緩沖性當(dāng)加酸或堿于土壤時，土壤具有緩和酸堿度改變的能力1.土壤溶液中弱酸及基鹽類的存在碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸以及其它有機(jī)酸等弱酸及其鹽類M+HClH+MCl2.土壤膠體的陽離子交換作用H+MOHM+H2O3.酸性土壤中的活性鋁或交換性鋁離子對堿的緩沖作用2Al(H2O)63++2OH-[Al2(OH)2(H2O)8]4++4H2O通過聚合鋁離子周圍的水分子解離出H+Na2CO3+2HClH2CO3+2NaClH2CO3+Ca(OH)2CaCO3+2H2O第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日五、土壤酸堿性對作物生長的影響土壤酸堿性與植物養(yǎng)分的關(guān)系第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日最適pH范圍植物種類4.0-5.0蘭花、黑云杉4.5-5.0杜鵑花、石松、白雪松5.0-5.5茶、馬尾松、馬鈴薯5.0-6.0甘薯、菠蘿、板栗、紅松映山紅、鐵芒箕、蘭花酸性指示植物堿性指示作物：蜈蚣草、柏木

土壤酸堿性與植物生長的關(guān)系第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日六、土壤酸堿性的調(diào)節(jié)原理1.酸性土壤(石灰、蠔殼灰及草木灰)2H++Ca(OH)2Ca2++2H2O2Al3++3Ca(OH)23Ca2++2Al(OH)32.堿性土壤(石膏、硫磺或明礬)2Na++CaSO42+Ca2++Na2SO4Na2CO3+CaSO4Na2SO4+CaCO3第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)土壤孔隙性與結(jié)構(gòu)性一、土壤孔隙性1.土壤的密度(gcm-3)單位體積(不含粒間孔隙的體積)土壤固體部分的質(zhì)量。土壤密度是所含固體成分密度的平均值，一般耕地土壤密度近于2.65gcm-32.土壤容重(gcm-3)單位體積自然狀態(tài)下的土壤(含粒間孔隙的體積)的干質(zhì)量土壤質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)含量及土壤松緊狀況而異。土?；蛲翀F(tuán)之間通過點面的接觸所形成大小不等的空間(1)土壤孔隙度在一定容積的土體內(nèi)，土壤孔隙容積占整個土體容積的百分?jǐn)?shù)(土壤總孔隙度)3.土壤孔隙性土壤固體顆粒之間所形成的不同形狀和大小孔隙的數(shù)量、比例以及分布狀況的總稱。第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日(2)土壤孔隙的類型大小和性能毛管孔隙非毛管孔隙毛管孔隙（0.06-0.002mm）無效孔隙(非活性孔隙)(<0.002mm)(>0.06mm)(3)理想土壤孔隙性產(chǎn)量缺苗10%0甜菜產(chǎn)量(t)甜菜缺苗率(%)通氣孔隙度(%)一般作物適宜的土壤孔隙度是50%左右或稍高，毛管孔隙度與非毛管孔隙度之比約為1：0.5；無效孔隙要求盡是少?？紫抖?%)=孔隙體積土壤體積×100一般砂土孔度30-45%，壤土40-50%，粘土45-60%土粒質(zhì)量/比重土粒質(zhì)量/容重=1-容重比重=1-第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、土壤結(jié)構(gòu)性土壤顆粒膠結(jié)而成的大小不一、形狀不同的土團(tuán)、土塊和土片。土壤結(jié)構(gòu)體：土壤結(jié)構(gòu)性：指土壤中結(jié)構(gòu)體的形狀、大小及其排列情況。(一)土壤的結(jié)構(gòu)類型C.A.察哈羅夫xyz1.塊狀和核狀結(jié)構(gòu)2.團(tuán)粒結(jié)構(gòu)近似球形，粒徑約0.25-10mm(粒徑小于0.25mm的為微團(tuán)粒)。3.柱狀或棱柱狀結(jié)構(gòu)4.片狀結(jié)構(gòu)第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日塊狀、核狀：>10cm大塊狀5-10cm小塊狀0.5-5cm碎塊狀柱狀、棱柱狀：>5cm大3-5cm中<3cm小團(tuán)粒：10-0.25mm微團(tuán)粒:<0.25mm第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日(二)土壤結(jié)構(gòu)與土壤肥力的關(guān)系團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的孔隙狀況團(tuán)粒內(nèi)部是毛管孔隙，團(tuán)粒之間是非毛管孔隙，兩種孔隙配合適當(dāng)，總孔隙也較大土壤水分接納的水分多，徑流少，減少土壤沖刷侵蝕水氣狀況：養(yǎng)分狀況：能夠為作物提供速效養(yǎng)分的同時又適當(dāng)?shù)胤e累有機(jī)質(zhì)空氣走廊溫度：水、氣狀況協(xié)調(diào)，土溫狀況也比較穩(wěn)定團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤疏松多孔，減少根系生長的機(jī)械阻力，有利于種子發(fā)芽和根系生長，同時減少耕作阻力，提高耕作效果生產(chǎn)上對旱地土壤結(jié)構(gòu)的評價，以團(tuán)粒結(jié)構(gòu)最為理想第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日土壤團(tuán)粒體第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日(四)土壤良好結(jié)構(gòu)的培育改良土質(zhì)和施用有機(jī)質(zhì)肥料合理的土壤耕作合理輪作與間套種改良土壤的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)用土壤結(jié)構(gòu)改良劑1.天然結(jié)構(gòu)改良劑：植物殘體、泥炭、褐煤等為原料，從中抽取腐殖酸、纖維素、木質(zhì)素、多糖醛類等物質(zhì)作為團(tuán)粒的膠結(jié)劑2.合成土壤結(jié)構(gòu)改良劑：模擬天然團(tuán)粒膠結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，利用現(xiàn)代有機(jī)合成技術(shù)人工合成高分子聚合物。主要有水解聚丙烯腈鈉鹽、乙酸乙烯酯與丁烯二酸的共聚物鈣鹽第三十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日第五節(jié)土壤的物理機(jī)械性一土壤的結(jié)持性在不同含水量時土粒在外力作用下表現(xiàn)的可移動性，它是不同含水量下土壤的粘結(jié)性、粘著性以及塑性等的綜合表現(xiàn)（一）土壤粘結(jié)性（gcm-2)原來指同種物質(zhì)或同種分子相互吸引而粘結(jié)的性質(zhì)，在土壤學(xué)中，土粒通過各種引力而粘結(jié)起來的性能粘結(jié)性的形成范德華力：分子與分子之間的相互作用力作用范圍很小，只有當(dāng)土壤粒十分靠近時，它才能發(fā)揮作用氫原子可以同時與兩個負(fù)電性強(qiáng)而半徑較小的原子（O、F、N等）相結(jié)合，而形成氫鍵氫鍵：氫鍵能在分子與分子之間或分子內(nèi)的某些基團(tuán)之間形成庫倫力：由于土粒表面帶有電荷，帶相反電荷的土粒之間有靜電引力水膜的表面張力：第三十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日（二）土壤粘著性（gcm-2)土壤粘附外物（農(nóng)具）上的性質(zhì)。實際上是指土粒－水－外物相互吸引的性能粘結(jié)性的影響因素（1）土壤比面比表面積的大小土壤質(zhì)地、粘粒礦物種類和代換性陽離子組成以及土壤結(jié)構(gòu)、土壤腐殖質(zhì)含量(2）土壤含水量水分%拉斷阻力（kg)粘土C砂土15%第三十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日（三）土壤塑性（可塑性）土壤在一定含水量范圍內(nèi)，可以被外力任意改變成各種形狀，外力消失或干燥后，仍保持所改變的形狀不變的性能土壤塑性的影響因素：1.土壤含水量土壤呈現(xiàn)塑性時的最小含水量下塑限（可塑下限）：上塑限（流限）：土壤因含水量增多而失去塑性，并開始成流體流動時的土壤含水量，它是土壤呈現(xiàn)塑性時的最大含水量土壤呈現(xiàn)塑性的含水量范圍，即上塑和下塑限的差值塑性值（塑性指數(shù)）：土壤開始呈現(xiàn)粘著性的含水量，一般高于下塑限而低于上塑限粘著點：土壤因含水量增加不再粘沾在上而失去粘著性時的含水量脫粘點：第三十七頁，共四十二頁，