土壤学

土壤学的思维导图，土壤是陆地上能够生长植物收获物的疏松表层。土壤的物理性质主要是指构成土壤的物质的组成、形态以及土壤三相物质的存在状态与关系。

土壤学复习

• 土壤的概念
  • 土壤是陆地上能够生长植物收获物的疏松表层。
  • 分类：人为 （农业）/自然；（自然）地带性/显域土；（人为/农业）非地带性/隐域土
  • 肥力是土壤能够同时而又不断供应和协调植物生长发育所必需的水、肥（养分）、气，热等因素的能力。
    • 土壤养分 1. 作物需要的元素： 16 （ 17 ）种：碳（C）、氧（O）、氢（H）、氮（N）、磷（P）、钾（K）（三要素）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）、铁（Fe）中间值，前面为大量元素，后面为微量元素、硼（B）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、钼（Mo）、氯（Cl）、镍（Ni） Si ；水稻需要 paddy rice 原子吸收 2. 大量元素和微量元素：见上 3. 有效和无效（缓效）迟效 4. 同等重要，不可替代
• 土壤的物理性质和过程
  • 土壤的物理性质主要是指构成土壤的物质的组成、形态以及土壤三相物质的存在状态与关系。
    • 土壤颗粒
      • 单粒：相对稳定的土壤矿物质的基本颗粒，不包括有机质单粒。 复粒（团聚体）：由若干单粒团聚而成的次生颗粒为复粒或团聚体。 粒级： separate 按一定的直径范围，将土划分为若干组。土壤中单粒的直径是一个连续的变量，只是为了测定和划分的方便，进行了人为分组。土壤中颗粒的大小不同，成分和性质各异；根据土粒的特性并按其粒径大小划分为若干组使同一组土粒的成分和性质基本一致，组间则的差异较明显。土粒的成分和性质的变化是渐变的。 土壤的机械组成：又叫土壤的颗粒组成，土壤中各种粒级所占的重量百分比。
    • 土壤质地：将土壤的颗粒组成区分为几种不同的组合，并给每个组合一定的名称，这种分类命名称为土壤质地。如：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等。
      • 土壤质地的改良 • 客土 • 翻砂压淤（粘土） • 绿肥（南方——紫云英、北方——苜蓿） • 化学改良剂
    • 土壤孔隙： （一）土壤孔隙的性质：孔隙的数量和分配、大小（质量）。 1. 孔隙的数量 （ 1 ）孔隙度：土壤孔隙的容积占土壤总容积的百分数。 孔隙度 %=(1— 容重容重 // 比重） （ 2 ）容重：单位容积（包括孔隙）土体的干的干重。 g/cm3 （ 3 ）比重：单位容积固体土粒（不包括孔隙）的干重。 隙）的干重。 g/cm3 （二）孔隙的大小和分布 1. 孔隙大小： 当量孔径：和一定土壤水吸力相当的孔径。 2T/r=hdg h=2 ×74/r ×1 ×981 =0.15/r=2 ×0.15/2r=0.3/d(cm)=3/d （ mm ） h ＝ 3/d 茹林 2. 土壤孔隙的类型 （ 1 ）无效孔隙 : ＜ 0.0002mm h=3/0.0002=15000cm 水柱水柱 =15 大气压 （ 2 ）毛管孔隙：0.0002-0.02mm （ 3 ） 通气孔隙 ：＞ 0.02mm 8-10% 3. 孔隙的分布 ：上虚下实
    • 土壤结构： （一）结构 1. 土壤结构体 - 小土块 2. 结构性：结构体的形状、大小、孔性、稳定性（个体）及 定性（个体）及数量和排列（整体）。 （二）土壤结构的类型 团粒结构和非团粒结构 （三）非团粒结构 1. 片状结构：粒状结构 2. 块状结构 3. 核状结构 4. 柱状结构 5. 棱柱状结构 （四）团粒结构 ：0.25-10mm ，球形，多孔、松 ， 1. 力稳性 2. 水稳性 3. 生物稳定性 （五）团粒结构的形成 1.由小到大：单粒→粘团→微团粒→团粒结构（团聚体） 2. 由大到小：大土块→碎土作用→小土块→团粒（农机具，丁齿， 圆盘耙） （六）团粒结构与肥力 水、肥、气、热 （七）改良土壤结构的途径 1. 耕作，施肥（新鲜） 2. 轮作（豆科）、间作，套种 3. 化学改良，结构改良剂 4. 根系发达
    • 土壤容重、土壤孔隙度、气体孔隙度、土壤含水量
      • 土壤容重：单位农机包括孔隙在内的原状，土壤的干物质，质量干重单位为克每立方给你土壤隆重也称为肝脓肿。含义是肝土壤颗粒的质量与总容积之比。
  • 土壤中的物理过程则主要指土壤中各相内部、三相之间以及土壤与其环境的物质和能量交换过程。
  • 土壤三相
    • 固态/相 50%（体积）
      • 矿物质 95%（重量）
        • 原生矿物（沙漠常为原生矿物）
          • 常见的原生矿物（地下岩浆冷却形成）：石英（SiO2）、长石（正长石、斜长石）、云母（白云母、黑云母）、辉石、角闪石、橄榄石。
        • 次生矿物
          • 常见的次生矿物（地表常温常压下，风化形成）：方解石、灰石、白云石、粘土矿
        • 变质矿物
          • 石榴子石
      • 有机质 5%（重量）
    • 液态/相 20~30%（体积）
    • 气态/相 20~30%（体积）
• 土壤有机质
  • 概念：分解的、半分解的动植物残体，这些残体的分解物合成的有机化合物和土壤微生物。
  • 来源：1 ）高等植物（地上部和地下部） 2 ）土壤中的动物 3 ）土壤中的微生物 4 ）施用的有机肥
  • 组成：• 1. 碳水化合物：是微生物能量来源，也是良好的胶结剂，促进结构形成，它 占土壤有机质的 5-20% （国际），我国实验 9-22% ，变化幅度 不大。 组成：有中性糖、糖醛酸、氨基糖。以中性糖为主，它测出 就可代表碳水化物的量。 ① 中性糖包括：葡萄糖、半乳糖、甘露（密）糖、鼠李糖、 岩藻糖。 上述糖均为六碳糖，而五碳糖有：木糖、阿拉伯糖、核糖。 六碳糖 / 五碳糖 =1.7-4.1 此比有何用，至今不清楚。 ② 糖醛酸：葡糖醛酸、半乳糖醛酸。 ③ 氨基糖：氨基葡糖、氨基半乳糖。 据研究糖在土壤中稳定，其原因是： 1 、与粘粒矿物密切结合； 2 、与腐殖质结合； 3 、与某些 金属离子结合。 • 2. 含氮有机物 • 3. 含磷、硫的有机化合物 • 4. 腐殖质（一类群特殊的高分子化合物）70%~80%：胡敏酸（褐腐酸）、富里酸（黄腐酸）
  • 土壤有机质的分解与合成
    • 一、土壤有机质的矿化过程（氧化过程、分解作用） 1. 有机物在土壤微生物的参与下被氧化为最终的分解产物的过程。（O2,必需条件→通气性） 2. 过程：（ 1 ）生物残体（大分子有机化合物）→（微生物，可能产生酶催化反应）→中间产物（小分子有机化合物） （ 2 ）中间产物→（微生物，可能产生酶催化反应）→最终产物 CO2、H2O 、NH3、H2PO4－、SO4＝ 3. 矿化率：以年为单位，每年因矿化而消耗的有机质量，占有机质总量的百分数。 • 一般矿化速率和残体化学成分、环境因素有关。 4. 影响矿化率的因素： （ 1 ）化合物组成与 C/N 比值 carbon: nitrogen ratios ① 化合物组成 : 不同物质矿化难易不同，蛋白质、糖类比木质素、蜡质，容易矿化得多。 ② C/N 比值： carbon: nitrogen ratios： 有机体内 C 的总量和 N 的总量的比值。 微生物需 C ，但同时还需一定比例的 N 。植物 C/N 为 25-30 ，最容易矿化，因为适合微生物的组成。如果植物 C/N 为 80 ： 1 ，那么 N 不够，一方面微生物不活动，或吸取土壤 N ，和作物争 N ，造成“ N 素饥饿”表现出植物“发僵”。 • 一般生物残体 N 素占干物质总量的 1.5-1.7% ，对微生物矿化就够了。 C 占干物质总量的 40-45% 。 • 豆科植物一般 N 的含量为 2% ，足够了。但桔杆 N 含量： 0.5-0.7%，那就不够。 • 微生物 C/N=4-5/1,C 4-5C20-25/1 （ 2 ）温度： 影响微生物活动。微生物最适宜 25-30℃，低温微生物活动降低或不活动， 30℃以上也受抑制。有人研究，气温在5-35℃之间时，年平均气温每增加 10℃，矿化度增加 2-3 倍。当然温度也和化学反应有关。 （ 3 ）水分和通气： ① 水分：很干燥时，残体就不分解。一般水分占田间持水量的 50-100% 最适宜的。 ② 通气：水分过多，矿化减弱或停止，或微生物种类有变化。关键是影响了通气。 • 和矿化关系最大的是好气微生物。嫌气性微生物分解矿化到“中间产 物”就停止了，且速度慢。 （ 4 ） pH： 影响微生物。 pH 4-10 ，微生物均能活动，但最适宜 6.5-7.5 ，故酸土不利于分解，改良后，分解加快，碱土也同样。
    • 二、腐质化过程 有机残体分解的中间产物或微生物本身合成的中间产物（微生物死后）合成的一类高分子化合物的过程，为腐殖化过程。 四种学说： 化学聚合学说（生物化学合成学说） 植物物资形成学说 细胞自溶学说 微生物合成学说 1. 生物残体→中间产物→腐殖质单体→腐殖质 2. 生物残体→最终产物→腐殖质单体→腐殖质
  • 土壤元素组成： 1. 元素组成 C 、 H 、 O 、 P 、 S 其次金属元素： Cu 、 Mg 、 Fe 、 Si ，不管何种腐殖质均有这 些元素，但具体含量不同。因为不是一种化合物，各元素均有个变幅。 C ：含量 55-60% ，平均 58% ，测腐殖质时测 C 量，然后 C × 100/58 （ 1.724 ） = 腐殖质量 N ：含量 3-6% ，平均 5.6% 。腐殖中 C/N=10 ： 1 或 12 ： 1 C ： N ： P ： S=100(120) ： 10 ： 1 ： 1 2. 结构和大小 （ 1 ）分子量：褐腐酸 n×104 ；黄腐酸 n×103 （ 2 ）结构 （ 3 ）外形 3. 颜色： 褐色 黄色 4. 溶解度 5. 电性： 150-700me/100g 两性 + 10me/100g 6. 吸水性： 500% 7. 稳定性
  • 土壤有机质与肥力： 1.给植物提供养分 nutrients 2. 生理活性物质 3. 改善土壤性质 （ 1 ）改善结构 （ 2 ）增加土壤保肥性 （ 3 ）加强土壤自净作用 （ 4 ）繁育微生物，改善土壤生物性质
  • 增加土壤有机质： 一、施肥 厩肥 - 堆肥 二、绿肥 豆科 苜蓿，草木犀 根瘤菌 紫云英 三、间作、套种、水旱轮作
  • 第五节 土壤有机质的意义： • 一、土壤有机质的意义：1. 有机质与肥力、2. 文化 • 二、土壤有机质的分布 • 三、土壤有机质与发展：1. 发展程度的标志、 2. 环境
• 土壤的离子交换
  • 一、土壤带电 电泳 1. 永久电荷 2. 可变电荷 R-NH R-NH3+ 3. 带电量 带电量 me/100g 土 二、土壤阳离子交换 1. 致酸离子（ 致酸离子（ H+、 Al+++ ） 2. 盐 基 离 子 （ K 、 NaNa 、 CaCa 、 MgMg 、 FeFe 、 Cu ） 3. 阳离子交换 阳离子交换 （ 1 ）可逆（ 2 ）等当量（ 3 ）质量定律
  • 二、阳离子交换能力的影响因素 1. 带电荷量 3 价（ Al3+、 Fe3+）＞ 2 价（ Ca 、 Mg ）＞ 1 价 2. 离子半径和水化半径（半径大，交换强） Na+（半径小，水化半径大）＜ K+（水化半径小） 3. 离子浓度
  • 三、阳离子交换量（ CEC ） 单位土壤重量的交换量； 100 克干土所吸附的阳离子的毫克当量数 ＞ 20me/100g;10-20me/100g; 10me/100g
  • 四、盐基饱和度 = 交换性盐基离子 /CEC
  • 五、钠化度： Na/CEC （碱化度）
  • 六、土壤酸度 （一）来源 1. 呼吸 2. 有机质嫌气分解（有机酸，） 3. 含 S 矿物氧化（ 矿物氧化（ FeS 黄铁矿→硫酸 黄铁矿→硫酸 H2SO4 ） 4. 生理酸性肥料 ： NH4Cl 泛酸田 （二）类型 1. 活性酸：分级 2. 潜性酸 潜性酸 ( 潜在酸）：代换性酸，水解性酸 （三）形成酸的条件 一、气候：高温高湿 二、地形：高处 三、母质：酸性岩 四、植被：木本>草本（盐基离子） 森林>草地>耕地 针叶林>阔叶林 酸性土指示植物 ：红树林（酸性硫酸盐盐土）、茶、映山红、铁芒萁 五、施肥：生理酸性肥
  • 七、土壤碱度 （一）指标 1.pH 2.CO3 和 HCO3 的百分数（ % ） 重量 % ， 0.5-1% 碱化土，大于 1% 碱土 3. 钠化度（碱化度） 5-20% （ 0-30cm ）碱化土 大于 20% 碱土 40% （二）形成条件 . 1. 气候：干旱（干燥度）蒸 / 降 Na 2. 地形：低处 3. 母质 : 4. 植被：耐盐 , 红柳、胡杨、甜菜
• 土壤发生与分类
  • 一、 factors of soil formation成土因素 1.Climate 气候（湿度、温度 、风） （ 1 ） rainfull-precipitation （地理分布： 地理分布： 1600-1800 ） （ 2 ） temperature(T-change) 托克逊、鄯善县、喀什伽师县 、若羌县、且末，旱极 10mm ，灰枣 2.plant(vegetation)生物 3.Topography地形 4.Parent matter母质 与土壤有“血缘”关系。不同母质不同土壤，如石灰土。 （ 1 ）影响土壤成土过程 （ 2 ）影响土壤层次 （ 3 ）淋溶因子 ba ＝（ Na2O ＋ K2O ＋ CaO ＋）＋） /Al2O3＝ （ 4 ）类型 ① 残积②坡积③洪积④冲积⑤风积⑥湖积⑦海积⑧冰碛⑨红土 5.Time时间 二、 soil formation processes 成土过程 1. 有机质形成过程 （ 1 ）森林腐殖质的聚集过程 （ 2 ）草甸腐殖质的聚集过程 （ 3 ）草原腐殖质得到聚集过程 （ 4 ）斑毡草皮层的形成 （ 5 ）泥炭沼泽腐殖质的聚集 2. 原始成土过程 3. 钙化过程 4. 粘化过程 （ 1 ）残积粘化 （ 2 ）变质粘化 （ 3 ）淋淀粘化 5. 富铝化过程 :Ki ＝SiO2/Al2O3 ，SiO2 ＋ Fe2O3/Al2O3 ， 6. 灰化过程 7. 潜育化过程 8. 潴育化过程 9. 盐化过程 10. 碱化过程 11. 白浆化过程 12. 熟化过程 13 .粗质化过程 14. 潮化过程 15. 草甸化过程 16. 沼泽化过程 三、 soil classification 发生分类 1. 分类理论与依据：成土条件、成土过程、土壤属性 2.分类方法：Order土纲,suborder亚纲,soil group土类（高级基本分类单元）, subgroup亚类,families土属（承上启下单元）,series(土种（基本分类单元）,亚种
  • 土壤地带性
    • 一、水平地带性 （一）纬向水平地带性 砖红壤→赤红壤→红壤→黄棕壤→棕壤→暗棕壤→灰化土→冰沼土 （二）经向水平地带性 暗棕壤→黑土→黑钙土→栗钙土→棕钙土→灰漠土→灰棕漠土 二、垂直地带性