土壤固液相和气相部分的基本性质及土壤养分

1、土壤固液相和气相部分的基本性质及土壤养分第一节 土壤热性质一、土壤温度与作物生长表1 土温对水稻生长与产量的影响土温()茎杆重(g /盆)有效分蘖(个/盆)籽粒重(g/盆)籽粒(%)202732245630573843100土壤的热容量：每立方厘米土壤增温1所需要的热量(J)。比热：每克土壤增温1所需热量(J)，也叫重量热容量。C=c （C热容量；c比热；容重）表2 土壤不同组成的热容量组成成分石英砂粘粒泥炭土壤空气土壤水分热容量J/(cm3)2.1612.4032.5120.001254.18表3 不同湿度状况下各种土壤的热容量土壤土壤湿度占全蓄水量的百分数0205080100砂土0.350

2、.400.480.580.63粘土0.260.300.530.720.90泥炭0.200.320.560.790.94二、土壤导热性土壤传导热量的性质导热率：温度相差1时，在厚度为1 cm，面积为1 cm2断面上每秒钟所通过的热量J/(cms)。空气土粒水 图1 热通过土壤颗粒、空气和水的传导土壤空气：2.0910-4J/(cms)土壤水：5.43410-3J/(cms)砂粒：6.68810-3J/(cms)图Error! Main Document Only. 不同深度土层温度日变化三、土湿变化规律及其影响因素土温的年变化和日变化共同特点：最高和最低温度出现的时间呈现有规律的周期性。土温年、

3、日变幅都是表层最大，土层愈深变幅愈小。影响土温变化的因素影响土温的外界因素纬度；海拔高度；坡向；植物覆盖与地面积雪图Error! Main Document Only. 土壤水的来源与消耗影响土温的土壤因素土壤水分与空气含量；表土颜色；土壤有机质含量四、土壤热状况的调节耕作施肥灌溉排水覆盖和遮荫应用增温保墒剂第二节 土壤水分性质一、土壤水分与作物生长土壤水的来源与消耗（如图3）二、土壤水分类型和水分含量的表示方法土壤水分类型吸湿水（紧束缚水）分子引力和静电引力最大吸湿水膜状水吸着力最大分子持水量毛管水毛管力毛管上升水（次生盐碱化）、毛管悬着水（田间持水量）重力水重力全蓄水量(饱和含水量)有效水

4、图4 土壤水的保持、吸力和类型土壤有效水最大含量：田间持水量与萎蔫系数之间的差值萎蔫系数：萎蔫点，当植物无法吸水而发生永久萎蔫时的土壤含水量表格 4 土壤质地与有效水最大含量的关系土壤质地砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土田间持水量（%）121822242630萎蔫系数（%）35691115有效水最大含量（%）91316151515一般情况下壤土具有较强的抗旱性。质量含水量（m）m=W1-WW100=水重烘干土重100 （W1湿土重；W105110下烘干土重）容积分数（v）(cm3 cm-3)表明土壤水充满孔隙的程度v=土壤水容积土壤总容积m 水层毫米数土壤贮水量(mm)vh （h土层厚度 (m

5、m)） 相对含水量土壤相对含水量=土壤含水量田间持水量 土壤含水量的测定烘干法（传统方法）：一般是指将土样在105-110烘箱中烘6-8小时以上。 此方法简便、严格掌握操作条件，测定结果相对准确。不足之处：测定结果不连续；取样不方便；烘干时间长，不能及时得出结果。快速烘干法：红外线烘干法、酒精燃烧法，电石法等中子法：目前国际上公认的较为准确和效率较高的快速测定土壤容积含水量的方法。缺点：表层土壤测定结果不理想。射线法：五六十年代发展起来的另一种测定土壤含水量的方法。直接、快速、方便、可靠；可应用于结冰条件下土壤水分状况的测定；同时测定水盐含量；测定土壤盐分运动目前正在研究中。三、 土壤水分调节

6、途径大力发展灌溉排水工程最大限度地截留降水，尽是减少水分的非生产性消耗提高土壤水分对作物的有效性，增加土壤中有效水的数量第三节 土壤空气性质一、土壤空气组成和含量表5 大气与土壤空气组成(容积%)气体氮(N2)氧(O2)二氧化碳(CO2)氩(Ar)其它土壤空气78.08-80.2420.90-0.00.03-20.0大气78.0820.950.030.930.03土壤空气中CO2含量远大于大气中的含量土壤空气中O2的含量低于大气土壤空气中的水汽含量(土壤空气的相对湿度)总比大气要高土壤空气中有进有少量 还原性气体二、 土壤的通气性：土壤空气与近地层大气之间不断进行气体交换的过程。土壤通气机制气

7、体的整体流动气体的扩散土壤气体的主要方式随水进入土壤体土壤呼吸：土壤中CO2气体分子不断从土壤空气向大气扩散，同时使O2分子不断从大气向土壤空气扩散的过程。三、土壤通气性与土壤氧化还原状况表6 化合物形态与土壤通气性的关系元素通气良好(氧化态)通气不良(还原态)CCO2CO、CH4NNO3、NO2NH2-、NH3、N2SSO4H2SFeFe3+Fe2+MnMn4+、Mn3+Mn2+Eh=E0+0.059nlg氧化态还原态 （E0标准氧化还原电位，土壤通气性的一个指标；n反应中电子转移数）旱地土壤的氧化还原电位多在500-700 mV；水田土壤的氧化还原电位变化较大；水稻适于生长的氧化还原电位在

8、200-400 mv四、土壤通气性对作物生长和土壤肥力的影响影响根系发育通气良好：根系长、颜色浅、根毛多缺氧条件：短而粗、根毛大量减少影响种籽萌发和根系的吸收功能根系在缺氧量对各种养分吸收的能力：KCaMgNP 通气不良对植物吸收氮、磷的影响最大影响养分状况影响作物的抗病性五、土壤通气性的调节合理耕作、改善土壤结构、增加土壤通气孔隙。建立良好的排灌系统土壤养分一、土壤氮素循环氮素含量和形态土壤中氮的含量土壤中氮素含量的可以从其腐殖质含量的多少来判断，我国土壤氮素含量较低，我国南方耕地土壤含氮量一般变动在0.050.3%之间。我国土壤含氮量以东北黑土地区为最高，其次是华南、西南和青藏地区，而以西

9、北干旱草原漠境地区、黄淮海地区和黄土高原地区为最低土壤氮素来源大气中分子氮的生物固定生物固氮作用，依靠自生（非共生）和共生固氮菌将气态氮固定为含氮有机化合物，再通过微生物及共生植物，直接或间接地进入土壤。雨水和灌溉水带入的氮大气层发生的自然雷电现象，可使氮氧化成NO2及NO等氮氧化物、散发在空气中的气态氮如烟道排气、含氮有机质燃烧的废气、由铵化物挥发出来的气体等，通过降水溶解，最后随雨水带入土壤。全球由大气降水进入土壤的氮，据估计为每年每公顷222kg随灌溉水带入土壤的氮主要是NO3N，其数量因地区、季节和降雨量而异，有时水中短期内含NO3N和NH4N量竟高达10ppm，群众称之为肥水。施用有

10、机肥和化学肥料土壤中氮素形态无机态氮（全氮量的1%2%，最多5%8%）无机态氮主要有NH4N和NO3N，有时在短期内有NO2NNH4交换态和游离态离子、固定铵NO3-易随水淋失有机态氮（土壤氮存在的主要形式，占全氮量的95%以上）土壤氮素转化过程和土壤供氮能力有机态氮的矿化过程水解过程：先把复杂的含氮有机物，通过微生物酶系作用下，逐级分解为简单的氨基化合物氨化阶段：在微生物作用下，把各种简单的氨基化合物分解成氨蛋白质多肽氨基酸、酰胺、胺蛋白质RCHNH2COOH(或RNH2）+CO2其它产物能量在充分通气条件下RCHNH2COOHO2RCOOHNH3CO2能量嫌气条件下RCHNH2COOHH2

11、RCH2COOHNH3能量 或 RCHNH2COOHH2RHOHCOOHNH3能量酶酶一般水解作用RCHNH2COOHH2ORCH2OHNH3CO3能量 或 RCHNH2COOHH2ORCHOHCOOHNH3能量参与有机氮矿化的微生物种类繁多，包括多种细菌、真菌、放线菌等。因此影响土壤微生物活性的因素均影响有机氮素的转化亚硝化微生物硝化过程：氨或铵盐通过微生物的作用转化成硝酸态氮化合物过程硝化微生物第一步 2NH43O2 2NO22H2O4H15.8kcal第二步 2NO2O2 2NO340kcal亚硝化细菌和硝化细菌需要良好的通气条件土壤氮的损失淋洗损失地表径流 水体污染NH4+易被土壤胶体

12、吸附NO3易被淋洗NO3淋洗的影响因素：土壤、气候、施肥和栽培管理如：在湿润和半湿润地区的土壤淋洗量较高，在半干旱地区较少二、 土壤磷素土壤中磷的含量和形态土壤中磷的表达方式全磷以P2O5（磷酐）为标准，有效磷含量以元素磷（P）为标准土壤中含磷量地壳含磷量约为0.12%，自然土壤全磷量在0.01%0.15%我国土壤含磷量有明显的地域分布趋势，即从南向北逐渐增加，砖红壤全磷量最低，广东的硅质砖红壤全量小于0.004%，东北地区土壤和黄土母质发育的土壤，全磷量较高，东北黑土达0.17%。有机态磷化合物（有机磷）在有机质含量为2%3%的耕作土壤中，有机磷占全磷比重的25%50%。遭受侵蚀的红壤有机质

13、含量1%，其中有机磷含量多在全磷含量的10%以下，而东北地区的黑土则有机磷含量较高，可占全磷的2/3，另外粘重的土壤含有机磷量比轻质土壤含量高核酸类（1%10%）植素类（植酸盐）（20%50%）植酸（环已六醇磷酸）与钙、镁（中性和钙质土中，可直接被植物吸收）、铁、铝（酸性土壤，有效性较低）等离子结合而成磷酯类（占有机磷总量的1%）水解醇溶性和醚溶性的含有机化合物。分解容易，土壤中含量较低。微生物酶简单磷脂类 甘油脂肪酸磷酸卵磷脂和脑磷脂 磷酸甘油脂肪酸胆碱或胆胺无机态磷水溶态磷（0.0030.3 mg/L)表7 不同pH条件下溶液中磷酸根离子的浓度比例磷酸离子的形态不同pH值下各种磷酸离子浓度

14、占总浓度的%5677.289H2PO499.394.161.350.013.71.5HPO420.65.938.750.086.398.4植物根系附近微域范围内的土壤溶液pH一般均呈酸性，植物吸磷几乎全部为H2PO4吸附态磷吸附态磷指的是那些通过各种作用力（库仑力、分子引力、化学键能等）被土壤固相表面吸附的磷酸根。以离子交换吸附和配位体吸附为主。土壤粘粒矿物对磷酸阴离子交换吸附：指磷酸阴离子（主要以H2PO4和HPO42与粘土矿物上吸附的其它阴离子如OH、SO3、F等的互相交换。提高溶液pH值碱性条件下磷的有效性提高矿物态磷（土壤中无机态磷99%以矿物态存在）石灰性土壤中主要是磷酸钙盐（磷石灰

15、）酸性土壤主要磷酸铁和磷酸铝石灰性土壤：氟磷灰石Ca5(PO4)3F：由原生矿物遗留，稳定性特别大，溶解度小，其它磷灰石可能向氟磷灰石转化； 氢氢氧磷灰石Ca5(PO4)3OH：最多，可以由氟磷灰石的同晶置换外，还可以由沉淀的磷酸二钙和磷酸三钙转化而成；碳酸磷灰石：由磷灰石中有碳酸根而得名。酸性土壤：磷铝石Al(OH)2H2PO4、粉红磷铁矿Fe(OH)2H2PO4成分不稳定（受pH值的影响）。闭蓄态磷（O-P）存在于酸性土壤中Fe(OH)2H2PO4OHFe(OH)3+H2PO4-Fe(OH)3的溶解度比粉红磷铁矿小的多，虽然释放出了一部分磷，但它在粉红磷铁矿表面形成了一层无定形的Fe(OH

16、)3，胶膜形成后就对胶膜内部的磷元素起了掩蔽作用，这种由Fe(OH)3或其它类似性质的不溶性胶膜所包被的磷酸盐，统称为闭蓄态磷表8 几种土壤无机磷形态的相对组成土壤类型OPCa-PFe-PAl-P占无机磷总量（%）砖红壤80极少5-15极少红壤与黄壤50-80极少15-30极少黄棕壤40-6010-2020-4010土壤磷的转化与土壤供磷能力土壤有效磷含量决定了许多因素：土壤磷的形态土壤土壤酸碱度可能是影响固磷作用的最重要因素通过改良土壤的酸碱性使土壤保持在中性附近(pH值在6.5-6.8之间）提高土壤磷的有效性土壤氧化还原状况淹水后土壤磷的有效性会提高淹水后酸性土壤将提高pH值，碱性土壤将降

17、低pH值土壤氧化还原电位下降，高价铁还原成低价铁，磷酸低铁的溶解度较高，增加磷的有效性包被于磷酸表面的铁质胶膜还原，提高了闭蓄态磷的有效度土壤有机质有机质阴离子与磷酸根竞争表面专性吸附点，从而减少了土壤对磷的吸附有机物分解产生的有机酸和其它螯合剂的作用，将部分固定态磷释放腐殖质可在铁、铝氧化物等胶体表面形成保护膜，减少对磷酸根吸附有机质分解产生的CO2溶于水形成H2CO3，增加钙、镁、磷酸盐的溶解度三、土壤钾素土壤中钾的含量：含量用（K2O或K）来表示矿物质土壤含全钾量差异较大，一般在0.5%2.5%以下风化程度和成土条件的不同，使土壤含钾量出现明显的不同。高温、多雨地带，风化和淋溶强度大，矿物中的钾释放出来受雨水影响淋失，寒冷、干旱地带，矿物中的钾难于风化，也不易淋失，因此我国土壤的含钾量从南到北有递增的趋势。土壤中钾的形态及其转化水溶性钾最易于被植物吸收利用的钾素形态以离子形态存在于土壤溶液中，浓度一般在2-5mg L-1 交换性钾土壤速效钾的主要部分土壤中含量一般为40-600mg kg-1，占土壤吸收量的1%5%，土壤中全钾量的1%2%固定态