土壤学.doc

土壤：地球陆地表面能够生产植物收获物的那一疏松的表层。土壤肥力：土壤在多大程度上满足植物对于土地因素需求的能力。分为自然肥力和人工肥力两种。土 壤 学：农林科学体系中的一门基础科学，主要论述土壤和农林生产各个环节之间的内在联系：土壤变肥变瘦的一般规律，以及土壤利用和改良的技术。矿 物：矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，分为原生矿物和次生矿物。原生矿物：地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物（如长石类、角闪石和辉石、云母类、石英、磷灰石、橄榄石）。次生矿物：有原生矿物经过化学变化（如变质作用和风化作用）形成的矿物（如：方解石，高岭石，蛇纹石）。五大自然成土因素：气候、生物、母质、地形和时间。矿物的物理性质：颜色（自色、他色、假色）、条痕（矿物粉末的颜色）、透明度和光泽（透明、半透明、不透明；金属光泽、半金属光泽、非金属光泽）、硬度、解理和断口（矿物在外力的作用下，沿着一定结晶方向破裂成光滑平面的性能称为解理，裂开后形成光滑平面称为解理面，破裂面称为断口）、相对密度。常见造岩矿物：石英SiO2、正长石、斜长石、白云母、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、磷灰石、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿。岩石：指由各种地质作用形成的，由一种或多种矿物组成的集合体。岩浆岩：地球内部呈熔融状态的岩浆喷出地球表面，或者上升到接近于地表的不同深度的地壳中，冷却、固化后形成的岩石。岩浆岩的产状：深层侵入岩、浅层侵入岩、喷出岩。岩浆岩的结构：根据矿物颗粒的相对大小划分（等粒状、斑状）、根据矿物颗粒的绝对大小划分（显晶质结构：粗粒结构、中粒结构、细粒结构，隐晶质结构）根据结晶程度划分（全晶质、半晶质、玻璃质）岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。岩浆岩的分类：根据矿物成分和硅酸的含量变化规律，将岩浆岩分为酸性岩（花岗岩、流纹岩）、中性岩（闪长岩、安山岩）、基性岩（辉长岩、玄武岩）、超基性岩（橄榄岩、辉岩）。按生成环境不同分为深成岩、浅成岩、喷出岩。沉积岩：各种地质作用的沉积物，在地表和地下不太深的地方，在常温常压下，经过压紧、硬结所形成的岩石。是构成土壤母质的主要岩石之一。沉积岩的物质成分：碎屑成分、黏土矿物、化学和生物成因的新矿物。沉积岩的结构：形状分（粒状、砾状、角砾状）、直径大小分（砾状结构2、砂状结构20.05、粉砂状结构0.050.005、泥状结构0.005mm）沉积岩的构造：主要构造使层理构造，其次为层面构造。沉积岩的分类：机械沉积岩（砂岩、砂岩）、化学沉积岩（石灰岩、白云岩、页岩、粘土）、生物沉积岩。变质岩：变质岩是由原来存在的岩浆岩、沉积岩和部分早期形成的变质岩，在内力作用下，经过变质作用所形成的岩石。变质作用类型：接触变质作用、动力变质作用、区域变质作用。变质岩的结构：变晶结构、变余结构、碎裂结构。变质岩的构造：片理构造（板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造）、块状构造、变余构造。主要的变质岩：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩。风化作用：是指地表的岩石矿物，遇到了和它形成时截然不同的外界条件而遭到破坏，使其内部的结构、成分和性质发生变化的过程。物理风化：是指由物理作用（温度变化、水分冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川摩擦力等物理因素）使岩石矿物崩解破碎成大小不同形状各异的颗粒，而不改变其化学成分的过程。化学风化：是指岩石矿物在 水、氧、二氧化碳等参与下进行的过程，包括溶解、水化和氧化等作用。包括溶解作用，水化作用，水解作用和氧化作用。风化作用的产物：形成可溶性盐，形成黏土矿物，形成残留矿物。生物活动：可以直接参与岩石矿物的分解破坏，但更重要的是生物活动加强了物理和化学风化的作用。风化产物的类型：生态类型（硅质风化物、长石质风化物、铁镁质风化物、钙质风化物）、地球化学类型（碎屑类型、钙化类型、硅铝化类型、富铝化类型）。风化产物的母质类型：定积母质、运积母质（流水运积母质：坡积物、洪积物、淤积物-有明显的分层性、磨圆度好、分选性好；静水沉积母质，海水沉积母质，风积母质，重积母质又称塌积物）土壤剖面：从地面向下挖掘直至母质层所裸露的一段垂直切面。土壤分层：O枯落物层（LFH）、A腐殖质层、B淀积层、C母质层。自养型细菌：不依靠分解氧化有机质取得碳和能量，而是直接摄取空气中的二氧化碳作为碳源，吸收无机含氮化合物和各种矿物质作为养分，利用光能或通过氧化无机物质获得能量，合成自身物质，进行生长和繁殖。属于这一类土壤细菌的有：亚硝酸细菌、硝酸细菌，硫磺细菌.异养型细菌：它们只能利用有机质作为碳源和能源。土壤有机质：存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机化合物。土壤有机质的来源：土壤有机质是指土壤中含碳的有机化合物（植物残体，动物、微生物残体，动物、植物、微生物的排泄物和分泌物，人为施入土壤中的各种有机肥料）。土壤有机质的类型：新鲜的有机物L，半分解的有机物F，腐殖质H。土壤有机质的组成：碳水化合物，木质素，含氮化合物，树脂、脂肪、单宁、蜡质、灰分物质。灰分物质：植物残体燃烧后所遗留下的灰烬称为灰分物质。灰分中主要为钙、镁、钾、钠，磷、硅、硫、铁、铝、锰等，此外还含有碘、锌、硼、氟等元素.有机质的矿质化过程：进入土壤的有机质，在植物残体和微生物分泌的酶作用下，使有机物分解为简单有机化合物，最后转化为二氧化碳、氨、水和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），同时释放出能量的过程.微生物的转化过程：微生物对不含氮的有机质的转化（碳水化合物）：葡萄糖在好气条件下，在酵母菌和醋酸菌等微生物作用 下，生成简单的有机酸、醇类、酮类。这些中间物质在空气流通的土壤环境中继续氧化，最后完全分解成二氧化碳和水，同时放出热量。微生物对含氮有机物的转化：水解过程（蛋白质在微生物所分泌的蛋白质水解酶的作用下，分解成为简单的氨基酸类含氮化合物），氮化过程（蛋白质水解生成的氨基酸在多种微生物及其分泌酶的作用下，产生氮的过程），硝化过程（在通气良好的情况下，氨在土壤微生物的作用下，可经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化成硝酸）2NH3+3Q22HNO2+2H2O+662kj，2HNO2+022HNO2+176KJ，反硝化过程（硝态氮在土壤通气不良情况下，还原成气态氮）。土壤腐殖质：通过土壤微生物的作用，在土壤中新合成的一类分子量很大的、结构复杂的有机化合物，称为腐植质。腐殖质的组分：富里酸组、胡敏酸组、胡敏素。一般以游离态和结合态两种状态存在。腐植酸的主要组成是胡敏酸和富里酸。胡敏素是胡敏酸的同分异构体。土壤有机质的腐殖化过程：是指土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高分子有机化合物。土壤有机质的作用：有机质在土壤肥力上的作用：是植物营养的主要来源之一，促进植物生长发育，改善土壤的物理性质（腐殖质为棕褐色或黑色物质，被土粒包围后使土壤颜色变暗，从而增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度），促进微生物和土壤动物的活动，提高土壤的保肥性和缓冲性，具有活化不溶性盐的作用。有机质在生态环境上的作用：降低或延缓重金污染，对农药等有机污染物具有固定作用，对全球碳平衡的影响。增加土壤有机质的措施：增施有机肥料，种植绿肥，秸秆还田。影响土壤有机质转化的条件：有机化学成分、C/N、灰分含量。粒级：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）。分为石块、石砾、砂粒、粉粒、黏粒。随着土壤单粒由大变小，各粒级土粒的粘结性、粘着性、可塑性、胀缩性以及吸附能力由弱到强。土壤机械组成：土壤中各级土粒所占的质量百分数。土壤质地：依据土壤机械组成相近与否而划分的土壤组合。土壤主要质地类型有三种，它们是：砂质土、壤质土、粘质土。土壤质地与土壤肥力：砂质土（砂质土通透性强，保蓄性弱，养分含量低，气多水少、温度高二不稳），黏质土（黏质土保水保肥性强，养分含量丰富,土温比较稳定，但通气透水性较差，易滞水受涝，有毒物质常危害林木），壤质土（砂壤适中，大小空隙比例适中，通气透水性好，土温稳定。养分丰富）。土壤质地的改良：掺砂掺壤，客土调剂；引洪放淤，引洪漫沙；施有机肥，改良土性；植树种草，培肥改土。土壤结构体：单个土粒在各种因素综合作用下相互黏合团聚，形成大小、形状和性质不同的团聚体。成型动力：干湿交替、冻融交替、生物作用、土壤耕作。胶结物质是团粒结构形成的基础条件。分为有机胶体、无机胶体、黏粒表面的胶膜、钙及其他阳离子。土壤孔隙度:单位容积的土壤中孔隙容积所占的百分数。土壤孔隙度（%）=（1-土壤密度/土粒密度）*100；土壤孔隙比=孔隙度/（1-孔隙度）土粒密度（土壤比重）：单位容积固体土粒（不包括粒间空隙）的质量，叫做土粒密度，单位用g/cm3。多数土壤的平均值2.65g/cm3作为通用数值。土壤密度（土壤容重）：指自然状态下（包括土粒之间的空隙），单位容积土壤的烘干质量，单位g/cm3。毛管孔隙度=（毛管孔隙容积/土壤容积）*100。土壤孔隙的类型：非活性孔隙、毛管孔隙、空气孔隙。土壤孔性的影响因素：质地、结构、土壤有机质含量、土粒排列、自然因素和土壤管理对孔隙的影响。土壤孔性的调节：改良不良的土壤质地、增加土壤有机质含量、合理灌水与耕作。土壤水的形态类型：吸湿水、膜状水、毛管水（悬着水、支持毛管水）、重力水和地下水。土壤含水量的表示方法：土壤质量含水量（%）=土壤水质量/烘干土质量*100土壤容积含水量（%）=土壤水容积/烘干总容积*100相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。萎蔫系数：当植物表现永久萎蔫时的土壤含水量叫萎蔫系数（凋萎系数）。田间持水量：悬着毛管水达到最大量时土壤的含水量。土壤含水范围A=F-W。土壤水势：在标准大气压下，可逆并且等温地将无穷小单位数量的指定高度的纯水，移至土壤中所必须做的功。=mah土壤水势的组成：重力势、基质势（符号为负）、渗透势、压力势（=pghV）。土壤水分特征曲线：表示土壤水的能量和数量之间的关系。测定时多用压力膜法。土壤水分特征曲线对同一土样并不是固定的单一曲线。它与测定时土壤处于吸水过程（如渗透过程）或脱水过程（蒸发过程）有关。从饱和点开始逐渐增加土壤水吸力，使土壤含水量逐渐减少所得的曲线，叫脱水曲线。由干燥点开始，逐渐增加土壤含水量，使土壤水吸力逐渐减小所得的曲线，叫吸水曲线。脱水曲线和吸水曲线是不重合的。同一吸力值可有一个以上的含水量值，说明土壤吸力值与含水量之间并非单值函数，这种现象称滞后现象。土壤田间持水量影响因素：土壤质地、土壤结构、有机质。土壤水的运动:：饱和水流、非饱和水流和水汽移动。饱和流的推动力主要是重力势梯度和压力势梯度。达西定律;单位时间内通过单位面积土壤的水量，土壤水通量与土水势梯度成正比。q=-KH/L非饱和流的推动力主要是基质势梯度和重力势梯度。土壤中的水汽运动：表现为水汽扩散和水汽凝结。“夜潮”和”冻后聚墒”。 土壤水的来源：大气降水（主要）、凝结水、地下水和人工灌溉。土壤空气与近地表大气的组成差别：土壤空气中的CO2含量高于大气；土壤空气中O2含量低于大气；土壤空气中水汽含量一般高于大气；土壤空气中含有较多的还原性气体。土壤空气的运动：对流和扩散,以气体的扩散为主。土壤热量的最基本来源：太阳的辐射能。土壤热容量：单位质量或容积的土壤每升高或降低1度所需要或放出的热量。单位J/(gC)、J/(cm3C)。土壤导热率：单位厚度（1cm）土层，温差为1C时，每秒钟经单位断面（1cm2）通过的热量。大小决定于土壤固、液、气三相组成及其比例。土壤胶体的构造：胶核、双电层（决定电位离子层、补偿离子层）、胶团间溶液。土壤胶体的性质：土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。土壤胶体的带电性。土壤胶体的分散和凝聚（土壤胶体大多带负电荷）。土壤胶体带电的原因：a表面解离释放离子 b同晶置换作用 c边面棱角断键 d吸附离子土壤胶体类型（土壤无机胶体土壤有机胶体）土壤无机胶体：含水氧化硅胶体，含水氧化铁、铝胶体（当环境反应在她的等电点的酸性方面使。带正电；反之。黏土矿物：硅氧片（由硅四面体连接而成）和水铝片（铝八面体连接而成）叠合而成。高岭石类矿物AL4SI4O10(OH)8：一片硅氧片和一片水铝片叠合而成，氢键紧密相连，联结力强，固定，不易扩展，水分子与其他离子很难进入其中，阳离子交换量小。蒙脱石类矿物AL4SI8O20(OH)4：晶层联结力弱，水分子和其他阳离子容易进入，使晶层间距扩大，为膨胀型晶体。土壤阳离子交换作用：土壤胶体表面所吸附的阳离子，与土壤溶液中的阳离子或不同胶粒上的阳离子相互交换的作用.特点：阳离子交换吸附作用是一种可逆反应，阳离子交换与吸附的过程以灯亮电荷关系进行，交换反应的速度受交换点位置和温度的影响。影响阳离子交换作用的因素：阳离子的交换能力（离子电荷价、离子的半径及水化程度），阳离子的相对浓度及交换生成物的性质，胶体性质。影响土壤阳离子交换量的因素：土壤质地，土壤腐殖质，土壤无机胶体的种类，土壤酸碱反应。土壤胶体的阳离子交换量随PH值增大而增大。一种土壤阳离子交换量的大小,基本上代表分了该土壤保存养分的能力.即通常说的饱肥性的高低.交换量大的土壤,保存速效养能力大,反之则小.可作为土壤供肥蓄肥能力的指标.盐基饱和度是指土壤胶体上交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分率（%）=交换盐基总量/阳离子交换量*100。我国土壤盐基饱和度:南北,西东交换性阳离子的活度及其影响因素：交换性离子的饱和度，陪补离子的种类，无机胶体的种类。土壤中酸的来源：水的解离，碳酸的解离，有机酸的解离，无机酸的形成，酸雨。土壤酸性的形成机理：碳酸钙的水解，碳酸钠的水解。土壤酸度的指标：活性酸度（土壤溶液中游离的H所变现的酸度）pH表示，潜性酸度（土壤胶体上媳妇的H和Al所引起的酸度）每千克烘干土中H的厘摩尔数表示cmol（+）/kg。大多数植物都不能在pH值低于3.5和高于9的情况下生长。土壤酸性一方面是由土壤溶液中的氢离子引起的,另一方面也可以由被土壤胶体所吸附的致酸离子(氢,铝)所引起.前者为活性酸,后者潜性酸.酸性强度排列:潜性酸水解酸代换性酸活性酸土壤缓冲性及其重要性：是指酸性或碱性物质加入土壤，土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能。可以稳定土壤溶液的反应，使酸碱的变化保持在一定范围内，从而避免因是非、根系的呼吸、微生物活动和有机质分解等引起土壤酸碱性的剧烈变化，以及对植物生长发育和土壤微生物活动产生不良影响。土壤缓冲性的意义：使高等植物或微生物的生存环境稳定，对酸碱的改良，正确确定施肥量。土壤缓冲性产生的原因：土壤胶体的阳离子交换作用使土壤产生缓冲性的主要原因，土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在，土壤中两性物质的存在。导致土壤酸碱性差异的因素：气候（我国的土壤酸碱度有东南酸而西北碱的分布趋势），地形（在同一气候的小区域内，处于高坡地形部位的土壤，淋溶作用较强，其PH值常较地形较低部位低），母质（成土母质对土壤算坚信的影响非常明显），植被（针叶树的灰分组成中盐基成分较阔叶树少，因此发育在针叶林下地土壤往往偏酸性）。土壤酸碱性的调节：酸性的调节（石灰或石灰石粉），碱性的调节（石膏/硫磺。）石灰改良酸性土的作用? 和土壤酸性增加土壤中钙素营养，有利于微生物活动促进有机质分解改良土壤结构 石灰用量=土壤体积容重阳离子交换量(1盐基饱和度) 单位:Kg/公顷植物生长过程所需的必须元素有16种：碳氢氧（植物体的基本组织成分）氮磷钾钙镁硫（大量元素）铁锰铜锌Mo硼氯（微量元素）。根吸收养分的形态（无机离子），根系吸收无机态养分的机制（主动吸收，被动吸收）。肥料：提供植物养分为主要功能和部分兼有改善土壤性质的物料。（化学肥料、有机肥料、微生物肥料）施肥方式与方法：基肥（无林地造林之前，有林地秋冬季，较长市价提供杨飞，改善土壤条件），种肥（林木初期发育对养分的需要），追肥（植物生长期为调节植物营养而施用得肥料，目的是及时供给林木或苗木生长发育过程中所需要的养分，特别是需肥关键期）。氮素化肥的主要种类：铵态氮肥：碳酸氢铵、硫酸铵、氯化铵、氨水、液氨（易溶于水形成铵根离子直接被植物吸收利用；与土壤中吸附的胶体离子进行交换使其不容易随水流失；遇碱性物质容易生成氨气挥发；在通气良好的土壤中，铵态氮进行硝化作用，转化为硝态氮）生理酸性肥料。硝态氮肥：硝酸铵、硝酸钠（易溶于水、NO3不易被土壤胶体吸附，易淋失，爆炸性）生理碱性肥料。酰胺态氮肥：尿素CO(NH2)2；长效氮肥。磷素化肥的主要种类：水溶性磷肥（过磷酸钙施入土壤后易发生磷的固定，移动性变小。施用过磷酸钙首先要集中施用以减少固定，有利于根系吸收。其次要分层施用，以尽量把肥料施用到根系群周围。），弱酸溶性磷肥（钙镁磷肥施用与酸性土壤上肥效明显。），难溶性磷肥（磷矿粉大多只溶于强酸，属难溶性磷肥，肥效逐年显现，价格较低，经济实用；宜作基肥。）注意点：靠近根系试用，集中使用，分层使用，避免与土壤混合。问答题。影响风化作用的因素有哪些？ 答：1.气候条件.2. 矿物岩石的物理特性：矿物颗粒大小、硬度、解理和胶结程度.3. 矿物岩石的化学特性和结晶构造.富里酸（FA）与胡敏酸(HA)性质上的区别？ 答：（1）溶解性：FAHA；（2）酸性：FAHA；（3）盐：HA一价溶于水二三价不溶，F A全溶；.（4）分子组成：式量HAFA，HA含碳氮多，含氢氧少，FA相反；（5）颜色：HA深（又名黒腐酸），FA浅（又名黄腐酸）；（6）在土壤剖面中的迁移能力：FA强。土壤有机质的腐殖化过程可分为几个阶段： 答：第一阶段（原始材料构成阶段）：微生物将有机残体分解并转化为简单的有机化合物，一部分经矿质化作用转化为最终产物（二氧化碳、硫化氢、氨等）。其中有芳香族化合物（多元酚）、含氮化合物（氨基酸或肽）和糖类等物质。 第二阶段（合成腐殖质阶段）：在微生物作用下，各组成成分，主要是芳香族物质和含氮化合物，缩合成腐殖质单体分子。在这个过程中，微生物起着重要作用，首先是由许多微生物群分泌的酚氧化酶，将多元酚氧化成醌，然后醌再与含氮化合物缩合成腐殖质。土水势的特点。 答：土壤中的水分受到各种力的作用，它和同样条件（温度和压力等）下的纯自由水的自由能的差值，用符号表示，所以，土水势不是土壤水分势能的绝对值，而是以纯自由水作参比标准的差值，是一个相对值。 土水势由:基质势（m） 溶质势（s） 重力势（g） 压力势（P） 等分势构成。砂土,粘土,壤土的特点分别是什么?答:1.砂质土类:水粒间孔隙大,毛管作用弱,透水性强而保水性弱,水汽易扩散,易干不易涝. 气大孔隙多,通气性好,一般不会积累还原性物质. 热水少汽多,温度容易上升,称为热性土,有利于早春植物播种. 肥养分含量少,保肥力弱,肥效快,肥劲猛,但不持久,易造成作物后期脱肥早衰. 耕性松散易耕,轻质土.2.粘质土类:水粒间孔隙小,毛管细而曲折,透水性差,易产生地表径流,保水抗旱能力强,易涝不易旱.气小孔隙多,通气性差,容易积累还原性物质.热水多汽少,热容量大,温度不易上升,称为冷性土,对早春植物播种不利.肥养分含量较丰富且保肥能力强,肥效缓慢,稳而持久,有利于禾谷类作物生长,籽实饱满,早春低温时,由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素.耕性耕性差, 粘着难耕,重质土.3.壤质土类:土壤性质兼具砂质土,粘质土的优点,而克服了它们的缺点.耕性好,宜种广,对水分有回润能力,是理想的土壤类别.影响阳离子交换能力的因素:答:电荷电价有关 离子半径及水化程度 离子浓度 土壤pH值 T的高低土壤计算题：2.容重为1.2g/cm3的土壤，初始含水量为10%，田间持水量为30%，降雨10mm，全部入渗，可使多深土层达到田间持水量？ 解：10%1.2=12% 30%1.2=36% 土层厚度=10/（36%12%）=41.7mm4.某红壤的pH值5.0，耕层土重2250000kg/hm2，含水量位20%，阳离子交换量10cmol/kg，BSP60%，计算pH=7时，中和活性酸和潜性酸的石灰用量。 解：225000020%（10-510-7）=4.455molH+/hm2 4.455562=124.74g/hm2 2250000101%40%=90000mol H+/hm2 90000562=2520000g 5.一种石灰性土壤，其阳离子交换量为15 cmol（+）/kg，其中Ca2+占80%，Mg2+占15%，K+占5%，则每亩（耕层土重15万kg/亩）土壤耕层中Ca2+，Mg2+，K+的含量为多少？ 解：150000151%=22500mol 2250080%240=360000g 2250015%224=40500g 225005%39=43875g 6.土壤容重为1.36t立方米，则一亩（667平方米）地耕作层，厚0.165m的土壤重量是多少？该土壤耕层中，现有土壤含水量为5，要求灌水后达到25，则每亩灌水定额为多少？ 解：6670.165=110.055t 110.0551.36(255)=16.185立方米