《土壤地理学》总复习研究与学习

《土壤地理学》重点知识按照单元进行总结，方便总结概括内容。（版本基于高等教育出版社出版的土壤地理学一书第三版）

土壤1

土壤组成

第二章 固相

矿物质

占固相95％~98％

原生矿物

概念

直接来源于母质的矿物，是经过不同物理风化而未改变其原来化学组成和结晶构造

特点

以硅酸盐和硅铝酸盐为主

原生矿物类型和数量决定矿物稳定性

因素

土壤母岩和母质的成因类型

土壤成土的环境条件

矿物的抗风化能力

土壤原生矿物

硅酸盐和硅铝酸盐类

氧化物类

硫化物类

磷酸盐类

次生矿物

概念

不稳定原生矿物经化学风化和成土过程重新形成的新矿物，其化学组成和构造都不同于原来的原生矿物

特点

有粒径小于2μm，具有活动晶格，有强烈吸附交换性能

形成途径

在原生矿物分解过程中，因晶体结构尚未完全解体而降解的矿物；原生矿物晶体结构彻底分解后，某些分解产物再重新合成，再结晶形成新的此生矿物

（主要）化学风化

溶解

水化

水解

①脱盐基阶段 ②脱硅阶段 ③富铝化阶段

土壤次生矿物

次生硅铝酸盐类

伊利石类（2:1非膨胀型）

包括：水云母 伊利石

主要存在于我国北方干旱区土壤中，钾素丰富，雨量大，淋溶强的土壤中少。

Saf值：4

特点：膨胀性有限，有同晶替代

蒙脱石类矿物（2:1膨胀型）

包括：蒙脱石 拜来石 蛭石

东北黑钙土和和华北栗钙土中含量较多，华北的褐士和西北的灰钙土中也有

Saf值：4

特点

胀缩性 可塑性 普遍有同晶替代现象

高岭石类矿物（1:1型）

包括；高岭石 埃洛石

热带亚热带湿润地区

Saf值：2

用硅铁铝率来表示母质风化程度的度量指标，是指土壤母质中二氧化硅与氧化铁和氧化铝分子含量的比值（SiO2/（Fe2O3+Al2O3））

特点

非膨胀性-较强氢键相连，水化不膨胀

电荷数量少

胶体特性较弱

粘结 粘着 可塑 吸湿性较弱

踩沙子不粘（自身结构稳定，对外面吸附性较弱）

绿泥石（2:1:1）/（2：2型）

基本结构单位

硅氧四面体

硅氧片

铝氧八面体

铝氧片

晶层

晶体颗粒

层状硅酸盐矿物

次生氧化物类

原生矿物脱盐基 脱硅 水解形成

概念

地表环境下形成的并能长期稳定存在氧化物类矿物，主要由原生矿物脱盐基、水解和脱硅形成

主要包括

二氧化硅

蛋白石（SiO2·nH2O)火山灰土壤

可作为古土壤埋藏表层的指示性矿物

氧化铝

三水铝石：热带亚热带高度风化酸性土壤

脱硅作用与脱铝作用标志

一水铝石

水铝英石

火山灰土壤主要粘土矿物， 温带半湿润 湿润地区 热带地区玄武岩和火山灰的幼年土壤中

氧化铁

针铁矿（αFeOOH)热带亚热带湿润土壤

赤铁矿（αFe2O3)

氧化锰

共同特点：1.对土壤颜色主要作用

简单盐类

概念

由原生矿物脱盐基过程或土壤溶液中易溶盐离子析出而形成

存在环境

干旱、半干旱区/大陆性季风区

主要包括

碳酸盐

重碳酸盐

硫酸盐

氯化物

黏土矿物

分布规律

①水云母区一 以水云母（伊利石）为主，蒙脱石和绿泥石为辅的区域 新疆、内蒙古高原西部、柴达木盆地、青藏高原大部 ②水云母——蒙脱石区，土壤黏粒中蒙脱石最多 内蒙古高原东部，大小兴安岭、长白山山地、东北平原大部 ③水云母——蛭石区，绿泥石、蒙脱石、蛭石有不同程度分布 青藏高原东南边缘山地，黄土高原、华北平原 ④水云母——蛭石—-高岭石区 我国北亚热带湿润区，秦岭山地、长江中下游 （⑤蛭石——高岭区） 浙、闽、湘、赣大部，粤、桂北部 ⑥高岭石——水云母区，土壤黏粒云母退居次要，蛭石和高岭石为主 四川盆地、云贵高原、喜马拉雅山东南端 ⑦高岭石区，以高岭石为主 贵州南部、闽粤东南沿海、南海诸岛、台湾

同晶替代

指组成矿物的中心例子被电性相同、大小相近的例子所替代而晶格结构保持不变的现象

使土壤中带永久电荷，能吸附土壤中带相反电荷的离子，提高土壤的保肥能力

有机质

以各种形态和状态 存在于土壤中的含 碳有机化合物

一、组成

非特异性土壤有机质

来源

土壤动物

土壤微生物

土壤腐殖质/土壤特异有机质

占有机质50%～65%

概念

分子结构复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定形胶体物 土壤微生物利用植物残体及其分解产物重新合成的一类有机高分子化合物

按照腐殖质在不 同溶剂中的溶解性

胡敏酸

溶于碱 不溶于酸和酒精 酸性弱，芳香结构体为其结构基础

有较强凝聚力，对于土壤团粒结构形成具有重要作用

富里酸

溶于酸和碱 C/N比比胡敏酸低

酸性强，对于土壤矿物质有较强分解作用 形成可溶性盐类，有促进风化作用

棕腐酸

胡敏素

性质

①碳水化合物

②氨基酸等含氮物质

③芳香族化合物，以及含氧官能团

④芳香族化合物被视为腐殖质组成核心，腐殖质是具有芳香族结构的特殊高分子有机化合物

二、分解与转化

分解

活性库—易分解

微生物生物量有机质

微粒有机质—易分解

非腐殖质—富啡酸 多糖

惰性库

腐殖质

胡敏酸

胡敏素

缓效库

微粒有机质—不易分解

转化

矿化过程

土壤动植物残体以及土壤腐殖质在微生 物作用下首先分解为简单有机化合物， 最终被彻底分解为无机化合物

矿化率

因矿化消耗有机物占土壤有机质总量百分数 作为土壤矿化快慢指标

之前堆积的腐殖质物质转化成简单有机物供植物所需

分类

碳水化合物

分解速度：己糖＞淀粉＞半纤维素＞纤维素＞脂肪＞木质素

过程：多糖→单糖→

CO2+H2O+heat好气条件

南方田地排放甲烷（水多，通气性差） 北方田地吸收甲烷

有机酸——heat(少)半嫌气条件

光合作用

CH4、H2、H2S+heat(极少)嫌气条件

化能合成作用

含氮化合物

结果：空气不足产生亚硝酸根（和血液Fe结合，致癌） 韭菜 芹菜易产生亚硝酸根（和地面分离/放隔夜）

种类

蛋白质类型

非蛋白质类型：几丁质 尿素和叶绿素

含磷化合物

土壤表层26—50%以有机磷形式存在，最终在腐生性微生物作用下分解产生正磷酸及其盐类，供植物利用

产生

正磷酸

好气条件

偏磷酸 次磷酸

嫌气条件

H3P 无色 高毒 鱼腥臭气体 易燃的储存于钢瓶中的气体 （生物尸体中多，白天也有看不到，夏天易自燃产生鬼火）

含硫化合物

经微生物腐解作用产生硫化氢，通气良好条件下，进一步氧化形成硫酸，和土壤中盐基l离子生成硫酸盐

转化过程：含硫有机物 （如含硫蛋白质 胱氨酸等）

微生物 腐解作用

硫化氢

氧化 作用

硫酸

和土壤中 盐基离子结合

硫酸盐

结果

正硫酸盐HSO4- SO4-好气条件

正硫酸盐H2S（黑根 毒害）嫌气条件

腐殖化过程

概念

微生物主导合成 原动植物组织残体聚合 生成新的更复杂的有机化合物

无法了解具体过程

有机残体降解

CO2

2/3以上

土壤残留部分

土壤微生物

3—8%

多糖 有机酸等非腐殖质

3-8%

腐殖质

10-30%

3种学说

木质素-蛋白质聚合学说

腐殖质由木质素、蛋白质及其分解中间产物 在微生物作用下发生聚合形成

木质素和蛋白质是观察腐殖质形成的物质基础

生物化学合成学说

土壤有机质分解的中间产物（多元酚 氨基酸等） 在微生物分泌的酚氧化酶作用下经过缩聚反应形成腐殖质

化学催化聚合学说

土壤有机质分解的中间产物（酚类化合物 氨基酸等） 蒙脱 、伊利、高岭表面吸附的铁铝催化作用下合成

腐殖化与矿化

区别

矿化可促进养分释放，也可为腐殖化提供原料。但这种过程过于强烈时使养分分解过快，抵消或超出腐殖化作用容易造成养分流失

腐殖化则有利于养分积累，但过于强烈又易于使养分释放过慢，出现供不应求的状况

联系

相互对立 相互联系 相互独立 相互渗透

影响因素

土壤有机质类型

微生物分解有机质时最适宜的C/N比是25

灰分有助于中和有机质分解过程中产生的有机酸，高灰分含量有助于有机质转化

土壤环境条件

土壤通气状况

通气不良，有机质发生嫌气分解，速度缓慢且不彻底

通气良好，有机质分解迅速而彻底，利于有效态养分供应， 不利于土壤有机质积累并可引起土壤养分流失

分类

好氧

微生物活动旺盛 不利于腐殖质合成累积

嫌气

微生物活动受抑制 有利于腐殖质合成累积

极端嫌气

养料能量释放少，对植物生长不利

一般土壤温度30℃，达田间持水量60-80% 有机物分解速度最快

土壤水热状况 （温度 水分）

影响微生物种群及活动来决定有机质转化速度及方向

0-35℃随温度升高微生物活动加强

因此南方有机质含量低于北方

25—35℃最适分解温度

30℃，土湿保持田间持水量60%-80%，有机质分解强度最大

40℃活动受抑制

ph值

调节微生物活动影响有机质转化

＜6.5真菌活动强 富里酸多

＞6.5细菌、放线菌强，胡敏酸主

植物残体特性

可溶性有机物＞蛋白质 ＞纤维素＞木质素

新鲜程度

新鲜多汁有机物比干秸秆易于分解

有机物细碎程度

有机物组成的C/N（分子数比）

微生物吸收一份氮需要消耗利用25份有机碳 微生物对有机质的有效分解比是25/1 C/N＞25:1 微生物争氮(植物和微生物呈竞争关系且争不过微生物) C/N＜25:1氮盈余 可供植物利用

施肥前先测土壤C/N比

土壤特性

土壤质地局部范围影响土壤有机质含量

腐殖质与黏粒胶体形成黏粒-腐殖质复合物， 可防有机质遭受分解

土壤ph值影响微生物活性从而影响有机质分解

最适条件

细菌—中性

放线菌—偏微碱性

真菌—酸性（3-6）

不适条件

ph过低（＜5.5）或过高（＞8.5）对一般微生物都不适宜 绝大多数微生物ph条件为中性（6.5-7.5）

三、有机质分布规律

①植被 草本＞木本 草甸＞草原 阔叶＞针叶 常绿＞落叶 ②气候 潮湿干冷易积累 ③地形 低洼处海拔高易积累 ④母质 质地粘重有机质易积累 ⑤生产措施 人为耕作频繁促进有机质分解

有机质变异规律

由东向西，由温带半湿润草甸草原→干旱草原→荒漠草原→荒漠化土壤过渡 腐殖质含量不断递减，HA/FA逐渐降低 黑土—黑钙土—灰钙土/荒漠土

我国北方土壤（干旱与半干旱区）土壤腐殖质以胡敏酸为主 温暖潮湿南方酸性土壤中以富里酸为主

同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA比大于旱地 熟化程度高的土壤HA/FA

四、在土壤肥力中的作用表现 生态环境功能

提供植物需要养分

碳素营养

碳素循环是地球生态平衡基础

氮素营养

磷素营养

其他营养

腐殖质络合和整合

防止金属如Cu Zn沉淀，提高有效性

分解产生有机酸和碳酸

促进矿物风化、溶解 补充作物碳素营养

改善土壤肥力特征

物理性质

促进良好结构体形成

有机质是土壤中水稳性团粒结构的胶结剂，能促进团粒结构的形成 从而改变土壤特性，提高土壤保水保肥能力

胶结剂：胡敏酸—多糖

降低粘着性 胀缩性 可塑性，改善土壤耕性

陶瓷业中加入适量腐殖质改善塑性

降低土壤砂性，提高保蓄性

促进土壤升温

化学性质

表面性质

电荷性质

络合性质

缓冲性

土壤腐殖质是弱酸，盐类具有两性胶体作用，可以抗衡外来酸碱干扰，缓冲土壤酸碱变化

无论南方酸性土壤还是北方盐碱土， 施加腐殖酸铵都能有效减轻酸碱危害

生物性质

土壤微生物

酶

生态环境中作用

下面

离子交换作用 络合作用 缓冲作用

植物生长激素—刺激植物生长

芳香族和有机酸：胡敏酸通过提高细胞渗透性，加强植物呼吸 和吸收养分的能力，并可加速细胞分裂，增强根系发育

五、土壤圈物质循环

概念：土壤圈内部物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球其他圈层之间的物质交换过程

土壤圈概念

覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，犹如地球地膜

分类

氮素循环

氮素输入

主要途径

NO3-干湿沉降过程

固氮微生物吸收固定N2

氮素存留与转化

生物吸收

生物归还

氮素失散

土壤氮素向水圈失散

地表水：富营养化

地下水：危害人群健康

土壤氮素向大气圈失散

氨挥发

动物排泄物

堆积粪肥过程

反硝化过程

炭素循环

磷素循环

母质及土壤中磷酸盐被风化

来源：①成土母质②大气干湿沉降

在土壤中迁移转化

淋溶流失进入水圈

没有气相化合物，故无挥发淋失

沉积形成磷酸盐

硫素循环

土壤固相组成的 物理诊断特性

土壤结构

分类

单粒状

松散 未胶结 严格意义上无结构

粒状

团聚体三轴等距伸展且呈球状

粒状0.5-5mm

团粒状5-10mm

团块状＞10mm

块状

团聚体三轴平均发展，外形不规则，边面不明显，多形成于壤质的心土层

小块状5-10mm

块状10-20mm

柱状

团聚体沿纵轴伸展，水平方向二轴较短且均等，多形成于干旱区土壤的底土层和碱土的心土层

大块状

团聚体三轴平均发展，外形不规则，边面较为明显且结构体巨大，常见于半干旱半湿润地区具有明显碳酸钙淀积土壤的心土层或底土层，及亚热带具有明显黏粒聚积土壤的心土层

片状

团聚体沿水平二轴伸展，纵轴极不发育，常见于干旱区土壤的亚表层，耕作土壤的犁底层和受冻融作用影响土壤的底土层

概念：土壤团聚体排列组合形式

团粒：土壤胶结成粒状和小团块状，大体呈球形，自小米粒至蚕豆粒般大

大小划分：一般为0.25-10mm ＜0.25mm称为微团粒

是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征

团聚体

促进形成因素

根系切割

干湿交替

冻融交替

动物挤压

耕作

促进固结因素

腐殖质及腐殖质盐类

次生黏土矿物

碳酸钙及铁锰胶膜

生物分泌物

土壤胶体表面吸附的交换性阳离子

影响土壤结构形成因素

黏结团聚过程

单粒

复粒-微凝聚体

粘结 胶结

微团粒-（二三）微团聚体

黏聚 微动力作用

团粒-团聚体

团粒结构在土壤肥力上的意义

（小水库作用）大小孔隙兼备

⭕️团粒结构具有多级孔性，总的孔隙度大，即水气总容量大 ⭕️又在各级结构体之间发生了不同大小的孔隙通道，大小孔隙兼备，蓄水与透水 透气同时进行，土壤孔隙状况较为理想

（空气走廊）

⭕️团粒与团粒间：通气孔隙—通水通气 ⭕️团粒内部：毛管孔隙—保存水分 ⭕️非团粒结构土壤中，水气难以并存

（小肥料库）团粒结构土壤的保肥与供肥协调

⭕️微生物活动强烈，生物活性强，土壤养分供应较多，土壤肥力高 ⭕️团粒表面（大孔隙）和空气接触，微生物活动分解有机质供应养分（供肥） ⭕️团粒内部（毛管孔隙）储存毛管水而通气不良，只有嫌气微生物，有利于养分储存

形成

机理

①凝聚成原生团聚体 ②固结成水稳性团聚体

基本条件：①胶结物质②促使土壤颗粒胶结的作用力

衡量指标：土壤团聚体的孔隙性和稳定性（一方面指团聚体对机械压力的稳定程度，另一方面指团聚体遇水浸泡后的稳定性）

水稳性指标：水筛后留下的＞0.25mm的团聚体

孔隙性指标：孔隙的大小 分布 多少

分类

高质量土壤结构

物理特性

土粒密度/土壤比重ρp

2.65g/cmˇ3

概念：单位容积土壤固相颗粒质量

土壤密度/土壤容重/土壤假比重ρb

田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和空隙）的质量和重量（g/cmˇ3 t/mˇ3）

土壤重量=土壤体积*土壤容重

达到一百公斤一天公斤 定量化管理科学管理 土壤普查小区域可以一年一测，全国的话数据还有汇总比较长，今年播种往土壤里面施加多少氮磷钾 农业生产部门知道生产多少 对厂子提出定量化要求 场子的来源是原矿石 再往前就能追溯多少磷矿石 （罗布泊亚洲最大钾肥生产基地)定量化管理需要源头 对接 产量提上去 对上游有很大影响 高标准农田：定量化施肥 定量化管理

土层储水量=面积*厚度*容重*含水量

作用

计算土壤孔隙度

孔隙度=（比重-容重）/比重=（密度-容重）/密度 =孔隙含量/密度=（1-容重/比重）

计算工程土方量

土壤重量=土壤体积*土壤容重

土壤孔隙度φ

概念：单位原状容积土壤中孔隙所占容积的百分数 包括固相颗粒和结构体之间的间隙和生物穴道

土壤三相比

多数旱地作物适宜的土壤固液气三相比为0.5：0.25～0.3：0.15～0.25

固相=（容重/比重）*100%

液相=（水分重量百分率*容重）*100%

气相=（孔隙度-液相）*100%

φ=1-(ρb/ρp)

土壤磁性

C14和磁化率相结合推断古气候

土壤磁化率

磁性物质

反磁性矿物：赤铁矿 针铁矿

顺磁性矿物：纤铁矿

亚铁磁性矿物：磁铁矿 磁赤铁矿

土壤颜色

土壤标准颜色比对法-门塞尔颜色系统

命名：颜色名称+门塞尔颜色标量

色调/色别hue

五主色调：RYGBP

五半色调：RY YG GB BP RP

四等级：2.5 5 7.5 10

亮度/色值value 卡片纵坐标

绝对黑0/

基准：无彩色N

绝对白10/

10级

色度/彩度/饱和度chroma 卡片横坐标

/1浓～/8淡

目测法

影响因素

①有机质矿物质 ②土壤质地结构 ③生物活动

气相

液相

第三章 土壤流体组成及诊断特性

土壤空气

组成

CO2含量＞大气 O2含量＜大气 水汽含量一般＞大气 含有较多还原性气体

来源：近地表大气 土壤微生物呼吸代谢 土壤水分蒸发

运动

对流（质流）

土壤与大气间由总压力梯度驱动气体的整体流动 方向：高压区→低压区

空气对流随土壤透气率和气压梯度增加而增大

扩散

气体分子由浓度大处向浓度小处的运动 由气体分子热运动（布朗运动）引起的

气相扩散：通过充气孔隙扩散保持着大气和土壤间气体交流作用

液相扩散：通过不同厚度水膜扩散

土壤呼吸：大气和土壤之间CO2和O2浓度不同形成分压梯度，驱使土壤从大气中吸收O2，同时排出CO2的气体扩散作用。是土壤与大气交换的主要机制

扩散公式—Fick law:qd=-Ddc/dx

qd—扩散通量（单位时间通过单位面积扩散的质量） dc/dx—浓度梯度 “-”表示方向 D—扩散系数（面积/时间） c—气体容积分数 x—扩散距离

浓度梯度不易控制，所以只有调整扩散系数D来调整气体扩散通量 D=D0·S·I/Ie D0自由空气中的扩散系数 S未被水分占据的孔隙度 I土层厚度 Ie气体分子通过的实际长度

土壤通气性：泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力

影响因素

①气象：气温 气压 风力 降雨等 ②土壤因数：通气孔隙状况及其影响因素 ③农业措施：耕作 施肥 灌水等

与植物生长

①影响种子萌发②影响根系生长发育③影响土壤微生物活动和养分状况④影响植物生长土壤环境状况

土壤通气性调节

①调节土壤水分含量②改良土壤结构③通过各种耕作手段调节土壤通性

对旱作土壤：中耕松土 深耙勤锄 疏松耕层 打破土表结壳 对水田土壤：落水晒袋 晒垡 搁田

土壤热量状况

土壤热量来源

太阳辐射能

生物热

地球内热

地表辐射平衡

影响因素

①太阳辐射强度I+H

②地面反射率a

③地面有效辐射F0

云雾 水汽 风

海拔高度

地表特征

地面覆盖

方程：Rg=(I+H)(1-a)-F0 Rg为地面辐射差额;(I+H)是到达地面总辐射/太阳总短波辐射/环球辐射，即直接辐射和散射辐射/大气辐射之和;a为地面对总辐射反射率;F0为地面有效辐射

地面有效辐射=地面辐射-大气逆辐射 F0=Eg-ΔEa

a=地表反射辐射能/投入地表总辐射能

土壤热量平衡：S=Q+P+L+R S土壤单位时间实际获得或失掉的热量 Q辐射平衡 L水分蒸发或凝结而损失热量 P土壤与大气层间湍流交换量 R土面与土壤下层热交换量

土壤热学性质

土壤热容量

定量描述土壤温度变化速度及幅度的物理量

质量热容量Cg

单位质量土壤温度每升高或降低1K所吸收/释放热量 单位：J/（kg·K）

容积热容量Cv

单位体积原状土壤温度每升高或降低1K所吸收/释放热量 单位：J/（mˇ3·K）

Cg=Cv×Pb土壤密度

土壤导热率：温度梯度1℃/cm时，每秒钟在1cmˇ2界面上通过的热量 土壤从温度较高土层向温度较低土层传递热量的能力，一般用导热率衡量

导温率/热扩散率：土层垂直方向上，每厘米距离内有1℃的温度梯度（单位距离内的温差），每秒钟流入1cm2土壤断面面积的热量使单位体积土壤发生的温度变化

温度变化规律

日

随太阳辐射强度周期性变化而变化，但时间上有滞后现象 随土层增加 温度变化幅度减弱

年

3月份回升，7 8月份最高点 以后逐渐下降

土壤水分及特性

土壤层水量平衡方程： △W =(P+I+M +N)一( E+T+J+Ig+B) 式中：P为降水量，I为农田灌溉量，M 为地下毛管上升为农作物吸收量，N为水汽凝结水量，此四项为该时段水分的收入项：E为地面蒸发量，T为作物蒸腾量，J为地面径流量，Ig为重力水渗水量，B为作物截留量，

类型

毛管水

运移驱动力：重力 运移特征：毛管孔隙中移动 运移方向：无固定方向 功能作用：无/极弱的淋溶作用，常使盐分以溶液/胶体状态迁移 存在时间：长期存在

重力水

运移驱动力：重力 运移特征：在非毛管孔隙中移动或沿坡向侧渗 运移方向：向下 功能作用：很强的淋溶作用，既能够以溶液状态使盐分和胶体随之迁移，也能使细颗粒物理态运移 在土壤水作用：出现标志着土壤孔隙全部被水充满，土壤空气状况变差 存在时间：降雨或灌溉期

（1）吸湿水 具固态水性质，对溶质无溶解能力，不能以液态水自由移动，对植物无效，105摄氏度可烘出来 （2）膜状水 与液态水性质相似，但黏滞性较高而溶解能力较小，移动缓慢，呼吸困难，可被植物吸收利用 （3）毛管水 可移动且具有溶解养分的能力，可被植物吸收利用 （4）重力水 可被植物吸收利用，特别是在水田，旱地，则可能造成内涝

土壤液相及特征

土壤胶体

分类

土壤矿质胶体

次生粘土矿物和简单氧化物

有机胶体

有机-无机复合胶体

性质

巨大的比表面积和表面能

电性：双电层

热力电位ε：电位层与分散剂液体分子之间的电位差 在特定土壤胶体系统中不变

电动电位ξ：非活泼离子层与液体分子之间的电位差 随扩散层厚度增大而增加

凝聚/分散特征

土壤中阳离子对胶体分散能力顺序 Na+＞K+＞NH+＞H+＞Mg＞Ca＞Al＞Fe 分散能力顺序 Na＜K＜NH＜Mg＜Ca＜H＜Al＜Fe

作用：土壤养分元素、污染物迁移转化

盐基饱和度：土壤胶体所吸收代换性盐基离子占代换性阳离子的百分数 作用性质：盐基饱和土壤如丰产水稻土的盐基饱和度不能低于70%，它能保持土壤特性，不易破坏，同时富有养分

阳离子交换量/盐基交换量CEC：土壤吸附阳离子的数量 ——是指土壤溶液为中性时，每千克土所含的全部交换性阳离子的厘摩尔数

阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标，它直接反映土壤可以提供速效养分的数量，也能表示土壤保肥能力 缓冲能力大小

代换吸收作用：土壤胶体在多数情况下带负电荷，表面吸附许多的阳离子，这些阳离子和土壤中阳离子互相交换

土壤溶液

组成

无机盐类 简单有机物 溶解性气体

酸碱性

土壤酸度：土壤溶液中H+和Al3+存在引起的

土壤活性酸度/土壤有效酸度：土壤溶液中所含H引起的酸度

土壤潜在酸度：土壤胶体或吸收性复合体表面吸收的交换性H+和Al3+所引起的酸度

代换性酸度-1mol/L的KCl代换

水解性酸度-NaAc代换

水解酸度＞代换酸度＞活性酸度

中国土壤酸碱性分布规律

大多数在4.5～8.5之间，地理分布上有“东南酸西北碱”的规律性 大致以长江为界，由南向北土壤相差7个数量级

指示植物

酸性土壤指示植物:铁芒萁、映山红、茶、柑橘、油桐喜酸怕钙 盐碱土壤指示植物:盐蒿、碱蓬、柽柳、牛毛草 钙质土壤指示植物:甘草、蒺藜、紫花苴蓿和草木樨 盐基饱和度低且大量铁:杜鹃

土壤对酸碱的缓冲性能

概念： 土壤具有抵抗在外界化学因子作用下酸碱反应剧烈变化的性能，即当减少或增加土壤溶液中H的浓度时，其pH值并不随之相应地上升或降低的能力。 ○土壤溶液中含有碳酸、硅酸、腐殖酸以及其它有机酸等弱酸及其盐类。在土壤溶液中构成了缓冲体系对。 ○土壤缓冲能力可以看作表征土壤质量及土壤肥力的指标。

发生机理: ①土壤胶体引起的缓冲作用 土壤胶体微粒表面的离子交换过程是土壤缓冲性能形成的重要基础，模式如下: 对酸的缓冲作用式:胶体=Ca + 2HCl→H-胶体→H+Ca2++2C1- 对碱的缓冲作用式: H→胶体→H+2NaOH→Na→胶体--Na+2H20

土壤胶体引起的缓冲作用特点:随着阳离子交换量的增加而增大，即土壤腐殖质、蒙脱石、次生二氧化硅等含量较高的土壤，其对酸碱的缓冲性能较大，蒙脱石>伊利石>高岭石＞含水氧化铁、铝 土壤盐基饱和度对其也有重要影响，如土壤对酸的缓冲性能随盐基饱和度增高而增大，对碱的缓冲性能随盐基饱和度减小而增大

②土壤中的酸碱两性化合物如AI(OH)3相互转化。

③美国学者斯科费尔德研究发现，在酸性土壤中的水化AP+对碱也具有明显的缓冲性能，其缓冲机理为:

④土壤中的弱酸强碱盐或强酸弱碱盐类物质也会表现出一定的缓冲性能。

⑤土壤中的有机一无机复合体、可溶性氨基酸、胡敏酸微粒本身就含有羟基和氨基等官能团，在酸或碱的作用下解离或转化，并表现出一-定的缓冲性能。有机胶体>无机胶体。

作用： 为植物生活维持了比较稳定的环境，是影响土壤肥力的重要性质。 但是任何土壤的缓冲性能都是有限的，过度地利用会导致土壤缓冲系统的彻底崩溃。如在西北欧、东北美、东南亚及中国江南等酸雨多发地区，许多土壤对酸的缓冲性能已经衰竭，并已出现了不同程度的土壤酸化问题。

土壤肥力与生态环境功能

土壤生态环境功能

①土壤肥力：土壤在保持生物活性 多样性和生产性方面的功能 ②调节水体和溶质流动的能力 ③具有过滤 缓冲 降解 固定并解毒无机和有机化合物的能力 ④养分循环与废弃物净化 ⑤支撑社会经济构架并保护人类文明遗产的物质基础

肥力 调流力 过缓降固解力 养分循环和废弃物净化 支撑保护

土壤肥力：土壤为植物正常生长发育提供并协调营养物质和环境条件的能力

稳：水分和养分稳定供给

匀：随时均匀输送

足：适量胶体提供足量植物所需

适：水分和养分供给适当

分类

①自然肥力

由五大成土因素综合作用下形成的土壤肥力，是土壤的物理、化学和生物特征的综合表现 自然肥力是自然再生产过程的产物，是土地生产力的基础，它能自发地生长天然植被

②人为肥力

通过人类生产活动，如耕作、施肥、灌溉、土壤改良等人为因素，在土壤熟化过程中形成

农业生产：直效肥力 潜在肥力

土壤肥力系统

植物-土壤系统

土壤系统

组成

固相

液相

概念

土壤系统是由三相物质相互联系、相互作用形成的有机整体，表现出肥力、能量交换和净化功能

土壤生态系统：①土壤生物与其他成土环境因子构成的复合整体系统 ②自然界特定地域的土壤与生活在其中的生物群落之间相互作用、相互制约、不断演变并逐步趋向动态平衡的综合体

特征

高度非线性 可变性

土壤系统界面

土壤系统在地表与大气圈。水圈、地上生物群落之间界面比较清楚

土壤系统与非土壤系统界面（土壤与松散母质界面）逐渐过渡

第四章 土壤形成因素说

五大成土因素

气候

一、气候对土壤形成的影响 ·水热状况直接影响矿物质的分解与有机质的积累和淋失（直接参与母质的风化)。 ·控制植物的生长和微生物的活动，影响有机质的积累和分解，决定养料物质的循环速率。

(1）湿度因子对土壤形成的影响

1.影响土壤中物质的迁移 根据土壤中水分收支情况对物质运移的影响，可分为以下几种土壤水分类型:①淋溶型水分状况②非淋溶型水分状况 ③上升水型水分状况:蒸发总量大大超过降水量，其差额有地下水补充。地下水矿化度高则会导致盐渍化;如果地下水达不到地表，而只能达到剖面中部，称为“半上升水型”水分状况。④停滞型水分状况:地表经常积水沼泽化土壤即属此类型。

⒉.影响土壤中物质的分解、合成和转化 ·表土有机质含量常随大气湿度的增加而增加 ·湿润地区的土壤风化度较高，而在干旱地区则较弱 ·随着湿度增加，土壤颜色也由红转黄

（2）温度因子

土温与大气温度差异： 土壤年均温度一般略微高于大气温度：①高纬度地区土壤表面雪阻碍了土壤强烈冷却②土壤有机质生物化学氧化释放热量提高土壤温度③土壤表面有机覆盖层和土壤水分对于提高土壤温度具有一定作用④随海拔高度增加，土壤温度与大气温度之差越大，即土壤随海拔高度降温率低于大气

·凡特霍夫法则：化学反应体系中温度每升高10°C时，化学反应速率增加2-3倍

母质

覆盖于地球表面的疏松岩石风化产物

成土母质

残积母质：岩石风化后，基本未经动力搬运而残留原地的风化物

运积母质：经外力 如风 水 冰川 地心引力等作用迁移其他地区的母质

水

湖积母质 海积母质

流水沉积

冲积母质

坡积母质

洪积母质

风

黄土母质

沙丘

冰川——冰磧物质

地心引力——崩积物质

在成土过程中作用

母质机械组成影响土壤的物理性状和化学组成 母质影响土壤的成土过程 母质影响土壤的酸碱性 母质的层次性影响土壤的剖面构造 母质影响土壤次生矿物种类

地形（岩石圈表面形态）

作用

决定土壤水热状况与物质分异

时间-土壤年龄

绝对年龄：土壤在当地新风化层或新母质上开始发育时间算起， 迄今所经历的时间，用年（a)表示

相对年龄土壤的发育程度/发育阶段 土壤发生层次明显且土壤厚度大，相对年龄大， 反之剖面分异不明显，各层较薄，土壤发育程度较低

A-B型

A-(B)-C型

A-B-C型

生物

第五章 土壤形成过程

成土过程中物质能量迁移转化

形式

溶解迁移

地表风化壳或土体中物质与水相互作用形成真溶液并随水迁移过程

顺序：化学元素 K Na Ca Mg 常见盐类：CaCl2 ＞MgCl2 NaCl KCl MgSO4 Na2CO3 CaSO4 CaCO3

还原迁移

地表渍水情况下，风化壳及土壤与大气之间的气体交换受阻，微生物不断消耗地表水中溶解氧而形成了还原条件，致使某些可变价元素被还原而随水迁移

配合迁移

金属离子与电子给予体的离子或分子之间通过配位键形成的配合物而随水迁移的过程

悬浮迁移

次生硅铝酸盐黏粒分散于水体中形成的悬浮液随水下移或侧流

生物迁移

化学元素被生物有机体吸收 不断向有机体集中并形成有机化合物在地表迁移与积累

分类

①土体物质能量输入

②土体物质输出

③④土体内部物质能量迁移转化

(1）土壤形成过程的重要标志: 1．富含腐殖质结构的出现 2．腐殖质是生物形成的，它的产生极大的提高了土壤肥力，使母质形成土壤成为可能 3．有机无机复合体的形成 4．有机复合体的形成使得土壤肥力能够不断发展，是形成良好结构的基础

(2）土壤形成过程的实质 1.是生物累积过程和地球化学过程的对立统一 2.土壤形成的基本规律是物质大循环过程与生物小循环过程矛盾的统一

特征

是一个循序渐进地自然演化过程 是在一定空间条件下进行的 是个动态系统 是个远离平衡 复杂的开放系统

规律

地质大循环：指岩石经过风化，其产物通过各种形式的剥蚀和搬运过程堆积在低洼的地方成为沉积物，并在一定的地质条件下经过固结成岩作用成为沉积岩，再经过地壳运动抬升出露于陆地表面，这个以地质历史时间为周期的过程称为物质的地质大循环。

原有矿物破坏

养分释放

形成次生矿物

生物小循环：指主要通过植物从土壤中选择吸收所需要的养分并存储于活质中(植物体内)，再以残落物的形式归还给地表，并通过微生物等的分解进入土壤中的过程。(即通过生物的生长吸收、归还、分解三个过程完成一个生物周期的循环)

更新快 范围小 效率高

通过植物吸收使风化养分免于大量淋失

促进植物营养元素在土壤表层的集中和积累

微生物作用，可以把这些养分以腐殖质形式有效释放出来，成为土壤及其肥力形成和发展的核心

关系

从地球发展的地质历史时间来看，生物小循环是在地质大循环的基础上发展起来的，生物小循环只是整个地质大循环中一部分物质的小循环，从地质历史时间来看，小循环最终将纳入大循环的行列之中

在土壤形成发育过程中，主要有地质大循环中的风化和淋溶剥蚀二个环节的物质流通，以及生物小循环的吸收、归还和分解三个环节的物质流通。这两种物质流通方式方向、速率和周转期等都各不相同，但它们的关系又非常密切

从养分的消长来看，风化产物的淋溶剥蚀过程主要是造成养分从系统中的流失与分散，而整个生物活动过程则主要造成养分的保存与集中。两者同时同地结合在一起使构成—对矛盾，由此决定土壤的特性和推动土壤的形成与发展。在地质过程中，风化的速率慢而淋溶剥蚀的速率快，两者也不相同。如果没有植物的保护作用，必造成更强烈的淋溶剥蚀作用，加速土壤物质的向外界流失，风化与流失之间的供求关系也更为紧张

基本土壤形成过程

原始土壤形成

有机质合成分解转化

腐殖质化

微生物主导合成 原动植物组织残体聚合 生成新的更复杂的有机化合物

泥炭化

有机质以不同分解程度的植物残体形式在土壤上层不断累积的过程

矿质化

土壤动植物残体以及土壤腐殖质在微生物作用下首先分解为简单有机化合物，最终被彻底分解为无机化合物

矿物迁移转化

淋滤

土壤物质随水流由上部土层向下/侧向移动过程

淋溶作用

螯合淋溶作用

淋洗作用

A2 E

灰化

是指在土体表层(特别是亚表层)R2O3及腐殖质淋溶淀积，而SiO2残留的过程

A2 E

白浆化E

指土壤表层由于上层滞水而发生的潴育漂洗过程

多发生在温度较低的湿润地区，且由于（心土层质地粘重或冻土层顶托）土壤表层经常处于周期性滞水状态，从而引起铁、锰还原；当水分过多时，一部分低价铁锰以侧渗方式流出土层，与此同时，土壤粘粒也发生机械淋洗，因此土壤表层的腐殖层之下出现白色土层，称为白浆层

B

淀积

土壤中物质移动并在土壤某部位相对集聚的过程

B

潴育化Bg

干湿交替环境下的氧化还原过程，主要发生在季风气候区

潴育过程和潜育化过程共同之处是:它们都是在渍水影响下发生的，但潴育化过程的渍水经常处于移动状态下，即有一个干湿交替过程，从而使土壤的铁、锰物处于还原和氧化的交替过程，在渍水中铁、锰被还原迁移，脱水时，铁、锰又被氧化而产生淀积，在这种干湿交替下，土体中形成锈纹、锈点、铁锰结核及“鳝色斑”等新生体层次，即潴育层。

黏化

指土体中黏土矿物、次生层状硅酸盐的生成和聚积过程。尤其在温带、暖温带半湿润的气候条件下

Bt

富铁铝化

在热带 亚热带高温多雨条件下，原生矿物彻底分解，盐基离子和硅酸盐大量淋失，Fe Al等氧化物却残留富集过程

Bs

钙化Bk：半干旱 半湿润季风条件下，碳酸盐在土体中淋溶淀积过程 脱钙：碳酸钙从一个或更多的土层中被溶解淋失的过程，多发生于淋溶作用较强，气候相对湿润地区

碱化Btn：土壤中强碱弱酸盐或者碳酸氢钠相对富集，导致土壤溶液中Na+进入土壤胶体交换出一定量钙 镁 铵离子等的过程 脱碱：土壤胶体所吸附的交换性Na+被其他阳离子所交换

盐化Bz：土体中易溶性盐类随毛管水上升向表层移动与聚积的过程。除滨海地区外，多发生于干旱或半干旱地区 脱盐：盐化土中的可溶性盐类被大气降水或灌溉水溶解，随土壤下渗水流从土体中淋失的过程

潜育化G

土体在水分饱和 强烈嫌气条件下所发生的还原过程

熟化

退化

剖面

从地面垂直向下到母岩的土壤纵断面

单个土体

单个土体是土壤剖面的立体化形式，作为土壤的三维实体，其体积最小

聚合土体

空间上相邻，物质组成和性状上相近的多个单个土体便组成聚合土体

土层（土壤发生层）

土壤剖面中与地面大致平行的物质及性状相对均匀的各级土壤

命名

O层 凋落物层

以已分解的和未分解的有机质为主的土层，通常位于矿质土壤的表面，也可埋藏于一定深度

（H层） 泥炭层

A层 腐殖质层

形成于表层或位于O层之下的矿质发生层

有机质层

E层 淋溶层/表土层

硅酸盐粘粒、铁、铝等单独或一起淋失，石英或其它抗风化矿物的砂粒或粉粒相对富集的矿质发生层；

B层 淀积层

具有硅酸盐粘粒、铁、铝、腐殖质、碳酸盐、石膏或硅的淀积层；或碳酸盐的淋失；或残余二、三氧化物的富集；或有大量二、三氧化物胶膜，使土壤亮度较上下土层为低，彩度较高，色调发红；或具粒状、块状、棱柱状结构。

C层 母质层

R层 母岩层

即坚硬基岩，如花岗岩、玄武岩等

G层（潜育层）

长期被水饱和，土壤中铁、猛被还原并迁移，土体呈灰蓝、灰绿或灰色的矿质发生层

P层（犁底层）

由农具镇压、人畜践踏等压实而形成

主题

土壤是由无机物和有机物构成的复杂混合物。其主要组成成分包括以下几种：

1. 矿物

酸铁印茶干油桶 盐蒿碱蓬柳牛毛 钙甘蒺苜草木犀

采样

不挖施肥土

分类

自然土壤

长2 宽1 深2

耕种土壤

长1.5 宽0.8

方法

采集

对角线法

棋盘法

去除

四分法

驶入有效磷，植物却不能吸收。磷肥厂把自然界磷矿石转化便于吸收。

矿物

矿物结构

结晶质

显晶质

隐晶质

非结晶质

玻璃质

胶质

矿物形态

矿物形成转化

水解

正长石→高岭石

磷灰石→磷酸氢钙

氧化

黄铁矿→硫化亚铁

风化

脱盐基

脱硅

富铝化

现象

同质多象

相同化学成分因不同形成环境

类质同象

有相同化学式的晶体拥有相似晶形

概念

由一种或几种元素组成的 能够长期稳定存在的 不开再分的稳定物质单元

风化指数

意义

(1)判断黏土矿物组成及大体特征

(2)与土壤母岩对比，分析土壤成土过程；Sa增大，土壤有脱铝现象(酸性淋溶---灰化土)；Sa减小，土壤有富铝化作用(红壤)

（3）对照土壤剖面上下各层硅铝率，说明物质淋溶状况。

（4）判断土壤带电性。SiO2叫酸胶基，带负电：R2O3叫碱胶基，带正电

风化速率

硅铝率/Sa值

Sa=SiO2/Al2O3

硅铝铁率/Saf值

Saf=SiO2/（Fe2O3+Al2O3)=SiO2/R2O3

组分划分

土壤颗粒

粒级

根据土粒直径大小和形式上的差异，将矿物质土粒划分为若干粒径等级，每一等级叫一个粒级

国际制 美国制 卡庆斯基制 中国制

通常专指矿物颗粒，大小以粒径为标准

土壤机械组成

土壤质地

砂土

壤土

粘土