土壤學全套課件

土壤學SoilScinence第一章土壤的基本概念

土壤對我們每一個人來說都不是陌生的,以前我們一直認為萬物土中生。但是不同的人對土壤這一重要的自然產(chǎn)物具有不同的概念和見解：例如,採礦工程師公路工程師農(nóng)學工作者§1-1土壤的位置及其作用§1-2土壤及其肥力的概念§1-3土壤的基本物質(zhì)組成§1-1土壤的位置及其作用一、土壤的位置二、土壤的作用

一.土壤的位置地球由若干不同物質(zhì)的同心圈層所組成,地球表面的一個圈層,主要由富含Si、Al的矽酸鹽類巖石組成,稱為地殼,又稱巖石圈。巖石圈(地殼)表層的巖石受到太陽輻射熱以及大氣圈、水圈、生物圈中的水、氧、二氧化碳和生物的共同作用逐漸風化破碎,形成一個疏鬆的外殼,叫風化殼。

在其表層生物活動強烈,生物(包括植物、動物和微生物)比較集中,積累的有機物較多,這個風化殼的表層就是土壤。由於組成土壤的主要成分是礦物質(zhì)等無機成分,而有機質(zhì)較低,因而土壤又叫礦質(zhì)土壤(mineralsoil)（礦質(zhì)土壤即使是表層土，有機質(zhì)含量也不高，一般在1-10%）。它主要包含四種主要成分:

礦物質(zhì)(mineralmatter)、有機質(zhì)(organicmatter)、土壤水分(soilwater)和土壤空氣(soilair)。二.土壤的作用綠色植物在生活上所需要的基本因素有五,即日光(光能)、熱量(熱能)、空氣(主要為CO2及O2)、水分和養(yǎng)料,一種良好的土壤應該使植物能吃得飽(養(yǎng)料供應充分)喝得足(水分供應充分)住得好(土壤空氣流通,溫度適宜)站得穩(wěn)(根系能伸展得開,機械支持牢固)

return§1-2土壤及其肥力的概念土壤(soil):

在地理環(huán)境因素和生物體共同作用於巖石圈下形成的地殼表面的疏鬆層,是特殊自然體,其重要特性是能為植物生產(chǎn)有機質(zhì)提供必要的條件。

與土地(land)的區(qū)別：土壤肥力（soilfertility）:

土壤肥力是土壤能同時而且不斷地供應和協(xié)調(diào)作物生長發(fā)育所必須的水分、養(yǎng)分、空氣、熱量等因素以及其他生活條件的能力。土壤肥力至少包括水分、養(yǎng)分、空氣和溫度等四個肥力因素（水、肥、氣、熱）。水、肥、氣是物質(zhì)基礎,熱是能量條件。

任何一個土壤的肥力特徵都是水,肥,氣,熱各肥力因素的綜合反映.困難之處在於如何把它們量度和表達出來,這也是土壤學在現(xiàn)代化過程中需要努力的重要方向之一。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,土壤是植物生長的基地,而其所以能生長植物,是由於它具有肥力。土壤肥力及其發(fā)揮：內(nèi)在的因素外界的條件此外,就農(nóng)業(yè)土壤來說還必須十分重視耕作勞動和生產(chǎn)技術措施等各種人為因素對土壤所產(chǎn)生的影響。

正確認識土壤必須掌握住以土壤肥力為中心的基本觀點。土壤肥力和土壤生產(chǎn)力的關係:有聯(lián)繫，但並不相等。土壤的生產(chǎn)力是由土壤本身的肥力屬性和發(fā)揮肥力作用的外界條件所決定的,如光照、地形、排水、供水條件.從這個意義上來看,肥力只是生產(chǎn)力的基礎,而不是生產(chǎn)力的全部。如在陰濕的環(huán)境(如高山)常常是冷浸遲發(fā)之地,處在這種環(huán)境條件下,即使土壤本身內(nèi)在有關肥力的因素很為優(yōu)越,也不能充分發(fā)揮其應有的作用,因此其生產(chǎn)力也必然不高.實踐的調(diào)查也表明,肥力因素狀況基本相同的土壤,如果處在迥然不同的環(huán)境條件下,其表現(xiàn)出來的生產(chǎn)力彼此可能相差很大,這就告訴我們,為了高產(chǎn)就必須十分強調(diào)農(nóng)田基本建設,以改善土壤環(huán)境,如平整土地,整理地塊,保證水源,修建管道等。return§

1-3土壤的基本物質(zhì)組成

固體、液體和氣體組成的相分散體系:我國主要幾種土壤

（黑鈣土——內(nèi)蒙古哈達圖）哈爾濱黑土貴州修水的黃壤及上面的杉木林南京黃棕壤

紅壤及其剖面蘭州灰鈣土新疆潮土新疆黑鈣土磚紅壤上的椰子林紫色土上的棉花土壤剖面自地表向下直到土壤母質(zhì)的垂直切面稱為土壤剖面。土壤剖面中土壤發(fā)生層的數(shù)目、排列組合型式和厚度，統(tǒng)稱為土體構(gòu)型（或?qū)哟螛?gòu)型）。依據(jù)土壤剖面中物質(zhì)累積、遷移和轉(zhuǎn)化的特點，土壤顏色、土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、土壤孔隙、土壤膠膜、土壤中的結(jié)核等構(gòu)成情況的差異，可以在土壤剖面上劃分出六個主要發(fā)生層次，即O、A、E、B、C、R層

。有機層（O）：以分解的或未分解的有機質(zhì)為主的土層。它可以位於土壤的表層，也可以被埋藏於一定的深度。江西安遠海拔八百米3年形成的枯枝落葉層腐殖質(zhì)層（A）：形成於表層或位於O層之下的發(fā)生層。土層中混有有機物質(zhì)，或具有耕作、放牧或類似的擾動作用。江西大餘海拔八百米山地土壤剖面淋溶層（E）：矽酸鹽粘粒、鐵、鋁等單獨或一起淋失，石英或其他抗風化礦物的砂?；蚍哿Ｏ鄬Ω患牡V質(zhì)發(fā)生層。該層一般接近表層，位於O層或A層之下，B層之上。江西翠微峰土壤剖面澱積層（B）：在上述各層之下，並具有以下性質(zhì)：①矽酸鹽粘粒、鐵、鋁、腐殖質(zhì)、碳酸鹽、石膏或矽的澱積；②或碳酸鹽的淋失；③殘餘二、三氧化物的富集；④有大量二、三氧化物膠膜；⑤具粒狀、塊狀或棱柱狀結(jié)構(gòu)。母質(zhì)層（C）：多數(shù)是礦質(zhì)土層，但有機的湖積層和黃土層等也劃為C層。海南島三亞熱帶紅壤剖面基巖（R）：堅硬巖石。

茅山灰?guī)r上的紅色土除了上述六個主要的發(fā)生層次以外，有的土壤剖面中還有潛育層（G），它是長期被水飽和，土壤中的鐵、錳被還原並遷移，土體呈灰蘭、灰綠或灰色的礦質(zhì)發(fā)生層；犁底層（P），它是農(nóng)具碾壓或人畜踐踏等壓實而成，主要見於水稻土耕作層之下，土層緊實，容重較大，既有物質(zhì)的淋溶，也有物質(zhì)的澱積；礦質(zhì)硬殼層（J），它一般位於A層之上的鹽結(jié)殼、鐵結(jié)殼等，出現(xiàn)於A層之下的鹽盤、鐵盤等不能稱為J層。凡兼有兩種主要發(fā)生層特性的土層，稱為過渡層，如AE、BE、EB、BC等。夏威夷紅土剖面草原土壤和黑鈣土灰化灰棕壤和灰化土熱帶磚紅壤和隱域變性土棕壤和紅色漠土

密西根濕淋溶土明尼蘇達有機土§2-1形成土壤的主要礦物和巖石

一.土壤礦物的種類及其成土特點

（一）土壤中的原生礦物

（二）土壤中的次生礦物二.常見的主要巖石（一）巖漿巖（二）沉積巖（三）變質(zhì)巖幾個名詞：礦物(mineral):礦物是各種地質(zhì)作用下自然產(chǎn)生於地殼中的化合物或化學元素,是具有一定化學成分和物理性質(zhì)的自然均質(zhì)體,是組成巖石的基本單位。三千多種造巖礦物約200多種絕大多數(shù)是化合物,少數(shù)為單質(zhì)，如石墨絕大多數(shù)為固體,少數(shù)為液體,或膠體狀態(tài)絕大多數(shù)是結(jié)晶質(zhì),少數(shù)為非晶質(zhì)三種類型原生礦物(內(nèi)生礦物primarymineralororiginalmineral):內(nèi)力作用形成的礦物叫做內(nèi)生礦物,是由地下深處高溫高壓條件下的巖漿(含有各種元素的矽酸鹽的熔融體),在沿著地殼裂縫上升過程中隨著溫度壓力的降低冷卻凝固結(jié)晶而形成的各種礦物。如橄欖石、雲(yún)母、長石、石英等，它們是主要的；另外在巖漿活動後期形成一些稀有金屬氧化物和硫化物，如綠柱石及鉛、鋅礦等，數(shù)量少，但有開採價值。次生礦物(外生礦物secondarymineral):外力作用形成的礦物叫做外生礦物,是由暴露在地表的早期形成的礦物,在地表常溫常壓條件下,受到各種外力地質(zhì)作用(如風化作用、沉積作用)所形成的一類礦物。例如各種粘土礦物、鐵和鉛的氫氧化物、巖基、石膏和碳酸鹽礦。變質(zhì)礦物(metamorphicmineral):變質(zhì)作用形成的礦物叫做變質(zhì)礦物,由於巖漿活動和地殼活動,使早先已形成的礦物處於新的條件(一般是高溫高壓)下,發(fā)生成分結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化而形成新的礦物,如榴石、紅柱石、矽線石等。(一)土壤中的原生礦物1.長石類:長石類礦物分為正長石(鉀長石)和斜長石兩類,它們是Na、K、Ca的鋁矽酸鹽,是分佈最廣的礦物(鉀長石),含K2O16.9%,土壤鉀素重要來源。

2.角閃石和輝石類Ca、Mg、Fe的鋁矽酸鹽，易風化，供給土壤大量Ca、Mg等元素。3.雲(yún)母類（有標本）是含K和Ca、Mg的鋁矽酸鹽，風化後可為土壤提供K素。4.石英

種類很多，無色透明的顯晶質(zhì)石英叫水晶；如機械混進別的色素而呈各種顏色時，有煙水晶、紫水晶、乳石英等，隱晶質(zhì)的石英叫石髓。具有多種顏色的同心條帶狀的構(gòu)造的石髓叫瑪瑙。石英在自然界中分布很廣泛，約占地殼重量的126g/Kg，性狀穩(wěn)定。

mica5.橄欖石含F(xiàn)e、Mg的矽酸鹽，由於其極易風化，因此，在土壤中極少見到。6.磷灰石屬磷酸鹽，根據(jù)附加陰離子種類的不同，可劃分為五類：磷灰石是提取磷的主要礦物原料。

（二）土壤中的次生礦物

由於次生礦物是地表條件下的產(chǎn)物,比較穩(wěn)定,而且它們的類型和分佈與土壤形成條件有一定的相關性,因此是劃分土壤類型、反應土壤性狀的重要依據(jù)。土壤中的粘粒部分,除少量石英、長石等原生礦物的風化碎屑外主要由次生礦物組成,次生礦物又叫粘土礦物(claymineral)或粘粒礦物。如高嶺石、蒙脫石、水雲(yún)母(水化雲(yún)母、伊利石)、蛭石、三水鋁石、針鐵礦、褐鐵礦、含水氧化鐵、鋁及矽膠、水鋁英石等。此外,還有一些簡單鹽類,其中最常見的有碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物等。二.常見的主要巖石自然界中礦物都是以一定規(guī)律由一種或多種組成集合體,這個集合體稱為巖石(rock)。少數(shù)由一種礦物組成的,如純大理巖是由方解石組成的;多數(shù)是由兩種以上的礦物組成,如花崗巖是由正長石、石英和雲(yún)母等多種礦物組成。分三類,即:巖漿巖(magmaticrock)沉積巖(sedimentaryrock)變質(zhì)巖(metamorphicrock)三類巖石：巖漿巖：由巖漿冷凝而成的巖石。如花崗巖以地表以下16Km範圍內(nèi),按重量計算,以巖漿巖最多,達95%。

沉積巖：巖漿巖、變質(zhì)巖，以及原有的沉積巖經(jīng)過風化剝蝕作用的破壞,各種搬運作用,在適宜的環(huán)境條件(如湖盆海盆)下沉積,經(jīng)過固結(jié)而成的巖石。占大陸面積的75%,和土壤關係密切,是主要的成土母巖。如礫巖、砂巖、葉巖、石灰?guī)r。變質(zhì)巖：由變質(zhì)作用形成的新巖石（促使巖石發(fā)生變化的化學作用稱為變質(zhì)作用）。如大理巖、石英巖?！?-2礦物巖石的穩(wěn)定性

和風化作用類型

一.礦物巖石的成分、結(jié)構(gòu)和其穩(wěn)定性二.風化作用(weathering)的類型(一)物理風化physicalweathering(二)化學風化chemicalweathering(三)生物風化biologicalweathering一.礦物巖石的

成分、結(jié)構(gòu)和其穩(wěn)定性

各種原生礦物中有一個基本的單位,即四個氧圍繞一個矽組成矽氧四面體,它們相互有幾種聯(lián)結(jié)的方式,分別為島狀結(jié)構(gòu)、單鏈結(jié)構(gòu)、雙鏈結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和架狀結(jié)構(gòu)等五種結(jié)構(gòu)。從它們的聯(lián)結(jié)方式來看,礦物風化難易次序是:架狀結(jié)構(gòu)>層狀結(jié)構(gòu)>雙鏈結(jié)構(gòu)>單鏈結(jié)構(gòu)>島狀結(jié)構(gòu)(石英、長石)(雲(yún)母、滑石)(角閃石)(輝石)(橄欖石)

從化學組成來看,孤立的四面體越多,與外界的接觸越多,賴以連接的鹽基離子也越多,也就是說鹽基性越強。因此可以說鹽基性越強的礦物,穩(wěn)定性越小,相反,鹽基性越弱的礦物(如石英),穩(wěn)定性越大。穩(wěn)定性與①化學鍵有關離子鍵不穩(wěn)定②共用O數(shù)目有關,共用O多,與外界接觸面?、叟c鹽基離子數(shù)目有關,鹽基離子越多越易風化島狀結(jié)構(gòu)(共用1個O):其Si-O四面體之間無共用的氧,成孤立的單四面體,其結(jié)構(gòu)中陰離子為[SiO4]4-,也有的島狀結(jié)構(gòu)礦物呈雙四面體[Si2O7]6-狀，四面體之間靠其他金屬陽離子（如Mg2+、Fe2+）與四面體的氧產(chǎn)生的Mg-O鍵、Fe-O鍵連接，Mg-O、Fe-O鍵中離子鍵比例大，而共價鍵比例小，共價鍵的鍵能大於離子鍵的鍵能。因此，以離子鍵為主連接的島狀結(jié)構(gòu)很容易風化，如橄欖石單鏈結(jié)構(gòu)(共2個O):每個Si-O四面體都以兩個氧與相鄰的四面體共用，並沿一個方向延伸，故外型為柱狀晶體。由於四面體有兩個氧是共用的，即四面體的四個氧有1/2以Si-O鍵與相鄰四面體相連，由於Si-O鍵中離子鍵比例較Mg-O、Fe-O鍵小，而共價鍵較Mg-O、Fe-O鍵的大，因此單鏈風化比島狀結(jié)構(gòu)難。如輝石。雙鏈結(jié)構(gòu)(共2.5個O):兩條Si-O四面體的單鏈平行連接成雙鏈狀，雙鏈結(jié)構(gòu)中平均每個四面體共用2.5個氧，故其穩(wěn)定性又強於單鏈結(jié)構(gòu)的礦物。如角閃石。層狀結(jié)構(gòu)(共3個O):層狀結(jié)構(gòu)的每個四面體底面的三個氧彼此共用，故其穩(wěn)定性更強，較難風化，常保留在土壤中。如雲(yún)母、滑石。架狀結(jié)構(gòu)(共4個O):Si-O四面體中的4個氧均被共用，因此穩(wěn)定性最強，很難風化。如石英、長石。二.風化作用的類型

(一)物理風化風化作用：地殼表層的巖石,在大氣和水聯(lián)合作用以及溫度變化和生物活動的影響下,所發(fā)生的一系列崩解和分解作用。物理風化：凡是由物理作用使巖石發(fā)生物理變化而成碎屑的過程。產(chǎn)生物理風化的原因以地球表面溫度的變化為主,所以物理風化大都屬於熱力學的風化。此外,巖石空隙中水的凍結(jié)與融化,巖石空隙中鹽的結(jié)晶脹裂,均會使巖石破碎。1.礦物巖石的差異性漲縮由於礦物和巖石是熱的不良導體,導熱性小,而地表一年四季,甚至晝夜都有很明顯的溫度變化。四季溫度變化可多至40-50℃,一般乾旱地區(qū)尤為突出,例如某些沙漠內(nèi)的晝夜溫差可達60-70℃,由於溫度變化的頻繁與迅速,使巖石各部分產(chǎn)生不均勻的脹縮,相互頂擠而破碎。當白天受熱時,巖石表面升溫很快,迅速膨脹,而內(nèi)部升溫慢,膨脹小,內(nèi)外不同程度的脹縮,使巖石表層與內(nèi)部之間發(fā)生一些與巖石表面平行的環(huán)狀裂縫,晚上氣溫下降,巖石表面收縮快,而內(nèi)部收縮慢,這樣又產(chǎn)生一些與表面垂直的放射狀裂縫,長期這樣變化使得巖石破碎。

2.水的凍融作用巖石裂縫或孔隙中的水,當結(jié)冰時,體積要增加1/11,增大的體積對孔隙周圍會產(chǎn)生巨大的壓力,可達6000Kg/cm2,這個壓力將造成巖石的崩潰。這種作用對含水多的巖石(如砂巖含水10-20%)特別明顯。寒冷的高山與高緯度地區(qū),凍融交替頻繁,這種作用的破壞力也特別大。3.礦物的水化與結(jié)晶膨脹作用巖石中有些礦物,如蒙脫石吸水後膨脹明顯;又如無水石膏等礦物,遇水後也會增大體積;此外鹽類在巖石裂縫中如因飽和而結(jié)晶時,晶體的長大對周圍也會產(chǎn)生壓力,都能破壞巖石。物理風化的結(jié)果產(chǎn)生了許多巖石碎屑,大大增加了巖石與空氣的接觸面積,為化學風化和生物風化創(chuàng)造了條件。由於溫度變化是物理風化的主要因素,所以一般乾旱地區(qū)、高山和兩極地區(qū),物理風化特別盛行。(二)化學風化化學風化：巖石在外界條件的影響下.引起化學成分的改變,產(chǎn)生新的物質(zhì)過程。是空氣中的水、氧氣、二氧化碳對巖石作用的結(jié)果。1.水的作用水在化學風化中佔有及其重要的地位,實際上幾乎各種化學風化都需要有水的存在,方能順利進行。水直接對巖石的作用主要有下列兩方面:(1)溶解的作用水是一種極性溶劑(偶極性),它能同極性型或離子型的分子相互吸引,而礦物都是無機鹽,絕大部分是離子型所組成的,所以礦物在水中多少能溶解一些,絕對不溶於水的無機物質(zhì),在自然界是不存在的。1份雲(yún)母可溶於4萬份水中。溫度增高時,溶解度一般增大,如石英在常溫下,幾乎不溶於水,但在熱水中便可溶解1/10000。巖石中易溶解的礦物越多,越易風化。據(jù)估計,地球上所有的河流,每年把溶解狀態(tài)的鹽類帶進海洋的量,多達40億公斤。(2)水化作用是指無水的礦物與水混合,成為含水礦物的作用例如:CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O

硬石膏石膏2Fe2O3+nH2O→2Fe2O3·nH2O

赤鐵礦褐鐵礦通常礦物經(jīng)水化作用後,硬度降低,體積增加,溶解度也增加,比重降低,容易進一步風化崩解,另外還有水解作用。2.CO2的作用溶解在水中的CO2成為H2CO3,可以分解巖石,稱為碳酸化作用。水溶液中含H2CO3時,對碳酸鹽的溶解能力,較純水可增加幾十倍。

CaCO3+H2CO3

Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2溶於水,成為Ca2+與HCO3-,增加了HCO3-的濃度和溶解能力,使碳酸鹽礦物不斷溶解。這是石灰?guī)r化學風化的主要過程,也是石灰?guī)r類溶解成各種巖溶地貌的主要過程。例如正長石(鉀長石,架狀結(jié)構(gòu)最難分解)經(jīng)碳酸化變?yōu)楦邘X石、二氧化矽和碳酸鹽。

2KAlSi3O8+CO2+2H2O

H4Al2Si2O9+4SiO2+K2CO3其他原生矽酸鹽如角閃石、輝石、雲(yún)母都能經(jīng)碳酸化作用而徹底分解,最後生成簡單的碳酸鹽、二氧化矽和粘土礦物。由於碳酸化作用極為普遍,因此被認為是化學風化中最重要的作用。

3.氧的作用空氣中的氧,在有水的情況下,氧化能力很強,巖漿中的鐵多為低價的,可被氧化為高價的鐵,從而使結(jié)晶格架破壞。

如2Fe2SiO4+3H2O+O2

2Fe2O3·3H2O+2SiO2

硫化物被氧化後,生成褐鐵礦和硫酸,硫酸鹽易溶於水,硫酸還能使其他礦物起分解作用。

如4FeS2+14H2O+15O2

2(Fe2O3·3H2O)+8H2SO4

化學風化除上述主要作用外,還有硫酸化作用、還原作用、去碳作用和中和作用等。使巖石礦物發(fā)生分解,其風化的產(chǎn)物有膠體物質(zhì),也有簡單的鹽類及殘留的難風化的原生礦物,如石英、鉀長石、白雲(yún)母等,而以膠體占多數(shù),尤其在氣候濕潤地區(qū)更是這樣。自然界中的物理風化和化學風化總是同時進行的,但在一定的自然地理體積下,可以以某種風化占主要地位。例如,在高寒和乾燥地區(qū),溫度低,水分少,化學風化微弱,而冰凍和溫差變化造成的物理風化佔優(yōu)勢,在潮濕炎熱地區(qū),化學風化就非常明顯,因為水和溫度是化學風化的重要條件,所以化學風化作用都離不開水分,而溫度愈高,化學反應愈快。

片麻巖上的氧化(三)生物風化biologicalweathering生物及其生命活動對巖石和礦物產(chǎn)生的破壞作用稱為生物風化。實際也表現(xiàn)為物理的與化學的兩種形式。生物的物理風化方面,如樹根在巖隙中長大(根劈作用),穴居動物的挖掘等(動物挖掘),都可引起巖石的崩解和破碎。生物的化學風化方面,進行得更為廣泛,首先是生命活動與死有機體分解所產(chǎn)生的大量二氧化碳,起著重要的碳酸化作用;生物活動所產(chǎn)生的各種有機酸(包括細菌所產(chǎn)生的腐殖酸)和無機酸(根系泌氫,固氮菌產(chǎn)生的硝酸,硫化細菌所產(chǎn)生的硫酸等)對巖石的腐蝕;還有生物體對某些礦物的直接分解(如鉀細菌);以及因生物的存在使局部溫度和濕度及化學環(huán)境的改變,而使巖石礦物更易接受風化等。人類的各種建築業(yè),如開礦、築路、灌溉與耕作等對風化作用也有影響。樹根

風窩巖

拱門

平衡巖球石

巖峰§2-3成土母質(zhì)的性質(zhì)和類型

一.成土母質(zhì)的肥力性質(zhì)soil-formingrock

成土母質(zhì)(母質(zhì)):礦物巖石經(jīng)各種風化作用後形成的疏鬆多孔體,是形成土壤的原始材料。母質(zhì)中的養(yǎng)分,由於母質(zhì)的成因、類型的不同而不同。巖漿巖和其變質(zhì)的變質(zhì)巖雖然含有營養(yǎng)元素,但由於它們組成於難溶的礦物中,因而植物很難吸收加以利用,且含量不高,有的即使含量較多,但基本上是無效態(tài)的。使得其不能滿足植物生長的需要,況且風化過程中營養(yǎng)元素還要淋失。風化使巖石變成母質(zhì),不僅發(fā)生了形態(tài)和組成的變化,而且產(chǎn)生了一系列的新性質(zhì),這些新性質(zhì)是土壤肥力性質(zhì)的萌芽。首先水分性質(zhì)改變了,堅硬的大塊巖石是不含有植物可吸收的水分,也不能透過和吸持大氣降水。風化成疏鬆多孔的母質(zhì)後,就初步具有了對水分的透過性和吸持保蓄性;其次養(yǎng)分狀況有了變化;另外氣和熱狀況亦有了變化。雖然母質(zhì)與巖石相比有了一定的變化,但與土壤相比還有很大的差距,而且自我調(diào)節(jié)的能力較土壤差,因此,必須經(jīng)過生物的作用及土壤的形成過程,母質(zhì)才能轉(zhuǎn)化為肥沃的土壤。二.成土母質(zhì)的類型成土母質(zhì)的主要類型:1.殘積母質(zhì)2.坡積母質(zhì)3.洪積母質(zhì)4.河流沖積母質(zhì)5.湖泊沉積物6.淺海沉積物7.風積母質(zhì)8.冰磧母質(zhì)3.1土壤礦質(zhì)顆粒的分組及其性質(zhì)一.土壤礦質(zhì)顆粒的粒組

二.土壤粒組的礦物組成

三.土壤粒組的化學性質(zhì)

四.土壤粒組的物理性質(zhì)一.土壤礦質(zhì)顆粒的粒組

粒級：土壤學上把土粒的大小級別，叫粒級。土粒大小劃分依據(jù)：是單粒，而不是複粒。粒級的劃分標準：美國制、國際制和前蘇聯(lián)的卡慶斯基制?；炯墑e:石礫、砂粒、粉砂粒(又叫粉粒)和粘粒。每種粒級內(nèi)的顆粒大小相近、性質(zhì)相似。在實際應用時蘇聯(lián)制中的十一粒級又常被歸納為三組,即:(1)把大於1mm的稱為石礫(2)把1-0.01mm的稱為物理性砂粒(3)把<0.01mm的稱為物理性粘粒物理性粘粒和物理性砂粒的相對含量,是土壤質(zhì)地分類的主要依據(jù)。分界線定在0.01mm的科學依據(jù)：粒徑mm可塑性脹縮性透水性吸濕力保肥力粘結(jié)力>0.01無無有微弱微弱微弱<0.01有有無強強強二.土壤粒組的礦物組成

原生礦物主要存在於粗粒中,而次生礦物主要存在於細粒中。在粘粒組中原生礦物很少,主要是次生礦物。江蘇省黃棕壤：粘粒(0-2μｍ)中，原生礦物僅有極少的石英存在,而以次生礦物較多,次生礦物中以水雲(yún)母為主(59%),而高嶺石(28%)和蛭石(13%)較少；粉粘粒(2-10μｍ)中,原生礦物就比較多了,不但有石英,而且還有雲(yún)母和長石,而次生礦物就相對少了；粉砂粒(10-50μｍ)中,基本上沒有次生礦物,在原生礦物中絕大部分為石英,另有少量長石和雲(yún)母。三.土壤粒組的化學性質(zhì)

元素組成主要有十餘種,包括O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、P、Na、s以及一些微量元素,如Mn、Zn、B、Mo等等。就含量而言,以O、Si、Al、Fe所占的比例為最多。各個粒徑的礦物不同,其化學組成亦不同,隨著顆粒粒徑的增大,原生礦物最多,尤其是石英,化學分析表明隨著粒徑變小,P、K、Ca、Mg、Fe等養(yǎng)分元素的相對含量隨著增加,而二氧化矽的含量顯著減少,因此,粗細土粒供應養(yǎng)分的潛力是不同的,一般的細粒供應養(yǎng)分的能力較強,而粗粒供應養(yǎng)分的能力較弱。四.土壤粒組的物理性質(zhì)

土壤各礦質(zhì)粒組的形狀有明顯的不同。礫石大致是球形的,帶有不規(guī)則的棱角;砂粒是不規(guī)則的多角形,有的近似球形,有的為片狀(如白雲(yún)母);粉砂粒也是不規(guī)則的碎屑,形狀多樣,而且很少是平滑的,粘粒多為片狀和棍棒狀。粒徑越小,其比表面積越大(單位重量的總表面積),由於水分、養(yǎng)分、氣體的吸附以及顆粒的相互吸引都是表面現(xiàn)象,因此各粒組的比表面積的差異及形狀的不同,就決定了各粒組在物理性質(zhì)上有很大的不同。砂粒無粘結(jié)性和可塑性,也不膨脹和收縮,砂粒之間孔隙大,多為非毛管孔隙或粗毛管孔隙,故持水量小,保水能力弱,易漏水漏肥,但通氣性好。粘粒具有很強的粘結(jié)性和可塑性,可吸收大量水分顯示劇烈的膨脹性,乾燥後又劇烈地收縮。粘粒間的孔隙極小,持水量較大,但滲水慢,不利於空氣流通,土體粘結(jié)堅硬,耕性差。粘粒的各種特性介於粘粒和砂粒之間。

3.2土壤質(zhì)地分類一.土壤顆粒組成:就是指土壤中各粒級所占的百分含量,又叫機械組成。二.

土壤質(zhì)地分類:根據(jù)土壤顆粒組成的相近與否,把土壤劃分為若干類別。任何一種土壤,都是由粒徑不同的各種土壤組成的,各種粒級的含量在土壤中亦不是平均分配的,不同質(zhì)地的土壤性質(zhì)相差是很大的,質(zhì)地相同的土壤具有相類似的一些肥力特徵。質(zhì)地分類標準,各國不同,解放前,採用美國制和國際制;解放後則採用蘇聯(lián)的卡慶斯基制。(一)國際制質(zhì)地分類標準

(1)粘粒15%

砂土、壤土同粘壤土類15-25%粘壤土類25%粘壤土類與粘土類

(2)粉砂>45%

粉砂質(zhì)(3)砂粒55-85%砂質(zhì)>85%

壤質(zhì)砂土>90%

砂土(二)卡慶斯基制土壤質(zhì)地分類標準卡慶斯基制有簡制和詳制兩種。詳制應用不多,簡制又叫“基本質(zhì)地分類”制。該制根據(jù)物理性粘粒和物理性砂粒的含量,把土壤質(zhì)地分為三類九種。這種分類比較簡明,測定過程也比較簡便,我國南方的一般土壤可按照卡慶斯基制中的草原土壤,紅、黃壤的標準劃分質(zhì)地類別。卡慶斯基制的特點:1.考慮的粒級比較概括,只區(qū)分為物理性粘粒和物理性砂粒兩級的相對含量(測定一個即可),而國際制和美國農(nóng)部制則同時考慮粘粒、粉粒和砂粒三種粒級的相對含量(至少需測定兩個)。2.卡慶斯基制根據(jù)粗細土粒對不同土類的質(zhì)地性質(zhì)所產(chǎn)生的不同影響,把土類概分為三大類,分別制定了各自的質(zhì)地劃分標準。3.卡慶斯基制是根據(jù)大量土樣分析結(jié)果,和與之相關連的生產(chǎn)效果的統(tǒng)計材料提煉而成的。在蘇聯(lián)東歐地區(qū)廣泛採用。但是,其簡制對粗粉砂多少的制定特徵不能反應出來,而粗粉砂在我國土壤中還是比較多的,因此該制對確切反映我國農(nóng)業(yè)耕作土壤的制定特徵,還存在著一些缺陷。（三）中國制3.3土壤質(zhì)地與肥力的關係及質(zhì)地的改良一.土壤質(zhì)地與肥力質(zhì)地對肥力的影響是多方面的,它常常是決定土壤的蓄水、導水、保肥、供肥、保溫、導溫和耕性的重要因素?，F(xiàn)將不同質(zhì)地土壤的供肥特徵綜述於下:(一)砂土類總的來說砂質(zhì)土的肥力特徵是蓄水力弱、養(yǎng)分含量少、保肥力較差、土溫變化較快,但是通氣性和透水性良好,並且容易耕作?？紫洞笸?？排水？毛細現(xiàn)象？抗旱？通氣好氧化能力強有機質(zhì)易分解保肥力差粒大養(yǎng)分少供肥力差

含水少晝夜溫差大幹物質(zhì)容易積累土壤養(yǎng)分少吸肥力、保肥性都很差施用化肥時,應強調(diào)少量多次農(nóng)諺：少施肥,一把草;多施肥,立即倒。所以對砂土施肥,一方面應掌握勤施,少施的原則,另一方面要特別注意防止後期脫肥。砂土因含水少,熱容量較小,以致於砂土晝夜溫度變化很大,這對有些作物是不利的。如小麥返青後容易因此而受凍害。但有利於作物體內(nèi)碳水化合物積累,能提高薯類及其它塊根作物的產(chǎn)量。

(二)粘土類總的來說砂質(zhì)土的肥力特徵是蓄水力強、養(yǎng)分含量多、保肥力較好、土溫變化小,但是通氣性和透水性較差,並且難耕作?？紫缎⊥?？排水？毛細現(xiàn)象？抗旱？通氣差氧化能力差有機質(zhì)難分解保肥力好粒小養(yǎng)分多供肥力好

含水多晝夜溫差下幹物質(zhì)難積累(三)壤土類(壤質(zhì)土)

這是介於粘質(zhì)土和砂質(zhì)土之間的一種土壤質(zhì)地類別。就顆粒組成而言,這種土壤同時含有適量的砂粒、粉粒和粘粒。在性質(zhì)上則兼有砂土和粘土之優(yōu)點,對一般農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說是較理想的土壤。江蘇省沿江地區(qū)的潮泥田和徐淮地區(qū)的兩合土即類似這種壤土。土壤質(zhì)地對於土壤性質(zhì)和肥力有重要關係。但必須指出,質(zhì)地並不是決定土壤肥力的唯一因素,一種土壤在質(zhì)地上的缺點,可以通過改良結(jié)構(gòu)或調(diào)整顆粒組成而得到改善。二.不同質(zhì)地土壤的利用和改良(一)土壤質(zhì)地與作物生長

適宜於作物種植的土壤條件稱為作物的土宜。各種作物因其生物學特性上的差異,加之對耕作和栽培措施的要求也不完全一樣,所以它們所需要的最適宜的土壤條件就可能不同。其中土壤質(zhì)地就是重要的土宜條件之一。

一般來說,砂土宜於種植生長期較短的作物及根莖類作物,而且由於其通氣性好,表土易乾燥,播種應深一些。而需肥較多或生長期較長的穀類作物,則一般宜在粘質(zhì)壤土上生長。一些耐貧瘠的作物(如芝麻、高梁等),以及實施早熟栽培的作物(如蔬菜等),也以砂質(zhì)土至砂壤質(zhì)土壤為宜。茶樹以排水良好的壤土至粘壤土最為適宜。大部分作物對質(zhì)地的適應範圍是相當廣的。各種作物在不同質(zhì)地的土壤上均能獲得高產(chǎn)。(二)土壤質(zhì)地改良措施對不同質(zhì)地的土壤,首先要強調(diào)因土制宜,因地耕作和管理。例如整地時,砂土一般可以用平畦寬壟,播種宜深,播後要強調(diào)壓土,施肥要注意早施、勤施,少量多次。粘土則強調(diào)深溝、高畦、窄壟。整地時要盡可能做到幹耕操作,施肥一次可以多施。至於對過粘或過砂土壤的質(zhì)地改良,則主要有以下幾個途徑:

_§2.2.1

土壤有機質(zhì)的組成和性質(zhì)§2.2.2

有機質(zhì)在土壤中的分解與合成過程§2.2.3

土壤腐殖質(zhì)§2.2.4

土壤有機質(zhì)對土壤肥力、植物生長的影響及其積累的途徑2.2.1土壤有機質(zhì)的組成和性質(zhì)土壤有機質(zhì)包括土壤中各種動、植物殘體、微生物體及其分解和合成的有機物質(zhì)。其中綠色植物的莖葉、根群和各種有機肥料是耕作土壤有機質(zhì)的主要來源,植物殘體占80%以上。一.植物殘體的組成分二.進入土壤的植物殘體與土壤有機質(zhì)的差別一.植物殘體的組成分

化學組成和各組分含量因植物種類、器官、年齡等的不同而有很大的差異。有機化合物種類:碳水化合物(包括單糖、多糖、澱粉、纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)等,60%左右)、木質(zhì)素、含氮化合物(主要為蛋白質(zhì))等物質(zhì)。此外,還有一些脂溶性物質(zhì)(如樹脂、臘質(zhì)等)。元素組成:C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、Si、Fe、Zn、Cu、B、Mo、Mn等灰分元素。動物殘體：不含木質(zhì)素和樹脂等物質(zhì),而脂肪和含氮化合物等含量則較豐富。植物殘體：與動物殘體相反。

二.植物殘體與土壤有機質(zhì)的差別

動、植物殘體和動物排泄物等進入土壤是土壤有機質(zhì)的原料,而不是真正的土壤有機質(zhì)真正的土壤有機質(zhì)叫做腐殖質(zhì)土壤微生物活動的產(chǎn)物---外來有機物質(zhì)經(jīng)過微生物作用後重新形成的多種有機化合物。區(qū)別：化學組成和存在狀態(tài)均有所不同。在堆制中全氮和全碳的絕對含量、C/N不斷下降,但全氮的相對含量上升。土壤有機質(zhì)中與植物組織相比木質(zhì)素和蛋白質(zhì)含量顯著增加,而纖維素的含量則明顯減少2.2.2有機質(zhì)的分解與合成

一.引起有機質(zhì)變化的因素

二.有機質(zhì)在土壤中的分解過程

三.土壤有機質(zhì)的合成過程

四.影響土壤有機質(zhì)分解與合成的因素

一.引起有機質(zhì)變化的因素1.水的淋洗作用有機質(zhì)中一些可溶性的化合物在水的作用下可以淋洗出來,如簡單的糖類、有機酸、氨基酸、水溶性蛋白質(zhì)等,佔有機物質(zhì)的100-150g/Kg。2.動物的作用土壤中動物首先將有機物質(zhì)嚼細或撕碎;然後腸道消化有機殘體,使其發(fā)生化學變化,其中尤以蚯蚓引起的作用較大。在耕地上蚯蚓糞的重量每畝可達1000-1500Kg。3.微生物的作用

有機質(zhì)在土壤中的變化主要是由微生物引起的,各種土壤有機物質(zhì)或遲或早要受到土壤微生物的作用。二.有機質(zhì)在土壤中的分解過程礦物質(zhì)化過程：把複雜的有機質(zhì)分解為簡單的物質(zhì),最後生成二氧化碳、水和無機鹽類等。又叫礦化過程或礦質(zhì)化過程。礦化作用主要靠微生物的酶來完成,其中最普遍的是水解酶。有機物質(zhì)的分解可以明顯地分為兩個階段,即初期(0-25天)的快速階和中後期(25-90天)的緩慢分解階段。不同材料組合,其分解速度不一樣,以稻草+雞糞的組合最快,接種細菌處理有一定的效果(王瑞寶,1996)。1.糖類單糖、澱粉、纖維素和半纖維素等多糖類化合物。多糖類首先通過酶的作用,水解成為單糖好氣:嫌氣:各種糖類中,以己糖分解為最快,澱粉次之,半纖維素再次之,纖維素最慢。2.脂肪、單寧、木質(zhì)素脂肪的分解也是從水解開始的,脂肪酶使脂肪分解成為甘油和脂肪酸,脂肪酸再按碳水化合物發(fā)酵和氧化的方式進一步受到改變。單寧、木質(zhì)素比較難分解,一般分解得慢且不徹底。3.含N有機化合物主要是蛋白質(zhì)、氨基糖、核酸、有機堿、醯胺、尿素及腐殖質(zhì)等一類的化合物。這類化合物一般與糖類、澱粉等一樣很容易分解。一般分為兩個步驟：1、水解過程在微生物分泌的蛋白酶(朊酶,在堆制過程中,蛋白酶的活性在第16天和第60天達到最大)的作用下,通過逐級分解(蛋白質(zhì)→多肽→三肽→二肽→氨基酸),而產(chǎn)生氨基酸。2、氨化過程將氨基酸中胺基態(tài)N(NH2-N)轉(zhuǎn)化為銨態(tài)N(NH4-N),這種銨化過程在好氣和嫌氣條件下都可進行。

4.含S、P等有機化合物的分解含P的化合物：含S的化合物：其他非蛋白質(zhì)類不含N、S、P的有機化合物的礦化過程和速率,雖與蛋白質(zhì)有所不同,但其最後的主要產(chǎn)物無非是NH4+、HPO42-(或H2PO4-)及SO42-(或HSO4-)。

總之,礦化結(jié)果不僅為微生物提供了能量和營養(yǎng)物質(zhì),而且還釋放出有機化合物中含的N、P、S等礦質(zhì)營養(yǎng)元素,並可能同時改變了有些有機物的結(jié)構(gòu)特徵和組成。三.土壤有機質(zhì)的合成過程有機物質(zhì)進入土壤後,在進行礦化作用的同時,還進行腐殖化作用（有機物質(zhì)在土壤中形成更加複雜的有機質(zhì)--腐殖質(zhì),這種過程稱為腐殖質(zhì)過程,又叫腐殖化過程。）

腐殖化過程是一系列極端複雜過程的總稱。一般可分為兩個階段:

第一階段:是產(chǎn)生構(gòu)成腐植酸主要成分的原始材料。腐殖質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)單元是酚型芳香族化合物、氨基酸和肽,微生物在有機質(zhì)的分解過程中,會產(chǎn)生多元酚類和含氮化合物(氨基酸或肽)。

第二階段:合成階段各組成部分(第一階段產(chǎn)生的)芳香族化合物(多元酚)和含氮化合物(氨基酸或肽)?？s合成腐殖質(zhì)的單體分子。多元酚在許多微生物群落分泌的酶(氧化酶)作用下,將多元酚氧化成為醌,然後醌再與含氮化合物(氨基酸或肽)縮合。四.影響土壤有機質(zhì)分解與合成的因素1.土壤濕度和通氣狀況微生物的活動需要一定的濕度和通氣狀況(不同微生物需要不同)。好氣性微生物十分活躍。這時有機質(zhì)進行著氣分解,其特點為速度快,且分解較完全,礦化率高,中間產(chǎn)物很少積累,所釋放出的礦質(zhì)養(yǎng)料多呈氧化狀態(tài),因此有利於植物營養(yǎng),而無毒害影響,但不利於土壤有機質(zhì)的積累和保存。反之,如果土壤濕度過大,水分充塞了絕大部分土壤孔隙,使通氣受阻,這時嫌氣性微生物活動旺盛,而有機質(zhì)的分解也只能在嫌氣條件下進行。嫌氣分解的特點是速度慢,且分解不完全,礦化率低,中間產(chǎn)物容易積累。但在嫌氣條件下,有機質(zhì)的礦化率低,故有利於有機質(zhì)的積累和保存。微量的好氣條件或嫌氣與好氣條件交替作用是腐殖質(zhì)形成的最好條件。2.溫度在0-35℃溫度範圍內(nèi),增高溫度能促進有機質(zhì)的分解。一般土壤微生物活動的最適宜溫度大約為25-35℃。當溫度高於45℃時,一般微生物的活動就會受到明顯的抑制,而當溫度超過50℃時,有些有機物甚至可能發(fā)生純化學的氧化分解作用或?qū)е聯(lián)]發(fā)。3.土壤反應

各種微生物都有其最適宜於活動的pH,一般在中性附近(pH值6.5-7.5),而放線菌的最適宜pH可能偏向鹼性一側(cè),至於真菌則最適宜於酸性條件下(pH值為3-6)活動,pH過低pH<5.5)或過高(pH>8.5)對一般的微生物都不太適宜。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,中和過酸或過堿土壤,對促進有機質(zhì)的礦化均有顯著效果。4.有機質(zhì)的碳氮比率

C/N:

是指有機物C總量和N總量的比值。有機物質(zhì)中的碳氮比對其分解速度的影響很大（微生物在生命活動中需要C:N為25:1）。如果施入有機物質(zhì)的C:N大於25-30:1,則由於N素的相對不足,不僅分解慢,而且還可能使微生物和植物爭奪土壤中原有的有效N,而不利於植物的N素營養(yǎng)。如果施入有機物質(zhì)的C:N小於25-30:1,則附近釋放出的無機N除被微生物吸收,還有多餘的N素存留在土壤中,從而豐富土壤的N素。禾本科的稿桿,其C:N一般為80-100:1(有人認為是50-80:1),大於25-30:1。5.有機質(zhì)的組成和狀態(tài)植物殘體的化學組成能影響礦質(zhì)化、腐殖化速度及腐殖質(zhì)形成的數(shù)量。它們所含的易利用的組成分(簡單的糖類、纖維素、半纖維素和蛋白質(zhì))越多,則礦化和腐殖化速度就越快,反之則慢。植物殘體的物理狀態(tài)也是影響其轉(zhuǎn)化的重要條件,新鮮多汁的比乾枯的容易分解;細碎程度影響其與外界因素的接觸面,接觸面越大,越容易轉(zhuǎn)化。2.2.3土壤腐殖質(zhì)一.腐殖質(zhì)的分離提取和組分二.腐殖酸的性質(zhì)一.腐殖質(zhì)的分離提取和組分(一).分離提取

腐殖質(zhì)的分離提取是很困難的:1.腐殖酸和土壤礦物質(zhì)部分結(jié)合密切,成為複合體,不易分離;2.腐殖酸與非腐殖物質(zhì)很難用溶劑來進行區(qū)分,也不能用通常的物理方法來進行截然的分離;3.用一般的提取劑提取不完全,用劇烈的方法分離時有可能引起有機分子某種程度的變化(包括成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變)由於浸提、分離不可能完全,所以各種組分中都混有許多雜物。(二).腐殖酸的組分腐殖（植）酸的主要組成為褐腐酸(胡敏酸,HA)和黃腐酸(富裏酸,FA),通常占腐殖酸總量的600g/Kg左右。在一般土壤中(強酸性土壤的情況不同),這些腐殖酸通常大部分以金屬鹽的形態(tài)存在。二.腐殖酸的性質(zhì)1.元素組成主要由C、H、O、N、S、P等元素組成,含量最多的為C,此外還有少量的Ca、Mg、Fe、Si等;就腐殖質(zhì)整體來說,含C550-600g/Kg(習慣上以580g/Kg作為其平均數(shù),所以在計算土壤腐殖質(zhì)含量時,一般以土壤的有機C的百分數(shù)含量乘以100/58,即1.724作為其腐殖質(zhì)的含量)。含N約30-60g/Kg,平均為5.6,其C:N比平均為10-12:1。

2.含氧功能團和電性有多種含氧功能團,如羧基(-COOH),羰基(=C=O),甲氧基(-OCH3),醌基(=O)和醇羥基(-OH)等。表現(xiàn)出多種活性,如離子交換,對金屬離子的絡合的能力,氧化

還原性(多元酚

醌)以及生理活性(如6-60mg/kg的低濃度的胡敏酸鈉對植物根的形成有刺激作用,600mg/kg的高濃度則有抑制作用)等。在腐殖酸的表面上既帶負電又帶正電（屬於兩性膠體）,而通常以帶負電為主;電性的來源主要是分子表面的羥基和酚羥基的解離以及胺基的質(zhì)子化。由於羧基、酚羥基的解離和胺基質(zhì)子化的程度隨著周圍的H+濃度變化而變化,所以這些電荷的數(shù)量也隨著土壤pH值的變化而變化,屬可變電荷。由於其能帶電荷,且常以負電荷為主,所以它能吸附Ca、Mg、K等陽離子。

3.分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)非常複雜,屬高分子聚合物。核心為芳核結(jié)構(gòu),至於它們的形狀有人認為是球形的,有的認為是棒狀,也有報導說兩種結(jié)構(gòu)均有。4.溶解性、分散性與活動性

胡敏酸不溶於水,但它與K、Na、NH4+等形成的一價鹽類,可溶於水,而與Ca、Mg、Fe、Al等多價鹽基離子形成的鹽類,其溶解度就大大降低。富裏酸有相當大的水溶性,溶液的酸性較強,它和一價及二價金屬離子所形成的鹽類也能溶於水,故易造成養(yǎng)分的流失。在中性和鹼性條件下會發(fā)生沉澱。腐植酸的分散性與其分子大小有關,一般分子越小,分散性越強。富裏酸分子小,對電解質(zhì)的凝聚作用有較大的穩(wěn)定性,分散性強,對土壤結(jié)構(gòu)的形成作用不大。胡敏酸的分子大小不一,在紅壤中分子小,其活動性和分散性大,難於被電解質(zhì)凝聚,對土壤結(jié)構(gòu)形成的作用不大;在黑鈣土中胡敏酸分子較大,其活動性和分散性小,易於凝聚,能膠結(jié)土粒,從而形成糰粒結(jié)構(gòu)。5.穩(wěn)定性

腐植酸不同於土壤中動植物殘體的有機組分,它的化學穩(wěn)定性很強,對微生物分解的抵抗力較大,因此分解周轉(zhuǎn)需時較長。在溫帶條件下,一般植物殘體的半分解期不少於三個月,植物殘體新形成的土壤有機質(zhì)的半分解期為4.7-9年,而褐腐酸的平均停留時間為780-3000年,黃腐酸為200-630年,土壤中活性的腐殖質(zhì)或新形成不久的腐殖質(zhì),分解釋放養(yǎng)分的能力較強。6.胡敏素

它是腐殖質(zhì)中不能被提取的部分，是與粘土礦物牢固結(jié)合的腐殖物質(zhì)，是最不活潑的部分,難於分解,對土壤肥力的作用尚有待於研究。2.2.4土壤有機質(zhì)對土壤肥力、

植物生長的影響及其積累的途徑一.土壤有機質(zhì)對土壤肥力、植物生長的影響

二.土壤有機質(zhì)的累積途徑一.土壤有機質(zhì)對土壤肥力、植物生長的影響

1.提供作用需要的養(yǎng)分土壤有機質(zhì)不僅是一種穩(wěn)定而長效的N源物質(zhì),而且它幾乎含有作物和微生物所需要的各種營養(yǎng)元素。隨著有機質(zhì)的逐步礦化,這些養(yǎng)分都成為礦質(zhì)鹽類(如銨鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等),以一定的速率不斷地釋放出來,供作物和微生物利用。如前所述,腐殖物質(zhì)作為一個整體,其礦化的速率是很慢的,但其含N多的組分(如氨基酸與多肽等含N物質(zhì)),則礦化較易,N素礦化率可達40-60g/Kg,而成為作物N素的主要給源。此外,土壤有機質(zhì)在其分解過程中,還可產(chǎn)生多種有機酸(包括腐植酸本身),它們一方面對土壤礦質(zhì)部分有一定的溶解能力,促進風化,有利於某些養(yǎng)料的有效化,另一方面還能絡合一些多價金屬離子,使之保留於土壤溶液中,不至於沉澱從而增加了有效性。2.增強土壤的保肥性能腐殖物質(zhì)因帶有正負兩種電荷,故可吸附陰、陽離子;又因其所帶電性以負電荷為主,所以它吸附的離子主要是陽離子,其中作為養(yǎng)料的主要有K+、NH4+、Ca2+、Mg2+等等。這些離子一旦被吸附後,就可避免隨水流失,而且能隨時被根系附近的H+或其他陽離子交換出來,供作物吸收,仍不失其有效性。腐殖物質(zhì)保存陽離子養(yǎng)分的能力,要比礦質(zhì)膠體大許多倍甚至幾十倍,因此保肥力很弱的砂土,在增施有機肥以提高其腐殖質(zhì)含量後,不僅增多了土壤中養(yǎng)料的含量,改良了砂土的物理性質(zhì),還能提高其保肥能力。腐殖酸是一種含有許多酸性功能團的弱酸,故還能提高土壤對酸堿變化的緩衝性能。3.促進糰粒結(jié)構(gòu)的形成,改善物理性質(zhì)腐殖質(zhì)在土壤中主要以膠膜的形式包被在砂質(zhì)土粒的外表。由於它是一種膠體,粘結(jié)力比砂粒強,所以施用於砂土後,增加了砂土的粘性,可促進糰粒結(jié)構(gòu)的形成;另一方面又由於它鬆軟、絮狀、多孔,而粘結(jié)力又不象粘粒那樣強,所以粘粒被它包被後,容易形成散碎的糰粒,使土壤變得比較鬆軟而不再結(jié)成硬塊。這說明土壤有機質(zhì)既可改變砂土的分散結(jié)構(gòu)狀態(tài),又能改變粘土的堅韌大塊結(jié)構(gòu),從而使土壤的透水性、蓄水性以及通氣性都有所改善。另外腐殖質(zhì)對土壤熱狀況也有影響,這是由於其為暗褐色的物質(zhì),包被於土粒表面,只要有少量存在,就能明顯地加深土壤顏色,深色土壤吸熱升溫快,在同樣日照條件下,其土溫相對較高,從而有利於春播早發(fā)。4.其他方面的作用(1)由於土壤有機質(zhì)礦化率低,可以持久穩(wěn)定地向微生物提供能源(C),因此,含有機質(zhì)多的土壤,肥力平穩(wěn)而持久,保肥能力強。(2)有利於環(huán)境保護腐殖質(zhì)有助於消除土壤中的農(nóng)藥殘毒和重金屬的污染。據(jù)報導,胡敏素能吸收和溶解某些農(nóng)藥,如DDT,從而減輕對土壤、作物的危害。(3)一定濃度下,能促進微生物和植物的生理活性

a.能改變植物體內(nèi)的糖類代謝,促進還原糖積累,提高細胞滲透壓,從而增加了植物的抗旱能力。

b.能促進氧化酶活性,加速種子發(fā)芽和養(yǎng)分吸收過程,從而增加生長速度。

c.幾個到幾十個mg/Kg稀溶液的胡敏素,還可能加強植物的呼吸作用,增強細胞膜的透性,從而提高其對養(yǎng)分的吸收能力,並加速細胞分裂,增強根系發(fā)育。但必須指出腐殖質(zhì)在分解時也可能產(chǎn)生一些不利於植物生長或甚至有毒害的中間產(chǎn)物,特別是在嫌氣條件下,這種情況更易發(fā)生。常見者如一些脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)的積累,達到一定濃度會對植物有毒害作用?！?-1土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì)§5-2土壤的陽離子交換作用§5-3土壤中陰離子的交換吸附作用

§5-1土壤膠體的構(gòu)造和性質(zhì)一.土壤膠體的構(gòu)造

二.土壤膠體的帶電性

三.土壤膠體的分散和凝聚

一.土壤膠體的構(gòu)造土壤膠體是指那些大小在1-100nm(1nm=0.001μm,在)長、寬、高的三個方向上,至少有一個方向在此範圍內(nèi))的固體顆粒(有的認為200-500nm為上限,土壤分析上常把0.1-2微米以下的土粒視為膠體)。種類：礦質(zhì)膠體、有機膠體、有機無機複合體。形狀：大部分是層狀構(gòu)造(尤其是無機膠體)少量的為近園形(有機膠體)膠體分散系分膠核、雙電層、膠團間溶液三大部分。

(一)膠核:

是膠粒的內(nèi)層部分。它的成分由SiO2、Fe2O3、Al2O3、次生鋁矽酸鹽和腐殖質(zhì)等的分子團所組成。

(二)雙電層:

1.決定電位離子層(或雙電層內(nèi)層,又叫定位離子層)

2.補償離子層

膠核+雙電層=膠團

膠粒=膠團-擴散層

(三)膠團間溶液

二.土壤膠體的帶電性

(一)電荷種類1.永久電荷

2.可變電荷(二)電荷數(shù)量和密度1.土壤電荷數(shù)量2.土壤電荷密度

(一)電荷種類1.永久電荷

同晶替代:結(jié)晶礦物結(jié)構(gòu)中某種離子或原子,部分地被直徑大小和電價相近的其他離子或原子取代,但晶體結(jié)構(gòu)型式不變的現(xiàn)象,叫同晶替代或同晶置換。粘粒礦物的結(jié)構(gòu)單元為矽氧四面體和鋁氧八面體,其中的Al3+

Si4+Mg2+Al3+替代後,產(chǎn)生電荷不平衡,從而使粘粒表面表現(xiàn)出負電性。2.可變電荷⑴含水氧化矽(SiO2·H2O或H2SiO3)的解離⑵粘粒礦物的晶面上OH基中的H+的解離⑶腐殖質(zhì)上某些原子團的解離⑷含水氧化鐵和水鋁英石表面分子中OH-的解離

⑴含水氧化矽(SiO2·H2O或H2SiO3)的解離H2SiO3+OH-H2O+HSiO3-HSiO3-+OH-H2O+SiO32-

⑵粘粒礦物的晶面上OH基中的H+的解離

OHO-

OHO-+H+OHO-高嶺石組粘粒礦物的晶體表面含OH較多,所以這一機制對高嶺石類膠體電荷的產(chǎn)生是特別重要的。

⑶腐殖質(zhì)上某些原子團的解離

R-COOHR-COO-+H+R-OHR-O-+H+⑷含水氧化鐵和水鋁英石表面分子中OH-的解離Fe2(OH)3Fe(OH)2++OH-Al(OH)3Al(OH)2++OH-

從上面4種情況來看:土壤膠體所帶電荷的數(shù)量和性質(zhì)與介質(zhì)的pH關係密切。前三者只有在鹼性條件下才能發(fā)生,其電荷的數(shù)量隨著介質(zhì)pH值的提高而增加,對保肥有利;第4個反應只有在強酸性條件下才發(fā)生,pH值越低,所帶正電荷就越多,此種情況對土壤肥力是不利的,應採取措施改良。

(二)電荷數(shù)量和密度

1.土壤電荷數(shù)量(me/100g,毫克當量/100g幹土)2.土壤電荷密度1.土壤電荷數(shù)量影響因素:⑴土壤質(zhì)地土壤電荷總量80%集中在粘粒和膠粒部分,粒級在2微米以上的粉砂?；蛏傲?其所含電荷極少。不同粒徑土粒的負電荷數(shù)量土壤母質(zhì)（地點）負電荷數(shù)量<2μm2-10μm10-20μm20-100μm紅色黏土（廣西）18.42.41.31.4沖積土（福建）26.63.23.24.1紅色黏土（湖南）18.3痕跡痕跡痕跡⑵土壤膠體種類腐殖質(zhì):200-500(平均為350),高嶺石5-15,伊利石20-40,蒙脫石60-120,在一般土壤中,有機及無機膠體對土壤電荷的貢獻,一般礦質(zhì)土壤表層,由有機膠體提供占土壤20%,其餘為無機膠體提供,也就是說,對土壤電荷的貢獻,無機膠體是主要的。⑶土壤pH

土壤pH值的高低與膠核表面分子或原子團的解離有關,提高了土壤的pH值,可增加H+的解離,使土壤負電荷增多。2.土壤電荷密度土壤電荷數(shù)量土壤電荷密度=土壤表面積土壤pH上升,土壤電荷密度上升。三.土壤膠體的分散和凝聚膠體可以有兩種狀態(tài),一種是凝膠,一種是溶膠。由於土壤膠體大多是帶負電荷,因而相互排斥,不容易凝聚成為溶膠,促使膠體凝聚的因素很多,其中最重要的是電解質(zhì)作用。電解質(zhì)濃度越大,越能有效的使膠粒凝聚,另外與電解質(zhì)中異電性的離子價數(shù)有關,價數(shù)越高,越能有效的使膠體凝聚,而且一價陽離子所引起的凝聚是可逆的,而二價和三價陽離子所引起的凝聚是不可逆的,因為二價或三價陽離子凝聚力強,它們具有兩個以上的價鍵,可同時粘結(jié)在兩個膠粒上,使膠粒聯(lián)繫得緊密,使水分子不易滲入粒間孔隙而分散膠粒。§5-2土壤的陽離子交換作用一.土壤陽離子交換吸附的特點

二.土壤陽離子交換量(CEC)三.土壤鹽基飽和度(BSP)四.交換性陽離子的有效性及其影響因素一.土壤陽離子交換吸附的特點陽離子的交換吸附作用:

土壤中帶負電荷的膠粒吸附的陽離子和土壤溶液中的陽離子,以及不同膠粒上的陽離子,由於靜電引力和離子的熱運動而可互相交換。保肥過程供肥過程

陽離子交換吸附作用的主要特徵

1.陽離子交換吸附作用是一種可逆反應

2.陽離子交換作用按等當量進行

3.陽離子交換量受品質(zhì)作用定律支配

1.陽離子交換吸附作用是一種可逆反應這種可逆反應一般可迅速達成動態(tài)平衡,這個動態(tài)平衡可以不斷變化，從而建立新的平衡。這個原理，對農(nóng)業(yè)化學的實踐有很大意義。如根系從土壤溶液中吸收了陽離子養(yǎng)料，土壤溶液就可以獲得吸著在土壤膠體上的交換性陽離子養(yǎng)料的補充。又可以通過施肥及土壤管理措施恢復和提高土壤肥力。2.陽離子交換作用按等當量進行各種陽離子之間的交換是以離子價為根據(jù)的等當量交換。例如，以二價的Ca2+去交換Na+，一個克離子的Ca，可以交換兩個克離子的Na。也就是說40gCa2+（一個克離子的鈣重40g）,可以交換46gNa+（一個克離子的鈉重23克）。3.陽離子交換量受品質(zhì)作用定律支配陽離子交換反應是一個可逆反應。在平衡建立時，各生成物的克分子濃度乘積，除以各反應物的克分子濃度乘積所得的商，在溫度固定時是一個常數(shù)（平衡常數(shù)）。所以離子價較低，交換能力弱的陽離子，如果，提高了它的濃度，根據(jù)品質(zhì)作用定律，也可以交換離子價較高，吸附能力較強的陽離子。影響陽離子交換能力的因素

1.陽離子價數(shù)和水化半徑

2.陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì)

3.陪伴陰離子類型

1.陽離子價數(shù)和水化半徑不同價離子交換能力主要決定於化合價；價高交換能力大同價的陽離子交換能力主要決定於離子半徑和水化半徑；同價離子的水化半徑和離子半徑，水化半徑越小，其交換能力就越大。H+的交換能力小於三價而大於二價。離子半徑及水化半徑與離子交換能力的關係陽離子價數(shù)離子半徑(nm)水化半徑(nm)交換力次序NH410.1430.5377K10.1330.5326Mg20.0781.3305Ca20.1061.0004H1————3Al30.045——2Fe30.064——1上述順序是相對的，而不是絕對的，土壤膠體類型不同，交換點位置、大小不同，與不同離子的親和性不同，以及溶液的濃度不同，都可導致交換能力大小的變化，因此，嚴格地說，沒有一個統(tǒng)一的序能適應於任何一種土壤。2.陽離子的相對濃度及交換生成物的性質(zhì)離子交換受品質(zhì)作用定律支配，交換能力很弱的離子如果濃度是足夠大的情況下，可以交換吸附力很強而濃度又較小的離子。據(jù)此，我們可以用增加土壤中離子濃度的方法，來控制離子交換的方向，以培肥土壤，提高土壤的生產(chǎn)力。生成物的性質(zhì)亦影響著交換方向，如沉澱與否。3.陪伴陰離子類型

陽離子是以與陰離子結(jié)合的鹽的形式進入土壤溶液的，有些陰離子能被土壤專性吸附，從而使土壤負電荷增加，從而增加陽離子的吸附量。二.土壤陽離子交換量

(cationexchangecapacityCEC)定義：在一定pH值條件下，土壤或膠體物質(zhì)含有的交換性陽離子總量，單位每千克幹土或膠體物質(zhì)所含交換性陽離子的厘摩爾數(shù)cmol(+)/Kg影響因素主要有：1.土壤質(zhì)地質(zhì)地越粘重，含粘粒越多的土壤，其CEC?

2.土壤腐殖質(zhì)含腐殖質(zhì)越豐富的土壤其CEC?

3.無機膠體的種類同量膠體又因性質(zhì)及其構(gòu)造不同而有所區(qū)別，不同粘粒礦物的CEC見表4.土壤pH

pH值的高低，直接與土壤可變電荷的數(shù)量有關，在一般情況下，隨著pH值的增加，土壤可變電荷也增加，CEC也增加。礦物蒙脫石伊利石高嶺石含水氧化鐵鋁有機膠體Cmol(+)/Kg60-10020-403-15極微200-500平均803010——350三.土壤鹽基飽和度

(basesaturationpercentageBSP）吸附的陽離子可以分為兩類:H+和Al3+（致酸離子）其他金屬離子，如Ca2+、Mg2+、K+、NH4+、Na+等等，稱為鹽基離子。BSP即土壤膠體上交換性鹽基離子占交換性陽離子總量的百分率，交換性鹽基離子總量BSP(%)=CEC如果膠體上交換性陽離子絕大部分是鹽基離子（70-90%），即為鹽基飽和土壤，否則就叫鹽基不飽和土壤。鹽基飽和土壤具有中性或鹼性反應，而鹽基不飽和土壤則為酸性土壤。四.交換性陽離子的有效性及其影響因素被吸附離子被植物吸收方式：⑴交換性鹽基首先被土壤溶液中H+交換到溶液中來，然後由植物吸收⑵植物的根毛（帶負電荷）直接和土壤膠體接觸交換被吸附的陽離子的有效度是否一樣的呢？影響交換性陽離子有效度的因素主要有：1.鹽基飽和度

2.陪補離子的種類

3.無機膠體種類4.離子半徑大小與晶格孔穴大小的關係

1.鹽基飽和度交換性陽離子的有效度？

該離子的絕對量該離子的飽和度膠體上某種陽離子占整個陽離子交換量的百分數(shù)，即該離子的飽和度。存在臨界飽和度（大、?。┠囊粋€土壤鈣離子有效性大？

土壤CEC(me/100g土)交換性Ca量(me/100g土)交換性Ca飽和度甲8675%乙301033%在施肥上為什麼要集中施肥？如同樣的化肥，同時施入砂質(zhì)土和粘質(zhì)土中，哪一個土壤見效快？

？2.陪補離子的種類

土壤膠體上同時存在著各種離子，對某一指定離子來說，其他同時存在的離子都稱為陪伴離子，又叫陪伴離子、互補離子。一般說來，凡是與土壤膠體結(jié)合強度大的離子，其本身有效性低。Na、K、Ca：Na、K：Na抑制K的有效性，K提高Na的有效性；K、Ca：K抑制Ca的有效性，Ca提高K的有效性。各種離子相互抑制的能力有下列順序：

Na>K>Mg>Ca>H>Al3.無機膠體種類

粘粒礦物類型與交換性陽離子活度的關係

粘粒礦物陽離子活度系數(shù)Na+K+NH4+H+Ca2+

高嶺石0.340.330.250.0080.080蒙脫石0.210.250.180.0590.020水雲(yún)母0.100.130.120.0360.0404.離子半徑大小與晶格孔穴大小的關係

粘粒礦物的孔穴直徑2.80?鉀離子的直徑2.66?NH4+的直徑2.86?蒙脫石表面矽氧四面體數(shù)量多→孔穴多→這種晶孔固定作用強?！?-3土壤中陰離子的交換吸附作用一.土壤中陰離子的非專性吸附

二.土壤中陰離子的專性吸附

三.土壤陰離子交換吸附力

四.土壤中陰離子的負吸附

一.土壤中陰離子的非專性吸附帶正電荷的膠粒因靜電引力吸附陰離子於雙電層的外層（擴散層）作為平衡離子，稱為非專性吸附。進行非專性吸附的陰離子主要是NO3-、Cl-其次為SO42-（易轉(zhuǎn)化為專性吸附）。二.土壤中陰離子的專性吸附某些含氧酸的陰離子（如H2PO4-、H3SiO4-、HMoO4-）以及F-能置換膠體表面與金屬陽離子配位的配位基，並與金屬陽離子以化學鍵相結(jié)合，稱為專性吸附。三.土壤陰離子交換吸附力土壤中的陰離子，依其被吸附的能力大小可分為三類；1、易被土壤吸附的陰離子

2、吸附作用很弱或進行負吸附的離子

3、中間類型的離子

1、易被土壤吸附的陰離子最重要的是磷酸根離子（H2PO4-、HPO42-、PO43-），其次是矽酸根離子（HSiO3-、SiO32-）及某些有機酸根（如C2O42-）。這一類的陰離子常和陽離子進行化學反應，產(chǎn)生難溶化合物而被固定在土壤中，即所謂化學固定作用。2、吸附作用很弱或進行負吸附的離子如Cl-、NO3-、NO2-，這類陰離子在溶液中的濃度往往超過它們在固體與溶液介面上的濃度，即負吸附現(xiàn)象。負吸附：距帶負電荷的膠體表面越近，陰離子數(shù)量越少的現(xiàn)象。3、中間類型的離子如SO42-、CO32-，它們所表現(xiàn)出來的吸附作用強弱，介於上述兩類之間。據(jù)測定，各種陰離子被土壤吸附的次序如下；

F->草酸根>檸檬酸根>H2PO4->HCO3->H2BO3->CH3COO->SCN->SO42->Cl->NO3-在這個次序中，特別是要引起我們注意的是：磷酸根很易被固定，而NO3-很易流失。§6-1土壤溶液1.土壤溶液的成分和濃度

2.土壤溶液的動態(tài)變化

1.土壤溶液的成分和濃度①無機可溶鹽:②可溶性有機物:③溶解的氣體:④膠體微粒土壤溶液的濃度一般3-6g/L即能維持大多數(shù)作物生長良好。2.土壤溶液的動態(tài)變化土壤溶液的組成土壤溶液的濃度§6-2土壤的酸堿反應

我國土壤的酸鹼性反應,大多數(shù)在pH4.5-8.5,地理分佈上有南酸北堿的規(guī)律性(更確切地說是東南酸西北堿),大致以長江為界,長江以南的土壤為酸性或強酸性,長