第二章 土壤的基本(精品).ppt

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1、第二章第二章 土壤的基本性状土壤的基本性状第一节第一节 土壤的孔隙性与结构性土壤的孔隙性与结构性一、土壤的孔隙性一、土壤的孔隙性（一）土粒密度和土壤容重的概念。1、土粒密度：单位体积的固体干土粒（不包括粒间孔隙）的重量。单位Mg/m3（兆克/立方米）土粒密度与水（4）的密度之比是土壤的比重。分别以Ms、Mw、Ma来表示土壤固、液、气三相物质的质量，以Vs、Vw、Va示土壤各相物质的容积，则土壤总容积为Vt=Vs+Vw+Va，土壤孔隙的容积为Vf=Vw+Va，用s表示土粒密度，则：s=2、土壤容重：在自然状态下，单位容积土壤（包括孔隙）的烘干重量。单位为Mg/m3（兆克/立方米）。用b表示土壤容

2、重,则：b=(1)、反映土壤松紧状况。(2)、计算土壤质量。例一、一亩地（667 m2）耕层厚度20cm，容重为1.20Mg/m3,其耕层土壤总重为：6670.21.20=160.08(Mg)(3)、计算土壤中各成分的含量。例二、已知耕作土壤容重为1.2 Mg/m3,耕层20cm。土壤有机质为20 g/kg，求每亩耕层中有机质数量为多少千克?160 080 kg20 g/kg=3201.6 kg例三、如果已知土壤容重为1.20g3。求:（1）1hm2地20cm土层土壤质量。（2）如土壤含全氮0.05%,1hm2 020cm土层有全氮多少千克?(3)如果把020cm土层的土壤含水量由10%提高到

3、25%,1hm2地需灌多少水?解：(1)667150.21.202400(t)(2)667150.21.200.05%1200(kg)(3)667150.21.20(25%-10%)360(m3)（二）土壤孔隙度与孔隙比 1、土壤孔隙度：是指所有土壤孔隙体积总和占整个土壤体积的百分数。土壤孔隙度（%）=（1土壤容重/土粒密度）100%2、土壤孔隙比：是指土壤中孔隙容积和固相土粒容积的比值。孔隙比=孔隙度（1孔隙度）（三）土壤孔隙的分级及其性质1、当量孔径与土壤水吸力d=3T2、土壤孔隙分级（1）非活性孔隙（无效孔隙）：15105Pa。土壤中非活性孔隙体积占土壤总体积的百分数，叫非活性孔隙度(无

4、效孔隙度)。（2）毛管孔隙：0.002mm0.02mm，1.5105PaT0.02mm，T1.5105Pa。通气孔隙体积占土壤总体积的百分数，叫通气孔隙度。如果以凋萎系数代表土壤中无效水近似量，则：非活性孔隙度（无效孔隙度）%=凋萎系数土壤容重毛管孔隙度（%）=(田间持水量凋萎系数)土壤容重通气孔隙度（%）=总孔隙度（非活性孔隙度+毛管孔隙度）二、土壤的结构性二、土壤的结构性 自然界中的土壤颗粒很少以单粒存在，通常由于种种原因相互团聚成形状、大小、数量和稳定程度都不同的土团、土块或土片，土壤学上称这些团聚体为土壤结构体。团粒结构：0.25mm分子间引力 溶胶状态静电斥力Al3+H+Ca2+Mg

5、2+NH4+K+Na+2、土壤阳离子交换量与盐基饱和度 土壤阳离子交换量（Cation Exchange Capacity），是指在一定pH值下（一般pH=7），每千克土壤所吸附的可交换的阳离子厘摩尔数（cmol/kg）。土壤胶体上吸附的阳离子一般可分为两类：一类是致酸离子如H+、Al3+。一类是盐基离子如Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。盐基饱和度（%）=交换性盐基离子总量阳离子交换量100%三、土壤离子交换作用对肥力性状的影响三、土壤离子交换作用对肥力性状的影响1、影响土壤物理性状。2、影响土壤养分有效性。3、影响施肥方式与效果。第三节第三节 土壤的酸碱反应土壤的酸碱反应一、土

6、壤酸度一、土壤酸度第二章第二章1、活性酸度：为土壤溶液中活性的H+直接表现出来的酸度通常用pH值表示。2、潜性酸度：是指土壤中交换性氢离子、铝离子以及羟基铝离子被交换进入溶液后引起的酸度（以cmol/kg表示）。潜性酸度分为交换性酸度和水解性酸度。（1）交换性酸度：常用过量的中性盐类（常用1mol/L的KCl）溶液，与土壤胶体发生交换作用，土壤胶体表面吸附的大部分H+、Al3+被交换进入溶液，测定溶液中H+的浓度即为交换性酸度。土壤 +4KCl 土壤-4K+HCl+AlCl3Al3+H+AlCl3+3H2O Al(OH)3+3HClAlCl3+6NaF Na3AlF6+3NaCl （2）水解性

7、酸度：用弱酸强碱盐浸提土壤后，所测定的酸度。通常用醋酸钠。CH3COONa+H2O CH3COOH+NaOH土壤 +4CH3COONa 土壤-4Na+Al(OH)3+4CH3COOH+H2OAl3+H+3、活性酸与潜性酸的关系 土壤酸度的产生，起始于溶液中的氢离子。没有活性酸就没有潜性酸，但从数量上讲，潜性酸远大于活性酸。潜性酸决定着土壤的总酸度，活性酸度是土壤酸性的强度指标，潜性酸度是土壤酸性的容量指标。改良土壤酸性时，必须以潜性酸度为依据。二、土壤碱度二、土壤碱度1、土壤溶液中CO32-和HCO3-的含量Na2CO3+2H2O 2NaOH+H2CO3NaHCO3+H2O NaOH+H2CO

8、3Ca(HCO3)2+H2O Ca(OH)2+H2CO32CaCO3+2H2O Ca(HCO3)2+Ca(OH)22、碱化度（ESP）碱化度=100%土壤 +H2O 土壤 +NaOHNa+H+2NaOH+H2CO3=Na2CO3+2H2O三、土壤缓冲性能三、土壤缓冲性能1、土壤胶体具有阳离子交换作用2、土壤中存在弱酸-弱酸盐缓冲体系3、土壤中两性物质的缓冲作用四、土壤酸碱性的调节四、土壤酸碱性的调节1、酸性土调节CaO+H2OCa(OH)2土壤 +2Ca(OH)2 土壤 +Al(OH)3+H2OAl3+H+Ca2+Ca2+2、碱性土的调节土壤 +CaSO4 土壤 +Na2SO4Na+Na+Ca

9、2+Na2CO3+CaSO4=CaCO3+Na2SO4第四节第四节 土壤的通气性与氧化还原状况土壤的通气性与氧化还原状况一、土壤的通气性一、土壤的通气性1、概念：土壤通气性是指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和流通的性能。2、土壤通气性的机制（1）气体的整体交换：是由于土壤空气与大气之间所存在的总压力梯度而产生的。（2）气体的扩散运动：是指气体分子从分压高处（或浓度高处）向分压低处（或浓度低处）的运动。气体的扩散是土壤通气的主要机制。其推动力是气体分子的分压梯度。土壤中气体扩散过程可以用费克（Fick）定律表示：=dQ/dt：气体扩散速度 dPv/dx：气体的浓度梯度 D：扩散系数，

10、即单位分压梯度下，单位时间内通过单位面积土体断面的气体流量A：扩散通道的断面积3、土壤通气性指标（1）土壤呼吸强度（soil respiratory intensity）：单位时间内、单位面积土壤扩散出来的CO2数量（mgm-2h-1）。（2）土壤呼吸商（soil respiratory quotient,RQ）：是指一定时间内，一定面积土壤上产生的CO2与消耗的O2的体积比，正常情况下RQ1，RQ1表明土壤通气不良。（3）土壤氧扩散率（soil oxygen diffusion rate,ODR）：是指每分钟扩散通过每平方厘米土层氧气的克数。ODR=M:氧的分子量 i：电流 n：转移的电子数

11、 F：法拉第常数 A：电极表面积 （4）土壤通气量（soil aeration quantity）：是指单位时间内，进入单位体积土壤中的气体总量（CO2+O2）。（5）土壤氧化还原电位（soil oxidation-reduction potential,Eh)。（6）土壤通气孔隙度（soil air-space porosity）。二、土壤的氧化还原状况二、土壤的氧化还原状况1、基本概念 氧化反应即失去电子的反应，还原反应是得到电子的反应。得到电子的状态存在时为氧化剂，失去电子的状态存在时为还原剂。氧化剂+m+ne-还原剂m-nEh=Eo+ln（Nernst方程）Eh=Eo+lg氧化剂+ne

12、-+mH+还原剂+xH2OEh=Eo+lg0.059pH2、土壤氧化还原反应O2+4H+4e-2H2OMnO2+4H+2e-Mn2+2H2OFe3+e-Fe2+NO3-+2e-+2H+NO2-+H2OC+O2 CO2 土壤中参加氧化还原反应的物质主要是土壤有机质、Fe、Mn、S等3、土壤氧化还原状况 土壤Eh值差异很大，这主要决定于土壤的水分状况和有机质含量。一般将土壤的Eh值250300mv作为氧化和还原的分界点，高于此值进行氧化过程，低于此值，则进行还原过程。第二章4、影响土壤氧化还原状况的因素（1）土壤通气状况：主要由土壤孔隙状况和水分状况所决定。（2）土壤中易分解的有机质状况。（3）土

13、壤中易氧化或易还原的无机物质状况。（4）植物根系的代谢作用。（5）土壤的pH值。理论上Eh/pH=-59mv，但实际并非完全如此。因为土壤中存在多种氧化还原体系，其m/n比值各不相同，以致土壤的Eh值/pH值有相当大的变异范围。一般土壤Eh值随pH值的升高而下降。（6）土壤微生物活动。第五节第五节 土壤的热状况土壤的热状况一、土壤的吸热性和散热性一、土壤的吸热性和散热性土壤对太阳辐射能的吸收性能叫土壤的吸热性。土壤获得太阳辐射能转化为热能后，并非完全用来提高土壤温度，而是以多种形式向外输出，这就是土壤的散热性。二、土壤热特性二、土壤热特性1、土壤热容量：是指单位质量或单位容积的土壤每升高或降低

14、1时所需要吸收或放出的热量。C：质量热容量J/(g）Cv：容积热容量J/(cm3)Cv=C土壤容重Cv=C1V1+C2V2+C3V3 Cv=2.22V1+4.19V2+0.0013V32.22V1+4.19V2由于固体物质在土壤组成中一般变化不大，因此土壤热容量的大小主要决定于土壤含水量。2、土壤导热率：是指单位厚度土层，两端温差1时，每秒通过单位面积的热量。dQ/ds=Adt/dx：导热率 Q：热量 S：时间 A：热量通过的断面积 T：土温 X：土层厚度 土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙状况和含水量的多少。增加土壤水分，可以提高土壤的导热率。一般情况下，土壤的导热率，随质地的变粗而增大。第

15、二章3、土壤导温率（热扩散率）：是指在土层的垂直方向上，每厘米距离内土温相差1时，每秒通过1cm2截面的热量，使1cm3土壤发生的温度变化，单位cm2S。D=（D：土壤导温率，：土壤导热率，Cv：土壤容积热容量第二章）第六节第六节 土壤养分状况土壤养分状况一、土壤养分的种类一、土壤养分的种类 大量元素有：C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等，微量元素有Fe、Mn、B、Mo、Cu、Zn、Cl等。二、土壤养分形态及其转化二、土壤养分形态及其转化 土壤中养分一般分为两种形态：一是速效态养分，它包括水溶性养分和交换性养分。二是迟效态养分，主要是以复杂有机物和难溶的无机物形态存在。1、土壤中氮的转化

16、（1）氨基化过程：蛋白质多肽氨基酸（RCHNH2COOH）（2）氨化过程：1）水解：RCHNH2COOH+H2O RCHOHCOOH+NH3+能量2）氧化：RCHNH2COOH+O2 RCOOH+CO2+NH3+能量3）还原：RCHNH2COOH+H2 RCH2COOH+NH3+能量NH3+H2ONH4+OH-（3）硝化过程：2NH4+3O2 2NO2-+2H2O+4H+2NO2-+O2 2NO3-（4）反硝化作用：2HNO3+4H+2HNO2+2H2O 2HNO2+2H+2H2O+2NO 2NO+2H+H2O+N2ON2O+2H+H2O+N2第二章2、土壤中磷的转化 土壤中磷的转化包括磷的固

17、定（无效化）和磷的释放过程。第二章（1）土壤中磷的固定1）化学固定：磷酸一钙 磷酸二钙 磷酸八钙 磷酸十钙 2）吸附固定：即土壤固相对溶液中磷酸根离子的吸附作用。3）闭蓄态固定：指磷酸盐被溶度积很小的无定形铁、铝、钙等胶膜所包蔽的过程。4）生物固定：当土壤有效磷不足时会出现微生物与作物争夺磷元素，因而发生生物固定。（2）土壤中磷的释放Ca3(PO4)2+H2CO3 Ca2(HPO4)2+CaCO3Ca2(HPO4)2+H2CO3 Ca(H2PO4)2+CaCO3Ca(H2PO4)2+2H2O Ca(OH)2+2H3PO4CaX2Ca3(PO4)2+螯合剂H2PO4-+Ca螯合化合物（X=OH或

18、F）（3）提高土壤磷有效性的途径 1）土壤酸碱度 土壤酸碱度是影响土壤固磷作用的重要因子之一。2）土壤有机质 含有机质多的土壤，其固磷作用往往较弱。3）土壤淹水 土壤淹水后磷的有效性有明显提高。土壤pH值上升；土壤Eh值下降；包被于磷酸表面铁质胶膜还原。3、土壤中钾的转化 （1）土壤中钾的固定：土壤水溶性钾和交换性钾被粘土矿物的负电荷所吸收，继而随晶层缝隙的收缩而进入晶格网眼的过程，即有效钾转化成非交换性钾的过程。（2）土壤中钾的释放：一般指土壤中缓效性钾转变为速效性钾。三、土壤水分状况与养分的有效化三、土壤水分状况与养分的有效化 1、作物从土壤中吸收养分，必须在有水的条件下进行。植物对土壤溶液中有效养分的吸收，主要是通过离子的扩散作用、“向根液流”和根系的拦截作用。1）“向根液流”：由于植物的蒸腾作用，根系从土壤中吸收大量水分，使根系附近与其它地方之间产生水势差，因而引起水分向根部移动，有效养分也随水分移向根部。2）离子的扩散作用：在没有“向根液流”的情况下，土壤溶液中由于根系不断吸收养分而产生离子浓度差，引起有效养分由浓度高的地方向浓度低的地方运动。3）根系的拦截作用：通过根系伸长而吸收养分的作用。2、土壤溶液是养分迁移转化最集中的场所。3、土壤养分的有效化过程是生物、化学过程。这两个过程均受温度制约，而土壤温度变化主要决定于土壤含水量的多少。