土壤基础知识2013

1、第一章第一章 土壤基础知识土壤基础知识土壤的组成土壤的组成土壤的形成土壤的形成土壤的分布土壤的分布土壤的分类土壤的分类土壤的概念土壤的概念 土壤：指地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，也就是疏松母质层上部的生物风化部分。可理解为含有破碎和风化的矿物以及腐解的有机质的不同混合物构成剖面形式的自然体集合。它在地表上呈薄层覆盖并含有适量空气和水分。1 土壤是绿色植物生长的基地，以及动物、人类以绝大多数微生物栖息、繁衍的场所。 土壤有着独特的功能肥力与肥力与净化力净化力，土壤的功能特性与变化都依赖于它所处的环境条件以及有关人为措施。 2 土壤是独立的历史自然体，有着自己的生成发展过程。土壤是生物、气候

2、、母岩、地形、时间和人类活动等成土因素综合作用下的产物。各种成土过程实质是地球表面物质的地质大循环与生物小循环的对立统一。土壤是由固、液、气三相物质组成的疏松多孔体。固相物质包括矿物质、有机质和 土壤生物。土壤的组成是土壤肥力的基础，其中最重要的而又最活跃的是由粘土矿物和腐殖质组成的土壤胶体和土壤生物。土壤是由一系列不同性质和质地的层次构成的，由于土壤物质组成和结构的复杂性，使其物质和能量的迁移转化和性质极为复杂。其中重要的基本过程有： 矿物的分解和次生粘土矿物的合成；有机质的分解和腐殖质的形成；有机无机物质 的淋溶和淀积；土壤胶体的交换与吸附作用；土壤的酸碱性；土壤的氧化还原作用等。 表1-

3、1 岩石和土壤中化学元素平均含量（W/W%）土壤的组成土壤的组成一、土壤的组成 矿物类别 矿物名称 化学式 氧化硅矿物 长石 云母 副矿物 原生矿物： 石英 方石英 麟石英 蛋白石（来自无机物） 碱性长石： 微斜长石和正长石 斜长石： 钠长石 钙长石 白云母 黑云母 辉石： 顽火辉石 紫苏辉石 透辉石 普通辉石 闪石： 透闪石 阳起石 角闪石 橄榄石： 镁橄榄石 铁橄榄石 磷灰石 电气石 金红石和锐钛矿 锆石 SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 .nH2O KalSi3O8 Na AlSi3O8 Ca AlSi3O8 K(Si3Al)Al2O10(OH)2 K(Si3Al)(Mg.Fe2+

4、)3O10(OH)2 MgSiO3 (Mg、 Fe)SiO3 CaMgSi2O6 Ca(Mg、Fe、Al)(Si Al)2O6 Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Ca2Fe5Si8O22(OH)2 (Ca、Na)2(Mg、Fe Al)5(Si Al)8O22(OH)2 Mg2SiO4 Fe2SiO3 Ca10(F OH Cl)(PO4)5 Na(MgFe)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4 TiO2 ZrSiO4 表表1-2 土壤中常见的原生矿物和次生矿物土壤中常见的原生矿物和次生矿物1土壤的矿物质组成土壤的矿物质组成原生矿物原生矿物（直接来源于母（直接来源于母岩的矿物，经物理风化未

5、岩的矿物，经物理风化未被分解而残留在土壤中的被分解而残留在土壤中的矿物）：矿物）：石英、长石、云母、锆石石英、长石、云母、锆石、橄榄石、磁铁矿、褐铁、橄榄石、磁铁矿、褐铁矿、磷灰石、电气石等矿、磷灰石、电气石等原生矿物对土壤的贡献在原生矿物对土壤的贡献在于构成土壤的骨架（于构成土壤的骨架（ 砂粒砂粒和粉粒）和提供营养元素和粉粒）和提供营养元素（除（除C、N外）。外）。正长石正长石(KAlSi3O8)： 钾长石，肉红色，晶体为短柱状， 常具有卡斯巴双晶或穿插双星，硬度6。 易化学分解，为土壤提供钾 斜长石斜长石Na(AlSi3O8)Ca(Al2Si2O8)： 板状或粒状，灰白色，硬度6.5左右，

6、 具聚片双晶（细而长的双晶纹）。 较易分解，为土壤提供钙。辉石辉石Ca(Mg,Fe)Si2O6： 绿黑色,短柱状或近似粒状,硬度56,玻璃光泽; 易风化，为土壤提供钙、铁、镁等养分。角闪石角闪石Ca(Mg,Fe)Si4O12： 黑绿色，长柱状或近似细长条状，硬度56，玻璃光泽； 易风化，为土壤提供钙、铁、镁等养分。 白云母白云母(KH2Al3Si3O12)： 无色，片状，具弹性，硬度23，极完全解理。 易发生物理崩解，很发生化学分解，为土壤提供钾。黑云母黑云母KH2(Mg,Fe)3AlSi3O12： 黑色，片状，具弹性，硬度23，极完全解理。 土壤提供钾、铁、镁等养分。 此外还有金云母。 橄榄

7、石(Mg,Fe)2SiO4： 橄榄绿色，立方形晶粒，断口常为贝壳状，硬度6.57。 富含铁，易分解，为土壤提供铁、镁等养分。孔雀石孔雀石Cu2(OH)2(CO3)Cu2(OH)2(CO3)接上表1-2矿物类别 矿物名称 化学式 碳酸盐矿物 硫酸盐、 硫化物和卤化物矿物 层状硅酸盐 结晶性氧化物， 氢氧化物和偏氢氧化物 非晶性矿物 次生矿物： 方解石和文石 镁方解石 白云石 苏打石 天然碱 碳酸钠 石膏 泻利盐 黄铁矿 黄钾铁矾 石盐 蛭石 蒙皂石 绿泥石 高岭石 埃洛石 三水铝石 勃姆石 针铁矿 赤铁矿 纤铁矿 磁赤铁矿 软锰矿 水铝英石 羽毛缟石 蛋白石（来自生物） 水铁矿 其它非晶型铁、铝

8、水合氧化物和氢氧化物 CaCO3 Ca1-XMgXCO3,0X0.5 CaMg(CO3)2 NaHCO3 Na2CO3HCO3 2H2O Na2CO3.10H2O CaSO4 2H2O MgSO4 7H2O FeS2 Kfe3(OH)6(SO4)2 NaCl X0.55(Al1.15Si2.85) (Al0.25Fe3+0.35Mg2.4) O10(OH)2 nH2O X0.4(Al0.15Si3.85) (Al1.3Fe3+0.45Mg0.25) O10(OH)2 nH2O (AlSi3)AlMg5O10(OH)8 Si2Al2O5(OH)4 Si2Al2O5(OH)4 2H2O -Al(O

9、H)3 -AlOOH -FeOOH -Fe2O3 -FeOOH -Fe2O3 -MnO2 Al2O3 2SiO2 nH2O Al2O3 2SiO2 5H2O SiO2 nH2O Fe5HO8 4H2O 次生矿物次生矿物：土壤形成过程中由原生矿土壤形成过程中由原生矿物转化形成物转化形成 的新矿物统称的新矿物统称次生矿物。次生矿物。铁铝氧化物和次生铝硅酸铁铝氧化物和次生铝硅酸盐盐是土壤矿物质中最细小是土壤矿物质中最细小的部分，一般称为次生粘的部分，一般称为次生粘土矿物。土壤中很多重要土矿物。土壤中很多重要的物理、化学过程和性质的物理、化学过程和性质都和土壤所含粘土矿物，都和土壤所含粘土矿物，特别是

10、次生铝硅酸盐的种特别是次生铝硅酸盐的种类与数量有关。类与数量有关。粘粒矿物的形成形成方式：转变和新生转变：同一结构类型的层状硅酸盐矿物之间的互变新生：晶体结构瓦解后从溶液中合成出另一种矿物的作用粘粒矿物的风化顺序黑云母（黑云母（4）白云母（白云母（7）蛭石（蛭石（8）蒙脱石（蒙脱石（9）1.8nm过渡过渡矿物（矿物（9）（Fe 、Mg、Al）绿泥石（绿泥石（4）次生绿泥石（次生绿泥石（4）1.4nm过渡矿物（过渡矿物（9）Al绿泥石（绿泥石（9）高岭石高岭石埃洛石埃洛石（10）三水铝石（三水铝石（11）(括号中的数字是Jackson给出的反映风化难易程度的风化指数）常见的次生矿物1、1、方解石

11、（、方解石（CaCO3 ） 晶体菱形，乳白色，完全解理（锤击成菱形碎块得名方解石） 硬度3，与盐酸强烈冒泡。 无色透明者称冰洲石。2 2、白云石、白云石（CaCO3MgCO3 ） 结晶形状和解理同方解石，晶面和解理面弯曲（方解石为平直），其粉末遇盐酸冒泡但很微弱。3 3、石膏、石膏：CaSO42H2O 晶体为纤维状、板状等，白色，硬度2，完全解理。 4、赤铁矿赤铁矿（Fe2O3 ） 常呈鲕状、肾状，颜色为赤红色，条痕为樱红色； 半金属光泽，无解理，无磁性。 5 5、褐铁矿、褐铁矿 FeOFeO（OHOH）n nH H2 2O O 常呈肾状、土块状，颜色呈褐色至黑色， 条痕比较固定为黄褐色，半金

12、属光泽到土状光泽。 金玉宝石6 6、磁铁矿、磁铁矿(Fe3O4) 致密状、块状集合体,铁黑色,条痕黑色,半金属光泽 硬度5.56.0，无解理，具磁性。7 7、高岭石、高岭石（H2Al2Si2O8.H2O） 致密细粒状、土状集合体，白色或浅红色，硬度1， 比重2.6，具粗糙性，加水有可塑性。2万倍显微镜下的高岭石电子显微镜下的高岭土3 土壤有机质土壤有机质 土壤有机质是土壤中各种含碳有机物的总称土壤有机质是土壤中各种含碳有机物的总称 .。 土壤有机质土壤有机质20%以上的土壤为以上的土壤为有机质土壤有机质土壤；含有机质含有机质20%以下的为以下的为矿质土壤矿质土壤。通常耕作土壤表层有机质含量在通

13、常耕作土壤表层有机质含量在5%以下。以下。根据土壤有机质分解的难易程度，可以从概念根据土壤有机质分解的难易程度，可以从概念上将土壤有机质分为上将土壤有机质分为活性库活性库（active pool)active pool)和和惰性库惰性库(passive pool)(passive pool)以及处于中间的以及处于中间的缓效库缓效库(slow pool) (slow pool) 。活性活性 有机质库有机质库在土壤中容易降解，主要包括在土壤中容易降解，主要包括微生物微生物生物量有机质、微粒生物量有机质、微粒有机质有机质(particulate organic matter)(particulate

14、 organic matter)、部分易分解、部分易分解富啡酸、多糖等富啡酸、多糖等非腐殖物质非腐殖物质惰性有机质库（惰性有机质库（606090%90%）在土壤中长期稳定）在土壤中长期稳定存在，腐殖质、大部分胡敏酸和胡敏素存在，腐殖质、大部分胡敏酸和胡敏素缓效有机质包括含木质素等不易降解化合物含缓效有机质包括含木质素等不易降解化合物含量较高的微粒有机质量较高的微粒有机质上述为概念上区分上述为概念上区分 ，实际还无法，实际还无法 量化区分量化区分 ，有关土壤有机质的分解和转化时按简单有机化有关土壤有机质的分解和转化时按简单有机化合物、植物残体、腐殖质进行合物、植物残体、腐殖质进行简单有机化合物简

15、单有机化合物分解从易到难的排序：分解从易到难的排序：1单糖、淀粉和简单蛋白质单糖、淀粉和简单蛋白质 2 粗蛋白质粗蛋白质 3半半 纤维素纤维素 4 纤维素纤维素 5 脂肪、蜡质脂肪、蜡质 6 木质素、酚类化合物木质素、酚类化合物植物残体植物残体中各类有机物大致含量范围：中各类有机物大致含量范围：可溶性有机化合物（糖分、氨基酸等）可溶性有机化合物（糖分、氨基酸等）5 % 10%，纤维素纤维素15 % 60%，半纤维素，半纤维素10 % 30 %，蛋白质蛋白质2 % 15 %，木质素，木质素5 % 30 %土壤中的土壤中的非腐殖有机物质非腐殖有机物质 包括土壤生物、微生物代谢产物及未分包括土壤生物

16、、微生物代谢产物及未分解的植物残体等各种有机化合物解的植物残体等各种有机化合物主要有：主要有：木质素、木质素、单宁、单宁、多糖、多糖、多肽和氨基酸、多肽和氨基酸、脂肪酸脂肪酸peaty sandy hydro earth soil 香豆醇 松柏醇 芥子醇 木质素单体 黄酮醇 间苯三酚；藤黄酚；根皮酚 难降解的单宁酸由多酚组成，主要由难降解的单宁酸由多酚组成，主要由黄酮醇黄酮醇 ，间苯三酚组成间苯三酚组成棉籽糖，植物蜜糖纤维素，纤维素甘油；丙三醇 Soil lipidsrepresent a diverse group of materials ranging from relatively s

17、imple compounds such as fatty acids to more complex substances such as the sterols(甾醇甾醇 ）, terpene(萜烯萜烯), polynuclear hydrocarbons, chlorophyll叶绿素叶绿素, fats, waxes, and resins.The bulk of the soil lipids occurs as the so-called fats, waxes, resins.谷甾醇 氨基葡萄糖氨基酸通式 降解 木质素 单宁 酚类化合物 分解与降解产物 有机残体 糖类、纤维素含氮化

18、合物 组成维生物体质 氨基酸、肽、酚类 腐殖质 有机质在土壤中的转化示意图有机质在土壤中的转化示意图进入土壤的有机残体经一年降解后，2/3以上的有机质以CO2的形式释放，残留土壤中的有机质其中土壤微生物量占3%-8%，多糖、多糖醛酸苷、有机酸等非腐殖质占3%-8%，腐殖质占10%-30%土壤腐殖质形成过程中的转化途径Humic acids of Humic acids of peaty sandy hydro peaty sandy hydro earth soilearth soil 泥炭砂质水成土泥炭砂质水成土Humic acids of haplic phaeozems 典型黑土典型黑土

19、Humic acids of podzolic soil 灰化土Humic acids are thought to be complex aromatic macromolecules with amino acids, amino sugars, peptides（多肽）, aliphatic compounds involved in linkages between the aromatic groups. The hypothetical structure for humic acid, shown in figure, contains free and bound phenol

20、ic OH groups, quinone structures, nitrogen and oxygen as bridge units and COOH groups variously placed on aromatic rings.The hypothetical model structure of fulvic acid (Buffles model) contains both aromatic and aliphatic structures, both extensively substituted with oxygen - containing functional g

21、roups. 腐殖质腐殖质是由动植物残体和有机肥料先进行分解然后再重新被是由动植物残体和有机肥料先进行分解然后再重新被微生物合成所产生的那些微生物合成所产生的那些胶质胶质、较稳定的复杂混合物，通常呈、较稳定的复杂混合物，通常呈黑色或棕色黑色或棕色.可以认为腐殖质是一类组成和结构都很复杂的天然高分子聚合物，其主体是各种腐殖酸及其与金属，与土壤矿物部分密切结合形成有机无机复合体。腐殖质的结构腐殖质的结构目前尚无定论，一般认为由芳核、多糖氨基酸或目前尚无定论，一般认为由芳核、多糖氨基酸或多肽组成，主要含有羧基、酚基、羰基、氨基、甲氧基以及醌多肽组成，主要含有羧基、酚基、羰基、氨基、甲氧基以及醌基和羟

22、基等活性基团基和羟基等活性基团土壤腐殖质的分解和转化土壤腐殖质的抗微生物分解的能力很强，原因？结构，赋存形式土壤腐殖质的年周转量为1.1%多数土壤有机物的14C年龄属现代，富啡酸的14C年龄较小，一般小于500年，胡敏酸为10002500年，胡敏素的14C年龄也在1000年以上上述腐殖物质的组分是操作上的划分，上述腐殖物质的组分是操作上的划分，不是特定化学组分的划分不是特定化学组分的划分腐殖质研究中常用分析方法测定分子量测定分子量: : 粘度法、渗透压测定法、超离心法、粘度法、渗透压测定法、超离心法、凝胶过滤法、激光散射法、场解吸质谱法凝胶过滤法、激光散射法、场解吸质谱法鉴定官能团鉴定官能团:

23、 : 傅立叶变换红外光谱法、傅立叶变换红外光谱法、1313核磁核磁共振光谱法、电子自旋共振谱、热解共振光谱法、电子自旋共振谱、热解- -气相色谱法、气相色谱法、热解质谱法、热解气相色谱热解质谱法、热解气相色谱- -质谱法、热解质谱法、热解- -傅立傅立叶变换红外光谱法、滴定法叶变换红外光谱法、滴定法测定键位关系测定键位关系: : 阳离子交换法、荧光法、光声光阳离子交换法、荧光法、光声光谱法、渗析法、电位滴定法谱法、渗析法、电位滴定法Humic acidsHumic acids - the fraction of humic substances that is not soluble in w

24、ater under acidic conditions (pH 2) but is soluble at higher pH values. They can be extracted from soil by various reagents and which is insoluble in dilute acid. Humic acids are the major extractable component of soil humic substances. They are dark brown to black in color. Fulvic acidsFulvic acids

25、 - the fraction of humic - the fraction of humic substances that is soluble in water under substances that is soluble in water under all pH conditions. They remains in all pH conditions. They remains in solution after removal of humic acid by solution after removal of humic acid by acidification. Fu

26、lvic acids are light acidification. Fulvic acids are light yellow to yellow-brown in color. yellow to yellow-brown in color. HuminHumin - the fraction of humic substances - the fraction of humic substances that is not soluble in water at any pH that is not soluble in water at any pH value and in alk

27、ali. Humins are black in value and in alkali. Humins are black in color.color.C/H,O/C,C/N我国主要土壤表土中腐殖质的含氧功能基（cmol+/kg）含氧功能基含氧功能基胡敏酸胡敏酸富啡酸富啡酸羧基酚羟基醇羟基醌基酮基甲氧基27548122134722442690181322063295639845143257515581545814325439Function of organic matter in soilOrganic matter contributes to plant growth through

28、 its effect on the physical, chemical, and biological properties of the soil. It has a : nutritional function in that it serves as a source of N, P for plant growth biological function in that it profoundly affects the activities of microflora and microfaunal organisms physical and physico-chemical

29、function in that it promotes good soil structure, thereby improving tilth, aeration and retention of moisture and increasing buffering and exchange capacity of soils. Humus also plays an indirect role in soil through its effect on the uptake of micronutrients by plants and the performance of herbici

30、des and other agricultural chemicals. It should be emphasized that the importance of any given factor will vary from one soil to another and will depend upon such environmental conditions as climate and croping history.4 土壤中的水分土壤中的水分土壤水分是土壤的重要组成部分。土壤水也是自土壤水分是土壤的重要组成部分。土壤水也是自然界水循环的一个环节，处于不断地变化和运动然界水循

31、环的一个环节，处于不断地变化和运动中。土壤水分不仅是植物生长所需水分的主要给中。土壤水分不仅是植物生长所需水分的主要给源，也是植物吸收养分的主要输入载体，并参与源，也是植物吸收养分的主要输入载体，并参与了土壤中许多重要的物理、化学和生物过程，影了土壤中许多重要的物理、化学和生物过程，影响土壤中各种物质与能量的交换。响土壤中各种物质与能量的交换。根据土壤孔隙中液态水所受力作用分为：根据土壤孔隙中液态水所受力作用分为：吸湿水吸湿水：室内风干的土壤还是含在水分的。土壤吸收水：室内风干的土壤还是含在水分的。土壤吸收水汽分子的能力，由土壤颗粒表面的分子引力、土壤胶体汽分子的能力，由土壤颗粒表面的分子引力

32、、土壤胶体双电层中带电离子和带电固体表面的静电引力与水分子双电层中带电离子和带电固体表面的静电引力与水分子作用所引起的，被土壤颗粒表面几个水分子的距离内水作用所引起的，被土壤颗粒表面几个水分子的距离内水分子分子 几乎是不移动的，最内层的水分子在土粒表面密几乎是不移动的，最内层的水分子在土粒表面密集，对植物是无效的。集，对植物是无效的。膜状水：膜状水：土粒饱吸了吸湿水后，还有剩余的吸收力，可以土粒饱吸了吸湿水后，还有剩余的吸收力，可以吸附一部分液态水，如膜状水，在土粒周围吸湿水层外吸附一部分液态水，如膜状水，在土粒周围吸湿水层外围形成薄的水膜。重力也不能使膜状水移动，但它本身围形成薄的水膜。重力

33、也不能使膜状水移动，但它本身却能从水膜较厚处往较薄处移动，与吸湿水相比这种水却能从水膜较厚处往较薄处移动，与吸湿水相比这种水又称松束缚水。植物仅能利用部分膜状水又称松束缚水。植物仅能利用部分膜状水毛管水毛管水：水本身分子引力作用具有明显的表面张力；水本身分子引力作用具有明显的表面张力；土粒尚有多余的引力；土壤的孔隙系统是一个复杂的土粒尚有多余的引力；土壤的孔隙系统是一个复杂的毛管系统。因此土壤具有毛管力并能吸持液态水，借毛管系统。因此土壤具有毛管力并能吸持液态水，借助于毛管力吸附于土壤孔隙中的液态水，可以从毛管助于毛管力吸附于土壤孔隙中的液态水，可以从毛管力小的方向朝毛管力大的方向移动，并能被

34、植物吸收力小的方向朝毛管力大的方向移动，并能被植物吸收利用，是植物生长的主要水源。利用，是植物生长的主要水源。悬着毛管水：悬着毛管水：不受地下水源补给影响的毛管水，当大不受地下水源补给影响的毛管水，当大气降水或灌溉后土壤中所吸持的液态水。在壤土和黏气降水或灌溉后土壤中所吸持的液态水。在壤土和黏土毛管系统发达，悬着水主要在毛管系统中，也有一土毛管系统发达，悬着水主要在毛管系统中，也有一部分在下端堵塞的非毛管孔隙内；而砂土及砾质土大部分在下端堵塞的非毛管孔隙内；而砂土及砾质土大孔隙多，悬着水主要围绕在土粒或石砾相互接触的地孔隙多，悬着水主要围绕在土粒或石砾相互接触的地方，方，支持毛管水支持毛管水:

35、 :指指土壤中受到地下水源支持并土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水。这种水的含量上升到一定高度的毛管水。这种水的含量在毛管上升高度范围内自下而上逐渐减少。在毛管上升高度范围内自下而上逐渐减少。 支持毛管水上升的最大高度，理论上可由支持毛管水上升的最大高度，理论上可由下式计算：下式计算： h=0.15/rh=0.15/r自然界毛管水上升高度一般都不超过自然界毛管水上升高度一般都不超过3 34m4m重力水重力水：当大气降水或灌溉强度超过土壤吸持水：当大气降水或灌溉强度超过土壤吸持水分的能力时，土壤的剩余引力基本上已饱和，多分的能力时，土壤的剩余引力基本上已饱和，多余的水受重力作用通过大

36、孔隙向土壤深层运动，余的水受重力作用通过大孔隙向土壤深层运动，这种形态的水称为重力水。当土壤黏紧，重力水这种形态的水称为重力水。当土壤黏紧，重力水一时不易排出，暂时滞留在土壤大孔隙中就称为一时不易排出，暂时滞留在土壤大孔隙中就称为上层滞水。上层滞水。地下水地下水：如果土壤或母质中有不透水层存在，向：如果土壤或母质中有不透水层存在，向下渗漏的重力水，就会在上面的土壤孔隙中聚积下渗漏的重力水，就会在上面的土壤孔隙中聚积起来起来 ，形成一定厚度的水分饱和层，其中，形成一定厚度的水分饱和层，其中 水分水分可以流动，称为地下水可以流动，称为地下水土壤水分常数（反映土壤水形态和性质转变点的几个特征性含水量

37、）吸湿系数：又称最大吸湿水量，指干土从相对湿度气接近饱和的空气中吸收水汽的最大量与烘干土重量的百分比。吸湿系数的大小，主要与土壤比表面积及有机质含量有关。砂土的最大吸湿量为0.05%1%，砂壤土1%1.5%，壤土2%5%，黏土5%6.5%，泥炭土的最大吸湿量可达15%20%凋萎系数：指植物产生永久凋萎时的土壤含凋萎系数：指植物产生永久凋萎时的土壤含水量，它用来表明植物可利用土壤水的下限，水量，它用来表明植物可利用土壤水的下限，土壤含水量低于此值，植物将枯萎死亡。土壤含水量低于此值，植物将枯萎死亡。田间含水量田间含水量：指降雨或灌溉后多余的重力水：指降雨或灌溉后多余的重力水已排除，渗透水流降至很

38、低时土壤吸持水量，已排除，渗透水流降至很低时土壤吸持水量，所吸持的水相当于吸湿水、膜状水和悬着水所吸持的水相当于吸湿水、膜状水和悬着水的全部。田间含水量是大多数植物可利用的的全部。田间含水量是大多数植物可利用的土壤水上限。土壤水上限。饱和含水量饱和含水量：指全部土壤孔隙充满水时的含：指全部土壤孔隙充满水时的含水量，又称最大持水量，按容积百分计，相水量，又称最大持水量，按容积百分计，相当于土壤总孔隙度。当于土壤总孔隙度。有效水有效水：土壤水能被植物吸收利用的水称为：土壤水能被植物吸收利用的水称为有效水。一般把田间持水量视为土壤有效水有效水。一般把田间持水量视为土壤有效水的上限。的上限。Soil

39、Moisture: some terms and concepts : water that remains in soil beyond the effects of gravity. : amount of water after the permanent wilting point is reached.: amount of water in the soil between the field capacity and the permanent wilting percentage.Relationship between soil texture and water avail

40、abilitySandSandyLoamSiltLoamClayLoamClayInches of Water Per ft. of Soil1234At SaturationAt “Available WaterSoil at Different Moisture Levels:Pore Space Water on soilparticle surfacePore Spaces are filled with waterSoil at Different Moisture Levels:At Permanent WiltCompactedNo water remains attached

41、to soil particlesPore spaces are collapsedCompacted ZoneImpermeable LayerNon-CompactedCompactedSand Over ClayImpermeable LayerPerched Water TableClay Over SandWet & Dry LayersWet & Dry LayersSoil SandwichesPatchy Soil MoisturePatchy Soil MoistureSoil SaladsSummary of Water Movement: Rate dep

42、ends on:Rate depends on:pore space (structure) and consitencepore space (structure) and consitenceparticle sizes (texture) and particle size particle sizes (texture) and particle size distribution.distribution.Changes in bulk density:Changes in bulk density:changes water movement (e.g. compaction).c

43、hanges water movement (e.g. compaction).may result in perched water tables through may result in perched water tables through creating an impermeable layer.creating an impermeable layer. 土壤的理想组成土壤的理想组成 空空 气气 20%30% 水水 分分20%30%矿物矿物45%有机质有机质 5%土壤固体土壤固体孔孔隙隙土壤气体土壤气体来源：来自大气以及产生于土壤内的生物化来源：来自大气以及产生于土壤内的生物化

44、学过程和化学过程的气体学过程和化学过程的气体.组成：与大气基本相似组成：与大气基本相似 ，以，以O2、CO2、N2以以及水汽为主，还有其它微量气体及水汽为主，还有其它微量气体气体O2(%)CO2(%)N2(%)其它气体(%)近地表大气20.940.0378.050.98土壤空气18200.150.6578.880.240.98土壤空气与大气组成的差异（体积%）与大气不同之处：与大气不同之处：土壤空气不是连续的，而存在于土壤孔隙中，有明显的季节变土壤空气不是连续的，而存在于土壤孔隙中，有明显的季节变化，同时随土壤深度而改变，例如有机物的分解，可以消耗氧化，同时随土壤深度而改变，例如有机物的分解，

45、可以消耗氧并产生并产生CO2CO2；土壤空气一般比大气有较高的含水量；土壤空气一般比大气有较高的含水量；土壤空气中的土壤空气中的CO2CO2含量一般比大气中的含量高。含量一般比大气中的含量高。土壤空气中含有较多还原性气体。土壤空气中含有较多还原性气体。土壤空气还可吸附保留还自深部地质作用的气体土壤空气还可吸附保留还自深部地质作用的气体土壤矿物质的机械组成 土壤矿粒包括一系列大小形状不同的物质，有的成片成块、有的成粒成尘，土壤学上称这种现象为土壤的机械组成。表1-3 不同粒级的矿物成分表1-4 不同大小土粒的化学成分粒级粒级(粒径：粒径：mm）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OP2O

46、5 1.00.2砂粒砂粒 0.20.040.040.01粉粒粉粒 0.010.002粘粒粘粒 0.00293.694.089.474.253.21.62.05.013.221.51.21.21.55.113.20.40.50.81.61.60.60.10.30.31.00.81.52.34.24.90.050.10.20.10.4Note: clays are microscopic in size ! Soil separate particle diameter (mm)_ Sand . . . . . . . . . 2.0 - 0.05 Silt . . . . . . . . . .

47、 0.05 - 0.002 Clay . . . . . . . . . . 0.002SANDSILTCLAYClay mineralsphotographedwith an electronMicroscope.Note: they are plateor flake like andare stacked on topof each other.They are electricallycharged and act likemagnets that attractand hold plantnutrients. 粒粒 级级颗颗 粒粒 直直 径径（mm） 土粒比表面增长土粒比表面增长（倍

48、）（倍）砾砾 石石砂砂 粒粒粉砂粒粉砂粒粘粘 粒粒大砾石小砾石粗 砂细 砂极细砂砂质粉砂中 粉 砂细 粉 砂粘 粒胶 粒2066220.60.60.20.20.060.060.020.020.0060.0060.002 0.002 30cm），），土层松软。土层松软。 2、粗腐殖质化过程粗腐殖质化过程(raw-humification)：主要主要表现在淋溶土或森林土壤系列。森林的残落物较多，但表现在淋溶土或森林土壤系列。森林的残落物较多，但单宁含量高，降水量较大，残落物腐解过程较差，形成单宁含量高，降水量较大，残落物腐解过程较差，形成所谓酸性的粗腐殖质化过程，其腐殖酸以富里酸为主，所谓酸性的粗

49、腐殖质化过程，其腐殖酸以富里酸为主，腐殖层也较薄。其上的粗腐殖质多用腐殖层也较薄。其上的粗腐殖质多用Aoo，或，或O表示，表示，枯枝落叶层。枯枝落叶层。 3、泥炭化过程、泥炭化过程(paludification)：在在沼泽、河湖岸边的低湿阶段，地下水位高沼泽、河湖岸边的低湿阶段，地下水位高，土体中水分过湿，湿生、水生生物年复，土体中水分过湿，湿生、水生生物年复一年枯死，其残落物不易被分解，日积月一年枯死，其残落物不易被分解，日积月累堆积形成有机物质分解很差的泥炭，可累堆积形成有机物质分解很差的泥炭，可见未分解的植物残体，称为泥炭化过程。见未分解的植物残体，称为泥炭化过程。地表的泥炭化过程与底层

50、的潜育化往往是地表的泥炭化过程与底层的潜育化往往是同时发生的。同时发生的。 在湿热气候条件下，土壤中原生矿物在湿热气候条件下，土壤中原生矿物遭受强烈分解，盐基离子和硅酸移动并大量淋失，铁、遭受强烈分解，盐基离子和硅酸移动并大量淋失，铁、铝、锰在次生粘土矿物中不断形成氧化物在相对聚积，铝、锰在次生粘土矿物中不断形成氧化物在相对聚积，使土体呈鲜红色，甚至形成结核或铁盘层。这种铁、铝使土体呈鲜红色，甚至形成结核或铁盘层。这种铁、铝的富集过程由于伴随着硅以硅酸形成的淋失，亦称为脱的富集过程由于伴随着硅以硅酸形成的淋失，亦称为脱硅富铝化过程。硅富铝化过程。 一定深度土层粘粒的生成或淋溶、淀积一定深度土层

51、粘粒的生成或淋溶、淀积而导致粘粒含量增加的过程。尤其在温带、暖温带的而导致粘粒含量增加的过程。尤其在温带、暖温带的半湿润、半干旱地区，土体中的水热条件较稳定，发半湿润、半干旱地区，土体中的水热条件较稳定，发生强烈的原生矿物分解和次生粘土矿物的形成，或表生强烈的原生矿物分解和次生粘土矿物的形成，或表层粘粒向下机械淋洗而淀积，形成粘粒明显聚积的粘层粘粒向下机械淋洗而淀积，形成粘粒明显聚积的粘化层。化层。 茅山黄棕壤 灰化过程灰化过程 是土体表层二氧化硅残留，氧化铝和氧化铁淋溶、淀是土体表层二氧化硅残留，氧化铝和氧化铁淋溶、淀积的过程。在寒带或寒温带针叶林植被下，由于凋落物富含单积的过程。在寒带或寒

52、温带针叶林植被下，由于凋落物富含单宁和树脂类物质，在真菌作用下生成有机酸，它使原生矿物和宁和树脂类物质，在真菌作用下生成有机酸，它使原生矿物和次生矿物强烈分解。伴随着有机酸溶液的下渗，土体上部的碱次生矿物强烈分解。伴随着有机酸溶液的下渗，土体上部的碱金属和碱土金属淋失，难溶的氧化铝和氧化铁也从表层下移金属和碱土金属淋失，难溶的氧化铝和氧化铁也从表层下移淀积于下部，只有极耐酸的二氧化硅残留在土体上部，形成一淀积于下部，只有极耐酸的二氧化硅残留在土体上部，形成一个强酸性的灰白色淋溶层，称为灰化层。个强酸性的灰白色淋溶层，称为灰化层。 在干旱及高山在干旱及高山寒漠地区，地表水、地下水及寒漠地区，地表

53、水、地下水及母质所含易溶性盐分，在蒸发母质所含易溶性盐分，在蒸发作用下于地表或土体中聚积形作用下于地表或土体中聚积形成盐化层。成盐化层。 在季节性积盐和脱在季节性积盐和脱盐频繁交替作用下，土壤吸收盐频繁交替作用下，土壤吸收复合体上钠的饱和度很高，即复合体上钠的饱和度很高，即交换性钠占阳离子交换量的交换性钠占阳离子交换量的20%以上，水解后，释放碱质，以上，水解后，释放碱质，其其PH值可高达值可高达9以上，呈强碱以上，呈强碱性反应，并引起土壤物理性质性反应，并引起土壤物理性质恶化的过程。恶化的过程。 在干旱和半干旱弱淋在干旱和半干旱弱淋溶条件下，易溶性盐大部分被淋失，溶条件下，易溶性盐大部分被淋

54、失，硅铝铁氧化物基本不发生移动，而硅铝铁氧化物基本不发生移动，而钙、镁等盐类就地累积或在土体中钙、镁等盐类就地累积或在土体中发生淋溶、淀积，并在土体中、下发生淋溶、淀积，并在土体中、下部形成一个钙积层。部形成一个钙积层。（据A.Strahler，1999） 土壤长期水土壤长期水分过饱和，铁锰化合物在嫌分过饱和，铁锰化合物在嫌气条件下被还原为低价铁、气条件下被还原为低价铁、锰。由于铁、锰还原的脱色锰。由于铁、锰还原的脱色作用，使上层颜色变为灰蓝作用，使上层颜色变为灰蓝色或青灰色的潜育层；同时，色或青灰色的潜育层；同时，低价铁、锰流动性强，极易低价铁、锰流动性强，极易流失，即发生所谓流失，即发生所谓“潜水离潜水离铁作用铁