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1、Tel: 137 105 38681 Email: ,资源环境学院 戴 军,土 壤 肥 料 学,写在学习土壤学之前的话,土壤学仅应用在农业吗？,你知道什么是与土壤学有关的科学问题吗？,无公害农业,持续农业,“三高”农业,我国农业环境污染严重,1) 全国受重金属污染的农业土地约2500万hm2； 2) 全国受有机污染物（农药、石油烃和PAHs）污染农田达3600万hm2； 3) 重金属和有机污染物通常构成复合污染。,我国农产品安全面临严重挑战,重金属超标 农药超标 硝酸盐和亚硝酸盐污染 PAHs 积累,Dabaoshan Mine,Acid mine drainage,downstream,Wa
2、ter eutrophication,Red tide,长江入海口卫星图片,温室气体与全球气候变化,世界土壤退化现状图,据统计：因水土流失、盐渍化、沼泽化、土壤肥力衰减和土壤污染及酸化等造成的土壤退化总面积约 4.6 亿公顷，占全国土地总面积的 40% ，是全球土壤退化总面积的 1/4 ！。,我国土壤退化的现状,课程及实验安排：教学进程表。,课堂组织形式：主要讲授土壤学的基本概念和基本理论及其应用，突出重点，分析难点。,土壤学部分成绩评定： 考试60%，实验成绩30%，课堂表现10%。,绪论,第一节 土壤的重要性,一、土壤与农业生产的关系,民以食为天，食以土为本。,植物生产五大因素：光、热、水
3、、肥、气,一个良好的土壤应该能使植物： 吃得饱（养分供应充分） 喝得足（水分充分供应） 住得好（空气流通、温度适宜） 站得稳（根系 伸展开、机械支撑牢固）,P植物； A动物； S土壤,P,S,A,植物生产、动物生产和土壤管理的关系,大气圈,生物圈,岩石圈,水圈,土壤圈的地位,释放CO2、CH4、H2S、N2O、吸收O2,地球保护层地质循环,支持生物过程、提供生物养分、水分,影响降水分配、水循环与平衡,土壤圈与其它圈层的关系,二、土壤的概念 人们从不同的出发点来研究土壤，概括土壤概念的角度不同，产生了不同的土壤概念。,地质学家认为土壤就是破碎了的陈旧岩石，认为土壤是坚实地壳最表面的风化层，将土壤
4、仅作为岩石的变态来认识。,植物营养学家认为土壤是植物养料的贮存库，认为土壤是能生长植物的那一部分地壳，或认为土壤仅是陆地植物生长的自然介质。,生态学家从生物地球化学观点出发，认为土壤是地球表层系统中，生物多样性最丰富，生物地球化学能量交换、物质循环最活跃的生命层。,环境科学家认为，土壤是重要的环境因素，环境污染物的缓冲带和过滤器。,工程专家则把土壤看作承受高强度压力的基地或作为工程材料的来源。,19世纪7080年代俄罗斯学者，土壤发生学派创始人道库卡耶夫（BB）把土壤作为独立的自然体，认为土壤是五大成土因素生物、母质、气候、地形和时间综合作用的产物。 这是从土壤发生学观点来认识土壤，在土壤学界
5、得到广泛的认同。,中国土壤中土壤的定义是： 发育于地球陆地表面能生长绿 色植物的疏松多孔结构表层。,土壤的物质组成,土壤组成物质的体积比,二、土壤肥力和土壤生产力,20世纪30年代，苏联土壤学家威廉斯认为：“土壤肥力就是土壤在植物生活的全部过程中，同时而且不间断地供给植物以最大限度的有效养分及水分的能力”。,1、土壤肥力的概念 土壤最基本的特性是具有土壤肥力。,中国土壤（1987）对肥力的阐述为： 肥力是土壤的基本属性和质的特征，是土壤从营养条件和环境条件方面，供应和协调植物生长的能力。,营养条件：养分、水分 环境条件：热、气、水,土壤肥力四大要素：水、肥、气、热,2、土壤肥力的分类,自然肥力
6、和人为肥力 自然肥力：土壤在自然因子的综合作用下发育而来的肥力。 人为肥力：土壤在人类的耕作熟化过程发育而来的肥力。,# 潜在肥力和有效肥力 有效肥力：在当季生产中能表现出来，产生经济效益的肥力部分。 潜在肥力：在当季没有直接反映出来的肥力部分。 但两者之间没有截然界限，可以互相转化。人类在利用土壤资源过程中的干预正确与否（即土壤管理的技术水平），是导致这两种肥力相互转化的关键。,3、土壤生产力与土壤肥力的关系,土壤的生产力是由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定的。,肥力只是生产力的基础，而不是生产力的全部。,肥力越高，生产力不一定越高。,第一章 土壤矿物质土粒,土壤矿物质是由各
7、种矿物所组成的岩石风化而来的。而土壤矿物质的组成、结构和性质又对土壤的形成过程、物理性质、化学性质、生物及生物化学性质，以及养分状况和肥力水平等有很大的影响。,第一节 形成土壤母质的矿物和岩石 岩石 母质 土壤 一、主要的矿物 合成纤维由石灰岩加工制成，而石灰岩是由方解石这种矿物组成的。入药的辰砂、磁石、石膏，做香皂、牙膏用的滑石，栽花用的蛭石，冶炼成钢的赤铁矿也是矿物。 矿物：是一类天然产生于地壳中且具有一定的化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质。,肾状（赤铁矿）,菱形（方解石）,板状（石膏）,滑石,矿物根据成因可分为： 原生矿物和次生矿物 原生矿物： 直接来自岩浆岩(即火成岩) 或变
8、质岩的矿物，如石英、长石等,原生矿物 石英:,含有机质的石英烟水晶,原生矿物 正长石,原生矿物 白云母,次生矿物： 原生矿物、火山灰或各种风化产物通过化学或生物作用而转变或重新合成新的粘土矿物和氧化物矿物。 如高岭石是由钾长石风化来的。,次生矿物 高岭石,碳酸盐类矿物 方解石,次生矿物,二、主要的成土岩石 岩石：指由一种或数种矿物组成的天然集合体。 如：石英岩由石英组成，花岗岩由正长石、石英和云母等多种矿物组成。,根据岩石产生的原因, 可分为三大类: 岩浆岩（花岗岩、玄武岩等） 沉积岩（石灰岩、砂岩等） 变质岩（石英岩等）,岩浆岩又叫火成岩，由熔融的岩浆上升到地壳不同深度或喷出地表冷凝结晶而成
9、。,沉积岩在地表条件下，各类岩石风化破坏后的产物，经搬运、沉积、重新固结而成的岩石。,变质岩各类先成岩（岩浆岩、沉积岩、原有变质岩）由于地壳运动或受到岩浆活动的影响，在高温高压下，原有岩石内部发生剧烈变化，矿物重新结晶或重新排列，甚至化学成份发生剧烈变化，经过变质作用形成的岩石。,高岭石(分化产物) 正长石,第二节 矿物岩石的风化作用与土壤母质 一、风化作用的概念和类型 风化作用：指地壳最表层的岩石在空气、水、温度和生物活动的影响下，发生机械破碎和化学变化的过程。,风化作用的类型: 按照分化作用的因素和特点，可分为： 物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用,1、物理风化作用： 定义：指岩石因
10、受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而不改变其矿物组成和化学成分。 特点：岩石由大块变成小块再变为细粒；矿物组成和化学成分没有发生改变,2、化学风化作用 定义：指岩石在化学因素作用下，其组成矿物的化学成分发生分解和改变，直至形成在地表环境中稳定的新矿物。 特点：不仅使已破碎的岩石进一步变细，更重要的是岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生新的物质。,化学风化一般包括： 溶解作用：矿物在水中溶解的过程。如1 份云母可溶于34000份水中。 水化作用：矿物与水相结合。如赤铁矿变成褐铁矿。 水解作用：矿物与水相遇，引起矿物分解并形成新矿物。如正长石水解后变成高岭石
11、。氧化作用：二价铁氧化成三价铁。使许多矿物和岩石表面染成红褐色。,3、生物风化作用 定义：指岩石在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，进行崩解和分解的过程。 主要因素：根系的压力（10-15磅/cm2）和根系分泌物，微生物分解有机质产生酸。 特点：植物营养元素在母质表层集中，同时累计了有机质，发展了肥力。故生物开始参与分化作用也就意味着土壤成土过程的开始。,二、土壤母质的形成及我国的主要成土母质 （一）母质的形成 裸露的岩石经风化作用而形成的疏松的、粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，是形成土壤的母体，称为母质。,（二）我国的主要成土母质 残积物 坡积物 洪积物 河流冲积物 湖积物 海积物 风
12、积物 冰碛物,主要成土母质的特点 残积物 是指未经外力搬运迁移而残留于原地的风化产物，多分布于山地与丘陵顶部较高的部位。 2. 坡积物 是在重力和雨水冲刷的影响下，将山坡上部的风化产物搬运到坡脚或谷地堆积而成。,3. 洪积物 是由于山区临时性的洪水暴发，洪水夹带岩石碎屑、砂粒等沿山坡下泻至山前平缓地带沉积而成。 4. 河流冲积物 是岩石的风化产物，受河流经常性流水浸蚀、搬运，在流速减缓时沉积于河谷地区的沉积物。,5. 湖积物 是由湖水泛滥沉积而成的沉积物，分布在大湖的周围。 6. 海积物 为海边的海相沉积物。 7. 风积物 经风搬运而堆积的物质。 8. 冰碛物 由冰川夹带的物质搬运沉积而成。,
13、岩石、母质和土壤的区别与联系 区别：母质不单纯是岩石的由大到小，而且产生了原来岩石所没有的新的特性。主要表现在物理性质和矿物组成、化学性质发生了改变。如母质有一定保水性能、吸附性能和产生了新的粘土矿物等。母质与土壤的区别在于：土壤具有完整的土壤肥力，其持水力更强，吸附能力更大，养分具有表聚作用，适用于植物生长。 联系：土壤母质中的原生矿物均来自于岩石。土壤中的矿物质及其初始无机养分（P、K、Ca、Mg等）主要来自于土壤母质,第三节 土壤矿物质土粒的组成与特性,一、矿物土粒的大小分级粒级与粒级分类,（一）粒级的概念,通常根据土粒直径大小及其性质上的变化，将其划分为若干组，称为土壤粒级（粒组）。,
14、（二）粒级的分类,1. 国际制,2. 卡庆斯基制,3. 中国制,1. 国际制,矿物质土粒的机械组成和质地分类,（一）概念,机械组成 ：,是指土壤中各粒级矿物质土粒所占的百分含量，也称颗粒组成 。,土壤质地：,是根据机械组成划分的土壤类型 ，一般分为砂土、壤土和粘土三类。,（二）土壤质地分类,1. 国际制,2. 卡庆斯基制,3. 我国土壤质地分类,1. 国际制土壤质地分类,2. 卡庆斯基制土壤质地分类,3. 我国土壤质地分类,四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良,（一）不同质地土壤的肥力特点,壤质土 由于所含砂粒、粘粒比例较适宜，它的肥力特点兼有砂土类土壤和粘土类土壤的优点，即它既有砂质土的良好
15、通透性和耕性，发小苗等优点，又有粘土对水分、养分的保蓄性、肥效稳而长等优点。,（二）土壤质地层次,上粘下砂,上砂下粘,砂粘相间,1. 自然条件产生的层次性,2. 耕作的作用,质地层次性产生的原因：,（三）不同质地土壤的改良,1. 客土法,2. 耕翻法,3. 引洪漫淤法,4. 增施有机肥,第二章 土壤有机质,土壤有机质(soil organic matter) ： 是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动、植物残体，土壤生物体及其分解和合成的各种有机物质。,第一节 土壤有机质的来源 、含量和组成,自然条件下：,动植物残体 微生物代谢产物及其残体,耕作条件下：,施有机肥 作物根茬
16、废水废渣 微生物制品 有机农药,来 源,一、土壤有机质的来源,1、含量,20有机土壤 20矿质土壤,一般5,土壤有机质含量多少与气候、植被、地形、土壤类型、耕作措施等密切相关。,二、含量及其组成, 40 g/kg 极丰富 3040 g/kg 丰富 1030 g/kg 中等 610 g/kg 缺乏 6 g/kg 极缺乏,土壤有机质含量分级标准：,我国土壤有机质含量分布,0.5%,5%,0.5-2.0%,7%,2、组成,土壤腐殖质（ soil humus）：指除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称。,非腐殖物质（ Non- Humic Substances ）是指有特定物
17、理化学性质、结构已知的有机化合物。约占腐殖质2030。主要有：碳水化合物、氨基糖、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡质、木质素、树脂、核酸、有机酸等。,腐殖物质（humic substances ）是指经土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的，新形成的黄色至棕黑色的高分子有机化合物。约占腐殖质6080。,第二节 土壤有机质的分解和转化,矿化过程(Mineralization)： 是指土壤有机质通过微生物的作用分解为简单的化合物，同时释放出矿质养分的过程。,腐殖化过程(Humification)： 是指有机质在微生物的作用下，通过生化和化学作用转化为腐殖质的过程。,图4-1 有机质的
18、分解与合成示意图, 成分简单的可溶物质：, 较复杂的物质：,复杂的物质：,单糖、双糖、氨基酸、有机酸,蛋白质、半纤维素,纤维素、果胶、脂肪、木质素、蜡质,一、单一有机化合物的分解和转化, 含碳化合物：, 含氮化合物：, 含磷化合物：, 含硫化合物：,单糖、双糖、葡萄糖、纤维素、半纤维素,氨基酸、蛋白质,核蛋白、卵磷脂,胱氨酸,在好氧条件下： 微生物活动旺盛，分解作用进行得较快，最后大部分有机物质变成CO2和H2O，而N、P、S等则以NH4 + 、NO3-，HPO4 2 - 、H2PO4 - 、SO4 2-等矿质盐类释放出来。,在嫌气条件下： 好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行的既慢又不彻底
19、，这样有机质消失得较慢而在土壤中大量积累，养料和能量释放很少，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物，在极端嫌气的情况下，还会产生CH4、H2等还原物质。,无论是在好氧条件还是嫌气条件下，有机物质降解的终端产物主要是二氧化碳。因此，二氧化碳的释放速率通常是衡量土壤有机质分解率和微生物活性的重要指标。,二、植物残体的分解和转化,植物残体主要包括植物根、茎、叶的死亡组织，是由不同种类的有机化合物所组成，具有一定生物构造的有机整体。其分解和转化过程不同于单一的有机化合物，表现为一个整体的动力学特点。,植物残体在土壤中的分解过程通常可分为两个阶段。 第一阶段是，加入土壤的最初几个月，植物体很快矿化，这主
20、要是植物残体中的可溶性有机化合物以及部分类似的有机物所引起的； 第二阶段是，残留在土壤中的残体碳缓慢分解，这些残体碳主要是第一阶段未受多大程度分解的木质素、蜡质等。 据此，通常将植物残体碳分为两个组：易分解组和难分解组。,三、土壤腐殖物质的分解和转化,土壤腐殖物质的分解和转化经历三个阶段。 在第一阶段，腐殖物质经过物理 化学作用和生物降解，使其芳香结构的核心与其复合的简单有机物分离或是整个复合体解体。 在第二阶段，释放简单的有机化合物被分解和转化，酚类聚合 物被氧化。 最后一个过程是脂肪酸被分解，被释放的类芳香族化合物（如酚类）参与新腐殖物质的形成。,土壤腐殖物质抗微生物分解的能力很强。 这是
21、因为： 它是一类以芳香化合物或其聚合物为核心，复合了其它类型有机物质（如脂肪酸、蛋白质）的有机复合体。 腐殖物质通常与粘土矿物紧密结合以有机无机复合体形式存在。 有时它还存在于蒙脱石等膨胀性矿物的层间，根本无法被微生物所降解。,土壤有机无机复合体示意图,矿化率：,是指土壤中年矿化的有机质量占土壤有机质总量的百分数。,矿化率 =,土壤总有机质1年后土壤有机质的残留量,土壤总有机质,三、影响有机质转化的因素,1、有机质的组成与状态 （内因）,2、土壤的环境条件 （外因）,1、有机质的组成与状态 （内因）, 物理状态, 化学组成, C/N 比,新鲜程度 破碎程度 紧实程度,C/N 比以25或30：1
22、较为合适。,2、土壤的环境条件 （外因）, 湿度与通气状况： 最适湿度：土壤持水量的50-80%, 温度：最适宜温度大约为25-35, pH ：适宜pH6.5-7.5, 重金属、盐分等：,第三节 土壤腐殖质,理想的提取剂应具备条件： 1对腐殖酸的性质没有影响或影响极小； 2获得均匀的组分； 3具有较高的提取能力，能将腐殖酸完全分离出来。,一、土壤腐殖酸的提取和分组,目前常用的提取剂： （1）0.1M NaOH溶液 （2）0.1M NaOH + 0.1M 焦磷酸钠混合提取液,用0.1mol.L-1NaOH浸提过滤,黑色残余物,溶液,胡敏素,1:1HCl酸化过滤,褐色沉淀,黄色溶液,胡敏酸,富里酸
23、,土壤有机质,需要特别指出的是，这些腐殖物质组分仅仅是操作上的划分，而不是特定化学组分的划分。,土壤腐殖酸的性质,（一）物理性质 1、颜色 黑褐色，富里酸呈淡黄色，胡敏酸呈褐色 2、溶解性 富里酸溶于水、酸、碱； 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱； 富里酸的一价、二价盐溶于水，三价盐几乎不溶于水； 胡敏酸的一价盐溶于水，但二价、三价盐几乎不溶于水。,3、吸水性：最大吸水量可以超过500%。 4、腐殖质的分子结构 （1）腐殖酸的分子量有较大的差异。 富啡酸最低，胡敏素最大，胡敏酸中等； （2）腐殖酸的分子形状 pH 2-3 纤维、纤维束状 4-7 网状、海绵状 8-9 页状 10 粒状 5.胶体特性
24、 土壤有机胶体的主要组成部分,1、元素组成,C：55-60%（平均58%）,N：3-6%（平均5.6%）,（二）化学性质,C、H、O、N、S,我国主要土壤腐殖酸的元素组成,2、含各种功能基,酸性功能基：羧基和酚羟基 中性功能基：醇羟基、醚基、酮基、 醛基和酯基； 碱性功能基：胺和酰胺,腐殖质的含氧官能团含量（mmol M）.kg-1,3、带电性：CEC为500-1200cmol(+)/kg,腐殖酸是一种两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH质的升高而升高。,4、缓冲酸碱性,5、络合能力,Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg 2+ 及重金属,络合物
25、的稳定性随pH值的升高而增大。 在pH4.8时能与Fe、Al、Ca等离子形成可溶性络合物，但在中性或碱性条件下会产生沉淀。,总酸度的大小与腐殖质的活性有关，一般较高的总酸度意味有较高的阳离子交换量和络合容量。胡敏素、胡敏酸和富啡酸的总酸度次序增加。,6、总酸度 腐殖物质的通常是指羧基和酚羟基的总和。,第四节 土壤有机质的作用及管理,一、有机质在土壤肥力中的作用,2 、促进土壤养分的有效化,1 、提供植物需要的养分,有机酸和腐植酸的溶解和络合,N 、P 、K 、 Ca 、Mg 、S 、Si和各种微量元素,3、改善土壤的肥力特性,物理性质：促进良好结构体形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂
26、性，提高保蓄性；促进土壤升温。,化学性质： 影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，影响土壤保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性,生物性质：提供土壤微生物养分和能量、增加土壤微生物生物量。,二、土壤有机质在生态环境上的作用,（一）对重金属离子的作用,（二）对农药等有机污染物的固定作用,（三）对全球碳平衡的影响,五、土壤有机质的管理,1、提高土壤有机质的积累,种植绿肥、粮肥轮作,施用有机肥料（作物秸秆、绿肥、粪肥、厩肥、堆肥、沤肥、饼肥、蚕沙、鱼肥、河泥、塘泥）,2、调节土壤有机质的分解速率,有机肥料的分类:,1. 粪尿肥类: 人粪尿、家畜粪尿与厩肥、禽粪 2. 堆沤肥类：堆肥、沤肥、秸秆
27、还田、沼气肥 3. 绿肥类：栽培绿肥、野生绿肥 4. 饼肥类：花生麸、豆饼等 5. 泥炭类：泥炭、腐殖酸 6. 城市废弃物类：垃圾肥、城市污泥、污水等 7. 其它有机肥类：海肥、毛发等,第三章 土壤孔隙性、结构性与耕性,第一节 土壤孔隙性,土壤孔隙性是指土壤孔隙总量及大、小孔隙分布。,一、概念,土壤密度值的大小，是土壤中各种组分的含量和密度的综合反映。常见土壤组分的密度（表4-1）。,矿质土壤“常用密度值”为：2.65 g/cm3 。,（一）土壤密度：单位容积固体土粒（不包含粒间孔隙的体积）的质量。单位为：克/厘米3.,容重大小，受土壤质地、结构和有机质含量、土壤松紧状况以及人工管理措施的影响
28、。介于1.0-1.5 g/cm3 。,土壤容重：田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质量或重量，单位为： 克/厘米3。,（二）土壤容重,粘质土壤 砂质、壤质土壤 1.1-1.5 1.2-1.6,表层土壤 底层土壤；,对作物生长发育最适宜的容重1.1-1.2 g/cm3 。,土壤容重值的应用：,1、计算土壤孔隙度 2、计算耕作层土壤重量或工程土方量 3、估算各种土壤成分储量 4、计算土壤储水量及灌水或排水量,在水稻土研究中还提出了“浸水容重”的概念，作为反映浸水条件下土壤结构状态和淀实程度的指标。,土壤孔隙度（亦称总孔隙度） ：在一定容积的土体内，土壤孔隙容积占整个土体容积的百分数
29、。,= （1 容重 / 密度） 100,（三）土壤孔隙度,影响土壤孔隙度的因素：,1、土壤质地 2、结构和土粒排列状况 3、有机质含量,土壤孔隙比：土壤孔隙容积与土粒容积的比值。,土壤孔隙比 = 孔隙度/（1 孔隙度）,二、土壤孔隙的类型,毛管孔隙：毛管水占据的孔隙。,非毛管孔隙：由大土粒或土团疏松排列或经人为锄松而形成。常为空气占据，故又称通气孔隙。它的主要作用是通气透水，决定着土壤的通气性和排水状况。砂土中以这种孔隙为主。,毛管孔隙的容积占土壤容积的百分数，叫毛管孔隙度。 非毛管孔隙的容积占土壤容积的百分数，叫非毛管孔隙度。,三、理想的土壤孔隙性,耕层的总孔隙度为5056%，通气孔隙度为1
30、020 %则更好。,土体内的垂直分布为“上虚下实”。耕作层应有较丰富的非毛管孔隙，耕作层以下，除应以毛管孔隙为主以外，非毛管孔隙应保持一定的数量。,第二节 土壤的结构,土壤结构是土粒的排列组合形式，包含结构体和结构性。通常所说的土壤结构多指土壤结构性。,土壤结构体是土粒互相排列和团聚成为一定形状和大小的结构的土块或土团。,土壤结构性是由土壤结构体的种类、数量及结构体内外的孔隙状况等产生的综合性质,一、概念,二、土壤结构类型,土壤结构分类是依据它的形态、大小和特性等。,土壤结构体类型,单粒结构 Single Grained,粒状结构 Grained,图2-22 土壤结构类型图解,片状结构 Pla
31、ty,Platy,块状结构 Blocky,图2-22 土壤结构类型图解(续),柱状结构 Columnar,棱柱结构 Prismatic,图2-22 土壤结构类型图解(续),大块状结构 Massive,图2-22 土壤结构类型图解(续),单粒结构 Single Grained 粒状结构 Grained 片状结构 Platy,图2-22 土壤结构类型图解(续),柱状结构 Columnar,块状结构 Blocky,大块状结构 Massive,棱柱状结构 Prismatic,图2-22 土壤结构类型图解(续), 大块状：10cm 小块状结构：10-5cm 碎块状结构：5-0.5cm 更小则为碎屑状结构
32、；,1、 块状结构和核状结构,特征：长、宽、高大致相等,块状结构 Blocky,大块状结构 Massive,碎块小而且边角明显的则叫核状结构 可分为大（1cm）、中（1.0-0.7cm） 、 小（0.7-0.5cm）几等。,2、 棱柱状结构和柱状结构,棱柱状结构：边角明显的柱状体,如果柱状体的边角不明显，则叫做柱状结构体。 这两种结构体按其横轴长度，可分为大(5cm) 、中和小(3 cm)三等。,特征：结构体纵轴大于横轴。,3、片状结构（板状结构）,按照片的厚度可分为板状(5cm) 、片状、页状、叶状(1cm)结构，还有一种鳞片状结构。,特征：结构体横轴大于纵轴。,团粒的直径约为10-0.25
33、mm，而0.25mm的则成为微团粒。 团粒具有水稳性、力稳性和多孔性。,4、团粒（粒状和小团块）结构,特征：大体呈球形,5、单粒“结构” 此外，在缺少有机质在砂质土中，砂粒单个的存在，并不粘结成结构体，也可称为单粒“结构”。,3、团粒结构土壤的保肥与供肥协调,4、团粒结构土壤宜于耕作,三、团粒结构在土壤肥力上的意义,5、团粒结构土壤具有良好的耕层构造,1、团粒结构土壤的大小孔隙兼备,2、团粒结构土壤中水、气矛盾的解决, 增施有机肥, 实行合理轮作, 合理耕作、水分管理及施用石灰或石膏, 土壤结构改良剂的应用,四、土壤结构的管理,第三节 土壤物理机械性与耕性,土壤物理机械性是多项又称土壤力学性质
34、的统称，主要包括粘结性、粘着性、可塑性等。,土壤耕作中的许多问题，如耕作难易、耕作质量、“土壤压板”等都与土壤力学性质密切相关。,一、 土壤的物理机械性,1、土壤粘结性 2、土壤粘着性 3、土壤塑性 4、土壤胀缩性 5、耕作阻力,土壤粘结性：是指土粒间互相粘结在一起的性质。,1、土壤粘结性,土壤粘结力包括：范德华力、库仑力、氢键以及水膜的表面张力等。,土壤粘结性的强弱，可用单位面积上的粘结力（克/厘米2）来表示。, 抵抗机械破碎的能力, 增加耕作阻力, 影响耕作质量, 阻碍植物根系的发育,土壤粘结性：,（2）土壤含水量,影响土壤粘结性的因素,（1）土壤比面及其影响因素,土壤质地,土壤结构, 腐
35、殖质含量, 粘土矿物种类和吸收性阳离子组成,土壤的粘着性是指在湿润状态下土壤粘着于其它物体表面的能力。单位也以克/厘米2表示。,2、土壤的粘着性,土壤的粘着性使土壤在耕作时粘着农具，增加摩擦阻力，造成耕作困难，影响耕作质量。,土壤粘着性的影响因素基本同土壤的粘结性，只是水分含量的影响有所不同。即开始出现粘着性的含水量要比开始出现粘结性的含水量大。,土壤塑性是指当土壤湿润到一定程度，在外力作用下可以任意变形，而且在外力解除和土壤干燥后仍能保持其形状的性能。,3、土壤塑性,上塑限（流限）：土壤因水分增多而失去塑性，并开始成流体流动时的土壤含水量。它是土壤呈现塑性的最大含水量。,下塑限（塑限）：土壤
36、呈现塑性的最小含水量，也是土壤半固态结持性的临界含水量。,上塑限和下塑限的差值称塑性值（或叫塑性指数）。,水分含量 土壤质地 粘土矿物类型和吸收性阳离子种类 有机质含量,影响土壤塑性因素：,在道路建筑中，土壤按塑性值分类如下：强塑性土（粘土）17，塑性土（壤土）7 17，弱塑性土（砂壤）7 ，无塑性土（砂土）0,有机质能提高土壤上、下塑限，但几乎不改变其塑性值。这是因为：,有机质本身的塑性弱而吸水性强，故有机质含量高的土壤，要等有机质吸足水分以后才开始形成产生塑性的水膜，从而使其上、下塑限提高。,下塑限的提高意味着土壤适耕的含水范围增加了，宜耕期长。, 耕作时土壤对农具操作的耕作的机械阻力，即
37、耕作的难易问题。,二、土壤耕性,土壤耕性是指由耕作所表现出来的土壤物理性质。, 耕作后与植物生长有关的土壤物理性状，即耕作质量问题。, 耕作阻力尽可能小，以便于作业和节约能源；,对土壤耕性的要求：, 耕作质量好，翻耕的土壤要松碎，便于根的穿插和有利于保温、保墒、通气和养分转化；, 适耕期尽可能长。,土壤的粘结性、粘着性和塑性均影响到土壤耕作阻力和耕作质量。,在土壤粘结性弱而粘着性和塑性均无时进行耕作，耕作阻力小而耕作质量好。,不同含水量下土壤表现的粘结性、粘着性和塑性不同，这对选择土壤进行耕作的时机十分重要。,适宜耕作的水分范围，旱地以在下塑限的酥软状态下为好，不同土壤的相应含水量不同。 粘质
38、土壤的宜耕范围较小，相当于饱和持水量的50-60%，宜耕期短，须在适宜含水量时抓紧进行。 砂质土的粘结性和粘着性都较弱，塑性值无或很小，宜耕范围较大，为饱和持水量的30-70%。,土壤的宜耕期是指保持适宜耕作的土壤含水量的时间。 一般来说，砂质土和团粒结构土壤的宜耕期长，而无结构的粘质土的宜耕期短。但是，对每一种土壤来讲，宜耕期的长短并不是固定不变的。,第四章 土壤水,第一节 土壤水分,土壤水并非纯水，而是稀薄的溶液，不仅溶有各种溶质，而且还有胶体颗粒悬浮或分散于其中。,土壤学中对土壤水的研究方法主要有两种，即能量法和数量法。,能量法主要从土壤水受各种力作用后自由能的变化，去研究土壤水的能态和
39、运动变化规律。 能量法能精确定量土壤水的能态，因而常应用在研究分层土壤中的水分运动、不同介质中水分的 转化（如地表蒸发等）以及在土壤植物大气连续体（SPAC）中水分运动等过程。,数量法是按照土壤水受不同力的作用而研究水分的形态、数量、变化和有效性。 数量法着眼于土壤水的形态和数量，在一般农田条件下容易被应用，也容易被农民所理解和采用，具有很强的实用价值。,一、土壤水的类型和性质,根据土壤水分所受力的作用，土壤水分类型分为：吸附水、毛管水和重力水。,1、吸附水（束缚水） 受土壤吸附力所保持的水分。可分为：吸湿水和膜状水。,干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水。 最大吸湿量：干土在近于水汽饱和
40、的大气中吸附水汽，并在土粒表面凝结成液态水的数量。,吸湿水:,吸湿水的特点： 所受吸力达3110000 atm，不能自由移动。 无溶解能力。 植物不能吸收（无效水）。 只能在105-110（68hr）下才能被驱除。,土壤颗粒表面上吸附的水分形成水膜，这部分水称为土壤膜状水。 土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量称为土壤最大分子持水量。,膜状水:,膜 状 水 示 意 图,膜状水的特点： 吸力631atm。 移动性小（0.20.4mm/hr）。 作物可部分吸收（615atm，难效水 ）。,2、毛管水 由土壤毛管孔隙的毛管引力所保持的水分。可分为：毛管悬着水和毛管上升水。,毛管水的特点： 吸力为0.1
41、-6atm。 可随毛管移动。 具有溶解力。 是作物吸收的主要水（有效水）。,水沿 着毛 管上 升,毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用较强 0.05-0.005mm 毛管作用最强 0.001mm 毛管作用消失,毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的水。,毛管上升水达最大时称毛管持水量。,土 粒,毛管 上升 水示 意图,地下水位,毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管力保存在土壤上层中的水分。,当毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量叫土壤田间持水量。,土 粒,毛管 悬着 水示 意图,田间持水量： 毛管悬着水达到最大值时的土壤
42、含水量称为田间持水量，通常作为灌溉水量定额的最高指标。 在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 田间持水量的大小，主要受质地、有机质含量、结构、松紧状况等的影响。,3、重力水 土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分受重力支配向下渗透，这种水分叫重力水。,重力水的特点： 吸力为0.33-0atm。 在重力作用下，可向下移动。 具有溶解能力。 对旱作是“多余水”、“有害水”，对水稻则是“有效水”。,二、土壤水分含量的表示方法,土壤水分含量是表征土壤水分状况的一个指标，又称土壤含水量、土壤含水率、土壤湿度等。,常用的表示方法有：,1、质量含水量（水质量%）,2、容积含水量（水容%）,4、土壤水贮
43、量 (mm),3、相对含水量（%）,式中， W1为湿土质量，W2为干土质量。,1、质量含水量（水重%）,水质量% =,土壤水质量,干土质量, 100,m =,(W1 W2),W2, 100,2、容积百分数（水容%）,水容% = 水质量% 土壤容重 v = m. ,土壤孔隙度(%)水容% = 土壤空气容积(%） 100% 孔隙度（%）= 固相物质容积（%）,土壤容积含水量（%）,=,土壤水容积,土壤总容积, 100,3、相对含水量（%）,相对含水量% =,土壤含水量,田间持水量, 100%,有两种表达方式： （1）水深（DW） （2）绝对水体积（容量）,4、土壤水贮量 (mm),（1）水深（DW
44、）是指一定土层厚度（h）一定面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度，量纲为L，常用mm表示。它可与大气降水量、土壤蒸发量等直接比较计算。,DW = v . H DW,100 = 1 . h i,n,i = 1,（2） 绝对水体积（容量）是指一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积，量纲为L3 。在排灌计算中较常用。,若以1m土深计，每公顷含水容量与水深的关系为： V方/公顷=10 DW,三、土壤水分含量的测定,（一）烘干法 （二）中子法 （三）TDR法,（一）烘干法： 1、经典烘干法：105110 （68h） 2、快速烘干法：, 红外线烘干法 微波炉烘干法 酒精燃烧法,三、 土壤水的能量状态,
45、土壤水如何运动？ 土壤水对植物的有效性？,一、土水势及其分势,土壤水承受各种力（吸附力、毛管力、重力）等的作用后，自由能改变。土水势就是指土壤水与标准状态下水的自由能之差。,由于引起土水势变化的原因或动力不同，土水势包括若干分势： 基质势m 、压力势p 、 溶质势s 、重力势g 、,t=m+p+s+g,（一）基质势（m） 负值，当土壤饱和时最大0. 土壤含水量越高，基质势也越高。,（二）压力势（p） 正值。只有当土壤水分饱和时才有压力势在不饱和土壤中压力势为0。饱和土层越深，压力势越高。 p=wghV,（三）溶质势（S） 负值。 土壤溶质浓度越高，溶质势越低。溶质势只有对半透膜的水分运动起作用
46、。,（四）重力势（g） 重力势（g）是指由重力作用而引起的土水势变化。 g=Mgz 任何时候重力势都存在。高于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为0.,二、土壤水吸力 土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力时所处的能态，简称吸力。,土壤水吸力 基质吸力渗透吸力 （基质势渗透势）,土壤水吸力并不是指土壤对水的吸力！,土水势与土壤水吸力的区别和联系：,1土壤水吸力为正，土水势为负。 2土壤水吸力包括基质吸力和渗透吸力； 土水势包括基质势、渗透势、重力势和压力势。 3在非盐碱土中，土壤水吸力与基质势大小相等， 符号相反。 4土壤水流动方向：能量高处流向低处。 土壤水吸力：小大 基质势： 大小,三、土壤
47、水能态的定量表示方法,1单位质量水的势能： 焦尔/公斤（J/kg） 2单位容积水的势能： atm（大气压） pa（帕斯卡） bar（巴）,单位换算： 1atm= 1.0133bar 1033厘米水柱 1bar0.9896atm1020厘米水柱 1bar105 Pa 100 k Pa 100 J/kg,四、土水势的测定,1张力计法：又叫湿度计，负压计。 测定范围8.0104-8. 5104 Pa以下 （孔径约1.01.5um） 2压力膜法：测定范围 115（或20）巴 3石英砂、高岭土吸力平板仪法：01巴,五、土壤水分特征曲线 土壤水分特征曲线或土壤持水曲线是指土壤水分含量与土壤水吸力的关系曲线
48、。 土壤水分特征曲线表示了土壤水的能量与数量的关系。,目前尚无法从理论上推导出土壤含水率与土壤水吸力或基质势之间小关系，只能用实验方法获得水分特征曲线。 S=ab S=a(/s)b S=A(s-)n/m 吸力S的单位常用cm或Pa表示； s为饱和含水率； a、b、A、m、n为相应的经验常数。,影响因素 质地 结构 温度 滞后现象,对于同一土壤，即使在恒温条件下，土壤脱湿曲线（由湿变干）与吸湿曲线（由干变湿）不重合的现象，称为滞后现象。,4、滞后现象,相同水吸力的水分含量： 脱水曲线吸水曲线,相同含水量的水吸力： 脱水曲线吸水曲线,产生滞后现象的原因可能与土壤颗粒的胀缩性以及土壤孔隙的分布特点（如：封闭孔隙、大小孔隙的分布等）有关。 砂土滞后现象比粘土更明显。？,四、土壤水分的有效性,不能被植物吸收利用的水称无效水，能被植物吸收利用的水称有效水。,土壤水的有效性是指土壤水能否被植物