土壤肥料学土壤的物质组成培训课件.doc

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1、土壤肥料学土壤的物质组成培训课件四部分组成成分相互混合构成极其复杂的单个土体：矿物质（土壤固相）38%有机质（土壤固相）12%土壤空气（土壤气相）25-30%土壤水（土壤液相）12-25%第一节 土壤矿物质 1.主体物质“骨骼”95%98%2.土壤母质1经风化成土作用2形成3.对土壤的物理性质3和化学性质4以及生物与生物化学性质5均有深刻的影响一、土壤矿物质的来源（一）主要的成土岩石一、土壤矿物质的来源（一）主要的成土岩石一、土壤矿物质的来源（一）主要的成土岩石 沉积岩和岩浆岩通过变质作用形成变质岩。 岩浆岩和变质岩通过母岩的风化、剥蚀和一系列的沉积作用而形成沉积岩。 变质岩和沉积岩进入地下深

2、处后，在高温高压条件下发生熔融形成岩浆，经结晶作用而变成岩浆岩（二）岩石的风化风化作用：岩石、矿物在外界因素和内部因素的共同作用下，逐渐发生分解和崩解的过程。可分为：a.物理风化：物理崩解 、 T、结冰、水流、风b.化学风化：化学变化产生新物质的过程，H2O， CO2 ，O2c.生物风化：生物作用+分泌+有机产物 物理+化学作用 1. 物理风化 因温度变化和孔隙中水的冻融以及盐类的结晶而产生的机械崩解过程。只有物理形状的改变，由大变小，而不会引起岩石的成分和性质的改变。 1) 热力作用 受热因昼夜和季节的不同而变化，因而气温与地表温度均有相应的日变化和年变化。 2) 冰劈作用 在寒冷地带、岩石

3、的孔隙或裂隙中的水在冻结成冰时，由于体积的膨胀，产生960/cm2的压力，使岩石逐渐崩解为岩屑。 3) 盐崩作用 随着水分的蒸发，浓度逐渐达到饱和，对周围裂隙壁产生巨大的压力，使岩石崩裂。物理风化是机械力作用的结果 流水的冲击、风、冰川等自然动力对岩石的磨蚀，树根生长时对岩石造成的挤压作用，均能加速岩石的破碎。物理风化的结果，产生许多岩石碎屑和细粒，获得了岩石所没有的透水性和通气性。但由于物理风化只是岩石在机械力作用下的破碎，产生的岩屑一般都大于0.1mm，没有毛管作用，所以对水的保蓄性能很差。增加了与大气和水的接触面积，为化学风化创造了有利的条件。2. 化学风化 化学风化指岩石在水、CO2、

4、氧等作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化作用，而水、氧、CO2对岩石作用的结果常是交叉进行的。化学风化-水解作用 水解作用是水中呈离解状态的H+和OH-离子与 风化矿物中的离子发生交换的反应，影响水的解离平衡，有两大因素：一为温度。二为水中溶解的CO2和各种酸类， K2A水解的结果使一些金属离子与OH-离子一道溶解于水被淋失，还有一部分金属离子可被土壤胶体吸附。水解作用是化学风化中最主要的作用与基本环节。化学风化-水化作用 水化作用 指无水的矿物与水结合，成为含水矿物的作用。 CaSO4(硬石膏)+2H2OCaSO42H2O(石膏) 2Fe2O3(赤铁矿)+nH2

5、OFe2O3nH2O(褐铁矿) 矿物经水化后，硬度降低，体积增大，溶解度增加，从而促进物理风化。化学风化-溶解作用 溶解作用 水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机盐，在水中都将产生一定程度的溶解。 Ca(PO4)2+2H2O+2CO2Ca(H2PO4)2+2CaCO3 矿物在水中的溶解度，岩石中易溶解矿物的含量愈多，愈易风化。 化学风化-碳酸化作用 碳酸化作用 指溶解在水中的CO2成为H2CO3溶液后，其可以促进对岩石的水解作用。 CaCO3(方解石)+CO2+H2OCa(HCO3)2(重碳酸钙) KAlSi3O8(正长石)+4H2O+2CO2 2K2CO3+8SiO2+Al4Si4O10O

6、H8(高岭石) 这一反应在含CO2的水溶液中的速度要比在纯水中快得多。化学风化-氧化作用 氧化作用：空气中的氧，在有水的情况下氧化能力很强，如： 2Fe2SiO4(橄榄石)+3H2O+O2 2Fe2O33H2O(含水氧化铁)+2SiO2(氧化硅胶状) 4FeS2(黄铁矿)+14H2O+15O2 2(Fe2O33H2O)(含水氧化铁)+8H2SO43. 生物风化 1) 生物的物理风化主要表现为机械破碎作用，如树根在岩隙中的穿插与长大，穴居幼物的挖掘作用等。 2) 生物的化学作用，其表现为多方面。如生命活动与动植物残体的分解所产生的大量CO2，在水解和溶解作用中起着重要作用；而使岩石矿物更易发生风

7、化。 另外，人类活动如开矿、筑路、耕作等都会对风化作用有影响。（三）成土母质的类型及分布规律母质主要可分以下类型： 1 残积物 是指岩石矿物经过风化后残留在原地未经搬运的碎屑。2 坡积物 是指山坡上部的风化碎屑母质，经重力作用，雨水和融雪水的侵蚀冲刷，搬运到山坡的中，下部而成的堆积物。3 洪积物 是指山洪搬运的碎屑物质在山前平原地区沉积而成的山洪沉积体，在干旱与半干旱地带的山区，间歇性的暴雨形成流速较大的洪水，将山区长期累积的风化碎屑搬运到山谷出口处，因地势高平缓，水流由集中分散，所带的物质即沉积下来，形成扇形，称为洪积扇。4 冲积物 是指风化碎屑经河流(经常性水流)侵蚀，搬运和在河流两岸沉积

8、的沉积物。 A、成层性 由于不同时期河流流速不一致，其搬运和沉积物质颗粒大小也不一致，这就造成了在一个地方上下层在质地上发生变化，而且有明显的成层性。 B、成带性 因流速不同，还有区域变化。上游粗，下游细，近河粗，离河远则细。 C、成分复杂 矿物种类多，营养成分也较丰富，近代河流冲积物上，往往形成很肥沃的土壤。5 湖积物 是指湖泊的静水沉积物，质地较细，主要是粘土，并且夹杂着在湖水中生活的藻类和动物遗体。6 海积物 是指海相的海机沉积物，由于海岸上升露出水面而成，在海滨地区可以见到。 7 风积物 是由风力将贯地成因的堆积物搬运沉积而成。 8 黄土 黄土及黄土状物质是属第四纪(近一百年以内的地质

9、年代)沉积物。 9 红土 在我国南方，多呈红色、红棕色、质地黏重，养分少。 二、土壤矿物质的组成与性质矿物质颗粒越粗大，含石英及原生原生铝硅酸盐类愈多；反之，矿物质颗粒愈小，含石英及原生原生铝硅酸盐类愈少，而次生矿的含量愈多。（二）土壤矿物质的化学组成O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、Ti、C等SiO2、Al2O3、Fe2O3 占土壤矿质总质量75%四、土壤质地及其利用改良（一）土壤质地分类三、土壤的颗粒组成（一）土壤粒级分类 四、土壤质地及其利用改良（一）土壤质地分类三、土壤的颗粒组成（一）土壤粒级分类各级土粒的主要特征 石砾及砂粒 它们是风化碎屑，其所含矿物成分和母岩基本一致，粒

10、级大，抗风化，养分释放慢，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。SiO2含量在80%以上，有效养分贫乏。 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。SiO2含量在60%80%之间，营养元素含量比砂粒丰富。 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，毛管水上升极慢。可塑性、粘着性、粘结性极强，干时收缩坚硬，湿时膨胀，保水保肥性强，SiO2含量在40%60%之间，营养元素丰富。 土壤质地指各粒级土粒占土壤重量的百分数，也叫土壤的

11、机械组成。 国际制： 根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002毫米)和粘粒(0.002毫米)三粒级含量的比例，划定12个质地名称，可从三角图上查质地名称。查三角图的要点为：以粘粒含量为主要标准， 25%者为粘土组。当土壤含粉粒45%时， “粉质” ；当砂粒含量在55%-85%时， “砂质” ，当砂粒含量85%时，则称壤砂土或砂土土壤质地与肥力关系 砂土类质地特点：松散的土壤固相骨架，砂粒多，粘粒少粒间空隙大肥力特点：通气性、透水性强，易耕作蓄水弱，抗旱能力弱养分含量少，保肥能力差，有机质分解快，养分供应快土温变化快 对植物生长影响：发小苗不发老2、粘质土壤主要特性：粘质土类质地

12、特点：孔隙小，多为极细的毛管孔隙。肥力特点：保水保肥性强，养分含量丰富（肥效缓慢，劲长），土温较稳定，温差小。透水、透气性差，耕作困难，宜耕期短对植物生长的影响：发老不发小3、壤质土壤主要特性含有适量的砂粒、粉粒和粘粒，兼砂质土和粘质土的优点，是理想的农业 土壤。 特点：含水量适宜，耕性好，通透性好，相当的毛管孔隙。 （三）土壤质地的评价与其合理利用（自修）（四）不同质地土壤的利用和改良（1）土壤质地和作物生长的关系各种作物所需的最适宜的作物生长环境不同 土壤环境要求 ：水、肥（供肥、保肥能力）、扎根难易，保温等砂土：宜种植生长期短根茎类作物，耐旱耐瘠作物，需肥较多；粘土：生长期长的作物（2）

13、土壤质地的改良措施增施有机肥料：有机质的粘结力比砂粒强，比粘粒弱，家畜粪便，绿肥，秸杆还田客土法：泥入砂，砂掺泥，以改良质地，改善耕性引洪漫淤法：农田表层土壤，肥，含养料丰富，改良砂质土壤翻砂压淤，翻淤压砂第二节 土壤有机质土壤有机质的组成 土壤有机质是土壤中所有有机物质的总称（C占52-58%)、H占3.3-4.8%、O占34-39%、N占3.7-4.1%，C/N比在10-12之间。 （1）动植物残体； （2）微生物体（生物量占土壤有机质的2%5%）； （3）上述二类物质的中间分解物以及微生物生命活动的代谢产物，如多肽、简单有机酸、脂蜡物质、碳水化合物等； （4）进入土壤的有机残体，经一系列

14、复杂的生物化学变化后生成的稳定的高分子化合物腐殖质。（三）土壤有机质的分解与转化-生物化过程 1、矿化作用(Mineralization) 土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。腐殖质化过程：进入土壤的有机物质在微生物 的作用下转变为比原物质组成更为复杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。腐殖物质：土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有机大分子。 腐殖物质(humus)：土壤中特有的、分子结构复 杂的一类有机大分子。 腐殖质的化学功能基团 酸性功能基：羧基(R-COOH和酚羟基(酚-OH); 中性功能基：醇羟基(R-CH2-OH)、醚基(R-CH2-

15、O - CH2 - R)、酮基(R-C=O -R) 、醛基(R-C=O -H)和酯(R-C=O- R-O) ； 碱性功能基：胺(R-CH2-NH2)、酰胺(R-C=O-NH-R);3.影响土壤有机质转化的因素温度 微生物活动响应于温度变化 无分解：0 ； 分解随温度而加强：0-35 ；升温10 分解速率提高23 倍。 最适分解温度：2035 水分 微生物适宜的含水量 0.3MPa, 分解迅速降低； -4MPa, only fungi（真菌） 但是，频繁的干湿交替，强烈促进分解二、土壤有机质的作用（一）对肥力的影响a.提供作物及微生物需要的养分、源及微量元素等，植物生长所需氮：土壤，肥料b.增强

16、土壤的保肥性能带电性主要是带负电，吸附阳离子c.促进团粒结构的形成，改善物理性质 腐殖质是种胶体，包被于矿质土粒的 外表，松 软，絮状，多孔d.促进作物生长 极低浓度的腐殖质分子，对植物有刺激作用e.消除土壤污染 与农药、重金属络合，减少毒害。 （二）提高士壤的蓄水保肥和缓冲能力 腐殖质本身疏松多孔,具有很强的蓄水能力。土壤中的粘粒吸水力一般为5060，而腐殖质可高达400600。（三）改善土壤的物理性质 新鲜有机质是土壤团聚体主要的胶结剂，在钙离子的作用下，能够形成稳定性团聚体，腐殖质颜色深，能吸收大量的太阳辐射热，同时有机质分解时也能释放热，所以有机质在一定条件下能提高土壤温度。 （四）促

17、进微生物的生命活动 土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分，同时又能调节土壤水、气热及酸碱状况。 （五）促进植物的生长发育 胡敏酸具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物的呼吸过程，提高细胞膜的透性，促进养分进入植物体，还能促进新陈代谢，细胞分裂，加速根系和地上部分的生长。 （六）其他方面的作用 腐殖质中含维生素、抗生素和激素，可增强植物抗病免疫能力，胡敏酸还有助于消除土壤中农药残毒及重金属离子的污染。另外，腐殖质还有利于盐、碱土的改良。第三节 土壤生物和土壤酶一、土壤生物土壤生物有: 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、放线菌和蓝细菌没有细胞结构

18、的分子生物（如病毒）2.土壤微生物 1) 土壤微生物的概念和类型 土壤微生物是一种非常微小的生物，要用显微镜才能看见。土壤中的微生物很多，一两土壤就有几十亿到上千亿个。 ( 1)、细菌 包括有杆菌，球菌等。它们的主要特点是单细胞，个体小，繁殖快，分布广。土壤细菌大部分都是异养性的，靠分解各种不同的有机物获得能量及养分以进行生活和繁殖。 (2)、真菌 真菌大多数是多细胞的，菌体呈丝状分枝，叫菌丝体。它们在土壤中，特别在通气良好的酸性土壤中，是有机质转化的主力，且能利用或分解木质，单宁等复杂的有机物质。真菌一般是需氧的，以腐生或寄生方式生活，在表土最活跃。根据土壤微生物的形态构造和生理活动特点，一

19、般可分为：细菌、真菌、放线菌 (3)、放线菌 这是一种放射性的微生物，它介于细菌和真菌之间，其主要特征是单细胞的菌丝体。放线菌的菌丝相当长，但是很细。放线菌一般在酸性土壤中较少，多存在于干燥的桔杆和土壤中。抗旱能力较细菌大。 (4)、藻类和原生动物 土壤藻类主要有蓝藻中的念珠藻，颤藻，绿藻中的衣藻，小球藻以及裸藻，硅藻等。它们的主要特点是具有叶绿素，可进行光合作用，能自营生活和积累有机质。它们多栖于多水的表土，往往使表土呈绿色。 微生物对空气的喜爱不同，有的要在空气流通的环境下才能生活，称为好气性微生物，真菌，放线菌及大部分细菌是属于这一类。有的微生物不喜欢或不能在空气流通条件下生活，称为嫌气

20、性微生物。例如，乳酸细菌是源于这一类。还有一些对空气要求并不严格，有无、空气均能生活，称为兼气性微生物。例如，反硝化细菌就属于此类微生物。2)土壤微生物与土壤肥力的关系 土壤微生物在土壤中的巨大作用，主要表现在时土壤物质的转化上，从而丰富了植物营养，提高了土壤肥力。 1、分解土壤中有机质成为植物可吸收的无机盐，供给植物营养；如腐生细菌的作用。 2、分解植物不能吸收的矿物质(如磷矿粉、骨粉)，使其转化成植物可以吸收的状态。如磷细菌、钾细菌等。3、同化大气游离氮，供给植物氮素营养。如根瘤菌，自生固氮菌等。 4、微生物合成腐殖质，增加土壤团粒结构，协调土壤肥力状况。 5、微生物吸收养料，使养料免于流

21、失，死亡后分解为植物利用。5.土壤生物对土壤和植物的影响1有利于土壤结构的形成和养分的循环 2无机物的转化作用 3生物固氮 4、土壤微生物对土壤污染的净化作用 6.土壤管理对土壤生物的影响1）耕作制度对土壤生物的影响 （1）常规耕作：有利于生命周期短，代谢率高，扩散迅速的生物发展； （2）频繁耕作：不利真菌、蚯蚓、中、大型动物。2）施肥措施：有机肥有利于土壤微生物和动物繁衍，无机肥会使土壤微生物数量下降；3）化学物质：农药、除草剂、杀虫剂：不利于土壤动物4）其他：改变土壤pH：有利于蚯蚓（酸性土壤）二、土壤酶（一）来源 土壤微生物、动物和植物 （二）种类与功能1)种类：p332)功能：p33（

22、四）土壤酶的作用1.腐殖质的形成2.C、N、P等化学元素在生物地球化学循环3.保持土壤的生物化学稳定和平衡（五）影响土壤酶活性的因素1.土壤的物理性状-质地；结构组成；湿度2.土壤的化学性状土壤的酸碱性3.土壤管理-施肥；耕作4.土壤污染第四节 土壤胶体一、胶体的组成及结构矿物颗粒：铝硅酸盐，铁、铝、锰、钛的氧化物有机态颗粒：膜状或游离态的腐殖质（一）土壤胶体的组成三类 ：1.无机胶体 2.有机胶体 3.有机无机复合胶体二、土壤胶体的性质（一）土壤胶体电荷可分为永久电荷和可变电荷两种。1.永久电荷（内电荷）：粘粒矿物晶层内的同晶代换所产生的电荷。电荷数量取决于同晶替的多少。特点：不受pH的影响

23、。2：1型矿物带负电的主要原因。2.可变电荷 定义:电荷的数量和质量随介质的pH而改变的电荷。 可变电荷零点(pH0): 土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH 来源：胶核表面分子（或原子团）的解离 1、黏土矿物晶面上-OH的解离 2、含水铁、铝氧化物的解离（Al2O3.3H2O) 3、腐殖质上某些官能团的解离（COOH） 4、含水氧化硅的解离 带电：净电荷 总之，土壤电荷总体上带负电荷，使得它能够紧密结合土壤溶液中的等阳离子，使这些阳离子被吸附在表面而不被流失，这是土壤具有保肥性的原因所在（二）土壤胶体的吸收性指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离 子，悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。

24、土壤吸收性能：1、机械吸收：机械阻隔2、物理吸收性3、化学吸收性4、物理化学吸收性5、生物吸收性1.机械吸收性是指土壤对物体的阻留。如施有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤中；污水、洪淤灌溉时，其土粒及其他不溶物，也可固机械吸收性而被保留在土壤中。 主要决定于土壤的孔隙状况。2.物理吸收性 这种吸收性能是指土壤对分子态物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者为正吸附，后者为负吸附。3.化学吸收性 是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程，这种吸收作用是以纯化学作用为基础的。 4.物理化学

25、吸收性 是指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力，由于土壤胶体带有正电荷或负电荷，能吸附溶液中带异号电荷的离子，这些被吸附的离子又可与土壤溶液中的同号电荷的离子交换而达到动态平衡。这一作用是以物理吸附为基础，而又呈现出化学反应相似的特性。 5.生物吸收性 是指土壤中植物根系和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是有选择性和创造性，并且具有累积和集中养分的作用。 只有此种吸收才能吸收硝酸盐，生物吸收对于提高土壤肥力方面有着重要意义。第五节 土壤溶液定义：含有溶质和可溶性气体的土壤间隙水，被称为“土壤的血液”意义：土壤与环境之间物质交换，是物质迁移与运动的基础，也是提供作物有效养分的重要途

26、径。 可反映土壤最新动态。（一）组成：水+溶质（包含哪些物质？）二、土壤溶液的特性主要体现在：浓度、活度、离子强度、导电性、酸碱性、氧化还原性及时空变异等。(一）土壤溶液的表示方法 1.浓度：kg/m3 、g/cm3 、g/L、 mg/L; mol/m3 、mol/L、 mmol/L 2.活度 ： =cc 3.离子强度：I=1/2 CZ2iC为物质的量浓度；Z为离子价数，i为离子种类 四、土壤溶液的动态平衡与调节（一）影响土壤溶液动态平衡的因素1.土壤水热状况：土壤微生物活动和植物根系生长都要求适宜的温度范围，土壤温度对土壤溶液动态平衡的影响主要在于温度对土壤微生物和根系群体活性的影响，从而间接影响土壤溶液的组成和浓度。2.土壤溶液的化学特性：溶质组成不同所产生的吸附与解吸、溶解与沉淀、氧化与还原、配合与螯合等化学反应各异，均对土壤溶质运移有不同的影响。3.介质pH和Eh（氧化还原电位）的影响： 土壤中的许多生物化学反应，都是在一定的pH和Eh条件下进行的： pH：改变土壤的电荷性质和土壤胶体的物理状况； Eh：对溶质元素的迁移等产生影响。 4.土壤生物有机体的影响与土壤溶液有关的有机体：土壤有机质；土壤生物；酶；植物根系等。土壤有机质的分解与转化过程，影响土壤溶质中的数量、配合比例、存在状态、动态变化，对土壤溶液中的溶质运移产生重大影响。