土壤的基本物質(zhì)組成51頁(yè)P(yáng)PT課件

1、第2章 土壤的基本物質(zhì)組成2.1 土壤礦物質(zhì)與巖石的風(fēng)化巖石風(fēng)化形成的礦物質(zhì)顆粒統(tǒng)稱為土壤礦物質(zhì)(soil mineral matter)。2.1.1 巖石(rock)的風(fēng)化2.1.1.1 地殼的元素組成地殼的成分極其復(fù)雜，幾乎包括絕大多數(shù)已知元素，但以氧、硅、鋁、鐵四種元素為主。2.1.1.2 主要成土礦物、巖石自然界的礦物巖石經(jīng)風(fēng)化作用及外力搬運(yùn)形成母質(zhì)（parent material),母質(zhì)經(jīng)成土作用形成土壤。巖石是一種或數(shù)種礦物的集合體。根據(jù)其成因可分為三類： （1）巖漿巖（magmatic rock)：由巖漿冷凝而成。（2）沉積巖(sedimentary rock)：由各種先成的巖石

2、經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、重新固結(jié)而成或由生物遺體堆積而成的巖石稱為沉積巖。（3）變質(zhì)巖(metamorphic rock)：在高溫高壓下巖石中的礦物發(fā)生重新結(jié)晶或結(jié)晶定向排列而形成的巖石稱為變質(zhì)巖。2.1.1.3 巖石的風(fēng)化風(fēng)化(weathering)是指巖石、礦物在外界因素和內(nèi)部因素的共同作用下，逐漸發(fā)生崩解和分解的過(guò)程。（1）物理風(fēng)化(physical weathering)（2）化學(xué)風(fēng)化(chemical weathering)（3）生物風(fēng)化(biological weathering)2.1.1.4 母質(zhì)的類型及分布規(guī)律（1）殘積物 (residual deposit) （2）坡積物(sl

3、op deposit) （3）洪積物(diluvial deposit) （4）沖積物 (alluvial deposit) （5）湖積物(lacustrine deposit) （6）海積物 (marine deposit) （7）風(fēng)積物 (aerolian deposit) （8）黃土(loess) （9）紅土(quaternary red clay)2.1.2 土壤的礦物組成和化學(xué)組成2.1.2.1 土壤礦物（1）原生礦物(primary mineral)： 在風(fēng)化過(guò)程中沒(méi)有改變化學(xué)組成而遺留在土壤中的一類礦物稱為原生礦物。（2）次生礦物(secondary mineral) ：原生礦物

4、在風(fēng)化和成土作用下，新形成的礦物稱為次生礦物。2.1.2.2 土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成 土壤礦物質(zhì)的化學(xué)組成很復(fù)雜，幾乎包括地殼中所有的元素。其中氧、硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鈉、鉀、鈦、碳等10種元素占土壤礦物質(zhì)總量的99%以上，這些元素中以氧、硅、鋁、鐵四種元素含量最多。2.1.3 土壤的機(jī)械組成2.1.3.1 土壤粒級(jí)土壤粒級(jí)分類 土粒分級(jí)一般是將土粒分為石礫、砂粒、粉砂粒和粘粒四級(jí)。(1)國(guó)際制土粒分級(jí)(2) 前蘇聯(lián)制土粒分級(jí)（又稱卡慶斯基制）是以粒徑1mm為土粒的上限,以粒徑小于0.001mm為土粒的下限。(3) 我國(guó)制土粒分級(jí)各粒級(jí)的組成(1) 礦物組成 由于巖石中的各種礦物抵抗風(fēng)化的強(qiáng)弱不

5、同，造成各粒級(jí)土粒的礦物組成有較大的差別。 砂粒和粉砂粒主要是由各種原生礦物組成；粘粒部分主要由次生礦物組成。(2) 化學(xué)組成 砂粒和粉砂粒以石英和長(zhǎng)石等原生礦物為主，二氧化硅含量較高；粘粒中，則以次生硅酸鹽礦物為主，鐵、鉀、鈣、鎂等的含量較多。2.1.3.2 土壤質(zhì)地(soil texture)土壤中各粒級(jí)土粒含量(質(zhì)量)百分率的組合, 叫做土壤質(zhì)地(或稱土壤顆粒組成、土壤機(jī)械組成).土壤質(zhì)地分類: 根據(jù)土壤中各粒級(jí)含量的百分率進(jìn)行的土壤分類, 叫做土壤質(zhì)地分類.(1) 國(guó)際制土壤質(zhì)地分類: 按砂粒、粉粒、粘粒三種粒級(jí)所占百分?jǐn)?shù)劃分為4類12種。（2）前蘇聯(lián)土壤質(zhì)地分類：根據(jù)物理性粘粒和物理

6、性砂粒的含量，把土壤質(zhì)地分為三類九種.(3) 我國(guó)制土壤質(zhì)地分類: 將土壤分為3大組成12種質(zhì)地名稱。2.1.3.3 土壤質(zhì)地與肥力的關(guān)系土壤質(zhì)地常常是土壤通氣、透水、保水、保肥、供肥、保溫、導(dǎo)溫和耕性等的決定性因素。（1）砂土類(sand soil)：a、粒間孔隙大，毛管作用弱，通氣透水性強(qiáng)，內(nèi)部排水通暢，不易積聚還原性有害物質(zhì)：b、礦物成分主要是石英，含養(yǎng)分少，要多施有機(jī)肥料；c、通氣性好；d、含水量低，熱容量較??；e、松散易耕，缺少有機(jī)質(zhì)的砂土泡水后容易沉淀、板結(jié)、閉氣。（2）粘土類(clay soil)：a、粒間孔隙小，多為極細(xì)毛管孔隙和無(wú)效孔隙，通氣透水性差，內(nèi)部排水慢，易受漬害和積

7、累還原性有毒物質(zhì)；b、粘土一般含養(yǎng)分較豐富，特別是鉀、鈣、鎂等含量較多；c、粘土保肥力強(qiáng)、含水量多、熱容量較大，升溫慢降溫也慢，晝夜溫差??；d、粘土干時(shí)緊實(shí)堅(jiān)硬，溫時(shí)泥爛，耕作費(fèi)力，宜耕期短。(3) 壤土類(loam soil)： 這類土壤由于砂粘適中，兼有砂土類、粘土類的優(yōu)點(diǎn)，消除了砂土類和粘土類的缺點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上質(zhì)地比較理想的土壤。2.1.3.4 不同質(zhì)地土壤的利用 各種作物因其生物學(xué)特性上的差異，加之對(duì)耕作和栽培措施的要求也不完全一樣，所以它們所需要的最適宜的土壤條件就可能不同。其中土壤質(zhì)地就是重要的條件之一。2.1.3.5 土壤質(zhì)地的改良(1) 增施有機(jī)肥料 (2) 摻砂摻粘、客土調(diào)

8、劑 （3）翻淤壓砂、翻砂壓淤（4）引洪放淤、引洪漫沙 （5） 根據(jù)不同質(zhì)地采用不同的耕作管理措施2.2 土壤生物與土壤有機(jī)質(zhì)2.2.1 土壤生物(soil organisms) 生活在土壤中的生物包括動(dòng)物、植物和微生物。2.2.1.1 土壤微生物(soil microorganisms) 土壤微生物包括細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物等五個(gè)類群。其中，細(xì)菌數(shù)量最多，放線菌、真菌次之，藻類和原生動(dòng)物數(shù)量最少。（1）細(xì)菌(bacteria)（2）放線菌(actinomycetes)（3）真菌(fungi)（4）藻類(algae)（5）原生動(dòng)物(protozoon)2.2.1.2 土壤動(dòng)物 每公頃

9、的土壤中約含有幾百千克的各種動(dòng)物,其中占優(yōu)勢(shì)的類群是蚯蚓、線蟲、昆蟲、螞蟻、蝸牛等。（1）蚯蚓(earthworm) （2）線蟲(nematode) （3）其它土壤動(dòng)物：螨類、螞蟻、蝸牛、嚙齒類動(dòng)物、其實(shí)昆蟲等。2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter)土壤有機(jī)質(zhì)泛指土壤中來(lái)源于生命的物質(zhì)。2.2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源及存在形態(tài)（1）新鮮有機(jī)質(zhì) （2）半分解的有機(jī)質(zhì) （3）腐殖質(zhì)2.2.2.2 土壤有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)（1）糖類化合物（2）纖維素和半纖維素（3）木質(zhì)素（4）含氮化合物（5）脂肪、樹脂、蠟質(zhì)和單寧2.2.2.3 土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程（1）有機(jī)質(zhì)的礦化過(guò)程(

10、mineralization process) 有機(jī)質(zhì)的礦化過(guò)程是指有機(jī)質(zhì)在微生物作用下，分解為簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)化合物的過(guò)程，其最終產(chǎn)物為CO2、H2O等，而N、P、S等以礦質(zhì)鹽類釋放出來(lái)，同時(shí)放出熱量，為植物和微生物提供養(yǎng)分和能量。 糖類化合物的轉(zhuǎn)化 含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化：水解作用； 氨化作用； 硝化作用 含磷、含硫有機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化（2）土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化過(guò)程(humification process)有機(jī)質(zhì)的腐殖化過(guò)程是形成土壤腐殖質(zhì)的過(guò)程。2.2.2.4 腐殖質(zhì)的組成和性質(zhì)（1）腐殖質(zhì)的組成 胡敏酸（褐腐酸）、富里酸（黃腐酸）和胡敏素（黑腐素）。（2）腐殖質(zhì)在土壤中存在的形態(tài) 游離狀態(tài)的腐殖質(zhì)；與鹽

11、基化合成穩(wěn)定的鹽類；與含水三氧化物化合成復(fù)雜的凝膠體；與粘粒結(jié)合成膠質(zhì)復(fù)合體。（3）腐殖質(zhì)分子結(jié)構(gòu)（4）腐殖質(zhì)具有帶電性（5）腐殖質(zhì)的吸水性（6）腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性 2.2.2.5 影響土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的因素（1）有機(jī)質(zhì)的碳氮比和物理狀態(tài)有機(jī)質(zhì)的碳氮比是指有機(jī)物中碳素總量和氮素總量的比例。 通常把每克干重的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)一年分解后轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)（干重）的克數(shù)，稱為腐殖化系數(shù)。（2）土壤水、熱狀況（3）土壤通氣狀況（4）土壤酸堿性2.2.2.6 土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力的作用（1）土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源（2）改善土壤物理性質(zhì)（3）提高土壤的保肥性（4）促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育（5）有助于消除土壤的污染2.3 土壤水分2.3

12、.1 土壤水分的保持2.3.2 土壤水分的類型和性質(zhì)2.3.2.1 土壤吸濕水固相土粒靠其表面的分子引力和靜電引力從大氣和土壤空氣中吸附氣態(tài)水，附著于土粒表面成單分子或多分子層，稱為土壤吸濕水(soil hygroscopic water)。 吸濕水的特點(diǎn)：水分子呈定向緊密排列、密度1.22.4g/cm3、無(wú)溶解能力、不能以液態(tài)水自由移動(dòng)，也不能被植物吸收。 吸濕水達(dá)到最大值，此時(shí)的土壤吸濕水量就叫做最大吸濕量。2.3.2.1 膜狀水(soil film water)吸濕水達(dá)到最大后，土粒還有剩余的引力吸附液態(tài)水，在吸濕水的外圍形成一層水膜，這種水分稱為膜狀水。 作物無(wú)法從土壤中吸收水分而呈現(xiàn)

13、永久凋萎，此時(shí)的土壤含水量就稱為凋萎系數(shù)。當(dāng)膜狀水達(dá)到最大厚度時(shí)的土壤含水量稱為最大分子持水量。 2.3.2.3 土壤毛管水(soil capillary water) 靠毛管力保持在土壤孔隙中水分稱為土壤毛管水。 毛管水的特點(diǎn)：這種水可以在土壤中上下左右移動(dòng)、具有溶解養(yǎng)分的能力、作物可以吸收利用。 毛管水的數(shù)量主要取決于土壤質(zhì)地、腐殖質(zhì)含量和土壤結(jié)構(gòu)狀況。 根據(jù)土層中毛管水與地下水有無(wú)連接，通常將毛管水分為： 毛管支持水(soil capillary supporting water)和毛管懸著水 (soil capillary suspending water) 毛管懸著水達(dá)到最大時(shí)的土壤

14、含水量稱為田間持水量(field water holding capacity)。 田間持水量的變化范圍：砂土為：160220g/kg；壤土為：220300 g/kg；粘土為：280350 g/kg。2.3.2.4 土壤重力水(soil gravitational water)土壤重力水是指土壤水分含量超過(guò)田間持水量之后，過(guò)量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿著大孔隙向下滲漏成為多余的水。土壤所有孔隙都充滿水分時(shí)的含水量稱為土壤全蓄水量或飽和持水量。2.3.3 土壤水分含量的表示方法2.3.3.1 土壤質(zhì)量含水量(mass water content of soil)土壤質(zhì)量含水量是指土

15、壤中保持的水分質(zhì)量占土壤質(zhì)量的分?jǐn)?shù),單位g/kg (也曾用%表示)。 m=(m1-m2)/m21000式中m為土壤質(zhì)量含水量（g/kg）、 m1為濕土質(zhì)量（g）、 m2為干土質(zhì)量（g）。2.3.3.2 土壤容積含水量(volumetric water content of soil)土壤容積含水量是指土壤水分容積與土壤容積之比，常用v表示單位為cm3/cm3。v（%）= （土壤水分容積/土壤容積）1002.3.3.2 土壤相對(duì)含水量(relative water content of soil) 在生產(chǎn)實(shí)際中常以某一時(shí)刻土壤含水量占該土壤田間持水量的百分?jǐn)?shù)作為相對(duì)含水量來(lái)表示土壤水分的多少。

16、土壤相對(duì)含水量= （土壤含水量/土壤田間持水量） 100%2.3.3.4 水層厚度 這是指一定深度（mm）土層中水分總量相當(dāng)于若干水層厚度（mm）。 水層厚度(mm)=土壤質(zhì)量含水量%土壤容重土層深度(mm）2.3.4 土壤水分的能態(tài) 土壤中所保持的水分與自由水不同，它不但受到各種吸力（分子力、毛管力等）的作用，而且還含有一定的溶質(zhì)，因此在同樣的條件下，土壤水分的能量比自由水低。2.3.4.1 土水勢(shì)(soil water potential)土水勢(shì)表示土壤水分在土-水平衡體系中所具有的能態(tài)。它是指將單位水量從一個(gè)土-水系統(tǒng)移到溫度和它完全相同的純水池時(shí)所做的功。常用（）來(lái)表示。土水勢(shì)主要由以

17、下幾個(gè)分勢(shì)組成： 基質(zhì)勢(shì)（matric potential)（m）：它是指將單位水量從一個(gè)平衡的土-水體系移動(dòng)到另一個(gè)沒(méi)有土壤基質(zhì)，而其它狀態(tài)完全相同的水池時(shí)所做的功?；|(zhì)勢(shì)在非飽和情況下為負(fù)值。 壓力勢(shì)(pressure potential) （p）：它是指將單位水量從一個(gè)土-水體系移動(dòng)到另一個(gè)壓力不同，而溫度、基質(zhì)、溶質(zhì)等狀態(tài)完全相同的參比系統(tǒng)時(shí)所做的功。壓力勢(shì)一般為正值。 溶質(zhì)勢(shì)(osmotic potential) （s）：它是指將單位水量從一個(gè)平衡的土-水體系移動(dòng)到另一個(gè)沒(méi)有溶質(zhì)而其它狀態(tài)均相同的水池時(shí)所做的功。溶質(zhì)勢(shì)一般為負(fù)值。 重力勢(shì)(gravitation potential)

18、 （g）：它是指由于重力場(chǎng)位置不同于參比狀態(tài)水平面而引起的勢(shì)能變化。2.3.4.2 土壤水吸力(soil water suction) 土壤水吸力是指土壤水承受一定吸力的情況下所處的能態(tài)。土壤水吸力在數(shù)量上與土壤水負(fù)壓力相等，通常簡(jiǎn)稱為土壤吸力。 2.3.4.3 土壤水分特征曲線(soil water characteristic curve) 土壤水分特征曲線又稱土壤持水曲線。它是指土壤水的基質(zhì)勢(shì)或土壤水吸力與含量水量的關(guān)系曲線。2.3.5 土壤水分狀況與作物生長(zhǎng)2.3.5.1 作物對(duì)土壤水分的需求(1) 水分是作物的重要組成部分(2) 土壤水分是影響作物出苗率的重要因素(3) 作物不同生育

19、期對(duì)土壤水分的要求不同 若某一生育期土壤缺水,對(duì)作物產(chǎn)量影響最為嚴(yán)重,這一時(shí)期稱為需水臨界期。2.3.5.2 土壤水分影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收 土壤水分狀況直接影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，土壤中有機(jī)養(yǎng)分的分解礦化離不開水分，施入土壤中的化學(xué)肥料只有在水中才能溶解，養(yǎng)分離子向根系表面遷移，以及作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收都必須通過(guò)水分介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.4 土壤空氣土壤空氣是土壤的重要組成,也是土壤的肥力因素之一。2.4.1 土壤空氣的組成土壤組成的特點(diǎn)如下:（1）土壤空氣中的二氧化碳含量比大氣高十至數(shù)百倍；（2）土壤空氣中氧的含量低；（3）土壤空氣中的相對(duì)濕度比大氣高；（4）土壤空氣中有時(shí)含有還原性氣體；（5）土

20、壤空氣數(shù)量和組成經(jīng)常處于變化之中。2.4.2 土壤通氣性(soil aeration) 土壤通氣性又稱土壤透氣性，是指土壤空氣與近地層大氣進(jìn)行氣體交換以及土體內(nèi)部允許氣體擴(kuò)散和流動(dòng)的性能。 土壤通氣性產(chǎn)生的機(jī)制主要有以下兩方面：2.4.2.1 土壤空氣擴(kuò)散(soil air diffusion) 土壤空氣擴(kuò)散是指某種氣體成分由于其分壓梯度與大氣不同而產(chǎn)生的移動(dòng)。其原理服從氣體擴(kuò)散公式： F = -Ddc/dx 式中：F是單位時(shí)間氣體擴(kuò)散通過(guò)單位面積的數(shù)量； dc/dx是氣體濃度梯度或氣體分壓梯度；D是擴(kuò)散系數(shù)，負(fù)號(hào)表示其從氣體分壓高處向低處擴(kuò)散。由上式可知，氣體分壓梯度是引起土壤空氣擴(kuò)散的主要

21、動(dòng)力。 土壤空氣與大氣間通過(guò)氣體擴(kuò)散作用不斷地進(jìn)行著氣體交換，使土壤空氣得到更新，此過(guò)程也稱為土壤呼吸（soil respiration)。2.4.2.2 土壤空氣整體交換(soil air exchange) 土壤空氣整體交換也稱土壤氣體的整體流動(dòng),是指由于土壤空氣與大氣之間存在總的壓力梯度而引起的氣體交換,是土體內(nèi)、外部分氣體的整體相互流動(dòng)。 土壤空氣的整體交換常受溫度、氣壓、刮風(fēng)、降雨或灌溉水的影響。2.4.3 土壤通氣狀況與作物生長(zhǎng)2.4.3.1 土壤通氣狀況對(duì)種子萌發(fā)的影響2.4.3.2 土壤通氣性對(duì)作物根系生長(zhǎng)及其吸收水肥功能的影響 2.5 土壤熱量2.5.1 土壤熱量來(lái)源與平衡2

22、.5.1.1 土壤熱量來(lái)源(1) 太陽(yáng)輻射能 (2) 生物熱 (3) 地?zé)?.5.1.2 土壤熱量平衡 土壤熱量平衡是指土壤熱量的收支情況。 土壤熱量平衡可用下式表示： Q = E - Q1 - Q2 - Q3 式中：Q為用于土壤增溫的熱量； E為土壤表面獲得的太陽(yáng)輻射能； Q1為地面輻射所損失的熱量； Q2為土壤水分蒸發(fā)所消耗的熱量； Q3為其它方面消耗的熱量。2.5.2 土壤的熱特性2.5.2.1 土壤熱容量 土壤熱容量是指單位容積或單位質(zhì)量的土壤在溫度升高或降低1時(shí)所吸收或放出的熱量?？煞譃槿莘e熱容量和質(zhì)量熱容量。 容積熱容量是指每1 cm3土壤升、降1時(shí)需要吸收或釋放的熱量，用 Cv 表示，單位為J/(cm3.K)； 質(zhì)量熱容量也稱比熱，是指每1克土壤升、降溫1，所需吸收或釋放的熱量，用 C 表示，單位為 J/(g.K)。兩者之間的關(guān)系式為：Cv = c（式中為土壤容重）。 土壤熱容量的大小主要受土壤的三相組成影響。2.5.2.2 土壤導(dǎo)熱率(soil thermal conductivity) 土壤導(dǎo)熱率是評(píng)價(jià)土壤傳導(dǎo)熱量快慢的指標(biāo)，它是指在面積為1m2、相距1m的兩截面上溫度相差1度（K）時(shí)，每秒中所通過(guò)該單元土體的熱量焦耳數(shù)。其單位為J/（mK s）。 土壤的三相組成中，空氣的導(dǎo)熱率最小，礦物質(zhì)的導(dǎo)熱率最大，為土壤空氣的100倍，水的導(dǎo)熱率