南京大学土壤学复习提纲-2014

1、土壤学复习提纲第一章 土壤圈的地位和功能1. 土壤：陆地表面具有一定肥力，能够生长植物的疏松表层。 2. 土壤功能新认识： 吸收、容纳、转化与净化环境污染物的地表介质。 3. 地球表层系统： 地球表面由大气圈、水圈、生物圈、土壤圈和岩石圈所共同组成的环境系统。 4. 土壤圈处于大气圈、水圈、岩石圈及生物圈的交接地带，是联系无机界和有机界的枢纽，对地球生态系统的物质循环和能量流动起首至关重要的作用，是人类赖以生存的自然资源。 5. 土壤圈的功能：l 生物所需营养物质的主要来源：养分转化与循环 l 土壤中拥有种类繁多、数量巨大的生物群 l 土壤是容量巨大的水库：雨水涵养作用 l 毒害物质在土壤的转

2、化：缓冲、调节和净化功能 l 土壤是廉价而可靠的天然建筑材料 l 土壤对环境变化信息十分敏感：记忆块功能（人类活动，自然变迁）6. 土壤功能的发挥取决于：土壤质地、土壤结构、物质组成、土壤年龄、环境条件等7. 土壤生态学：土壤生态学是土壤学、生态学、地理学以及环境科学相互交叉的一门具有广泛研究领域的新兴科学，以土壤生物为中心，研究土壤生物之间、土壤生物与土壤非生命环境间的相互作用。8. 研究的主要内容：土壤生态系统的结构、功能和人类活动对土壤生态系统的影响过程。第二章 土壤物质组成矿物质：土壤的物质基础，土壤中矿物养分的主要来源 有机质：土壤肥力的重要标志 水分和空气：土壤能通气透水、蓄水保温

3、，广义的肥力包括水分和空气。 第一节 土壤矿物矿物质是土壤固相的重要组成部分，约占干土重量的95%左右。 土壤矿物质深刻影响土壤的物理和化学性质 一、主要成土矿物 原生矿物 ：在风化过程中未改变化学组成和结构的原始成岩矿物。土壤中的粗粒部分如砂粒和石砾，其原生矿物几乎都是以石英为主。粉粒部分则以石英和原生硅酸盐矿物为主。次生矿物：在风化和成土过程中原生矿物改变了形态、成分和性质而形成的新矿物。土壤中的粘粒部分主要由次生粘土矿物组成。1、原生矿物 (Primary Mineral) ： （1）石英（SiO2）：质地坚硬，性质稳定，抗风化能力极强，是土壤砂粒的主要成分。 （2）长石类：包括钾长石（

4、正长石K(AlSi3O8)）和斜长石（钠长石Na(AlSi3O8)、钙长石Ca(Al2Si2O8)）。长石较易风化，形成高岭石、二氧化硅和盐基物质。（3）云母类：片状，化学成份变化大，主要有：白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2，抗风化力很强；黑云母K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH,F)2，易风化，分解后释放出盐基，形成铁、铝氢氧化物和绿泥石等。 鲍温反应系列（结晶分异作用）：2、次生矿物 (Secondary Mineral) 为原生矿物分解转化形成的矿物。 以粘土矿物为主，又以结晶层状硅酸盐矿物为主；此外有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物。主要次生矿物有高岭石、水云母

5、、绿泥石、蛭石、蒙脱石，以及各种氧化物。 二、粘土矿物 (Clay Minerals)直径小于2m、含水的层状铝硅酸盐矿物。 1、基本结构单位 (1) 硅氧四面体 (SiO44-Si2O52-Si4O104- ) (2) 铝氧八面体 (AlO69-Al4O1212-Al4(OH)8O44- ) 2、单位晶片：硅氧片与水铝片 铝氧八面体: 铝层（水铝片） 硅氧四面体: 硅层（硅氧片） 3、单位晶层：由单位晶片重叠组合而成1:1型：硅铝，e.g.高岭石2:1型：硅铝硅，分为膨胀型（蒙脱石、蛭石）和非膨胀型（伊利石）2:1:1型粘土矿物：2:1型基础上增加一铝层(或镁层)，e.g.绿泥石硅氧片与水铝

6、片的不同组合 形形色色的粘土矿物 三、硅酸盐粘土矿物的种类 1、高岭石组(Kaolinite )：包括高岭石、埃洛石、珍珠陶土等。 (1) 1:1型 单位晶胞（层）化学式：Al4Si4O10(OH) (2) 膨胀性小 晶层间距约0.72nm, 硅片和铝片之间存在氢键(3) 电荷数量少 同晶替代极少【同晶替代 (Isomorphous substitution)：硅酸盐矿物的中心离子被电性相同、大小相近的其它离子所代替而矿物晶格构造保持不变的现象】2、蒙脱石组(Montmorillonite)：包括蒙脱石、绿脱石、蛭石等 (1) 2:1型 单位晶胞的理论化学式：Al4Si8O20(OH)4

7、83;nH2O (2) 膨胀性大 晶层以分子引力联结，晶层间距：蒙脱石 0.962.14nm 蛭石 0.961.45nm (3) 电荷数量大 同晶替代现象普遍 3、水化云母 (伊利石) 组 (1) 2 :1型 单位晶胞化学式： K2(Al·Fe·Mg)4(Si·Al)8O20(OH)4·nH2O (2) 非膨胀性 晶层之间吸附的K+的强吸附力，层间距1.0nm (3) 电荷数量大 同晶替代现象普遍，主要发生在硅片，电荷量较大，但部分被层间K+中和，有效电荷量少于蒙脱石。4、绿泥石组(Chlorite) 以绿泥石为代表，富含镁、铁 (1) 2:1:1型 化

8、学式为Mg·Fe·Al)12(Si·Al)8O20(OH)16 (2) 同晶替代现象普遍 硅片、水铝片和水镁片上均有发生，硅片中Al3+代Si4+、铝片中Mg2+代Al3+产生负电荷，水镁片中Al3+ 代Mg2+产生正电荷。 四、非硅酸盐粘土矿物 铁、铝、锰等的氧化物及其水合物等。分为结晶质和非晶质 1、氧化铁(Iron oxide)：土壤主要矿质染色剂 l 针铁矿(-FeOOH) (Goethite) 晶体较大者为黄色，较小者为棕色 l 赤铁矿(-Fe2O3) 红色，存在于干燥的氧化性表土层及胶膜 l 磁铁矿（Fe3O4） 棕黑色，多存在于母质中 l 无定形铁（

9、Fe(OH)3） 棕色，胶膜，锈水 2、氧化铝(Aluminum oxide) 硅酸盐矿物彻底分解的产物，常见的有三水铝石Al2O3·3H2O，Al(OH)3 l 湿热强度风化脱硅富铝化的指标之一l 我国北纬30度以南土壤（红壤、砖红壤等）中才出现 l 无定形铁铝氧化物比表面大，包被土粒，改变表面性质可吸附固定H2PO4等阴离子，减低其有效性 3、氧化硅(Silicon oxide) 4、水铝英石(Allophane) 五、粘土矿物的形成和分布规律 1、粘土矿物形成途径（1）原生矿物风化、分解、淋溶直接演变而成 +H2O-K -K -Mg -Si -Si 云母类 à 伊利石

10、 à 蛭石 à 蒙脱石 à 高岭石 à 三水铝石 （2）自然合成：原生矿物彻底风化的产物重新组合而成（原生矿物分解后其成分的去向：蜕变、淋失、重组）2、粘土矿物的形成条件 粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关 南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高，粘土矿物以1:1型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率为2左右；北方温带地区，粘粒矿物为各种2:1型(伊利石、蒙脱石等)，粘粒硅铝铁率多在3以上。风化度低。【硅铝铁率：土壤粘粒部分SiO2和Fe2O3+ Al2O3含量的分子比；硅铝率：土壤粘粒部分SiO2和Al2O3的分子比；硅铁率：土壤粘粒部分SiO2和Fe

11、2O3的分子比】3、土壤粘土矿物分布规律 不同的生物气候带，土壤中矿物质分布有所不同： l 一般在干冷气候条件下，土壤中含有较多的原生矿物； l 湿热气候条件下的土壤中含有较多的氧化铁、氧化铝和氧化钛等较为稳定的矿物； l 过渡气候带的土壤中有较多的层状硅酸盐矿物； 次生粘土矿物的分布： l 在强烈化学风化的热带和亚热带地区，土壤中含有较多的高岭石、水铝石、氧化铁、氧化铝等； l 干旱寒冷地区以伊利石、蛭石、蒙脱石较为普遍。 土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，决定了土壤组成、性状和功能。 六、地壳和土壤的平均化学组成 1. 土壤矿质组分中常量元素和微量元素的含量Most common elemen

12、ts in soil: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg 第二节 土壤有机质(SOM) 土壤中的各种含碳有机化合物，包括动植物残体、微生物体和这些生物残体的不同分解阶段的产物，以及由分解产物合成的腐殖质(humus)等。l SOM是土壤固相的重要组成部分； l 一般土壤中，其含量在5%以下； l 对土壤肥力具有极其重要的意义。 一、土壤有机质的作用 1、提供植物营养 . 提供碳素营养：有机质分解释放CO2，根系可以直接吸收少量CO2。 . 提供矿质营养：植物吸收的N，三分之二来自土壤，其中8097%存在于有机质中。有机质分解释放出各种大量或微量元素，各种元素的比例更符合

13、植物的需要。 2、提高土壤保水、保肥能力 . 腐殖质有极强的吸水能力，可以大大提高土壤的保水能力； . 腐殖质的CEC是粘粒的2-3倍，可以明显提高土壤吸附阳离子的能力。 . 通过基团上H+离子的解离或吸附，可以缓冲土壤酸碱性的变化。 . 减轻重金属、农药等污染物的危害 3、改善土壤物理性质 . 腐殖质的粘结力大于砂粒，小于粘粒，因此可以改善砂土或粘土的粘结性及耕性。 . 促进团粒结构的形成，从而改善通透性； . 加深土色，提高土壤吸热能力，增温。 4、促进土壤养分有效化 . 有机质分解产生有机酸，有机酸通过络合作用和溶解作用而提高土壤养分的有效性。 5、为土壤微生物和小动物提供食物和能量二、

14、土壤有机质的来源 1、土壤有机质的来源 植物残体（最主要的来源）； 动物残体； 微生物的残体； 有机肥料； 有机废物； 2、SOM的含碳量平均为58%，所以SOM的含量大致是有机碳含量的1.724倍。腐殖物质 （Humic Substance)非腐殖物质 （Non-Humic Substance)常见的非腐殖物质：纤维素、半纤维素、蛋白质、木质素及脂类。3、土壤腐殖质(soil humus)通过土壤微生物的作用，在土壤中新合成的一类分子量很大的、结构复杂的有机化合物 腐殖质。土壤腐殖质是除未分解的动、植物组织和土壤生命体等以外的土壤中有机化合物的总称。腐殖质是由多种有机化合物组成的混合物，而不

15、是单一的化合物。其主要成分为碳、氢、氧、氮、硫、磷等。腐殖质的主体是腐殖酸，约占腐殖质的85%-90%。4、土壤腐殖质的形成第一阶段：有机残体在微生物分解作用下，其中一部分彻底矿化，最终生成CO2、H2O、NH3、H2S等无机化合物。另一部分转化为较简单的有机化合物和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖质的材料。第二阶段：上述土壤腐殖质的组成部分，在微生物的作用下经缩合形成腐殖质的基本单元。先是多元酚在微生物的作用下氧化为醌，然后醌再与含氮化合物缩合成原始腐殖质。5、土壤有机质含量及其影响因素 一般把耕层含有机质20%以上的土壤，称为有机土壤(organic soil) 。含量20%以下

16、的土壤，称为矿质土壤(mineral soil)。 影响因素：土壤有机质含量与气候、植被、土壤性质、地形、农耕措施等密切相关。l 森林植被下有机残体主要来自地上部凋落物，4-5t/ha a；l 草本植物的有机残体主要来自根系，黑土地区达9.3 t/ha a （风干根重）；l 耕作土壤，植物残体主要来源根茬，达2-3 t/ha a 。植物残体数量与分解速度的综合影响 土壤有机含量 土壤水分状况对有机质含量的影响（排水不良排水良好）6、土壤粘粒的影响间接影响：土壤通气透水性 直接影响：OM与粘土矿物形成稳定的复合体7、我国土壤有机质 我国土壤有机质含量普遍偏低（与欧洲相比）。 总体而言, 北方土壤

17、有机质含量高于南方土壤。 三、土壤有机质元素组成 水%75，干物质%25干物质（从高到低）：C、H、O、N灰分元素 ，C/N大约为10左右土壤有机质化学组成成分：纤维素、半纤维素、木质素、 蛋白质、脂肪、树脂等 第三节 土壤空气 一、土壤空气组成及其特点 表层土壤空气组成接近于大气，但随深度的增加，差异逐渐增大。土壤空气中含有较多的CH4、H2S等还原性气体（O2含量小于近地表大气，CO2、N2大于，其他含量相当）。二、土壤通气性 1、土壤通气性：土壤空气与大气进行交换、不同土层之间气体扩散或交换的能力。 2、土壤通气性重要性在于补充氧气。 有机物质的分解不断消耗土壤中的氧气。缺氧将严重影响根

18、系的正常生长，影响好气微生物的活动，从而影响土壤养分的有效化。一些有毒的还原性物质的累积将毒害根系，严重时会使植物死亡。 3、土壤通气性的衡量指标：氧化还原电位和土壤的空气孔隙度 【土壤空气孔隙度 = 总孔隙度 容积含水量】第四节 土壤水.土壤水是植物吸收水分的主要来源，是绝大部分植物生存的重要条件； .土壤水是土壤内部化学、生物和物理过程不可缺少的介质； .土壤水是土壤肥力的重要因素。 一、土壤水分的类型、性质 1、吸湿水 干燥土粒通过分子引力和静电引力的作用，从空气中吸持汽态水后在土粒表面形成的水膜。吸湿水对植物无效!2、膜状水 当土壤含水量达到最大吸湿量时，土粒对周围水分子还有剩余引力，

19、可以在吸湿水外层又吸附一层新的液态水膜。这层新的水膜称为膜状水。膜状水对植物的有效性很低！ 3、毛管水 存在于毛管孔隙中为弯月面力所保持的水分。毛管水具有自由水的特点，能溶解溶质，移动速度快，可以满足植物的需要，是植物可以利用的土壤水分的主要形态。4、重力水 当土壤水分超过田间持水量时，多余的水分不能为毛管所保持而在重力作用下沿大孔隙向下渗漏，这部分水称为重力水。 重力水对作物是有效的，但由于它渗漏很快，不能被保持，所以对旱作而言是基本无效的。 【田间持水量 (Field Capacity)：充分灌溉或降水后，允许水分充分下渗后土壤所能维持的较稳定的土壤水含量】二、土壤水量平衡 土体水分收入：

20、大气降水；地表径流；土内侧流；毛管上升水、汽态水；灌溉水 土体水分支出：土壤蒸发；植物蒸腾；地表径流输出；土内径流输出；土壤渗漏 三、土壤水分平衡的类型 淋溶型：年降水量大于蒸发量，土壤水分在土体内以向下流为主，使土体中的物质受到淋溶或机械迁移。 非淋溶型：降水量低于蒸发量，降水只能到达土体的有限深度，土体中的物质只能被淋洗到一定的深度而淀积下来。 上升型：降雨量小于蒸发量，因蒸发强烈，下层可溶性盐随毛管水带到表层，从而引起土壤盐渍化。 滞水型：在地势低洼排水不良地区，土壤水分长期停滞，发生土壤沼泽化。 冻结型：在高纬地带或高山、高原地区。土壤温度较低，常形成永冻层。 四、土壤水分含量的表示方

21、法（质量含水量）1、含义：土壤中水分的质量与干土质量的比值。 2、公式：土壤含水量(%) = 土壤水质量/干土质量*100 m = (W1-W2)/W2*100 【m: 土壤质量含水量(%)；W1: 湿土质量；W2: 干土质量】第三章 土壤基本性质与过程第一节 土壤物理性质一、土壤质地：土壤固体颗粒按粒径大小的组合比例，亦称土壤机械组成。1、土壤质地分类标准国际制（砾石 >2mm; 砂粒 0.02-2mm; 粉砂粒0.02-0.002mm; 粘粒<0.002mm）根据粘粒(clay)含量将质地分为三大类：l < 15%砂土(sand)类、壤土( loam)类l 15%25%粘

22、壤土(clay loam)类l > 25%粘土(clay)类土壤质地分类三角图：2、各级土粒的组成和性质l 砂粒 以原生矿物为主，最多的是石英。l 粉粒 除原生矿物外,还有一些风化后形成的次生矿物l 粘粒 以次生矿物为主性质：随粒径由大到小，SiO2含量由多到少；R2O3(Fe2O3与Al2O3等的总称)与SiO2相反，随粒径由大到小，R2O3含量由少到多；CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小,含量增加。3、土壤颗粒粒级与土壤物理性质的关系：随着粒径的减小，土壤孔隙度、比表面面积、吸湿量、持水量、膨胀潜能、吸附性能、塑性和粘结性将增加，而土壤通气性、透水性、密度将降低。4、砂质

23、土类【土壤过于粘重时情况相反】水 粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强保水性弱，水气易扩散，易干不易涝。气 大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原物质。热 水少气多，温度容易上升，有利于早春作物播种。肥 养分含量少，保肥力弱，肥效快，但不持久。耕性 松散易耕5、土壤质地的野外鉴定砂土： 砂土的粒径最大，潮湿的砂土不能攥团，摸上去磨手。壤土： 潮湿的壤土可以攥团。粘土： 粘土的粒径最小，潮湿的粘土，可以搓条，手感粘腻。二、土壤结构：土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。1、土壤结构类型：片状、棱柱状、柱状、角块状、团块状、粒状、团粒状等·

24、; 块状结构形状：结构体沿长、宽、高三轴平均发展，表面平滑、棱角明显。产生条件：多现于中等质地和细密质地土壤的中下层，其形成和发育与土壤排水、通气性和植物根的穿插作用有关。· 粒状结构形状：近球形，直径一般0.2510mm。产生条件：多出现于土壤表层，易受耕作影响。是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征。· 片状结构形状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。产生条件：多出现于冲积性母质层和耕作土壤犁底层，土粒排列坚实，常妨碍通气透水和根系生长。· 棱柱状结构形状：结构体沿垂直轴方向发展，棱角尖锐明显，横断面略呈三角形。产生条件：多出现于粘质土壤的中层和底层，为干湿交替作用的

25、产物，反映土壤水分状况的变化。· 柱状产生条件：柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带含粉砂较多的底土出现。一个土壤剖面上可以是单一结构，但更常见的是二种以上结构并存。通常是土壤表层呈团块状或粒状，中下层呈块状、柱状，而片状和其它结构则常出现于特定土壤中。2、土壤结构的形成：必须具有胶结物质和成型的外力推动作用。l 胶结物质及其作用：无机胶体的凝聚作用、有机胶体的胶结作用l 外力作用：生物作用、干湿交替作用、冻融交替作用、耕作作用三、土壤比重和容重1、土壤比重（土壤相对密度，单位为g/cm3、t/m3）土壤比重数值的大小主要与两个因素有关：土壤矿物组成和含量；土壤有机质含量

26、表土层有机质含量高，比重小于心土、底土。由于土壤比重差别较小，一般2.6 2.7，通常用2.65作为土壤比重。2、土壤容重（单位体积自然土壤的重量（干重），单位: g/cm3 、t/m3）土壤容重影响因素：土壤的矿物组成和含量；土壤有机质含量；土壤结构；外界干扰土壤容重是农业、环境、建筑、筑路、桥梁工程常用基本数据。 判断土壤耕性：1.11.3较疏松，1.5以上紧实 计算土壤重量、水分、养分、盐分含量四、土壤颜色1、非常容易识别的土壤性质，反映土壤形成过程、水分状况、物理性质、化学组成（如紫色土含氧化锰含量高）等。2、土壤染色剂：l 有机物质（有机胶膜）表土层颜色取决于有机质含量l 矿物质（铁

27、、锰氧化物）心土层含量与氧化铁含量及类型有关3、Munsell比色卡：根据色调、明度和色度描述土壤颜色。4、影响因素：母质类型、成土时间、坡度、水分、特殊物质成分第二节土壤胶体一、土壤溶液1、除H2O外的其它成分： 自然降水中所带的可溶物：CO2、O2、NO3、NH3 土壤中存在的其它可溶物：K+、Na+、Cl-、PO4、胡敏酸、富里酸 土壤分散系2、土壤分散系及其特征土壤是由多相态物质（固相、液相、气相及生命体）构成的复杂综合体。土壤物质微粒分布在土壤液态水之中，构成了土壤分散系。二、土壤胶体1、土壤胶体的概念: 一般指土壤粘粒，其粒径多在1-2m之间，其上限一般取2 m。2、土壤胶体的类型

28、：l 土壤无机胶体（次生粘土矿物）包括：层状（铝）硅酸盐矿物、含水氧化硅胶体、含水氧化铁、铝胶体、水铝英石l 土壤有机胶体（腐殖质、多糖、蛋白质等）腐殖质胶体由各种腐殖酸的分子团所组成。胶体表面的基团在pH升高时带负电荷，pH降低时带正电荷。有机胶体会被微生物分解。l 有机无机复合胶体。土壤中有机胶体和无机胶体很少独立存在，大部分是以有机-无机复合胶体的形式存在的。复合胶体的核心部分是粘土矿物，外面是被吸附在矿质胶体表面的有机胶膜。 3、土壤胶体的特性· 具有巨大的比表面和表面积· 土壤胶体的带电性· 胶体的分散性和凝聚性· 土壤胶体的吸收代换性3、土壤

29、胶体的表面能（由于表面的存在而产生的能量）在物体的表面，由于表面分子的四周不都是相同的分子，受到的力就不均衡，使表面分子对外表现有剩余能量。土壤胶体具有巨大的表面积，因而具有巨大的表面能。表面能可以做功，能够吸附其他物质，物质的比表面积越大，吸附能力也越强。4、土壤胶体的带电性l 胶体带电的主要原因：（1）同晶代换（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）（2）断键SiOSi、Al OAl SiO、Al O（3）表面分子的解离Al(OH)3 + H+ Al(OH)2+ + H2OAl(OH)3OH- Al(OH)2O-H2Ol 土壤胶体所带的电荷可以分为两类：

30、永久电荷：指由于层状硅酸盐矿物晶格中的同晶替代作用所产生的剩余负电荷。这种负电荷不受介质pH值的影响。可变负电荷：指随介质pH的变化而变化的负电荷。有机胶体、氧化物胶体的电荷属可变电荷，层状硅酸盐矿物的电荷有永久电荷也有可变电荷。5、胶体的分散性和凝聚性胶体有两种状态：溶胶状态：胶粒带同种电荷，彼此互相排斥，所以可以稳定地分散在介质中。凝聚状态：胶粒与胶粒之间互相凝聚在一起形成絮状或无定形沉淀。凝聚作用顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+胶体凝聚促进土壤结构的形成。6、土壤胶体的吸收代换性带电荷的土壤胶体会吸附土壤溶液中的带相

31、反电荷的离子，以补偿胶体电性的不平衡。一部分被吸附的离子，可以和土壤溶液中的离子进行交换。这种现象就称为土壤胶体的吸收交换性能。第三节 土壤的离子吸附与交换一、土壤阳离子交换吸附作用1、土壤中带负电荷的胶体所吸附的阳离子，在静电引力、离子本身的热运动或浓度梯度的作用下，可以和土壤溶液或其它胶体表面的阳离子进行交换。这种作用就称为阳离子交换作用。能互相交换的阳离子就称为交换性阳离子。2、交换性阳离子可分为两种：致酸离子H+、Al3+盐基离子Ca2+ 、Mg2+、K+、NH4+、Na+3、阳离子交换作用的特点（1）阳离子交换作用是可逆反应。（2）交换是等当量进行的。（3）阳离子交换受质量作用定律的

32、支配。4、阳离子交换作用的意义：保持土壤肥力的作用: 给土壤溶液补充养分离子 (类似自动售货机的方式)；防止养分淋失 净化环境作用: “钝化”毒害物质（金属类、有机污染物）；过滤渗漏水 5、阳离子交换量(CEC)：在一定的pH条件下，土壤所含有的交换性阳离子的最大量。单位: 每千克土壤中交换性阳离子的厘摩尔数，cmol(+)/kg.6、影响土壤CEC的主要因素：l 胶体含量质地粘重则CEC大l 胶体类型有机胶体CEC远比矿质胶体大施有机肥可大幅度提高土壤保肥能力和环境容量。l 土壤pH值影响可变电荷的多少，一般pH值升高，H+解离，可变负电荷逐渐增多，CEC也随之增加。二、土壤中的阴离子吸附1

33、、土壤吸附阴离子的原因（1）两性胶体带正电荷酸性Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2+ + Cl- + H2O碱性Al(OH)3 + NaOH = Al(OH)2O-+ Na+ H2O（2）土壤腐殖质中的-NH2 在酸性条件下吸附H+成为-NH3+ 而带正电。（3）粘粒矿物表面上的-OH原子团可与土壤溶液中的阴离子代换。2、阴离子吸收的机制（1）静电吸附：土壤带正电荷的胶体表面对阴离子的吸附。具有交换性。如Cl-，NO3-的吸附。（2）配位体交换吸附：指阴离子取代氧化物表面羟基而被吸附的过程。属于专性吸附。（3）化学沉淀作用：指阴离子与土壤矿物质形成沉淀的过程。如磷酸根与铁、铝的沉淀

34、。3、一般将土壤中存在的阴离子按被土壤吸附保持的难易程度分为：（1）易于被土壤吸附的阴离子 如磷酸根（H2PO4-、HPO42-、PO43-)、硅酸根和某些有机酸的阴离子（如草酸根）。（2）吸附作用很弱的离子 如Cl-、NO3- 、NO2-，极易随水流失。（3）中间类型的阴离子 如SO42-、CO32-、HCO3-、及某些有机酸（如醋酸根）的阴离子常见阴离子被土壤吸收的难易顺序：F- > 草酸根> 柠檬酸根> H2PO4-> HCO3- > H2BO3-> CH3COO- > SCN- > SO42- > Cl-> NO3-硝酸根容易

35、被淋失，而磷酸根容易被固定。这是农业生产和环境保护十分需要注意的问题。4、离子从溶液转移到胶体表面的过程，称为离子的吸附过程。吸附的离子从胶体表面转移到溶液去的过程，称为离子的解吸过程。第四节土壤酸碱性一、土壤酸性与土壤酸度1、土壤显酸性一方面和土壤溶液中的H+有关，另一方面又和土壤胶体上吸附致酸离子有关。2、土壤酸度是土壤中氢离子数量的反映。3、土壤酸碱度的表示：土壤pH值二、土壤酸碱性差异的原因l 气候因素决定成土过程的淋溶强度。气温高、降雨量大的气候条件下，母质、土壤中的盐基成分易于遭受淋失，土壤逐渐酸化。干旱气候，降雨量远远低于蒸发量，盐基成分积累于土壤及地下水，使土壤向碱化方向演化。

36、导致“南酸北碱”。l 母质因素母质的组成性质影响土壤酸碱度。如酸性岩上发育的土壤容易向酸性发展，基性岩则相反。l 生物因素生物呼出的CO2溶于水产生H+。植物吸收盐基离子导致土壤酸性增强。植被不同，残体成分不同，影响土壤酸碱性：R-COOH R-COO- + H+l 施肥和灌溉的影响l 酸雨及其它三、土壤酸碱度的生态学意义l 直接影响植物生长l 影响有益和毒害元素的转化和有效性l 影响土壤微生物活性l 影响土壤其它理化性质四、土壤酸度分为两种类型1、活性酸度指与土壤固相处于平衡状态的土壤溶液中游离的H浓度所直接显示的酸度，通常用pH值表示。一般用水浸出液来测定。2、潜在酸度指土壤胶体上吸附的H

37、和Al3所引起的酸度。一般情况下它不显示出来，只有当被吸附的H和Al3被交换到溶液中后才显示。通常用1 mol/L KCl溶液浸提，用pH(KCl)表示。五、土壤酸性形成的机理（1）土壤中氢离子的来源：水的解离；碳酸解离；有机酸的解离；酸雨；其它无机酸 （2）土壤中铝离子的活化六、土壤缓冲性与缓冲容量1、在自然条件下，土壤pH值不因环境条件的改变而发生剧烈的变化，而是保持在一定的范围内。土壤这种特殊的抵抗酸碱度变化的能力称土壤缓冲性。2、土壤缓冲容量：使土壤溶液改变一个单位pH值时所需要的酸或碱的厘摩尔数(cmol)。土壤缓冲容量决定于土壤胶体的类型与含量。 3、土壤缓冲作用的机制l 交换性阳

38、离子的缓冲作用：由于土壤胶体表面吸附有各种阳离子，当土壤溶液中的H+增加时，胶体表面的交换性盐基离子与其交换使土壤溶液中的H+浓度基本不变。当土壤溶液中的盐基离子增加时，胶体表面的致酸离子与其交换，使土壤溶液中OH-浓度基本不变。l 弱酸及其盐类的缓冲作用：土壤中大量存在的碳酸、磷酸、硅酸、腐殖酸和其他有机酸及其盐类构成许多缓冲对，也可以缓冲酸和碱的作用。§ 加入酸时：CaCO3+H2SO4 CaSO4+H2CO3§ 加入碱时：H2CO3KOH KHCO3+H2Ol 两性物质的缓冲作用：土壤中的一些两性胶体物质，对酸、碱都有中和缓冲作用。4、土壤的缓冲能力是有限的第五节 土

39、壤中的氧化还原反应一、土壤中的氧化还原体系1、土壤中主要的氧化剂是大气中的氧和高价金属离子。土壤中生物化学过程的方向与强度，在很大程度上决定于土壤空气和溶液中氧的含量。2、土壤中的还原剂主要是有机物质和低价金属。二、土壤的氧化还原电位1、由于土壤溶液中氧化态物质和还原态物质的浓度关系而产生的电位(Eh，mv)。式中，E0：标准氧化还原电位，即指体系中氧化剂浓度和还原剂浓度相等时的电位，n为氧化还原反应中的电子转移数目。2、土壤Eh的变化范围Ø 旱地土壤Eh在200750 mv之间Ø Eh大于750 mv，标志着土壤完全处于好气状态Ø Eh低于200 mv，则表明土

40、壤水分过多，通气不良。Ø Eh在400700 mv之间，多数作物可以正常发育。水田土壤Eh变动较大，在排水种植旱作物期间，其Eh可达500mv以上，在淹水期间，可低至-150mv以下。水稻一般适宜在Eh值200400mv的条件下生长。如果Eh经常处在180mv以下或低于100mv，水稻分就会发育受阻。如果长期处于-100mv以下水稻甚至会死亡。3、土壤的Eh值决定着土壤中可能进行的氧化还原反应。测知土壤的Eh值后，就可以根据各种离子氧化还原反应的Eh0值，判断该离子大致处于何种状态。三、影响土壤Eh的主要因素 土壤通气性：在通气良好的土壤中，土壤空气与大气中的气体交换迅速，致使土壤中

41、氧浓度较高，Eh值较高。 土壤中的易分解有机质：在淹水条件下施用新鲜的有机物料，土壤Eh值急剧下降。 土壤中易氧化物质或易还原物质数量 植物根系的代谢作用四、典型氧化还原反应及其意义Corganic + 2H2O CO2 + 4H+ + 4e-Corganic + 2H2O CO2 + CH4NH3 + O2 NO2- + 3H+ + 2e-NO2 - + H2O NO3 - + 2H+ + 2e-2NO3- + 12H+ + 10e- 2N2 + 6H2O2NO3- + 12H+ + 10e- 2N2 + 6H2O5Corganic + 4NO3- + 4H+ 2N2 + 5CO2 + 2H

42、2OFe(OH)3 + 3H+ + e- Fe2+ + 3H2OMnO2 + 4H+ + 2e- Mn2+ + 2H2OSO42- + 10H+ + 8e- H2S + 4H2O土壤发生学意义；氮、磷的转化与释放；重金属元素的形态转化及毒性；有机碳的转化；与土壤酸化的关系硝化过程(Nitrification)：氨在微生物作用下氧化为硝酸盐的过程。通常发生在通气良好的土壤、厩肥、堆肥和活性污泥中。反硝化过程：反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态N2或N2O的过程。第四章土壤形成与发育第一节土壤母质1、风化作用使岩石破碎，理化性质改变，形成结构疏松的土壤母质(Parent Materi

43、al)；土壤母质也可以是不同来源的表层沉积物和有机物。l 风化壳保留在原地，形成残积物，称为残积母质；l 运积母质：风化物质在重力、流水、风力、冰川等作用下迁移形成坡积物、冲积物、湖积物、风积物和冰碛物等。2、成土母质是土壤形成的物质基础和大部分植物养分元素（氮除外）的最初来源。母质对土壤的物理性状和化学组成均产生重要的作用。随着成土过程进行得愈久，母质与土壤间性质的差别也愈大。尽管如此，土壤中总会保存有母质的某些特征。3、土壤母质会影响土壤的：物质组成和化学性质、土壤质地、土体层次构造4、不同土壤母质类型：冰碛物：土壤发育程度往往较低，较高的砾石含量决定了土壤的持水能力较差。河流冲积物：土壤

44、质地往往较粗，易形成片状结构。风成母质：粉砂质为主，粘粒、有机质含量低，疏松、结构不明显第二节 主要成土过程1、土壤形成过程：成土母质在各种物理、化学和生物作用影响下发生物质迁移和转化，致使土壤发育程度不断提高的过程。 2、基本成土过程：· 原始成土过程从岩石露出地表着生微生物和低等植物开始到高等植物定居之前的土壤形成过程。出现自养微生物，如：绿藻、硅藻等，及与其共生的固氮微生物。吸收营养元素，并使之进入生物地球化学循环。出现异养型微生物，如细菌、真菌、地衣组成的原始植物群落，进一步促进矿物分解，增加土壤有机质，为高等绿色植物的生长准备了物质基础。· 灰化过程在寒温带、寒带

45、针叶林植被和湿润条件下，土壤中铁铝与有机酸性物质螯合淋溶淀积的过程。在强酸性淋溶作用下，土壤矿物遭受破坏。铁、铝和有机质发生化学迁移，二氧化硅在表层残留，形成灰白色的淋溶层（称灰化层）和铁、铝氧化物的淀积层。· 粘化过程一定深度土层粘粒的生成或淋溶、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，或表层粘粒向下机械淋洗而淀积，形成粘粒明显聚积的粘化层。· 脱硅富铝化过程在湿热气候条件下，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、铝、锰等次生粘土矿物不断形成氧化物并在

46、土体内相对聚积的过程。· 潜育化过程指低洼积水地区的土体发生的还原过程。土壤长期渍水、空气缺乏，处于缺氧状态，有机质嫌气分解，铁锰化合物在嫌气条件下被还原为低价铁、锰。由于铁、锰还原的脱色作用，使上层颜色变为灰蓝色或青灰色的潜育层；同时，低价铁、锰流动性强，极易流失，使潜育层粘粒部分的硅铝率和硅铁率都较高。· 潴育化过程主要发生在直接受地下水浸润的土层中，也是在渍水影响下发生的，但处于干湿交替状况，即是一个氧化还原交替的过程。从而使土壤中的铁、锰处于氧化还原交替的过程。渍水时铁、锰被还原迁移；水位下降时铁、锰又被氧化而淀积，使土体内出现锈纹、锈斑、铁锰结核和红色胶膜等物质。

47、· 腐殖化过程在动植物和水、热等成土因素的综合作用下,在土体中特别是土层上部大量积累有机物的过程。微生物在此过程中起主导作用。3、土壤退化过程 由于不利的自然因素和人为利用不当而引起的土壤肥力下降、植物生长条件恶化和土壤生态功能减退的过程。 退化类型：物理退化：坚实硬化、土壤生产力减退 化学退化：酸化、碱化、肥力减退、化学污染 生物退化：有机质降低、动植物区系减少 第三节 土壤剖面发育一、剖面发育与土壤剖面1、土壤母质在环境因素的作用下，形成具有一定剖面形态和肥力特征的土壤的过程，称为剖面发育。2、土壤剖面是土壤内在性质的外部表现，是成土因素长期作用的历史记录，是认土、用土、改土的主

48、要依据之一。土壤剖面:自地表向下到土壤母质的垂直切面。一个完整的土壤剖面应包括土壤形成过程中产生的发生学层次和母质层。3、土壤发生层是指土壤形成过程中所产生的、具有特定组成和性质的、大致与地面平行的、并具有成土过程特征的层次。土壤发生层分化越明显，表示土壤的发育程度越高。4、典型的土壤层次结构：依据土壤剖面中物质累积、迁移和转化的特点，土壤颜色、土壤质地、土壤结构、土壤孔隙等构成情况的差异，可以在土壤剖面上划分出六个主要发生层次：O（枯枝落叶层）、A（腐殖质层）、E、B、C、R（基岩）5、土壤剖面的三个基本层次l 淋溶层(E)：处于土体最上部，又称为表土层它包括有机质的累积层和物质的淋溶层。在

49、比较湿润的地区，该层内发生着物质的淋溶。l 淀积层(B)：处于A层的下面，是物质淀积作用造成的。一个完全发育的土壤剖面必须具备这一个土层。l 母质层(C)：处于土体最下部，没有发生明显的成土作用，其组成物就是母质。第四节 土壤形成与地理环境的关系气候、生物、地形、母质、时间、人为因素一、母质因素1、土壤质地与土壤母质2、影响土壤矿质养分的储量和化学性质3、影响土体层次构造二、气候因素热量和降雨直接影响土壤的水热状况和土壤的风化-淋溶过程，同时对地表植被分布起决定性影响。§ 在干旱寒冷地区，降雨少，温度低，风化作用进行缓慢，盐基的淋溶程度低。因此土壤常呈盐基饱和状态，偏碱性。§

50、; 在湿润温暖地区，风化作用进行的迅速而强烈，多呈盐基不饱和状态，呈酸性。三、地形因素海拔、坡度、坡向影响地表物质与能量的再分配。主要影响母质与水热分配。四、生物因素植物、微生物对土壤均有影响。微生物：参与土壤有机物的矿化和腐殖化，以及各种物质的氧化-还原反应；光合微生物能增加某些环境中有机碳素的含量，帮助土壤形成或恢复；参与土壤营养元素的循环，促进植物营养元素的有效性。五、时间因素时间影响其它因素的作用程度：在其它因素相同的条件下，时间越长，土壤的发育程度就越高。 在一定条件下，土壤发育到一定程度，就会与环境达成平衡，即达到稳定状态。六、人为因素人为活动主要是农业耕作活动。农业活动的历史越长

51、，生产力水平越高，对土壤的影响就越深刻。农业活动以外的人为活动对土壤的影响也越来越广泛，越来越深刻。e.g.水稻土：发育于各种自然土壤之上、经过人为水耕熟化、淹水种稻而形成的耕作土壤。由于长期水旱交替，铁锰还原淋溶和氧化淀积交替进行，形成耕作层、犁底层、渗育层、潴育层或有潜育层的土壤。 七、人类活动对土壤生态系统的影响 1、土壤生态系统：土壤中生物与非生物环境的相互作用通过能量转换和物质循环构成的整体。2、人类活动对土壤环境的影响：对土壤无机环境的影响；对土壤生物的影响；对能量转换和物质循环的影响 有利影响：水土保持措施；平衡施用各种肥料；酸性土壤施用石灰；合理灌溉；种植绿肥 不利影响：使用各

52、种农业化学品；加剧土壤侵蚀；土壤压实；毒害物质的大量输入；单一种植 Monocropping；作物秸秆的收获/焚烧 3、农业生态系统的养分循环特点(1) 养分输出率和输入率较高 (2) 养分的库存量低，但流量大，周转快 (3) 养分供求同步机制较弱。 (4) 养分保持能力较弱，流失率较高 现代农业商品生产的特点：容易导致生态系统出现养分亏缺、生产效率降低和非生产性养分流失增多的现象（土壤肥力退化、水质恶化）。第六章 土壤生物一、土壤生态系统 1、土壤生物与非生物环境通过物质循环和通量流动相互联系、相互影响，组成土壤生态系统。 l 非生命无机环境：阳光、矿物、大气、水 l 生命有机体部分：土壤动

53、物、植物、微生物2、土壤生态系统的生物部分，根据其在系统物质和能量迁移转化中的作用可分为三个机能群： l 生产者: 主要指含有叶绿素，能利用太阳辐射能和光能合成有机体的植物（从无机物合成有机物）；l 消费者: 以生物有机体为食的异养性生物，包括土壤动物在内的所有草食动物和肉食动物（利用有机物生活）；l 分解者: 依靠分解有机质维持生命的土壤微生物（分解有机物成无机物）二、土壤生物类型和土壤生物多样性1、土壤生物分类2、土壤是微生物生活的最适宜环境土壤是微生物的天然培养基。土壤具有微生物所需要的营养物质和生长、繁殖和发育所需要的各种条件。 l 土壤中的动植物遗体是异养型微生物最好的碳氮能源 l

54、土壤矿质成分中，可为微生物提供S、P、Fe、Mg、Ca、B、Mo、Zn、Mn等无机元素 l 土壤的酸碱度接近中性 l 土壤的渗透压与微生物细胞的渗透压相近 l 土壤的含气量（78%）可保证好氧微生物的生长 三、土壤生物的功能1、土壤生物在土壤形成和发育过程中起主导作用。对土壤肥力的形成和演变，以及高等植物的营养供应有重要作用。 2、土壤生物与土壤生物之间、土壤生物与地上动植物之间存在着共生、互生、寄生和捕食等生态联系，形成错综复杂的食物链网系统，维护着土壤生态系统乃至区域生态系统的平衡。l 土壤动物：土壤动物积极参与生物小循环。某些环节动物对土壤腐殖质的形成、养分的富集、土壤结构的形成、土壤发

55、育及通气透水性能等均有重要作用。土壤动物在其生命活动过程中，对土壤有机物质进行强烈的破碎和分解，将其转化为易于植物利用或易矿化的化合物，并能释出许多活性钙、镁、钾、钠和磷酸盐类，对土壤理化性质产生显著影响。l 土壤微生物：土壤中微生物分布广、数量大、种类多，是土壤生物中最活跃的部分。它们参与土壤有机质分解，腐殖质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。土壤微生物功能：参与土壤有机物的矿化和腐殖化，以及各种物质的氧化-还原反应；光合微生物能增加某些环境中有机碳素的含量，帮助土壤形成或恢复；参与土壤营养元素的循环，促进植物营养元素的有效性，为植物直接提供氮(生物固氮)、磷(有效磷)和其他矿质元素及各

56、种有机营养。生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用， 而且对维持生态系统平衡有重要意义。每年生物固氮总量约占地球上固氮总量的90。第七章 土壤养分与土壤养分循环一、土壤养分（主要靠土壤提供的植物必需营养元素）高等植物所必需的营养元素，除C、H、O主要来自大气之外，其余元素主要靠土壤供应。l 大量营养元素：N、P、K l 中量营养元素：Ca、Mg、S l 微量营养元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl、 二、土壤生态系统养分循环 1、生物地球化学循环：化学元素沿着土壤圈 水圈 大气圈之间的循环过程。 2、生物小循环：生物从土壤吸收无机养分 生物残体归还土壤形成有机质 土壤微生物分解有机质、释放无机养分 养分再次被生物吸收 3、土壤养分循环是在生物参与