土壤的形成与功能课件.pptx

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1、主讲人：赵秀兰 第二章第二章 土壤的形成、功能与性质土壤的形成、功能与性质2 2第二节第二节 中国土壤资源中国土壤资源一、成土因素一、成土因素地理位置地理位置东经：73-135；北纬： 4-53母质与岩石母质与岩石东部东部: 濒临太平洋濒临太平洋, ,因海洋和陆地热力性质的差异及太阳辐射随季节因海洋和陆地热力性质的差异及太阳辐射随季节的变化，致冬夏间海洋与陆地上气压的季节变化。的变化，致冬夏间海洋与陆地上气压的季节变化。 夏季大陆低气压，海洋高气压夏季大陆低气压，海洋高气压-盛行东南风盛行东南风, ,来自海洋来自海洋, ,温暖潮湿；温暖潮湿； 冬季大陆气压高，海洋气压低冬季大陆气压高，海洋气压

2、低-盛行西北风盛行西北风, , 寒冷干燥寒冷干燥. . 我国冬冷夏热、冬干夏雨的季风性气候特征。我国冬冷夏热、冬干夏雨的季风性气候特征。气候特征气候特征1.1.东部季风气候特征十分显著东部季风气候特征十分显著-受地理位置和地理环境影响受地理位置和地理环境影响3.气候类型多样，气候资源丰富和气候灾害较多气候类型多样，气候资源丰富和气候灾害较多-幅员广大、幅员广大、地形复杂。地形复杂。2. 西北部，远离海洋，为欧亚大陆的腹地，大陆性气候特点显西北部，远离海洋，为欧亚大陆的腹地，大陆性气候特点显著，气温温差大。著，气温温差大。4.气候受地形的影响大，为多种局地性差异形成的重要原因确气候受地形的影响大

3、，为多种局地性差异形成的重要原因确依照温度指标，从南到北可划分为赤道带、热带、亚热带、暖依照温度指标，从南到北可划分为赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带六个温度带；温带、温带、寒温带六个温度带；根据水分条件，从东南到西北可划分为湿润、半湿润、半干旱、根据水分条件，从东南到西北可划分为湿润、半湿润、半干旱、干旱四类地区，分别占全国陆地总面积的干旱四类地区，分别占全国陆地总面积的32%、15%、22%、31%植被植被 随着水分、热量分配由东南而西北递减的现象，依次出现随着水分、热量分配由东南而西北递减的现象，依次出现了终年高湿多雨、种类丰富与多层次的了终年高湿多雨、种类丰富与多层次的热带雨

4、林热带雨林，气候温暖、，气候温暖、湿润、树叶光滑、椭圆、冬不落叶的湿润、树叶光滑、椭圆、冬不落叶的亚热带常绿阔叶林亚热带常绿阔叶林；夏热；夏热多雨，冬春无叶的叶的温带多雨，冬春无叶的叶的温带落叶阔叶林落叶阔叶林；全年寒冷，没有夏季，；全年寒冷，没有夏季，多纯林而冬季落叶的多纯林而冬季落叶的寒温带针叶林寒温带针叶林等。等。 南方自然植被以南方自然植被以森林森林为主为主,作物生长繁茂，可以终年经营农作物生长繁茂，可以终年经营农业，盛产水稻、小麦、玉米、红薯、花生和多种经济作物，耕业，盛产水稻、小麦、玉米、红薯、花生和多种经济作物，耕作制多采用两年五熟和一年三熟，生产条件比铰优越；作制多采用两年五熟

5、和一年三熟，生产条件比铰优越； 北方多以北方多以草原和荒漠植被草原和荒漠植被为主，因水热条件差，大多为一为主，因水热条件差，大多为一年一熟的旱地农业或灌溉农业年一熟的旱地农业或灌溉农业.与水热条件密切相关与水热条件密切相关中国降水图1 .土壤水平地带性分布规律土壤水平地带性分布规律 土壤随经度或纬度的变化而呈现有规律更替的现象土壤随经度或纬度的变化而呈现有规律更替的现象.我国土壤水我国土壤水平地带的分布由湿润海洋性与干旱内陆性两个地带构成。平地带的分布由湿润海洋性与干旱内陆性两个地带构成。(1)纬度地带性纬度地带性 东部湿润海洋地带东部湿润海洋地带:因海洋季风影响，土壤随纬度由南而北分布因海洋

6、季风影响，土壤随纬度由南而北分布 南岭以南南岭以南:砖红壤性红壤、砖红壤，砖红壤性红壤、砖红壤， 长江以南南岭以北长江以南南岭以北:红壤、黄壤红壤、黄壤 江淮丘陵平原江淮丘陵平原:黄棕壤；黄棕壤； 华北淮北华北淮北:棕壤、褐土，棕壤、褐土， 大小兴安岭大小兴安岭:灰化土。灰化土。(2)经度地带经度地带二二、中国土壤的分布规律中国土壤的分布规律西部内陆干早地带，从东北平原到新疆西部，大陆性气候逐渐增强，西部内陆干早地带，从东北平原到新疆西部，大陆性气候逐渐增强，土壤按经度由东而西分布：东北平原黑土，内蒙古高原东部栗钙土，土壤按经度由东而西分布：东北平原黑土，内蒙古高原东部栗钙土，河西走廊、新疆地

7、区的灰钙土、漠钙土等河西走廊、新疆地区的灰钙土、漠钙土等。2. 垂直性分布规律垂直性分布规律l 土壤垂直带土壤垂直带-因山体高程不同引因山体高程不同引起生物起生物-气候带的分异所产生的气候带的分异所产生的土壤带谱土壤带谱l 海拔不同海拔不同,温度下降温度下降,湿度增高湿度增高,生生物类型发生改变物类型发生改变,土壤发生变化土壤发生变化.l 土壤垂直带因山体所处的气候带不同而异土壤垂直带因山体所处的气候带不同而异 湿热的热带、亚热带区湿热的热带、亚热带区,由下而上由下而上:砖红壤或红黄壤带砖红壤或红黄壤带黄壤黄壤黄棕壤和棕壤带黄棕壤和棕壤带暗棕壤或灰土、漂灰土暗棕壤或灰土、漂灰土. 温带半湿润区

8、温带半湿润区:草甸草原黑钙土草甸草原黑钙土-棕壤或高山草甸土棕壤或高山草甸土.3. 地域分布规律地域分布规律l 同一地带内的土壤分布规律同一地带内的土壤分布规律-受局部地形受局部地形水文条件和成土水文条件和成土母质的影响母质的影响三、三、 中国土壤资源中国土壤资源热带、亚热带湿润地区土壤资源热带、亚热带湿润地区土壤资源热带亚热带气候热带亚热带气候;植被为热带雨林、季雨林、热带常绿阔叶林植被为热带雨林、季雨林、热带常绿阔叶林成土特点成土特点: 风化彻底风化彻底,物质淋溶强烈物质淋溶强烈,盐基及硅酸盐淋失盐基及硅酸盐淋失,酸性强酸性强, 植物繁茂植物繁茂,生物循环强生物循环强,物质和能量处于较高水

9、平物质和能量处于较高水平.砖红壤景观砖红壤景观砖红壤剖面砖红壤剖面红壤剖面红壤剖面红壤景观红壤景观黄壤剖面黄壤剖面黄壤景观黄壤景观温带湿润地区土壤资源温带湿润地区土壤资源北亚热带、暖温带、温带、寒温带的湿润气候北亚热带、暖温带、温带、寒温带的湿润气候;植被植被:暖温带落叶阔叶林、针阔叶混交林及针叶林暖温带落叶阔叶林、针阔叶混交林及针叶林;成土特点成土特点: 明显的粘化和淋溶明显的粘化和淋溶-淀积作用淀积作用,易溶性盐分和碳酸盐被易溶性盐分和碳酸盐被淋失淋失,粘粒在下部淀积粘粒在下部淀积,生物循环减弱生物循环减弱,除黄棕壤外无铝化作用除黄棕壤外无铝化作用.黄棕壤景观黄棕壤景观黄棕壤剖面黄棕壤剖面

10、棕壤剖面棕壤剖面棕壤景观棕壤景观暗棕壤景观暗棕壤景观暗棕壤土壤剖面暗棕壤土壤剖面漂灰土景观漂灰土景观漂灰土土壤剖面漂灰土土壤剖面暖温带半湿润、半干旱区土壤资源暖温带半湿润、半干旱区土壤资源暖温带大陆性季风气候暖温带大陆性季风气候,冬干夏湿冬干夏湿,季节分明季节分明;植被植被:中生夏绿阔叶林、旱生森林和灌丛中生夏绿阔叶林、旱生森林和灌丛,及扬、桦、云杉、油松林及扬、桦、云杉、油松林等针阔混交林等针阔混交林.成土特点成土特点:石灰的淋溶与淀积、残积、粘化作用石灰的淋溶与淀积、残积、粘化作用,腐殖质在碱性和中腐殖质在碱性和中性环境中积累性环境中积累.褐土景观褐土景观褐土剖面褐土剖面黄绵土景观黄绵土景

11、观黄绵土剖面黄绵土剖面黑垆土景观黑垆土景观黑垆土剖面黑垆土剖面温带半湿润地区土壤资源温带半湿润温带半湿润; 植被植被:森林草原和草原森林草原和草原成土特点成土特点:形成深厚的腐殖质层形成深厚的腐殖质层.因条件的不同因条件的不同,成土过程有差异成土过程有差异.黑土景观及剖面黑土景观及剖面黑钙土景观及剖面黑钙土景观及剖面温带半干旱地区土壤资源温带半干旱地区土壤资源温带半干旱、干旱大陆型温带半干旱、干旱大陆型; 植被植被:干草原、荒漠草原、草原化荒漠干草原、荒漠草原、草原化荒漠;成土特点成土特点:中性和碱性环境下弱的腐殖质积累过程和石灰聚集过程中性和碱性环境下弱的腐殖质积累过程和石灰聚集过程,因植物

12、生长量小因植物生长量小,归还少归还少,土壤有机质含量不高土壤有机质含量不高.栗钙土景观及土壤剖面栗钙土景观及土壤剖面灰钙土景观及土壤剖面灰钙土景观及土壤剖面温带干旱地区土壤资源温带干旱地区土壤资源夏季热夏季热,冬季寒冷冬季寒冷,大陆性气候显著大陆性气候显著;植被植被:旱生、超旱生小半灌木、灌木荒漠旱生、超旱生小半灌木、灌木荒漠成土特点成土特点:生物作用微弱生物作用微弱,土壤钙化、石膏化、盐化作用明显土壤钙化、石膏化、盐化作用明显,有弱的铁有弱的铁质化作用。质化作用。棕漠土景观与剖面棕漠土景观与剖面岩性土：土壤性质受母质特性的控制影响。岩性土：土壤性质受母质特性的控制影响。 紫色土紫色土 石灰土

13、石灰土 磷质石灰土磷质石灰土 风沙土风沙土分布于南方的热分布于南方的热带、亚热带带、亚热带分布于北方的温带、暖温带分布于北方的温带、暖温带石灰岩景观及土壤石灰岩景观及土壤磷石灰土磷石灰土紫色土景观及土壤紫色土景观及土壤潮土剖面潮土剖面灌淤土剖面灌淤土剖面灌淤土景观灌淤土景观潮土景观潮土景观红壤性水稻土景红壤性水稻土景观观红壤性水稻土剖面红壤性水稻土剖面水稻土水稻土海滨盐土海滨盐土盐碱土盐碱土一、土壤的功能一、土壤的功能 肥力功能肥力功能: 提供植物的支撑场所，调节水、热、气、肥的能力提供植物的支撑场所，调节水、热、气、肥的能力 净化功能净化功能: 土壤通过自身的作用使进入其中的污染物浓度降低或

14、土壤通过自身的作用使进入其中的污染物浓度降低或毒性消失的过程。毒性消失的过程。 土壤的功能由土粒、土壤结构、土壤层次和土体功能实现。土壤的功能由土粒、土壤结构、土壤层次和土体功能实现。二、基本概念二、基本概念1.土粒土粒土粒：土壤颗粒，包括土壤中矿质颗粒、有机质颗粒、微生物和酶土粒：土壤颗粒，包括土壤中矿质颗粒、有机质颗粒、微生物和酶. 土粒是形成土壤结构的基础物质，以其复杂的矿物成分提供多土粒是形成土壤结构的基础物质，以其复杂的矿物成分提供多种矿质营养元素。种矿质营养元素。第三节第三节 土壤的组成与功能土壤的组成与功能2.土壤结构土壤结构土粒的结合状态，有不同的大小和形状土粒的结合状态，有不

15、同的大小和形状3.土壤层次土壤层次 土体的一级结构，是土壤性质在垂直方向上的差异，并土体的一级结构，是土壤性质在垂直方向上的差异，并在水平方向上延伸的层次单元。在水平方向上延伸的层次单元。 土壤表层是接受外界条件的土壤表层是接受外界条件的“窗口窗口”，表层以下的层次，表层以下的层次是传导外界输入物质和能量的媒介。是传导外界输入物质和能量的媒介。 在物质、能量传递过程中会出现不畅或速度过快的情况，在物质、能量传递过程中会出现不畅或速度过快的情况，从而产生物质与能量的从而产生物质与能量的“滞留层滞留层”或或“漏层漏层”，从而形成各，从而形成各式各样的障碍层次。式各样的障碍层次。第三节第三节 土壤的

16、组成与功能土壤的组成与功能二、基本概念二、基本概念4.土体和土壤剖面土体和土壤剖面1）土体）土体 立体的土壤基质的总体。立体的土壤基质的总体。2）土壤剖面）土壤剖面 土壤表面垂直向下的一个切割平面。一般是挖掘土坑后再土壤表面垂直向下的一个切割平面。一般是挖掘土坑后再削平其某一个坑壁而成。削平其某一个坑壁而成。 土壤的层次、结构、土粒成分以及根系分布和水分活动等土壤的层次、结构、土粒成分以及根系分布和水分活动等都能从剖面上进行观察。都能从剖面上进行观察。自然土壤剖面枯枝落叶层枯枝落叶层半分解层半分解层腐殖质层腐殖质层淋溶层淋溶层淀积层淀积层母质层母质层母岩层母岩层Grassland soil i

17、n USA deep and dark Tropic environment soil, deep, bright and red in colorsSoil in a very cold climate in Canada , 底底部存在一个部存在一个 “permafrost”(冻结层冻结层)， 由由冰、土或二者混合物组成，常年温度低冰、土或二者混合物组成，常年温度低于于0CSoil in dry condition表层：浅褐色，缺乏表层：浅褐色，缺乏有机质或水分有机质或水分白色层次：碳酸钙沉白色层次：碳酸钙沉积积Soil formed under a forest in Russiaa w

18、hite layer below the dark surface layer，called E horizon, created by podzolization (灰化作用灰化作用)三、土壤的组成三、土壤的组成Soil CompositionMineralOrganicWaterAirSoil composition by volume1.土壤的组成土壤的组成1）固体物质）固体物质土粒土粒土壤矿物质：占重量土壤矿物质：占重量95%以上，体积以上，体积38%；土壤有机质：重量的土壤有机质：重量的5%以下，体积以下，体积12%。2 2）液体：）液体： 可溶盐类和简单有机物的水溶液可溶盐类和简单

19、有机物的水溶液3 3）气体：）气体： 土壤孔隙中的各种气体。土壤孔隙中的各种气体。2 . 土壤的化学组成土壤的化学组成1）继承了岩石和母质的特点：）继承了岩石和母质的特点： O, Si, Al, Fe 含量在含量在80%以上以上2）包含了生物活动的产物，反映地区水热条件所带来的物质迁移、转）包含了生物活动的产物，反映地区水热条件所带来的物质迁移、转 化和富集特点化和富集特点Si（非金属元素）在土壤中相对富集；（非金属元素）在土壤中相对富集；Al，Fe，Ca，Mg，K，Na（金属元素）倾向淋失；（金属元素）倾向淋失；C，N在土壤中含量较岩石高在土壤中含量较岩石高20，10倍。倍。2.矿质土粒矿质

20、土粒1).土粒分级土粒分级矿质土粒由一系列大小矿质土粒由一系列大小形状不同的物质组成。形状不同的物质组成。根据土粒直径的大小将根据土粒直径的大小将土粒分成不同的等级。土粒分成不同的等级。同一粒级的成分或性质同一粒级的成分或性质基本一致；基本一致；不同粒级的差异较大。不同粒级的差异较大。不同国家对土壤粒级的不同国家对土壤粒级的划分不同。划分不同。中国0.0010.010.2532 ) 土壤性质与粒级土壤性质与粒级矿物组成与粒级矿物组成与粒级 土粒愈粗，土粒愈粗，SiO2含量愈高。随着土粒由粗到细，含量愈高。随着土粒由粗到细，SiO2含含量降低，而铝、铁、钙、镁、钾、磷等含量增高。量降低，而铝、铁

21、、钙、镁、钾、磷等含量增高。 土粒粗细不同，元素含量有差异。土粒粗细不同，元素含量有差异。化学组成与粒级化学组成与粒级物理性质与粒级物理性质与粒级3）土壤质地（）土壤质地（soil texture）概念概念土壤粒级组合体所表现的粗细程度土壤粒级组合体所表现的粗细程度,质地名称代表土粒组成的综合性质。质地名称代表土粒组成的综合性质。砂土砂土(sandy soil)砂质壤土砂质壤土(sandy loam)粉砂粉砂(silt soil)壤土壤土(loam)粘质壤土粘质壤土(clay loam)粉砂质粘壤土粉砂质粘壤土(silty clay loam)粘土粘土(clay)壤质粘土壤质粘土(loam c

22、lay)粉砂质粘土粉砂质粘土(silty clay)medium textureCoarse texturefine texture各级土粒的主要特征各级土粒的主要特征 l 石砾及砂粒石砾及砂粒: 风化碎屑，所含矿物成分和母岩基本一致，粒级大，抗风化碎屑，所含矿物成分和母岩基本一致，粒级大，抗风化，养分释放慢风化，养分释放慢; 比表面积小，无可塑性、粘结性、粘着性和吸比表面积小，无可塑性、粘结性、粘着性和吸附性。无收缩性和膨胀性附性。无收缩性和膨胀性; SiO2含量在含量在80%以上，有效养分贫乏。以上，有效养分贫乏。l 粉粒粉粒: 颗粒较小，容易进一步风化，其矿物成分中有原生的也有次生颗粒较

23、小，容易进一步风化，其矿物成分中有原生的也有次生的，有微弱的可塑性、膨胀性和收缩性。湿时有明显的粘结性，干的，有微弱的可塑性、膨胀性和收缩性。湿时有明显的粘结性，干时减弱。粒间孔隙毛管作用强，毛管水上升速度快时减弱。粒间孔隙毛管作用强，毛管水上升速度快;SiO2含量在含量在60%-80%之间，营养元素含量比砂粒丰富。之间，营养元素含量比砂粒丰富。l 粘粒粘粒 颗粒极细小，比表面积大，粒间孔隙小，吸水易膨胀，使孔隙堵塞，毛颗粒极细小，比表面积大，粒间孔隙小，吸水易膨胀，使孔隙堵塞，毛管水上升极慢。可塑性、粘着性、粘结性极强，干时收缩坚硬，湿管水上升极慢。可塑性、粘着性、粘结性极强，干时收缩坚硬，

24、湿时膨胀，保水保肥性强，时膨胀，保水保肥性强，SiO2含量在含量在40%60%之间，营养元素丰之间，营养元素丰富。富。 土壤性质与质地土壤性质与质地孔性孔性(porosity)(porosity)沙土大孔隙多，粘土小孔隙沙土大孔隙多，粘土小孔隙多。多。渗滤性渗滤性(infiltration)(infiltration)可侵蚀性可侵蚀性(erodiability)(erodiability)有效水容量有效水容量(available water (available water hold capacity)hold capacity) 粘土对水分的吸持力强，粘土对水分的吸持力强，水分供给能力差，沙

25、土孔隙水分供给能力差，沙土孔隙大不利水分保存。大不利水分保存。收缩与膨胀性收缩与膨胀性(shrink and swell)(shrink and swell)：粘土的最强粘土的最强CEC: 粘土颗粒小，比表面积大，粘土颗粒小，比表面积大， CEC高，保水保肥能力强，沙土高，保水保肥能力强，沙土则相反。则相反。渗渗漏漏性性与与质质地地毛毛管管力力与与孔孔径径大大小小土壤的机械组成土壤的机械组成土壤的各粒径含量，是土土壤的各粒径含量，是土粒组成的定量描述。粒组成的定量描述。土壤质地是按机械组成划土壤质地是按机械组成划分的。分的。2.土壤有机物质土壤有机物质(soil organic compoun

26、ds)1 1）组成）组成生命体：生命体：Living organisms 土壤有机质：土壤有机质：Soil organic matter 未分解的动植物残体：未分解的动植物残体：Unaltered materials - fresh and non-transformed components of older debris.有机转化物有机转化物Transformed products 腐殖质腐殖质 Humic substances 非腐殖质非腐殖质 Nonhumic substances 碳水化合物碳水化合物 Carbohydrates 脂类脂类 Lipids 含氮化合物含氮化合物 Amin

27、o acids2）土壤生物）土壤生物个/m2个/m2个/g个/g生物量/(kg/hm2)生物量/(kg/hm2)细菌细菌1013-10141013-1014108-109108-109450-4500450-4500放线菌放线菌1012-10131012-1013107-108107-108450-4500450-4500真菌真菌1010-10111010-1011105-106105-106562.5-5625562.5-5625藻类藻类109-1010109-1010104-105104-10556.25-562.556.25-562.5原生动物原生动物109-1010109-101010

28、4-105104-10516.87-16.87-线虫线虫106-107106-10710-10210-10211.25-11.25-其它动物其它动物103-105103-10516.87-16.87-蚯蚓蚯蚓30-30030-300112.5-1125112.5-1125生物种类生物种类土壤表层中的数量土壤表层中的数量土壤动物土壤动物An anta wood-eating Termitea wood-eating Termitea Flatworma Nematodecommon Earthworm土土壤壤动动物物如蚯蚓、线虫、原生动物、螨类、蚂蚁、蜗牛等如蚯蚓、线虫、原生动物、螨类、蚂蚁、蜗

29、牛等对有机残体撕碎、搅动和搬运对有机残体撕碎、搅动和搬运促进有机残体与土促进有机残体与土壤混合，促进微生物的分解；壤混合，促进微生物的分解；以植物残体为食以植物残体为食使有机残体性质发生变化；使有机残体性质发生变化；在土壤中活动在土壤中活动对土壤物理性质产生影响。对土壤物理性质产生影响。土壤微生物土壤微生物 土壤微生物土壤中的各种细菌、放线菌、真菌等微生物群，土壤微生物土壤中的各种细菌、放线菌、真菌等微生物群，对落到土表的枝叶，以及土壤中死亡的根系和各种生物尸体都会对落到土表的枝叶，以及土壤中死亡的根系和各种生物尸体都会迅速加以分解。迅速加以分解。The white strands are f

30、ungal mychorrhizae. a soil mite.nodules on roots that contain the rhizobia bacteria微生物在土壤中的作用微生物在土壤中的作用有机质的矿质化过程：有机质通过微生物的作用分解为简单化合有机质的矿质化过程：有机质通过微生物的作用分解为简单化合物，同时释放出养分的过程。物，同时释放出养分的过程。腐殖质过程：有机物在微生物作用形成复杂的腐殖质的过程。腐殖质过程：有机物在微生物作用形成复杂的腐殖质的过程。3）土壤生态食物网（）土壤生态食物网（food web of soil ecosystem）未分解未分解物质物质3 .土壤

31、分土壤分解或半分解或半分解有机物解有机物质质Unaltered materials半分解物质半分解物质, decomposing materialStable organic matter4 .土壤有机质土壤有机质(soil organic matter)腐殖质腐殖质胡敏酸胡敏酸富里酸富里酸胡敏素胡敏素非腐殖质物质非腐殖质物质碳水化合物：碳水化合物：单糖、双糖、多糖单糖、双糖、多糖含氮化合物含氮化合物脂类物质脂类物质腐殖质的性质腐殖质的性质l胡敏酸胡敏酸(Humic acids )：酸性条件：酸性条件(pH 2)不溶于水，碱性条不溶于水，碱性条件溶于水，土壤中可提取的腐殖质的主要成分，深褐色或

32、黑色。件溶于水，土壤中可提取的腐殖质的主要成分，深褐色或黑色。 l富里酸富里酸(Fulvic acids)：溶于酸又溶于碱，浅黄溶于酸又溶于碱，浅黄色到黄褐色。色到黄褐色。 l胡敏素胡敏素(Humin)：任何：任何pH 条件不溶于水，黑色条件不溶于水，黑色.中国土壤有机质分布中国土壤有机质分布提供植物需要的养分提供植物需要的养分 碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的年释放的COCO2 2达达1.351.35101011 11吨，相当于陆地植物的需要量吨，相当于陆地植物的需要量氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的氮素营养：土壤有机质

33、中的氮素占全氮的90-98% 磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50% 其他营养：其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。等营养元素。土壤有机质的作用土壤有机质的作用 改善土壤肥力特性改善土壤肥力特性n物理性质物理性质：促进良好结构体形成；降低土壤粘性，促进良好结构体形成；降低土壤粘性， 改善土壤耕性；提高保蓄性；促进土壤升温。改善土壤耕性；提高保蓄性；促进土壤升温。 n化学性质化学性质：影响土壤的表面性质；影响土壤保肥性；影响土壤的表面性质；影响土壤保肥性； 影响土壤的络合性质；影响土壤的络合性质； 影响土壤缓冲性影响土壤缓冲性

34、n生理性质生理性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性影响根系的生长；影响植物的抗旱性 影响植物的物质合成与运输；药用作用影响植物的物质合成与运输；药用作用。有机质在生态环境上的作用有机质在生态环境上的作用 有机质对重金属污染的影响有机质对重金属污染的影响 腐殖酸是重金属离子的络合剂。腐殖酸是重金属离子的络合剂。 有机物质对农药污染的影响有机物质对农药污染的影响 土壤有机质对全球碳平衡的影响土壤有机质对全球碳平衡的影响 土壤中腐殖酸的含氧官能团（土壤中腐殖酸的含氧官能团（mol/kgmol/kg) )含氧功能团含氧功能团胡敏酸胡敏酸富里酸富里酸羧基羧基275-481275-481639-8456

35、39-845酚羟基酚羟基221-347221-347143-257143-257醇羟基醇羟基224-426224-426515-581515-581醌基醌基90-18190-18154-5854-58酮基酮基32-20632-206143-254143-254甲氧基甲氧基32-9532-953939有机有机质为质为何具何具有这有这些功些功能？能？5.土壤胶体（土壤胶体（soil colloid）土壤胶体土壤胶体:土壤中直径小于土壤中直径小于0.002mm的微粒。的微粒。 土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活跃的物质跃的物质.土壤许多理化现象，

36、如土粒的分散与凝聚、离子吸土壤许多理化现象，如土粒的分散与凝聚、离子吸附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等都与胶体的性质有关。都与胶体的性质有关。 胶体微粒胶体微粒 胶核胶核 双电层双电层 决定电位离子层决定电位离子层（内）（内） 补偿离子层补偿离子层（外）（外） 非 活 性 离 子非 活 性 离 子层层扩散层扩散层 胶团间溶液即土壤胶体分散系中的分散介质，即土壤胶体分散系中的分散介质，也即是土壤溶液。也即是土壤溶液。土粒土壤溶液土壤溶液胶体微粒的扩散双电层构造图式胶体微粒的扩散双电层构造图式有机有机-无机复合胶体：无机复合胶体： 土壤有机胶体与

37、矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机土壤有机胶体与矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机-无机复合胶体。无机复合胶体。 在土壤中有机胶体和无机胶体很少单独存在，只要存在这两类在土壤中有机胶体和无机胶体很少单独存在，只要存在这两类胶体，它们的存在状态总是有机胶体，它们的存在状态总是有机-无机复合胶体。无机复合胶体。2） 土壤胶体的种类和其结构土壤胶体的种类和其结构胶体的种类胶体的种类 土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：土壤矿质胶体：土壤矿质胶体：包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石等）、铁铝氧化物、二氧化硅等

38、。等）、铁铝氧化物、二氧化硅等。有机胶体有机胶体：腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化：腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。合物。 土壤矿质胶体土壤矿质胶体ColloidsSilicate clays（硅酸盐类粘土矿物）Organic matterOxides:GibbsiteAl2O3.3H2OGeothiteFe2O3.H2O硅酸盐粘土（一层硅氧四面体和一层铝氧八面体）硅酸盐粘土（一层硅氧四面体和一层铝氧八面体）Silicon tetrahedronAluminium octahedron单位晶层结构单位晶层结构 1:11:1型单位晶层型单位晶层: :由一个硅片和

39、一个铝片构成。硅片顶端的活性氧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。与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。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原子层面，一个是由氢氧构成的层面。有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。 2:12:1型单位晶层型单位晶层由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片由两个硅片夹一个铝片构成。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。与硅片通

40、过共用顶端氧的方式形成单位晶层。2:12:1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。是氧原子面。同晶替代同晶替代 是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。铝铝432:1土壤中主要粘土矿物的结构土壤中主要粘土矿物的结构蒙脱石类矿物（2:1型膨胀性矿物 ）包括：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。vermiculite（蛭石）（蛭石）montmorillonite1.4 nmSi layerSi layerAl layerSi layerSme

41、ctite(蒙皂石蒙皂石)特征：特征：（1 1）2:12:1型的晶层结构蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分子型的晶层结构蒙脱石是其典型代表。单位晶胞的分子式可表示式可表示AlAl4 4SiSi8 8O O2020(OH)(OH)4 4nHnH2 2O O。（2 2）胀缩性大）胀缩性大 蒙脱石晶层间距变化在蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm0.96-2.14nm之间，蛭之间，蛭虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm0.96-1.45nm之间。之间。（3 3）电荷数量大）电荷数量大 同晶替代现象普遍。同晶替代现象普遍。（4 4）胶体

42、特性突出）胶体特性突出 ，较细（有效直径，较细（有效直径0.01-10.01-1 m m），总表面积），总表面积为为60060080080010103 3m m2 2kgkg-1-1，且，且8080是内表面。蛭石一般为是内表面。蛭石一般为40040010103 3m m2 2kgkg-1-1。 蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广蒙脱石组在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广蒙脱石类矿物（2:1型膨胀性矿物 ）包括：蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等。The structure of muscovite（白云母）水化云母组水化云母组（2:12:1型非膨胀性矿物）型非膨胀性矿物）特

43、征：特征： （1 1）2:12:1型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子型晶层结构伊利石是其主要代表，。分子 式为式为K K2 2(Al(Al FeFe Mg)Mg)4 4 (SiAl)(SiAl)8 8O O2020(OH)(OH)4 4 nHnH2 2O O。 （2 2）无膨胀性）无膨胀性 在伊利石晶层之间吸附有钾离子，在伊利石晶层之间吸附有钾离子， 对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为石晶层的间距为1.0nm1.0nm。 （3 3）电荷数量较大）电荷数量较大 202040Cmoles(+)kg40Cmol

44、es(+)kg-1-1。 （4 4）胶体特性一般）胶体特性一般 总表面积为总表面积为707012012010103 3m m2 2kgkg-1-1，其可，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。水化云母组水化云母组（2:12:1型非膨胀性矿物）型非膨胀性矿物）伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含量很低。特点：特点：(1(1）1:11:1型的晶层结构型的晶层结构 单位晶胞的分子式可表示为单位

45、晶胞的分子式可表示为AiAi4 4SiSi4 4O O1010(OH)(OH)8 8。 （2 2）无膨胀性）无膨胀性 两个晶层的层面间产生了键能较强的氢两个晶层的层面间产生了键能较强的氢 键，膨胀系数一般小于键，膨胀系数一般小于5 5. .高岭石层间距约为高岭石层间距约为0.72nm0.72nm。 （3 3）电荷数量少阳离子交换量只有）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg3-15Cmoles(+)Kg-1-1。 （4 4）胶体特性较弱）胶体特性较弱 较粗（较粗（0.2-20.2-2 m m），颗粒的总表面积相），颗粒的总表面积相 对较小，为对较小，为101020201010

46、3 3m m2 2kgkg-1-1南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西南方热带和亚热土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。北、东北及西藏高原土壤中含量很少。高岭类矿物高岭类矿物（1:11:1型矿物型矿物） 包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等包括：高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等The structure of kaolinite（高岭土的结构）1:13.土壤胶体的性质（ Properties of colloids） 颗粒小（Small） 大的表面积（Large surface area） 具有表面电荷（ have a surf

47、ace charge） 吸附水中的离子（Attract water an ions）土壤具有吸附性能 土粒直径土粒直径(mm) 总表面积总表面积(cm2) 比面比面(cm2/cm3) 10 3.14 6 1 31.42 60 0.05 628.32 1200 0.001 31416 60000 3. 3.土壤胶体的性质（土壤胶体的性质（ Properties of colloidsProperties of colloids）土壤有机质的比表面大，表观比表面可达土壤有机质的比表面大，表观比表面可达700 m2/g。胶体成分胶体成分内表面积内表面积外表面积外表面积总表面积总表面积蒙脱石蒙脱石70

48、075015150700850蛭蛭 石石400750150400800水云母水云母059015090150高岭石高岭石0540540埃洛石埃洛石010451045水化埃洛石水化埃洛石4002530430水铝英石水铝英石130400130400260800土壤中常见矿物的比表面积（土壤中常见矿物的比表面积（ m m2 2/g/g）(permanent charge) 可变电荷(variable charge)随pH的变化而变化的土壤电荷。 3. 3.土壤胶体的性质（土壤胶体的性质（ Properties of colloidsProperties of colloids） 恒定电荷（恒定电荷（

49、Permanent charge ） 因同晶置换作用造成晶体内部电荷不平衡引起。因同晶置换作用造成晶体内部电荷不平衡引起。同晶置换（Isomorphous substitution）： 胶体电荷（胶体电荷（ Charge of soil colliodsCharge of soil colliods） 可变电荷（可变电荷（pH dependant charge or changeable charge ） 表面基团的解离或吸附离子而自身带电，这种胶体表面的表面基团的解离或吸附离子而自身带电，这种胶体表面的电荷随外界电荷随外界pH值的变化而变化。值的变化而变化。可变电荷的成因主要是胶核表面分子或

50、原子团 的解离：A. 含水氧化硅的解离B. 粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离C. 腐殖质上某些官能团的解离D. 含水氧化和水铝石表面的分子中OH的解离； pH有机胶体有机胶体 土壤水分与粘结性：随水分含量的增加粘结性减弱，当水分含量土壤水分与粘结性：随水分含量的增加粘结性减弱，当水分含量增加到一定程度后，水分子的内聚力和土粒间的作用力表现出可塑增加到一定程度后，水分子的内聚力和土粒间的作用力表现出可塑性，再增加水分，土粒完全分散。性，再增加水分，土粒完全分散。l粘着性：土粒通过一个附着曾而粘附于外物的性质。粘着性与粘着性：土粒通过一个附着曾而粘附于外物的性质。粘着性与土壤的耕作性能有关。土壤的