展示土壤基本组成课件

1、第一节 土壤生态系统的基本组成第一节 土壤生态系统的基本组成PPT 展示孙春意 王国庆环境工程 土 壤固体土壤（约占土壤总容积的50%）粒间孔隙（约占土壤总容积的50%）矿物质来自岩石的风化，包括原生矿 物和次生矿物，约占固体重量的95%以上。有机质动物残体及其转化产物，约占固体重量的5%以下。土壤空气一部分由地上大气层进入，主要为O2 、 N2 等，另一部分由土壤内部产生，主要为CO2、水汽等。 土壤水分主要由地上进入土中，其中含有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。土壤一、土壤矿物质土壤矿物质是土壤固相的主体物质，构成了土壤的“骨骼”,占土壤固相总质量的9

2、0%以上。（一）土壤矿物质的化学组成分布规律（1）氧（O）和硅（Si）是地壳中含量最多的二 种元素铁、铝次之，四者相加共占88.7的重量。在组成地壳的化合物中，以硅酸盐 最多。（2）土壤矿物的化学组成反映了成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。（二）、土壤中的矿物组成按照矿物的来源，可将土壤矿物分为原生矿物和次生矿物。原生矿物是直接来源于母岩的矿物，其中岩浆岩是主要来源。而次生矿物，则是由原生矿物分解、转化而成。(1)原生矿物：指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。 土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势。 常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石和榄橄

3、石以及其它硅酸盐类和非硅酸盐类。黑云母长石石榴子石（2）次生矿物：原生矿物在母质或土壤形成过程中，经过化学分解、破坏而形成的次生矿物。以结晶层状硅酸盐粘土矿物为主，还含有相当数量的晶态和非晶态的Si、Fe、Al的氧化物和含水氧化物。在某些土壤中还含有碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿等。（二）、黏粒矿物1、构造特征 层状硅酸盐黏粒矿物一般粒径小于5um。内部构造由一千多个层所构成，每个层由硅氧四面体、铝氧八面体叠合而成。硅氧四面体 Silicon-oxygen tetrahedron (SiO4)4- The fundamental building block of all silicate miner

4、als is the silicon-oxygen tetrahedron(硅氧四面体), which consists of a central silicon ion (Si4+) surrounded by four closely spaced oxygen ions (O2-).铝氧八面体 铝氧八面体，是层状硅酸盐晶体结构中的基本构造单元之一。它是铝离子等距离地配上六个氧，三个在上，三个在下，相互错开作最紧密的堆积，配位形成八面体的形式，而得名 硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物。硅片和铝片以不同的方式在c轴上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。两种晶

5、片的配合比例不同，而构成1：1型、2：1型和2：1：1型晶层。1：1型单位晶层由一个硅片和一个铝片构成。2：1型单位晶层由两个硅片夹一个铝片构成。2：1：1型单位晶层在2：1单位晶层的基础上多了一个八面体水镁片或水铝片。1:1 layer structure 1:1型单位晶层 Kaolinite 高岭石 one silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheet.2:1 layer structure 2:1型单位晶层 montmorillonite 蒙脱石 illite 伊利石 two silicon-oxygen sheet to one a

6、luminum-oxygen sheet。 2:1 :1 layer structure 2:1 :1型单位晶层 chlorite 绿泥石 two silicon-oxygen sheet to one aluminum-oxygen sheet，forming a 2:1 layer structure, to one further Mg-O (brucite) sheet which occupies the interlayer position. 2、同晶替代 矿物形成时，性质相近的元素，在矿物晶体中相互替换而不破坏晶体结构的现象。同晶替代的结果使土壤产生永久电荷，能吸附土壤溶液中带

7、相反电荷的离子,使土壤具有保肥能力。3、粘粒矿物的种类五个类组：（了解） 高岭组 蒙蛭组 水化云母组 绿泥石组 氧化物组 二、土壤有机质 广义：存在于土壤中的各种含碳的有机物的总称。它包括各种动 植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。狭义：专指土壤中的腐殖质，但在测定过程中无法把未分解、半 分解的动植物残体剔除掉，所以测定结果实际上还包括未 分解、半分解的动植物残体在内。原始土壤微生物是土壤有机质的最早来源。自然植被条件下，土壤有机质主要来源于地面植物残落物、根系残体和根系分泌物，其次来源于生活在土内的动物和微生物。农业土壤的有机质主要来源于施入土壤的各种有机肥料以及植物遗留的根茬、还田的

8、秸秆和翻压的绿肥等有机物质。（一）1.土壤有机质的来源 A：元素组成：主要是C（52-58%）、H（3.3-4.8%）、O（34-39%）、N（3.7-4.1%）其次是P、S。组成：B:化学组成1、非腐殖物质（非特异性物质）指土壤中动植物微生物残体和它们不同阶段的分解产物。包括：a、碳水化合物 有单糖、多糖（淀粉纤维素木质素果胶质）等b、含氮化合物 蛋白质、多肽、氨基酸等c、含磷化合物 植素、核酸、磷脂等d、含硫化合物e、脂溶性物质和木质素2、腐殖质（特异性物质）是指有机生物残体经土壤微生物分解和再合成作用重新形成的一类特殊的高分子有机化合物。2.土壤有机质的含量、组成及性质 含量：土壤有机质

9、在自然土壤中差异很大，高的可超过20%，称为有机质土壤。比如某些泥炭土，低于20%以下的土壤称为矿质土壤，矿质土壤占绝大多数，有些低的不足0.5，主要为一些漠境或沙漠土壤。土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作用，在农业上常把保持土壤有机质平衡和逐步提高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。（二）土壤中有机质的转化 矿质化：有机质在微生物的作用下分解为简单化合物同时释放出矿质养分的过程.腐殖化：使简单的有机化合物形成新的、较稳定的有机化合物，使有机质及其养分保蓄起来的过程.R-（C,4H) + 2O2 CO2 + H2O +能量酶氧化矿化和腐殖化是同时发生的两个过程，矿化过程是进行腐殖化过程的

10、前提，腐殖化过程是有机体矿化过程的部分结果，它们两者在土壤形成中是对立统一的两个过程。关系：土壤生物的组成与活性 土壤动物促进植物残体的破碎和运输 真菌可促进木质素的分解 细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解 （三）、影响土壤有机质转化的因素土壤特性 1.质地 粘粒含量越高，有机质含量也越高。 2.pH值 中性、钙质丰富较好，pH最适6.5-7.5。 3.水分 最适湿度：土壤持水量的50-80% 低洼、积水有利于有机质的积累 4.通气性 通气不良易有机质累积 5.温度 最适宜温度大约为25-35 2、C/N比（碳氮比大的有机物分解矿化较困难或速度很慢） 新鲜程度 破碎程度 紧实程度植物残体的特性

11、 1、物理状态微生物自身的碳氮比大约是8:1（四）土壤有机质的作用及其生态与环境意义1、有机质与重金属离子的作用 土壤腐殖物质含有多种官能团，这些官能团对重金属离子有较强的配位和富集能力。2、有机质对农药等有机污染物固定作用腐殖质分子中既有极性亲水基团，也有非极性疏水基团。土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，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。3、土壤有机质对全球碳平衡的影响全球土壤有机质的总碳量14151017g，大约是陆地总碳量的2.5-3倍。从全球来看，土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化也有一定影响。三、土壤生物土壤中生活的微生物（

12、细菌、真菌、放线菌、藻类等）及动物（原生动物、蚯蚓、线虫类等）对进入土壤的有机污染物的降解及无机污染物（如重金属）的形态转化起着主导作用 ，是土壤净化功能的主要贡献者。细菌放线菌蚯蚓（二）土壤微生物的根际效应及其环境意义重金属污染有效性总 量植 物根分泌物根际微环境根际理化性质根际微生物菌体吸附或吸收沉淀结合钝化由于植物根系的细胞组织脱落物和根系分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能量，因此，在植物根际的微生物数量和活性常高于根外土壤，这种现象称之为根际效应。气态水固态水液态水存在于土壤空气中的水汽土壤水冻结形成的冰化学结合水吸附（束缚）水膜状水（松束缚水吸湿水（紧束缚水）自由水毛管悬着水毛管

13、水毛管上升水重力水地下水土壤水（一）土壤水的物理形态四、土壤水土壤水物理形态2、膜状水：土粒在吸湿水的外面，吸引的一部分液态水，以水膜形式附着在土粒表面。1、吸湿水：由干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分。3、土壤毛管水：存在于土壤毛管孔隙中的水分，称为毛管水。包括毛管悬着水和毛管上升水。4、重力水：降水或灌溉后，不受土粒和毛管力吸持，而在重力作用下向下移动的水。5、地下水：土壤上层的重力水流至下层遇到不透水层，积聚起来形成地下水。（二）土壤水的能态1、土水势及其分势 土壤水在各种力如吸附力、毛管力、重力等的作用下，与同样温度、高度和大气压等条件的纯自由水相比（即以自由水作为参

14、比标准，假定其势值为零），其自由能必然不同，这个自由能的差用势能来表示即为土水势（符号为）。土壤水总是有土水势高处流向土水势低处。（1）基质势（m）：在不饱和的情况下，土壤水受土壤吸附力和毛管力的制约，其水势自然低于纯自由水参比标准的水势。（2）压力势（p）：土壤水在饱和状态下呈连续水体，除承受大气压外，还要承受其上部水柱的静水压力。以大气压作参比标准，其水势与此之差，即为压力势。（3）溶质势（s）：是指由土壤水中溶解的溶质而引起土水势的变化，也称渗透势，一般为负值。土壤水中溶解的溶质愈多，溶质势愈低。 （4）重力势（g）：是指由重力作用而引起的土水势变化。（5）总水势（t）：以上各分势之和。用数学表达为： t=m+p+s+g 五、土壤空气（1）土壤空气的数量，取决于土壤的孔隙状况和含水量。（2）土壤空气成分与近地大气相比，二氧化碳含量高于大气，氧含量低于大气。当土壤通气不良时，微生物对有机质进行厌氧发酵，产生大量还原性气体。土壤空气也是