土壤学Word格式.docx
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CO2溶解于水产生碳酸对岩石矿物产生作用
作用结果:
使岩石产生碎屑并进一步分解转化为相当于0.01mm的粘粒;
使岩石矿物改变成分,生成新的物质;
产生可溶性盐类。
生物风化:
岩石受生物有机体作用所进行的机械破碎和化学作用。
直接作用:
微生物直接分解岩石矿物质;
高等植物根系的穿插作用;
穴居动物对岩石的直接挖掘破碎作用;
人类的生产活动。
间接作用:
生命活动产生CO2溶解于水成碳酸和产生的各种有机酸对岩石产生化学风化
成土母质的特性(与岩石和土壤的对比)
比较项目
岩石
成土母质★
土壤
物质性状
坚硬,大块
酥松,碎屑
以粘粒为主的酥松土体
通透性
无通水透气性
有一定通水透气性
具有强通水透气性
水分状况
无保水能力
保水能力弱
保水能力强
养分状况
不含植物生长可利用的养分
有一定量植物可利用养分(且不含氮素)
有各种植物可利用矿质养分
保肥能力
无
弱
强
成土母质的类型
分布
特性
肥力状况
残积物质
没有经过位置移动,在原地未动
山区,丘陵区
层次薄,颗粒较粗
低
坡积物
有位移,但距离不远
山坡平缓处,低坳处
层次较厚,颗粒粗细不一
较高
冲积物
经流水长距离搬运,在其他地方堆积
河流出海口三角洲,河漫滩
成层性,成带性,质地细
高
洪积物
被山洪暴力搬运至山谷
山前平缓地带,成扇状
石块多
湖积物
湖泊四周
层次厚,质地细
海积物
滨海区
粗细不一
肥力不一
红土母质
第四纪以来形成的木质
华南丘陵区
肥力低,酸性强
三,土壤的形成
自然成土因素在土壤形成过程中的作用
1,母质作用:
土壤的“骨架(矿物质)”来源于成土母质;
母质的特性影响土壤的物理特性;
母质的特性影响土壤的肥力特性。
2,气候作用:
温度作用
湿度作用
3,地形作用:
不同地海拔高度和坡度导致水热的重新分配导致实现的地形小气候
水力重新分配:
位置高,土层薄,颗粒粗,肥力低;
反之土层厚,颗粒细,肥力高
地形温度不同:
地形越高,温度越低;
南坡接受阳光多,温度高,北坡低。
坡度大小影响:
坡度越大,径流冲刷能力越高,土层越薄,颗粒越大,肥力越低。
4,生物作用:
植物:
土壤有机质的主要来源;
选择吸收性。
微生物:
土壤中生物化学过程的催化剂;
直接分解矿物质。
动物:
物理破坏,如穿山甲打洞等
5,时间作用:
人为因素在成土过程中的作用
可使自然环境发生深刻变化:
大范围,高程度破坏,保护,改造
可改变原状土体的肥力条件
可定向培养土壤
时间迅速
成土过程作用实质
是物质的地质大循环和生物小循环矛盾统一的结果,其中,生物起主导作用。
生物主导作用:
使土壤有了氮素;
使土壤有了有机物;
使植物营养元素富集。
第二章:
土壤生态系统组成
土壤矿物质
组成:
原生矿物:
岩石风化过程中,结构和化学组成没有发生改变,只发生机械破碎作用而-残留于土壤中的矿物。
常见原生矿物:
石英SiO2,
长石:
正长石KAlSi3O8,
钠长石NaAlSi3O8,
斜长石CaAl2Si2O8,
云母,辉石,角闪石,橄榄石,黄铁矿等
次生矿物:
原生矿物在风化过程中逐步改变其结构、性质、成分而生成的新矿物。
种类:
高岭石类,蒙脱石类,水化云母类。
(均属于硅铝酸盐类矿物)
共同特征:
颗粒细小,胶体性质,离子吸收性,可塑性,胀缩性,黏着性,黏结性。
硅铝酸盐类粘土矿物结构:
基本结构:
硅氧四面体,铝氧八面体
单位晶片:
硅氧四面体片,铝氧八面体片
晶层单位:
1:
1型,2:
1型,(四面体片和八面体片相隔叠加)
同晶替代作用:
组成矿物的中心原子被不同电荷、大小相近的不同原子所替代,而晶格
硅铝酸盐粘土性质的比较
结构
颗粒大小
分布地带
吸收阳离子能力,保肥能力和胀缩性
高岭土,高岭石
1型
0.1~5.0微米
华南地区
三性均弱
蒙脱石
2:
0.25~1.0微米
东北,华北,西北
三性均强
水化云母
1.0~2.0微米
西北,华北黄土。
华南紫色土。
三性均中等
三氧化物类性质:
分布于华南地区
阳离子吸收能力弱
保肥能力弱
粘性大,胀缩性强
土壤颗粒分级
土粒:
土壤中各种大小不同的单粒。
粒级(粒组):
把大小相近,性质相似的土粒划分为一组,所得的各组成为粒级(粒组)。
各分类制的土粒分级
分类制
分类方式
国际制
石砾,砂,粉砂,粘粒。
四级分类
苏联制
直径0.01mm为分界点,两级分类为物理性砂粒和粘粒
美国制
中国制
各粒级的性质
粒级
大小
组成
保水能力
养分
石砾
大于1mm
岩石碎片
少
砂
0.02~1mm
原生矿物
较强
较弱
较少
粉砂
0.002~0.02mm
部分原生,部分次生矿物
较多
粘粒
小于0.002
次生矿物
多
硅铝率:
二氧化硅与三氧化物的分子比率,即,硅铝率=【SiO2分子数/(Fe2O3+Al2O3)】*100%
测定意义:
了解土壤的熟化程度(硅铝率越低,熟化程度越高,肥力越低)
了解土壤大致的物质组成
土壤质地及分级
土壤质地(土壤机械组成):
土壤中各种粒级土壤含量的百分组成或搭配比例。
土壤质地分类
分级制
分类方法
分类
三级分类(四类十二级)
砂土,壤土,粘壤土,粘土
两级分类(三类六级)
砂土(砂土,砂壤土),壤土(轻壤,中壤,重壤),粘土
三级分类(三类十一级)
砂粒,粗粉砂粒,粘粒
手测土壤质地
方法:
手握少于土壤,加水湿润,手搓
标准:
若不能搓成条,则为砂土;
若能搓成短粗条,则为砂壤土;
若能搓成条后易断裂,则为轻壤土;
若能搓成完整细条,弯曲后易断裂,则为中壤土;
若能搓成短细条,弯曲成圈后有裂纹,则为重壤土;
若能搓成短细条,弯曲成圈后无裂纹,则为粘土。
土壤质地性质的比较
粘性
耕性
保肥,供肥力
通水透气性
热容量
胀缩性
砂质土
<20%
差
保肥弱,供肥强
易漏水漏肥
热容量小,易升温
壤质土
20%~60%
中
好
均适中
粘质土
>60%
保肥强,供肥弱
热容量大,难升温
土壤质地的改良
掺砂改粘土,入泥改砂土
土壤微生物:
生存于土壤中,肉眼不可见,需要借助显微镜才能看见的微小生物
土壤生物:
依赖于土壤而生存于土壤中的各种生物
微生物区系
微动物区系
动物区系
土壤微生物分类:
细菌放线菌真菌藻类病毒
细菌:
单细胞微生物
按营养方式分成两大类:
无机营养型(自养型):
不消耗土壤有机质。
(少数)
有机营养型(异养型):
消耗土壤有机质。
(多数)
按对氧气需求分成三大类:
好气性:
生存环境中必须要有氧气
嫌气性:
生存环境中不需要氧气
兼气性:
对生存环境中氧气不作要求
放线菌:
数量仅次于细菌
占土壤微生物总量的20%~30%
多数属于好气性。
耐干旱,适应中性和微碱性土壤条件
真菌:
数量小,个体大
适应于通气条件好的土壤
耐酸性
是许多植物病害的病原菌
藻类:
数量少,主要有蓝藻,绿藻,硅藻,裸藻。
蓝藻,绿藻可进行光合作用,能固氮
土壤病毒:
个体非常细小
微生物致病病毒
植物致病病毒
动物致病病毒
微生物对土壤肥力的作用
在土壤有机质周转中的作用:
把复杂的有机物变成简单的无机物,是土壤有效肥力的释放过程
合成复杂的高分子有机物——腐殖质
释放矿质营养元素
固氮作用:
共生固氮:
豆科植物根瘤菌
自生固氮:
自身即可固氮又可进行光合作用
转化化学肥料:
尿素等
提供土壤热能
影响土壤微生物活性的因素:
氧气:
土壤通气性良好,利于微生物生命活动
温度:
土壤温度最适范围20~30℃
水分:
土壤含水量在饱和的60%~70%左右最好
养分:
微生物对养分的需求与其他生物一样
土壤酸碱度:
细菌适于中性
放线菌适于中性到微碱性
真菌适于酸性
土壤微生物在土壤中的分布特点
多数分布于土壤颗粒表面:
土壤颗粒表面有氧,内部缺氧
植物根际微生物种类繁多,数量大:
根细胞分泌的有机物适宜生物生命活动所需
具有土壤表层多,底层少的垂直分布特点:
土壤表层氧气多,养分多
土壤有机质
土壤有机质的来源。
土壤有机质的形态
植物枯枝落叶和残体。
未分解的动、植物残体
动物和微生物的遗体。
半分解的动、植物残体和中间产物
人为施用有机物。
彻底分解后再重新形成的特殊物质——腐殖质
土壤有机质的组成和性质
非腐殖物质的组成和性质
糖类化合物:
占非腐殖物质总量的80~90%
单糖类,有机酸,多糖类
油脂类
含氮化合物:
占土壤有机质总量的5~8%
氨基酸,蛋白质,多肽
核酸,杂环态氮
含磷化合物:
核酸,磷脂,植酸,肌醇磷
含硫化合物:
某些氨基酸
腐殖质的化学组成
土壤➡️0.1%NaOH浸提,过滤➡️黑色残余物(胡敏素)
⬇️
黑色溶液
⬇
黑色残余物⬅酸化,过滤➡️黄色溶液
(胡敏酸)。
(富啡酸或富里酸)
腐殖质的性质
胡敏素
富里酸
分子量
大
小
元素组成
C,H,O,N,S,P等
相同
功能团
羧基,羟基,酚羟基
颜色
棕色~黑色
黄色或淡棕色
pH
3.0~3.5
2.6~3.0
溶解性
不溶于酸或碱
溶于酸与碱
阳离子代换量
大
小
分解矿物能力
活性
土壤有机物的转化过程
土壤有机物矿质化过程
矿质化:
在微生物作用下土壤中复杂的有机物分解为简单的无机盐,CO2,H2O。
糖类的转化:
单糖,多糖,淀粉,纤维素,脂肪
含N化合物的转化:
水解作用:
蛋白质➡️多肽➡️氨基酸
氨化作用:
概念:
是指氨基酸在氨化细菌作用下转化释放出NH3的作用。
方式:
水解,氧化,还原
硝化作用:
土壤中的铵态氮在硝化细菌作用下转化成硝态氮的作用。
条件:
有氧条件
反硝化作用:
土壤中的硝态氮在反硝化细菌的作用下被还原成N2损失--掉的过程的作用。
严格缺氧
含P化合物的转化:
核酸➡️(微生物作用下)➡H3PO4➡️H2PO4-
土壤有机质的腐化过程
指土壤有机质在微生物作用下,分解产生各种中间产物再合成腐殖质的作用。
腐殖质形成过程:
原料形成阶段:
原有机质➡各种中间产物:
芳香族化合物:
多元酚
含N化合物
糖类化合物
腐殖质形成阶段
影响土壤有机质转化的因素
●有机残体的组成:
从物质组成上看:
易分解的:
糖,有机酸,淀粉
较易分解的:
纤维素,蛋白质
难分解的:
木质素,腊质,单宁
从植物种类看:
豆科➡️草本➡️木本(分解难度依次上升)
从植物生育期看:
花期易分解
●有机质的C/N比值:
越小越有利于矿质化:
花生C/N=20:
1
稻草C/N=80:
●微生物数量与种类:
数量越多越有利于矿质化
有水缺氧条件下有利于腐质化,不利于矿质化
●土壤pH值:
中性或接近于中性条件既有利于矿质化有利于腐质化。
●土壤中的水:
适中为好
气:
通气良好利于转化
热:
一定范围内,温度高有利于转化
有机质在土壤肥力中的作用
能提供植物生长所需要的各种营养元素
能促进土壤团粒结构的形成
能提高土壤保水保肥,缓冲能力
能改善土壤物理机械性
利于土壤吸热增温
土壤胶体
胶核主要包括:
硅酸,粘土矿物,氢氧化铝,氢氧化铁,腐殖质
土壤胶体基本构造
胶核:
双电层:
决定电位离子层(内层)
非活性离子补偿层(外层):
扩散层
非活性离子层
核)决)补
土壤胶体种类:
无机胶体:
含水氧化硅(负胶体):
H2SiO3)HSiO3-)H+
硅铝酸盐,粘土矿物(负胶体):
硅铝酸盐、粘土矿物)O-)H+
含水氧化铁、铝:
酸溶液(正胶体):
Fe(OH)3)Fe(OH)2+)Cl-
Al(OH)3)Al(OH)2+)Cl-
碱溶液(负胶体):
Fe(OH)3)O-)H+
Al(OH)3)O-)H+
有机胶体(负胶体):
有机物质)COO-、O-)H+
有机无机复合胶体:
土壤胶体的特性
具有巨大的表面能:
产生:
胶体表面分子受力不均匀导致能量的扩散
大小:
土壤胶体的比表面能很大
带电性
分散性:
带同性电荷的胶粒相互排斥
凝聚性:
当施加外力一定程度克服静电力缩短胶粒之间的距离,使万有引力作用大于静电力。
(如加热使胶粒动能增大,加入电解质)
土壤的基本性质
土壤吸收性能
土壤能够吸收与保持各种离子、分子、气体与粗悬浮物的能力。
土壤吸收性能的类型:
机械吸收:
指土壤能够机械地截留进入土体并比土壤孔隙大的颗粒的能力。
物理吸收:
由于土粒表面能引起的能够把分子态的物质吸附在土粒表面的作用。
物化吸收:
由于土壤胶体电荷引起的通过代换吸收带有相反电荷的离子的作用。
化学吸收:
土壤中可溶性物质因化学反应生成难容性物质的作用。
生物吸收:
土壤微生物、植物把养分吸收固定在其体内。
u
土壤阳离子养分的代换吸收作用规律
作用机制:
(土壤胶体颗粒)H++Ca2++3NH4Cl⇆3NH4++HCl+CaCl2(土壤胶体颗粒)
阳离子代换吸收特征:
可逆反应
等当量作用(以离子价为基础进行等电荷交换)
阳离子的代换能力:
电荷价数:
三价>二价>一价
离子半径与离子水化半径:
离子半径越大,表面电荷密度越小,水化能力越-弱,水化后离子半径越小,代换能力越强
(土壤离子代换能力排序:
Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+)
受离子浓度支配:
浓度越大,代换能力越强
土壤阳离子代换量:
指每公斤土壤能够吸收全部一价代换阳离子的最大厘摩尔数(单位cmol/kg)
与土壤保肥能力的关系:
成正相关关系
>20cmol/kg保肥能力强
10~20中等
<10cmol/kg保肥能力弱
土壤质地:
粘土———大
有机质含量:
大———大
无机胶体种类:
1型———大
土壤pH:
高———大
盐基饱和度
土壤中盐基离子占全部土壤代换性阳离子的百分率。
盐基离子元素:
K,Na,Ca,Mg
非盐基离子元素:
H,Al
气候
母质
施肥
土壤阴离子代换吸收
特征:
受离子浓度支配
没有严格的等当量作用(往往伴随化学反应的发生)
常见阴离子代换能力排序:
草酸根>柠檬酸根>磷酸根>碳酸氢根>硫酸根>氯根>硝酸根
土壤代换吸收性能的作用与调节
作用:
保持和供给作物养分
利用土壤吸收性能合理:
因土施肥(代换量小的土壤,少量多次施肥)
因养分代换能力施肥(水田不宜施用NO3-)
因肥料种类施肥(尽可能集中施用)
调节:
增施有机肥
入泥改土
调节土壤pH值(酸性土施用石灰)
土壤酸碱性
土壤酸度类型与来源:
活性酸:
直接扩散与土壤溶液H+所表现出的酸度,用pH表示。
来源:
CO2,有机酸,无机酸,活性Al3+,
酸碱性分级:
极强酸性(pH<4)。
极强碱(>9.5)
强酸(pH4.5~5.5)强碱(8.5~9.5)
酸(5.5~6.0)碱(7.5~8.5)
弱酸(6.0~6.5)中性(6.5~7.0)弱碱(7.0~7.5)
潜性酸:
由于土壤的吸附性H+和Al3+被代换出来所显示的酸度
代换性酸:
用过量的中性盐(1molKCl)溶液浸提土壤,代换出H+和Al3+所显示的酸度。
机制:
H++Al3++4KCl⇆4K++HCl+AlCl3
H+和Al3+的比例:
表示方法:
cmol/kg
水解性酸:
用弱酸强碱盐(NaAc)溶液浸提土壤,H+和Al3+被全部代换出来所显示的酸度
第一步:
NaAc+H2O→HAc+NaOH
第二步:
H++Al3++4NaOH→4Na++H2O+Al(OH)3↓
活性酸和潜性酸的关系:
潜性酸含量是活性酸的几千甚至十万倍
土壤碱度:
由于土壤的OH-现实的碱性强弱程度
土壤中弱酸强碱盐的水解:
CO32+,HCO3+的K,Na,Ca,Mg盐类
代换性碱金属和碱土金属离子:
Na++H2O⇆H++NaOH
影响土壤酸碱性的因素
气候:
高温多雨地区,形成酸性土
地形:
位置越高,形成土壤越酸
成土母岩:
基性岩形成的土壤pH值高
生物:
生命活动产生的CO2使土壤变酸
施用有机肥:
数量越多,土壤越酸
土壤内在因素:
盐基饱和度越低,土壤越酸
人为耕作:
施肥:
施用碱性肥料(草木灰,石灰),土壤pH提高;
施用生理酸性肥料,使土壤变酸;
淹水:
土壤缓冲性
指土壤具有缓和酸碱激烈变化的能力
产生原因:
代换性阳离子的缓冲作用:
对酸:
K+(Ca2+)+HCl⇆H++KCl(CaCl2)
对碱:
H++NaOH→Na++H2O
弱酸及其盐的缓冲作用:
弱酸:
H2CO3+Ca(OH)2→CaCO3+H2O
弱酸盐:
Na2CO3+HCl→Na++H2O+CO2+Cl-
有机酸缓冲作用:
氨基酸:
氨基起作用,相当于碱
对碱:
羧基起作用,中和OH-
土壤酸碱性对植物生长的影响
对土壤养分有效性:
在中性或接近中性条件下,大多数养分有效性高。
对作物生长的影响:
多数作物最适中性或接近中性土壤条件。
土壤酸碱性的调节
对酸改良:
洒石灰(针对土壤潜性酸计算施用量):
H++Al3++Ca(OH)2→Al(OH)3+H2O+Ca2+
对碱改良:
硫磺、石膏(CaSO4):
Na++CaSO4⇆NaSO4+Ca2+
土壤的物理性状
土壤孔隙性:
土壤比重:
单位体积土壤固体部分(不包括土壤孔隙)的干重量,一般为2.65g/cm3
主要影响因素:
有机质含量越高,比重越小
土壤容重:
单位体积土体的干重量(包括孔隙,孔隙大概占50%)。
一般为1.2~1.5g/cm3
影响因素:
砂土虽然空隙大,但砂粒内部无空隙,容重大
粘土颗粒细小,使得整片粘土小孔隙特别多,容重反而小
结构:
良好—容重小
有机质:
含量越高,容重越小
松紧状况:
土壤孔隙度:
土壤孔隙容积占土体总容积的百分率
测定法:
间接测定法,土壤孔隙度=1-容重/比重
土壤孔隙类别和性能:
土壤孔隙类别
直径
所持水分状况
对植物有效性
非活性孔
小于0.001mm
不能自由移动,对植物无效
直径小于根毛,根系无法生长其中
毛管孔
0.001~0.06mm
能自由移动,能被植物根吸收
植物根系能在其中生长
通气孔
大于0.06mm
对水分没有保持能力
植物生长所需氧气的通道
土壤孔隙性的评价:
总孔隙度
上下分布
孔隙类型比例
良好孔隙
50%
上虚:
利于水、气交换
下实:
利于保水保肥
毛管孔:
非毛管孔=2:
土壤结构:
土粒的排列组合形式,包括土壤结构体和土壤结构性。
土壤结构体:
指分散的土壤单粒经胶结,凝聚,粘结而形成大小、形状不同的土团。
土壤结构体
直径(cm)
团粒结构
0.25~1.00
有机,无机胶体
土壤耕作层
核状结构
1.00~3.00
无机胶体
块状结构
大于3.00
柱状与棱柱状结构
底土
片状结构
犁底层
土壤结构对对土壤肥力的影响
对水,气的影响
对热状况的影响
对于土壤养分的影响
对土壤根系的影响
具有良好结构的土壤(以团粒结构为主)
具有良好的保水,供水能力与水气协调
土温变化小,冷暖适中
具有平稳的供肥力:
1,土壤肥力高(有机质含量高)
2,结构体之间是通气孔
3,结构体内部缺氧
4,有机质矿质化按一定速率由表及里进行
土壤耕性好
良好土壤结构的培育:
合理耕作(选择适当含水量时耕作)
合理轮作与间套作:
轮作豆科作物利于土壤结构的形成
种植多年生作物利于土壤结构的培育
复种指数高不利于土壤结构培育
可改善土壤结构性
地面覆盖:
起保护土壤结构的作用
土壤层次性:
不同质地或结构类型在土体中层次排列组合关系
土壤质地层次性类型:
上砂下粘型(理想的土壤层次性)
上粘下砂型(层次性差)
上下均匀型(层次性差)
夹层型(容易趋于前两类)
土壤的物理机械性和耕性
土壤物理机械性:
土壤受
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- 土壤学