第二章土壤的基本组成、性质和分类.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 土壤的基本组成、性质和分类,第一节 土壤生态系统的基本组成,土壤是由固体、液体和气体三相物质组成的疏松多孔体。,固相物质包括,岩石风化后的产物，即土壤矿物质,；,土壤中植物和动物残体的分解产物和再合成的物质,；以及,生活在土壤中的微生物,。前者构成土壤的无机体，后二者构成土壤的有机体。,在土壤固相物质之间，为形状和大小不同的孔隙。,在孔隙中，充满水分和空气。,第一节 土壤生态系统的基本组成,一、土壤矿物质,土壤矿物,是土壤固相的主体物质，构成了土壤的“骨骼”，占土壤固相总质量的,90,以上。而,土壤矿质胶体,是土壤矿物质中最活跃的组分，其主体是,黏粒矿物,。土壤黏粒矿物胶体表面在大多数情况下带,负电荷,，比表面大，能与土壤固、液、气相中的离子、质子、电子和分子相互作用，影响着土壤中的物理、化学、生物学过程与性质。分析土壤矿物及其组成对鉴定土壤类型、识别土壤形成过程具有重大的意义。,第一节 土壤生态系统的基本组成,（一）土壤矿物质的矿物组成和化学组成,1,土壤矿物质的主要元素组成,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,土壤矿物质的主要元素组成,主要组成约,10,余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、钠、磷、硫以及一些微量元素如锰、锌、铜、钼等。,其中，氧,(O),和硅,(,Si,),是地壳中含量最多的两种元素，分别占地壳重量的,47,和,29,；铁、铝次之，四者合计共占地壳重量的,88.7,。,而其余,90,多种元素合在一起，也不过占地壳重量的,11.3,。,所以地壳组成中，含氧化合物占了极大比重，其中又以硅酸盐最多。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤的矿物组成,主要按照矿物的来源，可将土壤矿物分为,原生矿物,和,次生矿物,。原生矿物是直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是其主要来源。而次生矿物，则是由原生矿物分解、转化而成的。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1),原生矿物,土壤原生矿物是指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物，主要分布在土壤的,砂粒,和,粉砂粒,中，以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石以及其他硅酸盐类和非硅酸盐类。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2),次生矿物,原生矿物在母质或土壤的形成过程中，经化学分解、破坏,(,包括水合、氧化、碳酸化等作用,),而形成次生矿物。,土体中次生矿物的种类繁多，包括次生层状硅酸盐类、晶质和非晶质的含水氧化物类及少量残存的简单盐类,(,如碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐等,),。,其中，层状硅酸盐类和含水氧化物类是构成土壤黏粒的主要成分，因而土壤学上将此两类矿物称为次生黏粒矿物，它是土壤矿物中最活跃的组分。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,二)黏粒矿物,1,构造特征,层状硅酸盐黏粒矿物一般粒径小于,5,m,M,X,射线衍射结果揭示其内部构造由一千多个层组所构成，而每个层组由硅,(,氧,),片和,(,水,),铝片叠合而成。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,硅片由硅氧四面体连接而成。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,从化学上来看，四面体为,(SiO,4,),4-,，它不是化合物，在其形成硅酸盐黏粒矿物之前，四面体可自聚合，聚合的结果，在水平方向上四面体通过共用底部氧的方式在平面两维方向上无限延伸，排列成近似六边形蜂窝状的四面体片，这就是硅片。,硅片顶端的氧仍然带负电荷，硅片可用,n(Si,4,O,10,),4-,表示。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,铝片则由铝氧八面体连接而成。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,在水平方向上的相邻八面体通过共用两个氧离子的方式，在平面两维方向上无限延伸，排列成八面体，从而构成铝片，铝片两层氧都有剩余的负电荷，n(Al,4,O,12,),12-,表示。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物。硅片和铝片以不同的方式在,c,轴方向上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。两种晶片的配合比例不同，而构成,1:1,型、,2:1,型、,2:l:l,型晶层。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,1:1,型单位晶层由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样,1:1,型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧离子层面，一个是由氢氧构成的层面。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,构造特征,2:1型单位晶层由两个硅片夹1个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样2:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。,2:1:1型单位晶层在2:l单位晶层的基础上多了1个八面体水镁片或水铝片，这样2:1:1型单位晶层由两个硅片、1个铝片和1个镁片(或铝片)构成。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2同晶置换,矿物形成时，性质相近的元素，在矿物晶格中相互替换而不破坏晶体结构的现象，称之为同晶置换,。,在硅酸盐黏粒矿物中，最普遍的同晶置换现象是晶体中的中心离子被低价的离子所代替，如四面体中的,Si,4+,被,Al,3+,离子所替代，八面体中,Al,3+,被,Mg,2+,替代，所以土壤黏粒矿物一般以带负电荷为主。,同晶置换现象在,2:1,和,2:1:l,型的黏粒矿物中较普遍，而,1:1,型的黏粒矿物中则相对较少。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2同晶置换,低价阳离子同晶置换高价阳离子会产生剩余负电荷，为达到电荷平衡，矿物晶层之间常吸附阳离子。,阳离子同晶置换的数量会影响晶层表面电荷量的多少，而同晶置换的部位是发生在四面体片还是发生在八面体片则会影响晶层表面电荷的强度。,这些都是影响层间结合状态和矿物特性的主要因素。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2同晶置换,同时，被吸附的阳离子通过静电引力被束缚在黏粒矿物表面而不易随水流失。,因此，从环境的角度对同晶置换进行评价，其结果可能导致某些重金属等污染元素在土壤中的不断积累以致超过环境容量而引发土壤污染。,第一节 土壤生态系统的基本组成,二、土壤有机质,土壤有机质,是土壤中各种含碳有机化合物的总称,。,它与矿物质一起构成土壤的固相部分。,土壤中有机质含量并不多，一般只占固相总重量的,10,以下，耕作土壤多在,5,以下，但它却是土壤的重要组成，是土壤发育过程的重要标志，对土壤性质的影响重大。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,土壤有机质的来源,一般说来，土壤有机质主要来源于动植物及微生物的残体。但不同土壤的有机质其来源亦有差别。,自然土壤的有机质主要来源于生长于其上的植物残体,(,地上部的枯枝落叶和地下的死根与根系分泌物,),及土壤生物；,耕作土壤的情况则不同，其有机质主要来源是人工施人的各种有机肥料和作物根茬以及根的分泌物，其次才是各种土壤生物。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤有机质的含量及其组成,有机质的含量在不同土壤中差异很大，高的可达,200 mg/kg,或,300 mg/kg,以上,(,如泥炭土、一些森林土壤等,),，低的不足,0.5 mg/kg(,如一些漠境土和砂质土壤,),。,在土壤学中，一般把耕层含有机质,200 mg/kg,以上的土壤，称为有机质土壤，含有机质在,200 mg/kg,以下的土壤，称为矿质土壤，但耕作土壤中，表层有机质的含量通常在,50 mg/kg,以下。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤有机质的含量及其组成,土壤有机质的主要元素组成是,C,、,O,、,H,、,N,，其次是,P,和,S,，,C/N,比大约在,10,左右。,土壤有机质中主要的化合物组成是类木质素和蛋白质，其次是半纤维素、纤维素以及乙醚和乙醇等可溶性化合物。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤有机质的含量及其组成,土壤腐殖质是,除未分解和半分解动、植物残体及微生物体以外的有机物质的总称,。,土壤腐殖质由,非腐殖物质,(Non-,humic,substances),和,腐殖物质,(,Humic,substances),组成，通常占土壤有机质的,90,以上。,非腐殖物质为有特定物理化学性质、结构已知的有机化合物，其中一些是经微生物改变的植物有机化合物，而另一些则是微生物合成的有机化合物。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤有机质的含量及其组成,非腐殖物质约占土壤腐殖质的,20,30,，其中，碳水化合物,(,包括糖、醛、酸,),占土壤有机质的,5,25,，平均为,10,，它在增加土壤团聚体稳定性方面起着极重要的作用。,此外还包括氨基糖、蛋白质和氨基酸、脂肪、蜡质、木质素、树脂、核酸、有机酸等，尽管这些化合物在土壤中的含量很低，但相对容易被降解和作为基质被微生物利用，这无论是对土壤肥力、亦或是土壤自净能力而言，均有一定的贡献。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,二）,土壤,腐殖酸,1,土壤腐殖酸的分组,腐殖物质是一类组成和结构都很复杂的天然高分子聚合物，其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类，它与土壤矿物质部分密切结合形成有机无机复合体，因而难溶于水。,溴仿,-,乙醇混合物,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤腐殖酸的性质,(1),土壤腐殖酸的物理性质,腐殖酸在土壤中的功能与分子的形状和大小有密切的关系。,据报道，腐殖酸分子量的变动范围为几至几百万之间。但共同的趋势是，同一土壤中，富啡酸的平均分子量最小，胡敏素的平均分子量最大，胡敏酸则处于富啡酸和胡敏素之间。我国几种主要土壤胡敏酸和富啡酸的数均分子量分别在,890,2 550,和,675,1 450,之间。,土壤胡敏酸的直径范围在,1,0.001,m,m,之间，富啡酸则更小些。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤腐殖酸的性质,(1),土壤腐殖酸的物理性质,腐殖酸的整体结构并不紧密，整个分子表现出非晶质特征，具有较大的比表面积，高达,2 000 m,2,/g,，远大于黏粒矿物的比表面积。,腐殖酸是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，单位重量腐殖物质的持水量是硅酸盐黏粒矿物的,4,5,倍，最大吸水量可以超过其本身重量的,500,。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤腐殖酸的性质,(2),腐殖酸的化学性质,腐殖酸的主要元素组成是,C,、,H,、,O,、,N,、,S,，此外还含有少量的,Ca,、,Mg,、,Fe,、,Si,等灰分元素。,不同土壤中腐殖酸的元素组成不完全相同，有的甚至相差很大。,腐殖质含碳约,55,60,，平均为,58,；含氮约,3,6,，平均为,5.6,；其,C/N,比值为,10:1,12:1,。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤腐殖酸的性质,(2),腐殖酸的化学性质,腐殖酸分子中含有各种官能团，其中主要是含氧的酸性官能团，包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基,(R-COOH),和酚羟基,(,酚,-OH),，其中羧基是最重要的。,此外，腐殖物质中还存在一些中性和碱性官能团，中性官能团主要有醇羟基,(,R-OH,),、醚基,(-O-),、酮基,(C-O),、醛基,(-CHO),和酯,(ROOC-),；碱性官能团主要有胺,(-NH,2,),和酰胺,(-CONH,2,),。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤腐殖酸的性质,(2),腐殖酸的化学性质,腐殖物质的总酸度通常是指羧基和酚羟基的总和。,总酸度数值的大小与腐殖物质的活性有关，一般较高的总酸度意味着有较高的阳离子交换量,(CEC),和配位容量。,由于羧基、酚羟基等官能团的解离以及胺基的质子化，使腐殖酸分子具有两性胶体的特征，在分子表面上既带负电荷又带正电荷，而且电荷随着,pH,的变化而发生变化，在通常的土壤,pH,条件下，腐殖酸分子带净,负电荷,。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤腐殖酸的性质,(2),腐殖酸的化学性质,正是由于腐殖酸中存在各种官能团，因而腐殖酸表现出多种活性，如离子交换、对金属离子的配位作用、氧化一还原性以及生理活性等。,在通常情况下，腐殖酸具有弱酸特性，因而对,H,+,浓度有较大的缓冲范围。,此外，腐殖酸的弱酸性还反映在与,Al,3+,、,Fe,3+,、,Cu,2+,等金属离子以及与铁、铝氧化物及其水化氧化物之间的配位作用上。,第一节 土壤生态系统的基本组成,（三）土壤有机质的转化,1,土壤有机质的转化过程,有机残体进入土壤后，在以土壤微生物为主导的各种作用综合影响下，向着两个方向转化：,一是在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出,CO,2,、,H,2,O,和能量；所含,N,、,P,、,S,等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，这一过程称为有机质的,矿化过程,:,第一节 土壤生态系统的基本组成,（三）土壤有机质的转化,1,土壤有机质的转化过程,另一个转化方向则是各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为,腐殖化过程,。,第一节 土壤生态系统的基本组成,（三）土壤有机质的转化,2影响土壤有机质转化的因素,有机物质进入土壤后由其一系列转化和矿化过程所构成的物质流通称为土壤有机质的周转。,由于微生物是土壤有机物质分解和周转的主要驱动力，因此，凡是能影响微生物活动及其生理作用的因素都会影响有机物质的转化。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2影响土壤有机质转化的因素,1),温度,温度影响到植物的生长和有机质的微生物降解,。,一般说来，在0以下，土壤有机质的分解速率很小。,在035温度范围内，提高温度能促进有机物质的分解，加速土壤微生物的生物周转。,温度每升高10，土壤有机质的最大分解速率提高23倍。,一般土壤微生物活动的最适宜温度范围大约为2535，超出这个范围，微生物的活动就会受到明显的抑制。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2影响土壤有机质转化的因素,2),土壤水分和通气状况,土壤水分对有机质分解和转化的影响是复杂的。,土壤中微生物的活动需要适宜的土壤含水量，但过多的水分导致进入土壤的氧气减少，从而改变土壤有机物质的分解过程和产物。,当土壤处于嫌气状态时，大多数分解有机质的好氧微生物停止活动，从而导致未分解有机质的积累。,植物残体分解的最适水势在,-0.03,-0.1,MPa,之间，当水势降到,-0.3,MPa,以下，细菌呼吸作用迅速降低，而真菌一直到,-4-5,MPa,时可能还有活性。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2影响土壤有机质转化的因素,土壤有机质的转化也受土壤干湿交替作用的影响。,干湿交替作用使土壤呼吸强度在很短时间内大幅度地提高，并使其在几天内保持稳定的土壤呼吸强度，从而增加土壤有机质的矿化作用。,另一方面干湿交替作用会引起土壤胶体，尤其是蒙脱石、蛭石等黏粒矿物的收缩和膨胀作用，使土壤团聚体崩溃，其结果一是使原先不能被分解的有机物质因团聚体的分散而能被微生物分解；,二是干燥引起部分土壤微生物死亡。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2影响土壤有机质转化的因素,3),植物残体的特性,新鲜多汁的有机物质比干枯稿秆易于分解，因为前者含有较高比例的简单碳水化合物和蛋白质，后者含有较高比例的纤维素、木质素、脂肪、蜡质等难于降解的有机物。,有机物质的细碎程度影响其与外界因素的接触面，而影响其矿化速率。,同样，密实有机物质的分解速率比疏松有机物质缓慢。,有机物质组成的碳氮比,(C/N),对其分解速度影响很大。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2影响土壤有机质转化的因素,4),土壤特性,气候和植被在较大范围内影响土壤有机质的分解和积累，而土壤质地在局部范围内影响土壤有机质的含量。土壤有机质的含量与其黏粒含量存在极显著的正相关。,土壤,pH,也通过影响微生物的活性而影响有机质的降解。各种微生物都有其最适宜于活动的,pH,范围，大多数细菌活动的最适,pH,在中性附近,(pH 6.5,7.5),，放线菌的最适,pH,略偏向碱性一侧，而真菌则最适于酸性条件下,(pH 3,6),活动。,pH,过低,(8.5),对一般的微生物都不大适宜。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,四,),土壤有机质的作用及其生态与环境意义,1,有机质与重金属离子的作用,土壤腐殖物质含有多种官能团，这些官能团对重金属离子有较强的配位和富集能力。土壤有机质与重金属离子的配位作用对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移有极其重要的影响。各种官能团对金属离子的亲合力为：,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,有机质与重金属离子的作用,如果腐殖质中活性官能团,(-COOH,、酚,-OH,、醇,-OH,等,),的空间排列适当，那么可以通过取代阳离子水化圈中的一些水分子与金属离子结合形成螯合复合体。,两个以上官能团,(,如羧基,),与金属离子螯合，形成环状结构的配合物，亦称为螯合物。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,有机质与重金属离子的作用,腐殖物质,金属离子复合体的稳定常数反映了金属离子与有机配位体之间的亲合力，对重金属环境行为的了解有重要价值。,一般金属,富啡酸复合体条件稳定常数的排列次序为：,Fe,3+,Al,3+,Cu,2+,Ni,2+,Co,2+,Pb,2+,Ca,2+,Zn,2+,Mn,2+,Mg,2+,，其中稳定常数在,pH,为,5.0,时比,pH,为,3.5,时稍大，这主要是由于羧基等官能团在较高,pH,条件下有较高的离解度。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,有机质与重金属离子的作用,重金属离子的存在形态也受腐殖物质的配位反应和氧化还原作用的影响：胡敏酸可作为还原剂将有毒的,Cr(),还原为,Cr(),。,作为,Lewis,硬酸，,Cr(),能与胡敏酸上的羧基形成稳定的复合体，从而可限制动植物对它的吸收性。,腐殖物质还能将,V(V),还原为,V(),，,Hg,2+,还原为,Hg,0,，,Fe,3+,还原为,Fe,2+,，,U(),还原为,U(),。,此外，腐殖物质还能起催化作用，促成,Fe,3+,变成,Fe,2+,的光致还原反应。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,有机质与重金属离子的作用,腐殖酸对无机矿物也有一定的溶解作用。,腐殖酸对矿物的溶解作用实际上是其对金属离子的配位、吸附和还原作用的综合结果。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2,有机质对农药等有机污染物的固定作用,土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲合力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。,土壤有机质是固定农药的最重要的土壤组分，其对农药的固定与腐殖物质官能团的数量、类型和空间排列密切相关，也与农药本身的性质有关。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2,有机质对农药等有机污染物的固定作用,一般认为极性有机污染物可以通过离子交换和质子化、氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等各种不同机理与土壤有机质结合。,对于非极性有机污染物可以通过分配机理与之结合。,腐殖物质分子中既有极性亲水基团，也有非极性疏水基团。,第一节 土壤生态系统的基本组成,3,土壤有机质对全球碳平衡的影响,土壤有机质也是全球碳平衡过程中非常重要的碳库。,据估计全球土壤有机质的总碳量在,1410,17,1510,17,g,，大约是陆地生物总碳量,(5.610,17,g),的,2.5,3,倍。而每年因土壤有机质生物分解释放到大气的总碳量为,6810,15,g,。,第一节 土壤生态系统的基本组成,3,土壤有机质对全球碳平衡的影响,全球每年因焚烧燃料释放到大气的碳仅为,610,15,g,，是土壤呼吸作用释放碳的,8,9,；可见，土壤有机质的损失对地球自然环境具有重大影响。,从全球来看，土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化的影响将不亚于人类活动向大气排放的影响。,第一节 土壤生态系统的基本组成,三、土壤生物,土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成和发育过程中起主导作用。同时，它也是净化土壤有机污染物的主力军。因此，生物群体是评价土壤质量和健康状况的重要指标之一。,第一节 土壤生态系统的基本组成,（一）土壤生物的类型组成,土壤生物是栖居在土壤,(,还包括枯枝落叶层和枯草层,),中的生物体的总称，主要包括,土壤动物,、,土壤微生物,和,高等植物根系,。它们有多细胞的后生动物，单细胞的原生动物，真核细胞的真菌,(,酵母、霉菌,),和藻类，原核细胞的细菌、放线菌和蓝细菌及没有细胞结构的分子生物,(,如病毒,),等。,第一节 土壤生态系统的基本组成,1,土壤动物,土壤动物是指在土壤中度过全部或部分生活史的动物。其种类繁多、数量庞大，几乎所有动物门、纲都可在土壤中找到它们的代表。按照系统分类，土壤动物可分为：,1),土壤脊椎动物,2),土壤节肢动物,3),土壤环节,(,蠕虫,),动物,4),土壤线虫,(,蠕虫,),5),土壤原生动物,第一节 土壤生态系统的基本组成,2,土壤微生物,在土壤一植物整个生态系统中，微生物分布广、数量大、种类多，是土壤生物中最活跃的部分。,其分布与活动，一方面反映了土壤生物因素对生物的分布、群落组成及其种间关系的影响和作用；另一方面也反映了微生物对植物生长、土壤环境和物质循环与迁移的影响和作用。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2,土壤微生物,目前已知的微生物绝大多数是从土壤中分离、驯化、选育出来的，但只占土壤微生物实际总数的,10,左右。,一般,1 kg,土壤可含,510,8,个细菌，,1.010,10,加个放线菌和近,1.010,9,个真菌，,510,8,亿个微小动物。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2,土壤微生物,(1),原核微生物,1),古细菌,古细菌包括甲烷产生菌、极端嗜酸热菌和极端嗜盐菌。这三个类型的细菌都生活在特殊的极端环境,(,水稻土、沼泽地、盐碱地、盐水湖和矿井等,),，对物质转化担负着重要的角色，有关研究对揭示生物进化的奥秘，深化对生物进化的认识有重要意义。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2,土壤微生物,(1),原核微生物,2),细菌,细菌是土壤微生物中分布最广泛、数量最多的一类，占土壤微生物总数的,70,90,，其个体小、代谢强、繁殖快，与土壤接触的表面积大，是土壤中最活跃的因素。因其可利用各种有机物为碳源和能源，富集土壤中重金属及降解农药等有机污染物，在污染土壤修复研究中备受关注。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2),细菌,按营养类型分，土壤中存在各种细菌生理群，包括纤维分解菌、固氮细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、硫化细菌等，均在土壤,C,、,N,、,P,、,S,循环中担当重要角色。,而就细菌属而言，土壤中常见的主要有,节杆菌属,(,Arthrobacter,),、,芽孢杆菌属,(,Bacillus,),、,假单胞菌属,(,Pseudomonas,),、,产碱杆菌属,(,Alcaligenes,),、,黄杆菌属,(,Flavobacterium,),等。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2),细菌,其中假单胞菌属是一个大而庞杂的属，分布极广，土壤中这类细菌一部分为腐生菌，一部分为兼性寄生菌，具有代谢多种化合物能力，在降解土壤、水体中的农药和除草剂、处理石油废水中能发挥重要作用，又是制造多种产品的经济微生物。嗜冷性假单胞菌属是冷藏食品、制品的有害菌。,假单胞菌,第一节 土壤生态系统的基本组成,3),放线菌,放线菌以孢子或菌丝片段存在于土壤中，其栖居数量及种类很多，仅次于细菌。用常规方法监测时，大部分为链霉菌属，占,70,90,；其次为诺卡氏菌属占,10,30,；小单胞菌属占第三位，只有,1,15,。,放线菌除极少数是寄生型外，大部分均属好氧腐生菌；它的作用主要是分解有机质，对新鲜的纤维素、淀粉、脂肪、木质素、蛋白质等均有分解能力，并可产生抗生素，对其他有害菌起颉颃作用。最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好的土壤中，,pH,为,5.5,以下时生长即受抑制。,第一节 土壤生态系统的基本组成,4),蓝细菌,是光合微生物，过去称为蓝,(,绿,),藻，由于原核特征现改称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。在潮湿的土壤和稻田中常常大量繁殖。,蓝细菌有单细胞和丝状体两类形态，现已知的,9,科,31,属蓝细菌中有固氮的种类。,第一节 土壤生态系统的基本组成,5),黏细菌,黏细菌在土壤中的数量不多，是已知的最高级的原核生物。具备形成子实体和黏孢子的形态发生过程。子实体含有许多黏孢子，具有很强的抗旱性、耐温性，对超声波、紫外线辐射也有一定抗性，条件合适萌发为营养细胞。因此黏孢子有助于黏细菌在不良环境中，特别适宜在干旱、低温和贫瘠的土壤中存活。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(2),真核微生物,1),真菌,真菌是常见的土壤微生物之一，数量仅次于细菌和放线菌。适宜于通气良好和酸性的土壤中生长，生长最适,pH,为,3,6,，并要求较高的土壤湿度。因此，在森林土壤和酸性土壤中，真菌往往占优势或起主要作用。,我国土壤真菌种类繁多，资源丰富，分布最广的是,青霉属,(,Penicillium,),、,曲霉属,(,Aspergillus,),、,镰刀菌属,(,Fusarium,),、,木霉属,(,Trichoderma,),、,毛霉属,(,Mucor,),、,根霉属,(,Rhizopus,),。按其营养方式，真菌又可分为,腐生真菌,、,寄生真菌,、,菌根真菌,(,共生真菌,),等。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(2),真核微生物,1),真菌,菌根真菌目前在污染土壤修复方面的应用倍受关注，不少研究均涉及接种菌根真菌快速降解土壤中有机污染物的课题。,如，有研究者将,VA,菌根应用于土壤中,DEHP(,邻苯二甲酸二酯,),降解试验：证明了菌根际中菌丝在,DEHP,降解和转移过程中起着至关重要的促进作用。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2),藻类,藻类为单细胞或多细胞的真核原生生物。土壤中藻类主要由硅藻、绿藻和黄藻组成。,很多含有叶绿素，生长在土壤表层，能进行光合作用，吸收二氧化碳而放出氧气，有利于其他植物的根部吸收利用。不含叶绿素的藻类则多生长于土壤较下层，其作用在于分解有机质。,藻类是土壤生物的先行者，对土壤的形成和熟化起重要作用，它们凭借光能自养的能力，成为土壤有机质的最先制造者。,第一节 土壤生态系统的基本组成,3),地衣,地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。广泛分布在荒凉的岩石、土壤和其他物体表面，通常是裸露岩石和土壤母质的最早定居者，于土壤发生的早期起重要作用。,第一节 土壤生态系统的基本组成,3,.,非细胞型生物(分子生物),病毒,病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只有一种核酸，它们是一种活细胞内的寄生物，凡有生物生存之处，都有相应的病毒存在。,随着电镜技术和分子生物学方法的应用，人们对病毒本质的认识不断深化，发现非细胞生物包括真病毒和亚病毒。但目前对土壤中病毒了解较少，只知道土壤中病毒可以保持寄生能力，并以休眠状态存在。,病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方面已显示出良好的应用前景。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,二,),土壤微生物的根际效应及其环境意义,近年来，土壤微生物学研究已成为环境土壤学的活跃领域。,其中，根际微域中土壤微生物种群及活性的变化、污染物的根际效应及根际污染物快速微生物代谢消解等的研究尤为突出。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,二,),土壤微生物的根际效应及其环境意义,根际,是指植物根系活动的影响在物理、化学和生物学性质上不同于土体的动态微域，它是植物一土壤一微生物与环境交互作用的场所。,有别于一般土体，根际中根分泌物提供的特定碳源及能源使根际微生物数量和活性明显增加，一般为非根际土壤的,5,20,倍，最高可达,100,倍。,植物根的类型,(,直根、丛根、须根,),、年龄、不同植物的根,(,例如有瘤或无瘤,),、根毛的多少等，都可影响根际微生物对特定有机污染物的降解速率。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,二,),土壤微生物的根际效应及其环境意义,如，,Ferro(1994),等人发现，,14,CPCP(,五氯苯酚,),在有冰草生长的土壤中的消失速度是无植物区的,3.5,倍；,Arthur,等,(2000),的研究结果表明阿特拉津在植物根区土壤中的半衰期较无植物对照土壤缩短约,75,；研究证实多种作物的根际都能提高,TCE(,三氯乙烯,),的降解。,此外，根际微域中土壤,pH,、,Eh,、土壤湿度、养分状况及酶活性也是植物存在的影响参数。根向根际中分泌的低分子有机酸,(,如乙酸、草酸、丙酸、丁酸等,),可与,Hg,、,Cr,、,Pb,、,Cu,、,Zn,等元素的离子进行配位反应，由此导致土壤中此类重金属生物毒性的增加或减少。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,二,),土壤微生物的根际效应及其环境意义,根与土壤理化性质的不断变化，导致土壤结构和微生物环境也随之变化，从而使污染物的滞留与消解不同于非根际的一般土体。,因此，根际效应主动营造的土壤根际微生物种群及活性的变化，成为土壤重金属及有机农药等污染物根际快速消解的可能机理，并由此促使相关研究者对其进行深,入,探索，由此推动了环境土壤学、环境微生物等相关学科的不断前进。,第一节 土壤生态系统的基本组成,四、土壤水,土壤水是土壤的重要组成部分之一。它在土壤形成过程中起着极其重要的作用，因为形成土壤剖面的土层内各种物质的运移，主要是以溶液形式进行的，也就是说，这些物质随同液态土壤水一起运动。,同时，土壤水在很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程，如矿物质风化、有机化合物的合成和分解等。,不仅如此，土壤水是作物吸水的最主要来源，它也是自然界水循环的一个重要环节，处于不断的变化和运动中，势必影响到作物的生长和土壤中许多化学、物理和生物学过程。,第一节 土壤生态系统的基本组成,四、土壤水,(,一,),土壤水的物理形态,(,二,),土壤水的能态,第一节 土壤生态系统的基本组成,(,三,),土壤水分含量及其有效性,1.,土壤水分含量,土壤水分含量是表征土壤水分状况的一个指标，又称为土壤含水量、土壤湿度等。,土壤含水量有多种表达方式，数学表达式也不同，常用的有以下几种：,第一节 土壤生态系统的基本组成,(1),质量含水量,土壤质量含水量即土壤中水分的质量与干土质量的比值，又称为重量含水量，无量纲。它是指土壤中水分的实际含量，可由下式表示：,定义中的“干土”一词，一般是指在,105,条件下烘干的土壤。而另一种意义的干土是含有吸湿水的土，通常叫“风干土”，即在当地大气中自然干燥的土壤，其质量含水量当然比,105,烘干的土壤低。由于大气湿度是变化的，所以风干土的含水量不恒定，故一般不以此值作为计算质量含水量的基础。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(2)容积含水量,即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数，无量纲,。,它表明土壤中水分占据孔隙的程度，从而可据此计算土壤三相比(单位体积原状土中，土粒、水分和空气容积间的比例)。由质量含水量换算而得,：,第一节 土壤生态系统的基本组成,(3),相对含水量,指土壤含水量占田间持水量的百分数。它可以说明土壤毛管悬着水的饱和程度，有效性和水、气的比例等，是土壤学中常用的土壤含水量的表示方法：,第一节 土壤生态系统的基本组成,(3),相对含水量,田间持水量,：指在地下水较深和排水良好的土地上充分灌水或降水后，允许水分充分下渗，并防止其水分蒸发，经过一定时间，土壤剖面所能维持的较稳定的土壤水含量。,田间持水量长期以来被认为是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高的土壤水含量，且被认为是一个常数，常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤水的有效性,土壤水的有效性,是指土壤中的水能否被植物吸收利用及其难易程度,。,不能被植物吸收利用的水称为,无效水,，能被植物吸收利用的水称为,有效水,。其中因其吸收难易程度不同又可分为速效水和迟效水,。,土壤水的有效性实际上是以生物学的观点来划分土壤水的类型,。,第一节 土壤生态系统的基本组成,2土壤水的有效性,(1),土壤水分常数,土壤水分从完全干燥到饱和持水量，按其含水量的多少及土壤水能量的关系，可分为若干阶段，每一个阶段即代表着一定形态的水分，表示这一阶段的水分含量，称为,土壤水分常数,。,包括,吸湿系数,、,萎蔫系数,、,田间持水量,、,饱和持水量,、,毛管持水量,等。就质地和结构相同或相似的土壤而言，其数值变化很小或基本固定，可作为土壤水分状况的特征型指标。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(1),土壤水分常数,把干燥的土壤放入水汽饱和的容器中，土壤吸附气态水分子的最大含量称为,吸湿系数,(,最大吸湿量,),。,当植物因根无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量，称为,萎蔫系数或萎蔫点,，它因土壤质地、作物和气候等不同而不同。,土壤毛管悬着水达到最多时的含水量称为,田间持水量,。在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(2),土壤有效水范围及其影响因素,通常把土壤萎蔫系数看作土壤有效水的下限，低于萎蔫系数的水分，作物无法吸收利用，所以属于,无效水,。,一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。因此，,土壤有效水,范围的经典概念是从田间持水量到萎蔫系数，田间持水量与萎蔫系数之间的差值即土壤有效水最大含量。,土壤有效水最大含量，因不同土壤和不同作物而异，表,2-6,给出了土壤质地与有效水最大含量的关系。,第一节 土壤生态系统的基本组成,(2),土壤有效水范围及其影响因素,一般情况下，土壤含水量往往低于田间持水量。所以有效水含量就不是最大值，而只是当时土壤含水量与该土萎蔫系数之差。在有效水范围内，其有效程度也不同。,在田间持水量至毛管水断裂量之间，由于含水多，土水势高，土壤水吸力低，水分运动迅速，容易被植物吸收利用，所以称为“,速效水,”。,当土壤含水量低于毛管水断裂量，粗毛管中的水分已不连续，土壤水吸力逐渐加大，土水势进一步降低，毛管水移动变慢，根吸水困难增加，这一部分水属“,迟效水,”。,第一节 土壤生态系统的基本组成,五、土壤空气,第二节 土壤性质,一、土壤物理性质,（一）土壤质地,（二）土壤孔性和结构性,（三）土壤水分特征,（四）土壤通气性,（五）土壤力学性质与耕性,第二节 土壤性质,二、土壤化学性质,(,一,),土壤胶体特性及吸附性,1,土壤胶体及其种类,土壤胶体是指土壤中粒径小于,2,m,m,或小于,1,m,m,的颗粒，为土壤中颗粒最细小而最活跃的部分。,按成分和来源，土壤胶体可分为,无机胶体,、,有机胶体,和,有机无机复合胶体,三类。,第二节 土壤性质,1,土壤胶体及其种类,1),无机胶体,无机胶体包括成分简单的晶质和非晶质的硅、铁、铝的含水氧化物，成分复杂的各种类型的层状硅酸盐,(,主要是铝硅酸盐,),矿物。,含水氧化物主要包括水化程度不等的铁和铝的氧化物及硅的水化氧化物。,其中又有结晶型与非晶质无定形之分，结晶型的如三水铝石,(Al,2,O,3,3H,2,O),、水铝石,(AlO,3,H,2,O),、针铁矿,(Fe,2,O,3,H,2,O),、褐铁矿,(2Fe,2,O,3,3H,2,O),等；非晶质无定形如不同水化度的,SiO,2,nH,2,O,、,Fe,2,O,3,nH,2,O,、,Al,2,O,3,nH,2,O,和,MnO,2,nH,2,O,及它们相互复合形成的凝胶、水铝英石等。,第二节 土壤性质,1,土壤胶体及其种类,2)有机胶体,主要是腐殖质，还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等,。,腐殖质胶体含有多种官能团，属两性胶体，但因等电点较低，所以在土壤中一般带负电，因而对土壤中无机阳离子特别是重金属等土壤吸附性能影响巨大。但它们不如无,机胶体稳定，较易被微生物分解。,第二节 土壤性质,1,土壤胶体及其种类,3),有机一无机复合体,土壤的有机胶体很少单独存在，大多通过多种方式与无机胶体相结合，形成有机一无机复合体，其中主要是二、三价阳离子,(,如钙、镁、铁、铝等,),或官能