土壤的组成和性质PPT优秀课件.ppt

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1、1,1 土壤的组成与性质2 低产土壤的利用与改良3 高产土壤的培肥与利用4 常见化学肥料的施用5 常见有机肥料的使用6 测土配方施肥技术,第四章 农作物土壤培肥和合理施肥,土壤与整个地球环境系统的各圈层之间的关系,3,一、土壤的宏观组成 土壤是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松表层。它是由岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成的产物。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。,第一节 土壤的组成和性质,矿物质 90%以上 有机质 10%以内,固相,液相,土壤中的水分及其水溶物（包括气体）,孔隙中充满空气,气相,4,土壤构成【微观】,【1】、土壤是由各种大小不同的矿质土粒组成的，

2、它们单独或相互团聚形成土粒聚合体。大小不同的土粒的物理、化学性质不同，对土壤肥力的作用也不同。,【2】、根据土粒粒径和性质将土粒划分为 若干等级叫粒级，一般将土粒由粗到细分为石砾（li）、沙粒、粉砂粒和黏粒（nian）粒4个等级。,0.001,细粘粒,0.005-0.001,粗粘粒,粘 粒,0.01-0.005,细粉粒,0.05-0.01,粗粉粒,粉 粒,0.25-0.05,细粗粒,1-0.25,粗砂粒,砂 粒,3-1,细 砾,10-3,粗 砾,石 砾,10,石 块,粒径(mm),颗粒名称,表4-1 我国土粒分级标准,孔隙过大，水和养分易流失,石英为主，孔隙大，通气和透水性强，保水保肥能力弱，

3、营养元素含量少,原生矿物与次生矿物的混合体。团聚、胶结性差，分散性强。保水保肥能力较好。,次生矿物，土壤营养元素含量丰富，团聚能力较强，保水保肥性好，但通气和透水性差。, 1.土壤矿物质,土壤矿物质是岩石经过物理风化和化学风化形成的。原生矿物：它们是各种岩石（主要是岩浆岩）受到程度不同的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造都没有改变；如长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。次生矿物：它们大多数是由原生矿物经化学风化后形成的新矿物，其化学组成和晶体结构都有所改变。主要有：蒙脱石、伊利石、高岭石、铁铝氧化物、水化氧化物等。,石英,黑云母,辉石,方解石,2、土壤有机质,土壤

4、有机质是土壤中含碳有机化合物的总称。包括土壤中各种动植物微生物残体、土壤生物的分泌物与排泄物，及其这些有机物质分解和转化后的物质。 一般占固相总重量的10%以下，是土壤的重要组成部分，也是土壤形成的主要标志。土壤有机质主要来源于动植物和微生物残体。非腐殖物质（蛋白质、糖类、树脂、有机酸）腐殖质（腐殖酸、富里酸、腐黑酸等）。,土壤有机质的转化,土壤有机质矿质化过程,土壤有机质腐殖化过程,把复杂的有机物转变为简单的化合物，最后变成无机物CO2 、H2O、 NH3、 H2、SO2等的过程。,把有机质矿化过程中形成的中间产物合成为比较复杂的有机化合物-腐殖质的过程,称为腐殖化过程.,分解，提供养分和能

5、量,合成，积累养分和能量,（1）、提供植物生长所需的养分；（2）、提高土壤的持水性，减少水土流失；（3）、提高土壤的保肥性和缓冲性；（4）、改善土壤的物理性质；（5）、提高土壤生物和酶的活性，促养分转化；（6）、改善生态环境；,土壤有机质的作用,3 、土壤水分,土壤水分是土壤的重要组成部分，主要来自大气降水和灌溉。 土壤水分并非纯水！ 实际上土壤水是溶解有一定浓度的无机盐离子、有机离子、分子的稀薄溶液。因此土壤水分既是植物养分的主要来源，也是进入土壤的各种污染物向其他环境圈层（如水圈、生物圈等）迁移的媒介。,土壤水分含量,土壤水分含量通常用质量含水量表示。即单位质量的土壤中水分质量占烘干【10

6、5】土质量的比值，用百分数表示。土壤质量含水量=,土壤水质量,烘干土质量,100%,土壤水分含量,土壤水分类型吸湿水、膜状水、毛管水、重力水等。土壤水分有效性为植物生长创造一个良好的水、气、热环境，增加土壤水分的入渗，减少土壤水分的非生产性消耗和提高土壤水分的利用率。土壤水分管理的主要措施 a、农田基本建设合理化； b、合理灌溉和排水； c、合理耕作保墒； d、正确覆盖，保水保温；,4、 土壤中的空气,土壤是一个多孔体系，在水分不饱和的情况下，孔隙中充满空气。土壤空气主要来自大气，其次来自土壤中的生物化学过程。土壤空气是不连续的，它存在于被土壤固体隔开的土壤孔隙中，其组成在不同位置是有差异的。

7、,土壤空气的含量和组成在很大程度上取决于土水关系。在土壤孔隙里贮存的水分和空气，它们的相对含量经常随自然条件的改变而变化。,土壤空气与大气组成有较大的差别,（1）土壤空气是一个不连续的体系 。（2）CO2含量一般远比在大气中高，氧的含量则低于大气。造成这种差别的原因是土壤中植物根系的呼吸作用、微生物活动中有机物的降解及合成时消耗其中的O2，放出CO2。（3）土壤空气一般比大气含有较高的水量。土壤含水量适宜时，相对湿度接近100%。（4）除此之外，由于土壤空气经常被水汽所饱和，在通气不良情况下，厌氧细菌活动产生的少量还原性气体如CH4、H2S、H2也积累在土壤空气中。（5）、土壤空气各成分的浓度

8、在不同季节和不同土壤深度内变化大。,土壤通气性,1、土壤空气与大气不断进行气体交换的能力称为土 壤通气性。2、土壤通气性调节方法：A、深耕结合使用有机肥料B、客土【外地土】掺沙掺黏C、深耕或雨后及时中耕D、灌溉结合排水E、科学施肥,作业,1、名词解释： 原生矿物 次生矿物 粒级 土壤有机质 质量含水量 土壤通气性2、土壤有机质的作用是什么？3、土壤水分管理的具体措施是什么？,(二)、 土壤基本性质,土壤基本性质包括土壤的物理性质和化学性质。其中物理性质包括土壤质地、土壤孔隙性、土壤结构性、土壤热性质、土壤耕性等，土壤化学性质包括土壤吸收性、土壤酸碱性、土壤缓冲性、土壤养分等。,定义：由不同的粒

9、级混合在一起所表现出来的土壤粗细状况，称为土壤质地（或土壤机械组成）。依据：土壤质地分类是以土壤中各粒级含量的相对百分比作标准的。分类方法：国际制和美国制均采用三级分类法，即按砂粒、粉砂粒、粘粒三种粒级的百分数，划分为砂土、壤土、粘壤土和粘土四类十二级。,1、土壤质地,土壤质地可在一定程度上反映土壤矿物质组成和化学组成，同时土壤颗粒大小与土壤的物理性质有密切关系，并且影响土壤孔隙状况，因此对土壤水分、空气、热量的运动和养分转化有很大影响。质地不同的土壤表现出不同的性状。,壤土兼有砂土和粘土的优点,土壤性状,土壤质地改善措施,增施有机肥，改良土性；掺沙掺黏；客土调剂；引洪漫淤，引洪漫沙；翻淤压沙

10、，翻沙压淤；种树种草，培肥改土；因土制宜，加强管理；,2、土壤孔隙性,定义：土壤孔隙性是指土壤孔隙的数量、大小、比例、性质的总称。土壤孔隙类型：通气孔隙、毛管孔隙、无效孔隙。土壤孔隙性调节有利于创造松紧适宜的土壤环境，对种子出苗、扎根都有重要作用：防止土壤压实；实行粮肥轮作、水旱轮作，增施有机肥料；深耕结合使用有机肥料，再配合耙耱、中耕、镇压等措施；采用工程措施改造或改良铁盘、砂姜、漏沙、黏土等障碍土层。,3、土壤结构,土壤结构包含土壤结构体和土壤结构性。土壤结构体是指土壤颗粒或颗粒团聚形成的具有不同形状和大小的土团和土块。常见有7种结构【见P61页图】。土壤结构性是指土壤结构体的类型、数量、

11、稳定性、土壤孔隙状况等。,团粒结构是良好的土壤结构体，具有多孔性和稳定性。团粒结构多是土壤肥沃的标志之一。促进土壤团粒结构形成的主要措施有：一是增施有机肥；二是酸碱性土壤改良；三是合理的精耕细作；四是合理轮作；五是合理灌溉、晒垡、冻垡；六是使用土壤结构改良剂。, 1.3 土壤吸附性,土壤胶体的比表面积和带电性，使土壤具有吸附性。1.3.1 土壤胶体的性质（1）土壤胶体具有巨大的比表面和表面能：,比表面：单位重量（或体积）物质的表面积。,一定体积的物质被分割时，随着颗粒数的增多，比表面也显著地增大。,蒙脱石比表面积最大（600-800 m2/g）高岭石最小（7-30 m2/g）有机胶体比表面积也

12、大（700 m2/g）,（2）土壤胶体的电性： 土壤胶体微粒内部一般带负电荷，形成一个负离子层（决定电位离子层），其外部由于电性吸引而形成一个正离子层 （反离子层或扩散层），即合称双电层。,（3）土壤胶体的凝聚性和分散性： 凝聚性：由于胶体的比表面和表面能都很大，为减小表面能，胶体具有相互吸引、凝聚的趋势，这就是胶体的凝聚性。分散性：由于土壤胶体微粒带负电荷，胶体粒子相互排斥，具有分散性，负电荷越多，负的电动电位越高，相互排斥力越强，分散性也越强。影响因素：土壤胶体的电动电位和扩散层厚度及土壤溶液中电解质浓度、pH值影响土壤凝聚性能。,土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力顺序如下：Na+K+NH4+

13、HMg2Ca2+Al3 Fe3+,1.3.2土壤胶体的离子交换吸附,在土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换，称为离子交换（或代换）。离子交换作用包括阳离子交换吸附作用和阴离子交换吸附作用。,（1）土壤胶体的阳离子交换吸附：,阳离子交换能力的强弱主要依赖于以下因素：电荷数：离子电荷数越高，阳离子交换能力越强。离子半径及水化程度：同价离子中，离子半径越大，水化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。 Fe3Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+。（三价离子二价离子一价离子 ）,每千克干土中所含全部阳离子总量，

14、称为阳离子交换量 (cmol/kg) ，不同土壤的阳离子交换量不同：不同种类胶体的阳离子交换量的顺序为：有机胶体蒙脱石水化云母高岭土含水氧化铁、铝。土壤质地越细，阳离子交换量越高。土壤胶体中SiO2/R2O3比值越大，其阳离子交换量越大，当SiO2/R2O32，阳离子交换量显著降低。pH值下降阳离子交换量降低；反之，交换量增大。,可交换性阳离子有两类：一类是致酸离子，H+和A13+；另一类是盐基离子，Ca2+、Mg2+、NH4+、K+、Na+等。 当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子，且已达到吸附饱和时的土壤，称为盐基饱和土壤。 当土壤胶体上吸附的阳离子有一部分为致酸离子，则这种土壤为盐基不饱

15、和土壤。 在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度：,（2）土壤胶体的阴离子交换吸附： 土壤中阴离子交换吸附是指带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。 阴离子的交换吸附比较复杂，能与溶液中阳离子形成难溶性沉淀的被强烈地吸附。 Cl-、NO3-、NO2-等不能形成难溶盐，很少被土壤吸附。,1.4 土壤酸碱性,根据土壤的酸度可以将其划分为9个等级。,6.5,7.0,中,性,9.5,极,强碱性,6.0,6.5,弱酸性,8.5,9.5,强碱性,5.5,6.0,酸,性,7.5,8.5,碱性,4.5,5.5,强酸性,7.0,7.5,弱碱性,4.5,极,强酸性,pH,土壤酸

16、碱度分级,pH,土壤酸碱度分级,6.5,7.0,中,性,9.5,极,强碱性,6.0,6.5,弱酸性,8.5,9.5,强碱性,5.5,6.0,酸,性,7.5,8.5,碱性,4.5,5.5,强酸性,7.0,7.5,弱碱性,4.5,极,强酸性,pH,土壤酸碱度分级,土壤酸碱度分级,表4-8 土壤酸碱度分级,我国土壤的pH大多在4.5-8.5范围内，并有由南向北pH值递增的规律性。长江（北纬33）以南的土壤多为酸性和强酸性，华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤，pH值大多在4.5-5.5之间，有少数低至3.6-3.8；华中华东地区的红壤，pH值在5.5-6.5之间；长江以北的土壤多为中性或碱性，华北、西

17、北的土壤大多含CaCO3，pH值一般在7.5-8.5之间，少数强碱性土壤的pH值高达10.5。,1.4.1土壤酸度,（1）活性酸度： 土壤的活性酸度是土壤溶液中H+浓度的直接反映，又称为有效酸度，通常用pH表示。 土壤溶液中H+的来源：土壤中CO2溶于水形成的碳酸；有机物分解产生的有机酸；土壤中矿物质氧化产生的无机酸；无机肥料中残余的无机酸；大气污染形成的大气酸沉降。,（2）潜性酸度： 土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和A13+。当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后，即可增加上壤溶液的H浓度，使土壤pH值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性

18、酸度，其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。 根据测定土壤潜性酸度所用的提取液，可以把潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。,代换性酸度：用过量中性盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和A13+发生离子交换作用，而表现出的酸度，称为代换性酸度。,AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl,土壤矿物质胶体释放出的氢离子很少 ，土壤腐殖质中的腐殖酸可产生较多的氢离子。,代换性A13+是矿物质土壤中潜性酸度的主要来源。红壤的潜性酸度95%以上是由代换性A13+产生的。,水解性酸度：用弱酸强碱盐（如醋酸钠）淋洗土壤，溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的H+和A13+代换出来，同时生成某弱酸（

19、醋酸）。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。 水解性酸度一般比交换性酸度高。由于中性盐所测出的代换性酸度只是水解性酸度的一部分，当土壤溶液在碱性增大时，土壤胶体上吸附的H+较多地被代换出来，所以水解酸度较大。,CH3COONaH2OCH3COOH Na OH-,土壤的活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。 土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体是H+和A13+的贮存库，潜性酸度则是活性酸度的贮备。 土壤的潜性酸度往往比活性酸度大得多，二者比例在砂土中约为1000；在有机质丰富的粘土中可高达5l041105。,（3）活

20、性酸度与潜性酸度的关系,1.4.2土壤碱度,也用pH表示 pH 8.5 土壤溶液中OH-的主要来源，是CO32-和HCO3-的碱金属（Na、K）及碱土金属（Ca、Mg）的盐类。 强碱性土对大多数植物和微生物有害，可使微量元素沉积，恶化土壤物化性能。,Na+离子饱和度亦称为土壤碱化度。,胶体上吸附的盐基离子不同，对土壤的pH的影响也不同。,当土壤胶体上吸附的Na、K、Mg（主要是Na）等离子的饱和度增加到一定程度时，会引起交换性阳离子的水解作用：,表4-9 不同盐基离子完全饱和吸附黑钙土的pH值,1.4.3土壤的缓冲性能,土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生变化的能力，它可以保持土壤反应的相

21、对稳定。（1）土壤溶液的缓冲作用： 土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸等弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。 Na2CO3 + 2HCl2NaCl + H2CO3 H2CO3 + Ca(OH)2CaCO3 + 2H2O,土壤中的某些有机酸是两性物质，具有缓冲作用。如氨基酸含氨基和羧基可分别中和酸和碱，从而对酸和碱都具有缓冲能力。,（2）土壤胶体的缓冲作用： 土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。对酸的缓冲作用（以M代表盐基离子）对碱的缓冲作用,土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能就越强。在代换量相等的条件下，盐基饱和度愈高，

22、土壤对酸的缓冲能力愈大；反之，盐基饱和度愈低，土壤对碱的缓冲能力愈大。一般土壤缓冲能力：腐殖质土粘土砂土,还原态 元素 氧化态 CH4 C CO2 NH3、N2、NO N NO2-、 NO3- H2S S SO42- PH3 P PO43- Fe2+ Fe Fe3+,1.5 土壤的氧化还原性,土壤中主要的氧化剂： 土壤空气中的游离O2、少量的NO3-、和高价的金属离子, 如Fe（III）、Mn（IV）、V（V）等。土壤中主要的还原剂： 土壤有机质、厌氧条件下的分解产物以及低价金属离子。,土壤中氧化、还原物质组成复杂，因此以实际测量的土壤氧化还原电位来衡量土壤的氧化还原性。 Eh 300 mV，

23、氧体系起主要作用，土壤处于氧化状态； Eh 300 mV，土壤有机质起主要作用，还原状态； 旱地 Eh 大致为400-700 mV； 水田 Eh 大致为300-200mV。,土壤的氧化还原性质可用Eh衡量,（1）土壤通气情况（2）pH值：受氧体系支配，pH下降则Eh上升（3）有机质状况：有机质分解时形成大量还原性物质（4）无机物状况：还原性或氧化性物质的含量（5）根系代谢所分泌的有机酸的Redox,影响Eh的因素,Eh 200-700mV时，养分供应正常;Eh 700mV, 有机质被氧化，迅速分解，养分贫乏;Eh 400-700mV时, 氮素以NO3-存在;Eh 400mV, 反硝化发生; Eh 200mV, NO3-消失，出现大量NH4+;Eh -200mV, H2S产生;,Eh对土壤性质的影响,土壤中的氧化还原反应能引起土壤酸碱性变化.氧化使土壤酸化，还原使土壤碱化;强烈影响存在于土壤中的变价元素的转化和迁移;制约土壤的养分状况.,个人观点供参考，欢迎讨论,