土壤固体物质组成

1、2021/3/231 土壤质地可在一定程度上反映土壤矿物组成和化学组成。土壤质地可在一定程度上反映土壤矿物组成和化学组成。 同时同时,土壤颗粒的大小与土壤的物理性质有密切关系土壤颗粒的大小与土壤的物理性质有密切关系,并且影响并且影响 土壤孔隙状况土壤孔隙状况,从而对土壤水分、空气、热量的运动和物质的从而对土壤水分、空气、热量的运动和物质的 转化均有很大的影响。转化均有很大的影响。 根据单个土粒的当量根据单个土粒的当量 粒径（假定土粒为圆球形粒径（假定土粒为圆球形 的直径）的大小的直径）的大小,可将土可将土 粒分为若干组粒分为若干组,称为称为粒级粒级 石砾石砾 砂粒砂粒 粉粒粉粒 黏粒黏粒 土壤

2、质地土壤质地 2021/3/232 常见的土壤粒级制常见的土壤粒级制 中国制中国制 卡钦斯基制卡钦斯基制 美国农部制美国农部制 国际制国际制 国际上通国际上通 行的粒级制是把行的粒级制是把 小于小于0.002mm 的称为黏粒的称为黏粒 2021/3/233 同级土粒的大小相近同级土粒的大小相近,其成分和性质基本其成分和性质基本 一致一致;不同粒级的矿物其组成有很大差别不同粒级的矿物其组成有很大差别,因因 而其化学成分也有所不同。而其化学成分也有所不同。 各级土粒的主要特性各级土粒的主要特性: 石块石块:不利耕作和作物生长不利耕作和作物生长 石砾石砾:其大小和含量直接影响耕作难易其大小和含量直接

3、影响耕作难易 砂粒：砂粒：通气性好通气性好,无胀缩性无胀缩性 粉粒：粉粒：有微弱的黏结性、可塑性、吸湿性和胀缩性有微弱的黏结性、可塑性、吸湿性和胀缩性 黏粒：黏粒：颗粒小颗粒小,比表面积大比表面积大,吸附能力强，通气和透水吸附能力强，通气和透水 性较差性较差 2021/3/234 土壤机械组成土壤机械组成 概念概念:根据土壤机械分析根据土壤机械分析,分别计算其各粒级的相对含量分别计算其各粒级的相对含量, 即为机械组成。即为机械组成。 土壤质地土壤质地 概念概念:土壤质地是根据机械组成划分的土壤类型土壤质地是根据机械组成划分的土壤类型,其反映了其反映了 母质来源及成土过程的某些特征母质来源及成土

4、过程的某些特征,是土壤的一种十分稳定的自是土壤的一种十分稳定的自 然属性。然属性。 质地分类制质地分类制 国际制国际制 美国农部制美国农部制 卡钦斯基制卡钦斯基制 基本质地类型基本质地类型 砂土砂土壤土壤土黏土黏土 2021/3/235 国际制土壤质地三角图国际制土壤质地三角图 国际质地制根据砂粒国际质地制根据砂粒( 2 - 0.02 mm )、粉粒、粉粒( 0.02 - 0.002 mm )和粘和粘 粒粒( 0.002 mm )三粒级含量的比例三粒级含量的比例, 划定划定12个质地名称个质地名称 美国农部制土壤质地三角图美国农部制土壤质地三角图 根据砂粒根据砂粒( 2 - 0.05 mm )

5、、 粉粒粉粒( 0.05 - 0.002 mm )和粘粒和粘粒 ( 0.002 mm )3个粒级的比例个粒级的比例, 划定划定12个质地名称个质地名称 2021/3/236 土壤质地肥力特征土壤质地肥力特征 砂质土砂质土 黏质土黏质土 壤质土壤质土 2021/3/237 黏粒矿物黏粒矿物 硅四面体及硅片硅四面体及硅片 硅氧四面体的基本结构由硅氧四面体的基本结构由1个硅离子（个硅离子（Si4+）和）和4个氧离子（个氧离子（O2-） 组成组成,砌成一个三角锥形的晶格单元砌成一个三角锥形的晶格单元,共有四个面共有四个面,故称为硅氧四面体故称为硅氧四面体 2021/3/238 四面体（四面体（SiO4

6、）4-可自聚合可自聚合,在水平方向上四面体通过共用底部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排列成近似六边形蜂窝状的四面 体片体片,这就是硅片。可用这就是硅片。可用n(Si4O10)4-表示表示 2021/3/239 铝氧八面体及铝片铝氧八面体及铝片 铝氧八面体的基本结构由铝氧八面体的基本结构由1个铝离子（个铝离子（Al3+）和）和6个氧离子个氧离子 （O2-）（或氢氧离子）所构成）（或氢氧离子）所构成,其晶格单元具有八个面其晶格单元具有八个面,故称为铝氧八故称为铝氧八 面体面体 2021/3/2310 在

7、水平方向上在水平方向上,相邻的八面体通过共用两个氧离子的方式相邻的八面体通过共用两个氧离子的方式,在平面在平面 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。可用有剩余的负电荷。可用 n(Al4O12)12-表示表示 2021/3/2311 硅四面体和铝八面体的构造图硅四面体和铝八面体的构造图 2021/3/2312 1:1型层状硅酸盐（高岭石）晶体结构示意图型层状硅酸盐（高岭石）晶体结构示意图 2021/3/2313 2:1型层状硅酸盐（蒙脱石）晶体结构示意图型层状硅酸盐（蒙脱石）晶体结构示意图 20

8、21/3/2314 同晶置换同晶置换 矿物形成时矿物形成时,性质相近的元素性质相近的元素,在矿物晶格中相互在矿物晶格中相互 替换而不破坏晶体结构的现象替换而不破坏晶体结构的现象,称之为同晶置换。称之为同晶置换。 同晶置换现象在同晶置换现象在2:1和和2:1:1型的黏粒矿物中较普遍型的黏粒矿物中较普遍,而而1：1 型的黏粒矿物中则相对较少型的黏粒矿物中则相对较少 同晶置换的结果同晶置换的结果: 影响层间结合状态和矿物特性影响层间结合状态和矿物特性 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 易随水流失易随水流失 从环境角度看从环境角度看,

9、同晶置换可能导致某些重金属等污染元素在土壤同晶置换可能导致某些重金属等污染元素在土壤 中的不断累积中的不断累积,以致超过环境容量而引发土壤污染。以致超过环境容量而引发土壤污染。 2021/3/2315 黏粒矿物的种类及一般特性黏粒矿物的种类及一般特性 高岭组高岭组 单位晶胞分子式可用单位晶胞分子式可用Al4Si4O10(OH)8表示表示,是水铝片和是水铝片和 硅氧片相间重叠组成的硅氧片相间重叠组成的1:1型矿物。包括型矿物。包括高岭石高岭石、珍珠陶土珍珠陶土 及及埃洛石埃洛石等等 蒙蛭组蒙蛭组 2:1型膨胀性矿物型膨胀性矿物,由两片硅氧片中间夹一水铝片组成由两片硅氧片中间夹一水铝片组成,其其

10、单位晶胞分子式可用单位晶胞分子式可用(Al, Fe, Mg)4(Si, Al)8O20nH2O表示。表示。 包括包括蒙脱石蒙脱石、绿脱石绿脱石、拜来石拜来石、蛭石蛭石等等 水化云母组水化云母组 2:1型非膨胀性矿物型非膨胀性矿物,以以伊利石伊利石为主要代表为主要代表,故又称伊利组故又称伊利组 矿物矿物,特征近似于蒙脱石特征近似于蒙脱石 绿泥石组绿泥石组 以绿泥石为代表以绿泥石为代表,具有具有2:1:1型晶层结构、同晶置换较普型晶层结构、同晶置换较普 遍和颗粒较小等特征遍和颗粒较小等特征 氧化物组氧化物组 包括水化程度不等的各种铁、铝氧化物及硅的水化氧化包括水化程度不等的各种铁、铝氧化物及硅的水

11、化氧化 物。分为结晶型和非晶质无定型物质型物。分为结晶型和非晶质无定型物质型 2021/3/2316 土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称。土壤有机质是土壤中各种含碳有机化合物的总称。 土壤有机质土壤有机质 概念概念 来源来源 高等植物（地上部和地下部）高等植物（地上部和地下部） 土壤中的动物土壤中的动物 土壤中的微生物土壤中的微生物 施用的有机肥施用的有机肥 形态形态 新鲜有机质（未分解有机质）新鲜有机质（未分解有机质） 半分解有机质半分解有机质 腐殖质腐殖质 2021/3/2317 土壤有机质土壤有机质 （碳）（碳） 环境环境 农业生产农业生产 粮食安全粮食安全 气候变化气候变化 全

12、球变暖全球变暖 2021/3/2318 2021/3/2319 有机质的含量及其组成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有机质的含量在不同土壤中差异很大, ,高的可达高的可达2020或或3030 以上以上( (如泥炭土、一些森林土壤等如泥炭土、一些森林土壤等), ),低的不足低的不足0.50.5( (如一些漠境土如一些漠境土 和砂质土壤和砂质土壤) )。在土壤学中。在土壤学中, ,一般把耕层含有机质一般把耕层含有机质2020以上的土壤，以上的土壤， 称为有机质土壤，含有机质在称为有机质土壤，含有机质在2020以下的土壤，称为矿质土壤以下的土壤，称为矿质土壤 土壤有机质的主要元

13、素组成是土壤有机质的主要元素组成是C C、O O、H H、N,N,其次是其次是P P和和S,C/NS,C/N大大 约在约在1010左右。主要有五类有机化合物和灰分物质左右。主要有五类有机化合物和灰分物质 含量含量 组成组成 糖类化合物糖类化合物 纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素 木质素木质素 含含N N化合物化合物 脂肪、树脂、蜡质和单宁脂肪、树脂、蜡质和单宁 灰分物质灰分物质:Ca:Ca、MgMg、K K、NaNa、Si Si、P P、S S、FeFe、AlAl、Mn Mn 2021/3/2320 土壤腐殖质土壤腐殖质:是除未分解和半分解动、植物残是除未分解和半分解动、植物残 体及微生物体以

14、外的有机物质的总称。体及微生物体以外的有机物质的总称。 土壤腐殖质土壤腐殖质 非腐殖物质非腐殖物质 No-humic subtances 腐殖物质腐殖物质 Humic subtances 为有特定物理化学性质、结构已知的为有特定物理化学性质、结构已知的 有机化合物有机化合物,约占土壤腐殖质的约占土壤腐殖质的2030%。 作用作用:增加土壤团聚体稳定性增加土壤团聚体稳定性 是经土壤微生物作用后是经土壤微生物作用后,由多酚和多由多酚和多 醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新 形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机 化合物化合物,

15、一般占土壤有机质的一般占土壤有机质的6080% 是土壤有机质的主体是土壤有机质的主体,也是土壤有机也是土壤有机 质中最难分解的组分质中最难分解的组分 2021/3/2321 2021/3/2322 腐殖物质是一类组成和结构都很复杂的天然高分子聚合腐殖物质是一类组成和结构都很复杂的天然高分子聚合 物物,其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类,它与它与 土壤矿物质部分密切结合形成有机无机复合体土壤矿物质部分密切结合形成有机无机复合体,因而难溶于因而难溶于 水。水。 土壤腐殖酸土壤腐殖酸 2021/3/2323 土壤腐殖酸的性质土壤腐殖酸的性质 一、

16、物理性质一、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。据报 道道,腐殖酸分子量的变动范围为几至几百万之间。腐殖酸分子量的变动范围为几至几百万之间。 在在同一土壤同一土壤中中,分子量分子量:胡敏素胡敏酸富啡酸胡敏素胡敏酸富啡酸 特征特征:短棒形短棒形;具有非晶质特征具有非晶质特征;较大的比表面积较大的比表面积;亲水胶体亲水胶体 二、化学性质二、化学性质 腐殖酸的主要组成元素是腐殖酸的主要组成元素是C、H、O、N、S,此外还含有少量的此外还含有少量的Ca、 Mg、Fe、Si等灰分元素等灰分元素。 含碳量和含氮量含碳量和含

17、氮量:胡敏素胡敏酸富啡酸胡敏素胡敏酸富啡酸 腐殖酸分子中含有各种官能团腐殖酸分子中含有各种官能团 1）含氧的酸性官能团）含氧的酸性官能团:包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基（包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基（R- COOH）和酚羟基（酚）和酚羟基（酚-OH） 2）中性官能团）中性官能团:醇羟基（醇羟基（R-OH）、醚基（）、醚基（-O-）、酮基（）、酮基（C=O）、）、 醛基（醛基（-CHO）和酯（）和酯（ROOC-） 3）碱性官能团：胺（）碱性官能团：胺（-NH2）、酰胺（）、酰胺（-CONH2） 腐殖酸总酸度：腐殖酸总酸度：富啡酸胡敏酸胡敏素富啡酸胡敏酸胡敏素 2021/3/2324 土壤有

18、机质的转化土壤有机质的转化 有机残体进入土壤后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在以土壤微生物为主导的各种作用综合影响 下下,向着两个方向转化向着两个方向转化: 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彻底分解而最终释放出 CO2、H2O和能量和能量;所含所含N、S、P等营养元素在一系列特定反应后，释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矿化过程。 R(C, 4H)+2O2 CO2+2H2O+能量能量 另一个转化方向则是各

19、种有机化合物通过微生物的合成或在原植物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 机化合物机化合物,这一过程称为这一过程称为腐殖化过程腐殖化过程。 有机残体的矿化和腐殖化是同时发生的两个过程有机残体的矿化和腐殖化是同时发生的两个过程,矿化过程是进行矿化过程是进行 腐殖化过程的前提腐殖化过程的前提,而腐殖化过程是有机残体矿化过程的部分结果。矿而腐殖化过程是有机残体矿化过程的部分结果。矿 化和腐殖化在土壤形成中是化和腐殖化在土壤形成中是对立统一对立统一的两个过程

20、。的两个过程。 2021/3/2325 微生物微生物 矿化作用 腐殖化作用腐殖化作用 好氧分解好氧分解 嫌气、厌氧分解嫌气、厌氧分解 CO2、H2O 矿质养分 CH4、H2S 有机酸等 多元酚多元酚, ,氨基酸、醌氨基酸、醌 胡敏酸胡敏酸 土壤有机质土壤有机质 分解作用分解作用 缩合 2021/3/2326 有机质分解转化过程有机质分解转化过程 动物 微生物微生物 2021/3/2327 1）有机质的矿化作用）有机质的矿化作用:有机质在生物作用下分解为简单的无机化合有机质在生物作用下分解为简单的无机化合 物的过程。物的过程。 2）有机质的腐殖化作用）有机质的腐殖化作用:有机质在分解的同时有机质

21、在分解的同时,形成腐殖质的过程。形成腐殖质的过程。 3）通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重）通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重） 的克数的克数,称为腐殖化系数。称为腐殖化系数。 腐殖质形成的机理腐殖质形成的机理 几个概念几个概念 1）30年代年代:木质素和微生物原生质中的蛋白质相互作用形成木质素木质素和微生物原生质中的蛋白质相互作用形成木质素-蛋白蛋白 质复合体。质复合体。 2）60年代年代:木质素不能参与腐殖质的形成木质素不能参与腐殖质的形成,而是通过降解产生酚、醌型而是通过降解产生酚、醌型 化合物化合物,再与氨基酸缩合而成。再与氨基酸缩合而成。 3）

22、80年代及以后年代及以后: 细胞自溶假说：细胞自溶假说：死亡细胞释放自溶酶死亡细胞释放自溶酶,使细胞成分（糖、氨基酸、酚和使细胞成分（糖、氨基酸、酚和 其他芳香族化合物）形成自由基而迅速缩合成腐殖质。其他芳香族化合物）形成自由基而迅速缩合成腐殖质。 微生物合成学说：微生物合成学说：微生物利用植物物质作碳源和能源，在细胞内合成微生物利用植物物质作碳源和能源，在细胞内合成 各种腐殖质的高分子化合物，微生物死亡后再释放到土壤中，在细胞外降各种腐殖质的高分子化合物，微生物死亡后再释放到土壤中，在细胞外降 解为腐殖质。解为腐殖质。 2021/3/2328 影响土壤有机质影响土壤有机质 转化的因素转化的因

23、素 有机质是土壤中最活跃的物质组成。一方面有机质是土壤中最活跃的物质组成。一方面,外来有外来有 机物质不断地输入土壤机物质不断地输入土壤,并经微生物的分解和转化形成新并经微生物的分解和转化形成新 的腐殖质的腐殖质;另一方面另一方面,土壤原有有机质不断地被分解和矿土壤原有有机质不断地被分解和矿 化，离开土壤。化，离开土壤。 有机物质进入土壤后由其一系列转化和矿化过程所构有机物质进入土壤后由其一系列转化和矿化过程所构 成的物质流通称为成的物质流通称为土壤有机质的周转土壤有机质的周转。 由于微生物是土壤有机质分解和周转的主要驱动力由于微生物是土壤有机质分解和周转的主要驱动力, 因此因此,凡是能影响微

24、生物活动及其生理作用的因素都会影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。响有机物质的转化。 2021/3/2329 1、温度、温度 温度影响到植物的生长和有机质的微温度影响到植物的生长和有机质的微 生物降解。生物降解。一般说来一般说来,在在0 C以下以下,土壤土壤 有机质的分解速率很小。在有机质的分解速率很小。在0-35温度范温度范 围内围内,提高温度能促进有机物质的分解，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。温度每升加速土壤微生物的生物周转。温度每升 高高10 C，土壤有机质的最大分解速率提高，土壤有机质的最大分解速率提高 2-3倍。一般土壤微生物

25、活动的最适宜温度倍。一般土壤微生物活动的最适宜温度 范围约为范围约为25-35 C，超出这个范围，微生，超出这个范围，微生 物的活动就受到明显的抑制。物的活动就受到明显的抑制。 2021/3/2330 2、土壤水分和通气、土壤水分和通气 土壤水分对有机质分解和转化的影响是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复杂的。土壤中微生物的活动需要适宜的土 壤含水量壤含水量,但过多的水分导致进入土壤的氧但过多的水分导致进入土壤的氧 气减少气减少,从而改变土壤有机物质的分解过程从而改变土壤有机物质的分解过程 和产物。和产物。当土壤处于嫌气状态时当土壤处于嫌气状态时,大多

26、数分大多数分 解有机质的好氧微生物停止活动，从而导致解有机质的好氧微生物停止活动，从而导致 未分解有机质的累积。未分解有机质的累积。 土壤有机质的转化也受土壤干湿交替作土壤有机质的转化也受土壤干湿交替作 用的影响。用的影响。 2021/3/2331 3、植物残体的特性、植物残体的特性 新鲜多汁的有机物质比干枯稿杆易于分解新鲜多汁的有机物质比干枯稿杆易于分解 有机物质的细碎程度影响其与外界因素的有机物质的细碎程度影响其与外界因素的 的接触面的接触面,从而影响其矿化速率从而影响其矿化速率 密实有机物质的分解速率比疏松有机物质密实有机物质的分解速率比疏松有机物质 缓慢缓慢 有机物质组成的有机物质组成

27、的碳氮比（碳氮比（C/N）对其分解对其分解 速度影响很大速度影响很大 土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有土壤中加入新鲜有机物质会促进土壤原有有 机质的降解机质的降解,这种矿化作用称之为新鲜有机物质对这种矿化作用称之为新鲜有机物质对 土壤有机质分解的土壤有机质分解的激发效应激发效应 2021/3/2332 4、土壤特性、土壤特性 气候和植被在较大范围内影响土壤有机气候和植被在较大范围内影响土壤有机 质的分解和积累质的分解和积累,而土壤质地在局部范围内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。与其黏粒含

28、量存在极显著的正相关。 土壤土壤pH也通过影响微生物的活性而影也通过影响微生物的活性而影 响有机质的降解。响有机质的降解。 各种微生物都有其最适宜于活动的各种微生物都有其最适宜于活动的pH范围范围,大多数细菌活动的最大多数细菌活动的最 适适pH在中性附近在中性附近(pH 6.5-7.5),放线菌的最适放线菌的最适pH略偏向碱性一侧略偏向碱性一侧,而真而真 菌则最适于酸性条件下菌则最适于酸性条件下(pH 3-6)活动。活动。pH过低过低(8.5)对对 一般的微生物都不大适宜。一般的微生物都不大适宜。 2021/3/2333 土壤有机质的作用及其生态与环境意义土壤有机质的作用及其生态与环境意义 有

29、机质在土壤肥力有机质在土壤肥力 上的作用上的作用 1、提供植物需要的养分。、提供植物需要的养分。 土壤有机质是作物所需的土壤有机质是作物所需的 氮、磷、硫、微量元素等各种养氮、磷、硫、微量元素等各种养 分的主要来源分的主要来源 2、改善土壤肥力特性。、改善土壤肥力特性。 有机质通过影响土壤物理、有机质通过影响土壤物理、 化学和生物学性质而改善土壤肥化学和生物学性质而改善土壤肥 力特性力特性 基础土壤学基础土壤学 2021/3/2334 疏松与紧实的土壤疏松与紧实的土壤 2021/3/2335 环境土壤学环境土壤学 1、有机质与重金属离子的作用、有机质与重金属离子的作用 土壤腐殖物质含有多种官能

30、团土壤腐殖物质含有多种官能团,这些官能团对这些官能团对 重金属离子有较强配位和富集能力。土壤有机质重金属离子有较强配位和富集能力。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。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各种官能团对金属离子的亲合力为: 重金属离子的存在形态也受腐殖物质的配位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反应和氧化还原作用的影响; 腐殖质对无机矿物也有一定的溶解作用腐殖质对无机矿物也有一定的溶解作用 2021/3/2336 2、有机质对农

31、药等有机污染物的固定作用、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土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲 和力和力,对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、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。生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。 土壤有机质对农药的固定与腐殖物质官能团土壤有机质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的数量、类型和空间排列密切相关,也与农药本身也与农药本身 的性质相关。的性质相关。 3、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 土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重

32、要的土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的 碳库。土壤有机碳的损失对地球自然环境具有重碳库。土壤有机碳的损失对地球自然环境具有重 大影响。大影响。 2021/3/2337 土壤生物土壤生物 土壤生物是土壤具有生命力的主要成分土壤生物是土壤具有生命力的主要成分,在土壤形成和发在土壤形成和发 育过程中起主导作用。同时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它也是净化土壤有机污染物的主 力军。因此力军。因此,生物群体是评价土壤质量和健康状况的重要指标生物群体是评价土壤质量和健康状况的重要指标 之一。之一。 2021/3/2338 土壤生物的类型组成土壤生物的类型组成 土壤生物是栖居在土

33、壤（还包括枯枝落叶层和枯草层）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主要包括土壤动物、土壤微生物和高等植 物根系。物根系。 土壤动物土壤动物 土壤脊椎动物土壤脊椎动物 土壤节肢动物土壤节肢动物 土壤环节动物土壤环节动物 土壤线虫土壤线虫 土壤原生动物土壤原生动物 2021/3/2339 蚯蚓蚯蚓 螨类 弹尾虫 线虫 2021/3/2340 土壤微生物土壤微生物 在土壤在土壤-植物整个生态系统中植物整个生态系统中,微生物分布广、数量微生物分布广、数量 大、种类多大、种类多,是土壤生物中最活跃的部分。是土壤生物中最活

34、跃的部分。 原核微生物原核微生物 古细菌古细菌 细菌细菌 放线菌放线菌 蓝细菌蓝细菌 黏细菌黏细菌 真核微生物真核微生物 真菌真菌 藻类藻类 地衣地衣 病毒病毒 2021/3/2341 2021/3/2342 土壤微生物的根际效应及其环境意义土壤微生物的根际效应及其环境意义 根际效应根际效应:由于植物由于植物 根系的细胞组织脱落物和根系的细胞组织脱落物和 根系分泌物为根际微生物根系分泌物为根际微生物 提供了丰富的营养和能量提供了丰富的营养和能量, 因此因此,在植物根际的微生物在植物根际的微生物 数量和活性常高于根外土数量和活性常高于根外土 壤壤,这种现象称为根际效应。这种现象称为根际效应。 2

35、021/3/2343 土壤孔隙性质土壤孔隙性质（简称（简称孔性孔性）是指土壤孔隙总量）是指土壤孔隙总量 及大、小孔隙分布。及大、小孔隙分布。 土壤结构性土壤结构性是指土壤固体颗粒的结合形式及是指土壤固体颗粒的结合形式及 其相应的孔隙性和稳定度。其相应的孔隙性和稳定度。 土壤孔性是土壤结构性的反映土壤孔性是土壤结构性的反映,结构好则孔性结构好则孔性 好好,反之亦然。反之亦然。 土壤孔性和结构性土壤孔性和结构性 2021/3/2344 总孔度总孔度 土壤孔隙总量土壤孔隙总量 分级孔度分级孔度大小孔隙分配大小孔隙分配,包含其连通包含其连通 情况和稳定程度情况和稳定程度 土壤孔性土壤孔性 土壤比重土壤

36、比重:单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙）单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙） 的干重与的干重与4的同体积水重之比的同体积水重之比,成为土壤比重成为土壤比重,无量纲。无量纲。 土壤学中土壤学中,一般把接近土壤矿物比重（一般把接近土壤矿物比重（2.62.7左右）的数值左右）的数值 2.65作为土壤表层的平均比重值。作为土壤表层的平均比重值。 土壤容重土壤容重:单位容积的土体（包括粒间孔隙）的烘干单位容积的土体（包括粒间孔隙）的烘干 重重,称为土壤容重称为土壤容重,单位为单位为g/cm3。 容重容重:砂土壤土黏土砂土壤土黏土;有机质有机质含量越高含量越高,土壤容重越小土壤容重越小;质质 地相同的土

37、壤地相同的土壤,有有团粒结构团粒结构形成则容重减小形成则容重减小,无团粒结构的土壤，无团粒结构的土壤， 容重大容重大 2021/3/2345 土壤孔度土壤孔度:土粒或团聚体之间以及团聚体内部的孔土粒或团聚体之间以及团聚体内部的孔 隙隙,称为土壤孔隙。土壤中孔隙的容积占整个土体容积称为土壤孔隙。土壤中孔隙的容积占整个土体容积 的百分数的百分数,称为土壤孔度称为土壤孔度,也叫总孔度。也叫总孔度。 土壤孔度土壤孔度= =（1- 1-容重容重/ /比重）比重） 100%100% 砂土的孔隙粗大砂土的孔隙粗大,但孔隙数目少但孔隙数目少,故孔度小故孔度小;黏土的孔隙狭细黏土的孔隙狭细 而数目很多而数目很多

38、,故孔度大。故孔度大。 土壤分级孔度土壤分级孔度:土壤总孔度反映土壤中所有孔隙的土壤总孔度反映土壤中所有孔隙的 总量总量,但是但是,对土壤肥力、植物根系伸展和土壤动物活对土壤肥力、植物根系伸展和土壤动物活 动关系更大的则是土壤大小孔隙的分配、分布和连通的动关系更大的则是土壤大小孔隙的分配、分布和连通的 情况。情况。 按当量孔径大小不同按当量孔径大小不同,土壤孔隙可分为三级土壤孔隙可分为三级: 非活性孔非活性孔 毛管孔毛管孔 通气孔通气孔 无效孔隙无效孔隙 非毛管孔非毛管孔 2021/3/2346 土壤结构性土壤结构性 土壤结构是土粒土壤结构是土粒(单粒和复粒单粒和复粒)的排列、组的排列、组 合

39、形式合形式,这个定义包含着两重含义这个定义包含着两重含义:结构体和结结构体和结 构性构性 土粒（单粒和复粒）会在内外因素综合作用下相互团土粒（单粒和复粒）会在内外因素综合作用下相互团 聚成一定形状和大小且性质不同的团聚体聚成一定形状和大小且性质不同的团聚体,即即土壤结构体土壤结构体 土壤结构性土壤结构性即为土壤结构体的种类、数量（尤其是团即为土壤结构体的种类、数量（尤其是团 粒结构的数量）及结构体内外的孔隙状况等产生的综合性粒结构的数量）及结构体内外的孔隙状况等产生的综合性 质质 土壤结构体的划分主要依据它的形态、大小和特性等土壤结构体的划分主要依据它的形态、大小和特性等,常常 有以下几类有以

40、下几类: 块状结构和核状结构块状结构和核状结构 棱柱状结构和柱状结构棱柱状结构和柱状结构 片状结构（板状结构）片状结构（板状结构） 团粒结构团粒结构 2021/3/2347 土壤结构类型示意图土壤结构类型示意图 2021/3/2348 土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线是是 土壤水的基质势或水吸力土壤水的基质势或水吸力 与土壤含水量的关系曲线与土壤含水量的关系曲线, 反映了土壤水的能量和数反映了土壤水的能量和数 量之间的关系及土壤水分量之间的关系及土壤水分 基本物理特性。基本物理特性。 土壤水分特征土壤水分特征 2021/3/2349 影响因素影响因素 1、土壤质地土壤质地 不同质地的土壤其水分

41、特征曲线各不相同。不同质地的土壤其水分特征曲线各不相同。 一般而言一般而言,黏粒含量愈高黏粒含量愈高,同一吸力条件下土壤的含水量愈大同一吸力条件下土壤的含水量愈大, 或同一含水量下其吸力值愈高。或同一含水量下其吸力值愈高。 不同质地土壤的不同质地土壤的 水分特征曲线水分特征曲线 2021/3/2350 2、土壤结构及土温土壤结构及土温 土壤结构也会影响水分特征曲线土壤结构也会影响水分特征曲线,在低在低 吸力范围内更为明显。在同一吸力值下吸力范围内更为明显。在同一吸力值下,干容重愈大的土壤干容重愈大的土壤, 相应含水量一般也要大些。相应含水量一般也要大些。 3、土壤水分变化过程土壤水分变化过程

42、由土壤脱湿（由湿变干）过程和土由土壤脱湿（由湿变干）过程和土 壤吸湿（由干变湿）过程测得的水分特征曲线不同壤吸湿（由干变湿）过程测得的水分特征曲线不同,这一现这一现 象称为象称为滞后现象滞后现象。 产生滞后现象的原因可能与土壤颗粒的胀缩性以及土产生滞后现象的原因可能与土壤颗粒的胀缩性以及土 壤孔隙的分布特点有关。壤孔隙的分布特点有关。 土壤水分特征土壤水分特征 的滞后现象的滞后现象 2021/3/2351 土壤通气性土壤通气性是指气体透过土体的性能是指气体透过土体的性能,它反映土壤它反映土壤 特性对土壤空气更新的综合影响。特性对土壤空气更新的综合影响。 土壤通气性的好坏土壤通气性的好坏,主要决

43、定于土壤的总孔度特别是空气主要决定于土壤的总孔度特别是空气 孔度的大小。孔度的大小。 土壤通气性的度量指标土壤通气性的度量指标 空气孔度空气孔度 土壤的氧扩散率土壤的氧扩散率 氧化还原点位氧化还原点位（Eh值值 ） 土壤通气性土壤通气性 的生态与环境的生态与环境 意义意义 土壤通气性土壤通气性 2021/3/2352 土壤受外力作用（如耕作）时土壤受外力作用（如耕作）时,显示出的一显示出的一 系列动力学特性系列动力学特性,统称统称土壤力学性质土壤力学性质（又称物理（又称物理 机械性）。主要包括机械性）。主要包括黏结性黏结性、黏着性黏着性和和塑性塑性等。等。 耕性耕性是土壤在耕作时所表现的综合性

44、状是土壤在耕作时所表现的综合性状,土土 壤耕性是土壤力学性质的综合反映。壤耕性是土壤力学性质的综合反映。 土壤力学性质与耕性土壤力学性质与耕性 2021/3/2353 土壤黏结性和黏着性土壤黏结性和黏着性 土壤黏结性土壤黏结性是土粒与土粒之间由于分子引力而相互黏是土粒与土粒之间由于分子引力而相互黏 结在一起的性质。结在一起的性质。 土壤黏着性土壤黏着性是土壤在一定含水量范围内是土壤在一定含水量范围内,土粒黏附在土粒黏附在 外物（农具）上的性质外物（农具）上的性质,即土粒即土粒-水水-外物相互吸引的性能。外物相互吸引的性能。 黏结性与黏着性的影响因素黏结性与黏着性的影响因素: 土壤黏结性和黏着性

45、均发生于土粒表面土壤黏结性和黏着性均发生于土粒表面,其影响因素其影响因素相相 同同,主要有主要有土壤活性表面大小土壤活性表面大小和和含水量高低含水量高低两个方面。两个方面。 1、土壤比表面及其影响因素土壤比表面及其影响因素 土壤质地、黏粒矿物种土壤质地、黏粒矿物种 类和交换性阳离子组成类和交换性阳离子组成,以及土壤团聚化程度等，都是影响以及土壤团聚化程度等，都是影响 其黏结性和黏着性大小的因素。其黏结性和黏着性大小的因素。 2、土壤含水量土壤含水量 土壤含水量的多少，对黏结性和黏着土壤含水量的多少，对黏结性和黏着 性的强弱的影响很大。在适度的含水量范围内，土壤才有性的强弱的影响很大。在适度的含

46、水量范围内，土壤才有 最强的黏结性。最强的黏结性。 2021/3/2354 土壤塑性土壤塑性 土壤塑性土壤塑性是指土壤在外力的作用下变形是指土壤在外力的作用下变形,当外力撤销当外力撤销 后仍能保持这种变形的特性后仍能保持这种变形的特性,也称可塑性。土壤塑性是也称可塑性。土壤塑性是片片 状黏粒及其水膜状黏粒及其水膜造成的。造成的。 有一点值得注意有一点值得注意,即土壤有机质能明显减弱土壤黏结性即土壤有机质能明显减弱土壤黏结性,提高土提高土 壤上、下塑限壤上、下塑限,但几乎不改变其塑性值但几乎不改变其塑性值。 土壤耕性土壤耕性 土壤耕性土壤耕性是指由耕作所表现出来的土壤物理性质是指由耕作所表现出来

47、的土壤物理性质,它它 包括包括:1）耕作时土壤对农具操作的阻力）耕作时土壤对农具操作的阻力,即即耕作的难易问耕作的难易问 题题;2）耕作后与植物生长有关的土壤物理性状）耕作后与植物生长有关的土壤物理性状,即即耕作质耕作质 量问题量问题。 2021/3/2355 土壤化学性质土壤化学性质 土壤胶体特性及吸附性土壤胶体特性及吸附性 土壤酸碱性土壤酸碱性 土壤氧化性和还原性土壤氧化性和还原性 土壤中的配位反应土壤中的配位反应 2021/3/2356 土壤胶体特性及吸附性土壤胶体特性及吸附性 土壤胶体土壤胶体是指土壤中粒径小于是指土壤中粒径小于2 m或小于或小于1 m的颗粒的颗粒, 为土壤颗粒最细小而

48、最活跃的部分。为土壤颗粒最细小而最活跃的部分。 按成分和来源按成分和来源,土壤胶体可分为土壤胶体可分为无机胶体无机胶体、有机胶体有机胶体 和和有机无机复合胶体有机无机复合胶体。 无机胶体无机胶体:包括成分简单的晶质和非晶质的硅、铁、铝的含包括成分简单的晶质和非晶质的硅、铁、铝的含 水氧化物水氧化物,成份复杂的各种类型的层状硅酸盐（主要是铝硅酸盐）成份复杂的各种类型的层状硅酸盐（主要是铝硅酸盐） 矿物。矿物。 有机胶体有机胶体:主要是腐殖质主要是腐殖质,还有少量的木质素、蛋白质、纤维还有少量的木质素、蛋白质、纤维 素等。素等。 有机无机复合体有机无机复合体:土壤的有机胶体很少单独存在土壤的有机胶

49、体很少单独存在,大多通过多大多通过多 种方式与无机胶体相结合，形成有机种方式与无机胶体相结合，形成有机-无机复合体。无机复合体。 2021/3/2357 土壤吸附性土壤吸附性:土壤固相和液相界面上离子或分子的浓度土壤固相和液相界面上离子或分子的浓度 大于整体溶液中该离子或分子浓度的现象大于整体溶液中该离子或分子浓度的现象,称为称为正吸附正吸附。在。在 一定条件下也会出现与正吸附相反的现象一定条件下也会出现与正吸附相反的现象,即称为即称为负吸附负吸附。 它取决于土壤固相物质的组成、含量、形态和溶液中离子的种类、它取决于土壤固相物质的组成、含量、形态和溶液中离子的种类、 含量、形态含量、形态,以及

50、酸碱性、温度、水分状况等条件及其变化以及酸碱性、温度、水分状况等条件及其变化,影响着土壤影响着土壤 中物质的形态、转化、迁移和有效性。中物质的形态、转化、迁移和有效性。 按产生机理的不同按产生机理的不同,可将土壤吸附性分为以下几种可将土壤吸附性分为以下几种: 交换性吸附交换性吸附 专性吸附专性吸附 负吸附负吸附 化学沉淀与土壤吸附化学沉淀与土壤吸附 2021/3/2358 土壤酸碱性土壤酸碱性 土壤酸碱性与土壤的固相组成和吸收性能有着密切的关土壤酸碱性与土壤的固相组成和吸收性能有着密切的关 系系,是土壤的一个重要化学性质是土壤的一个重要化学性质,其对植物生长和土壤生产力以其对植物生长和土壤生产

51、力以 及土壤污染与净化都有较大的影响。及土壤污染与净化都有较大的影响。 土壤酸度土壤酸度 土壤总酸度是用碱土壤总酸度是用碱,例如例如Ca(OH)2进行滴定而获得的进行滴定而获得的,它包它包 括了各种形态的酸括了各种形态的酸,其大小顺序是其大小顺序是: 土壤潜在酸土壤潜在酸土壤的非交换性酸土壤的非交换性酸土壤的交换性酸土壤的交换性酸土壤的活性酸土壤的活性酸 土壤潜在酸土壤潜在酸 解离而释放酸的有机酸解离而释放酸的有机酸 水解而释放酸的有机水解而释放酸的有机-Al3+配合物配合物 被阳离子交换和水解作为酸释放的交换性被阳离子交换和水解作为酸释放的交换性H+和和Al3+ 矿物上的非交换性酸矿物上的非

52、交换性酸 2021/3/2359 土壤碱度土壤碱度 和土壤酸度一样和土壤酸度一样,土壤碱度也常用土壤溶液土壤碱度也常用土壤溶液 （水浸液）的（水浸液）的pH表示。表示。 由于土壤的碱度在很大程度上决定于胶体上由于土壤的碱度在很大程度上决定于胶体上 吸附的交换性吸附的交换性Na+的相对数量的相对数量,所以通常把交换性所以通常把交换性 Na+的饱和度称为的饱和度称为土壤碱化度土壤碱化度。 碱化度（碱化度（%）=交换性钠交换性钠（mmol/kg）/阳离子交换量阳离子交换量（mmol/kg）100 2021/3/2360 交换性钠的水解交换性钠的水解 交换性钠水解呈强碱性反应交换性钠水解呈强碱性反应,

53、是碱化土的重要特征。碱化是碱化土的重要特征。碱化 土形成必需具备土形成必需具备: 有足够数量的钠离子与土壤胶体表面吸附的钙、镁离有足够数量的钠离子与土壤胶体表面吸附的钙、镁离 子交换。子交换。 胶粒胶粒 Ca2+ Mg2+ + 4Na+ 胶粒胶粒 2Na+ 2Na+ +Ca2+ Mg2+ 土壤胶体上交换性钠解吸并产生苏打盐类土壤胶体上交换性钠解吸并产生苏打盐类 胶粒胶粒 x Na+ + y H2O 胶粒胶粒 x-y Na+ y H+ + y NaOH 交换结果产生了交换结果产生了NaOH,NaOH,使土壤呈碱性反应。使土壤呈碱性反应。 2021/3/2361 影响土壤酸碱度的因素影响土壤酸碱度

54、的因素 土壤在一定的成土因素作用下都具有一定的酸碱度范围土壤在一定的成土因素作用下都具有一定的酸碱度范围, 并随成土因素的变迁而发生变化。并随成土因素的变迁而发生变化。 气候气候 地形地形 母质母质 植被植被 人类耕作活动人类耕作活动 此外此外,某些土壤性质也会影响土壤酸碱度某些土壤性质也会影响土壤酸碱度,如如 盐基饱和度、盐基离子种类和土壤胶体类型。盐基饱和度、盐基离子种类和土壤胶体类型。 土壤酸碱性土壤酸碱性 的环境意义的环境意义 2021/3/2362 土壤氧化性和还原性土壤氧化性和还原性 土壤氧化还原体系土壤氧化还原体系 土壤中的氧化还原体系有土壤中的氧化还原体系有无机体系无机体系和和

55、有机有机 体系体系,主要的无机体系是氧体系、铁体系、锰体主要的无机体系是氧体系、铁体系、锰体 系、氮体系、硫体系、氢体系等。系、氮体系、硫体系、氢体系等。 1/4O2 + H+ + e = 1/2H2O Fe(OH)3 + 3H+ + e = Fe2+ + 3H2O 1/2MnO2 + 2H+ +e = 1/2Mn2+ + H2O 1/8CO2 + H+ +e = 1/8CH4 + 1/4H2O 环境意环境意 义义? 2021/3/2363 土壤中的配位反应土壤中的配位反应 金属离子和电子给予体结合而成的化合物金属离子和电子给予体结合而成的化合物,称称 为为配位化合物配位化合物。如果配位体与金

56、属离子形成环状。如果配位体与金属离子形成环状 结构的配位化合物结构的配位化合物,则称为则称为螯合物螯合物。 无机配位体无机配位体 有机物有机物 2021/3/2364 土壤生物学性质土壤生物学性质 土壤酶特性土壤酶特性 土壤微生物特性土壤微生物特性 土壤动物特性土壤动物特性 2021/3/2365 土壤酶特性土壤酶特性 土壤酶是土壤成分中最活跃的有机成分之一土壤酶是土壤成分中最活跃的有机成分之一,驱驱 动着土壤的代谢过程动着土壤的代谢过程,对土壤圈中养分循环和污染物对土壤圈中养分循环和污染物 质的净化具有重要的作用。质的净化具有重要的作用。 来源来源 微生物微生物 土壤动物土壤动物 植物根系植

57、物根系 2021/3/2366 土壤酶的存在形态土壤酶的存在形态 土壤酶较少游离在土壤溶液中土壤酶较少游离在土壤溶液中,主要是吸附在土主要是吸附在土 壤壤有机质有机质和和矿质胶体矿质胶体上上,并以复合物状态存在。并以复合物状态存在。 土壤环境与土壤酶活性土壤环境与土壤酶活性 土壤酶活性受多种土壤环境因素的影响土壤酶活性受多种土壤环境因素的影响: 土壤理化性质与土壤酶活性土壤理化性质与土壤酶活性 根际土壤环境与土壤酶活性根际土壤环境与土壤酶活性 外源土壤污染物质与土壤酶活性外源土壤污染物质与土壤酶活性 2021/3/2367 土壤微生物特性土壤微生物特性 土壤微生物是土壤有机质、土壤养分转化和循

58、环的动力土壤微生物是土壤有机质、土壤养分转化和循环的动力; 同时同时,土壤微生物对土壤污染具有特别的敏感性。土壤微生土壤微生物对土壤污染具有特别的敏感性。土壤微生 物特性特别是物特性特别是土壤微生物多样性土壤微生物多样性是土壤的重要生物学性质之是土壤的重要生物学性质之 一。一。 微生物多样性微生物多样性 种群多样性种群多样性 营养类型多样性营养类型多样性 呼吸类型多样性呼吸类型多样性 2021/3/2368 土壤微生物营养类型的多样性土壤微生物营养类型的多样性 根据微生物对营养和能源的要求根据微生物对营养和能源的要求,一般可将其分为一般可将其分为四四大大 类型类型: 化能有机营养型化能有机营养

59、型 化能无机营养型化能无机营养型 光能有机营养型光能有机营养型 光能无机营养型光能无机营养型 又称又称化能异养型化能异养型,所需能量和碳源所需能量和碳源 直接来自土壤有机物质。直接来自土壤有机物质。 又称又称化能自养型化能自养型,无需现成的有机无需现成的有机 物质物质,能直接利用空气中的二氧化能直接利用空气中的二氧化 碳或无机盐类生存的细菌。碳或无机盐类生存的细菌。 又称又称光能异养型光能异养型,其能源来自光其能源来自光,但但 需要有机化合物作为供氢体以还原需要有机化合物作为供氢体以还原 二氧化碳二氧化碳,并合成细胞物质。并合成细胞物质。 又称又称光能自养型光能自养型,利用光能进行光利用光能进

60、行光 合作用合作用,以无机物作氢供体以还原以无机物作氢供体以还原 二氧化碳合成细胞物质。二氧化碳合成细胞物质。 2021/3/2369 土壤微生物呼吸类型的多样性土壤微生物呼吸类型的多样性 根据土壤微生物对氧气要求的不同根据土壤微生物对氧气要求的不同,可分为可分为: 好氧微生物好氧微生物 是指在生活中必须有游离氧气的微生是指在生活中必须有游离氧气的微生 物。土壤中大多数细菌以及霉菌、放线物。土壤中大多数细菌以及霉菌、放线 菌、藻类和原生动物等都属此类。菌、藻类和原生动物等都属此类。 兼性微生物兼性微生物 在有氧条件下进行有氧呼吸在有氧条件下进行有氧呼吸,在微氧在微氧 环境中进行无氧呼吸环境中进