土壤肥料学第一讲

土壤学部分绪论土壤的形成与演变土壤肥力的物质基础

土壤固相部分的基本性质

土壤液相和气相部分的基本性质

我国土壤分类系统及分布概况

第一页，共74页。一个国家的财富在于它的土壤及其智力的发展。

——伊利诺第二页，共74页。考核办法平时成绩包括：到课率、课堂提问、小测验、作业与练习第三页，共74页。教材与参考资料：谢德体主编，《土壤肥料学》，中国林业出版社，2004年关连珠主编，《土壤肥料学》，中国农业出版社，2001年西南农业大学主编，《土壤学》（南方本），农业出版社（第二版），1990年浙江农业大学主编，《植物营养与肥料》，农业出版社，1991年教材吴礼树主编.土壤肥料学(第二版).中国农业出版社，2011参考资料第四页，共74页。教学目的和要求了解土壤及土壤肥力的概念，土壤科学的发展简史；掌握土壤地农业生产及生态系统中的重要地位，土壤资源和农业可持续发展的重要意义；明确土壤学学习的重要性；了解成土的主要矿物和岩石及其风化产物的特点；掌握母质的风化程度与土壤肥瘦的关系。第五页，共74页。土壤的重要性土壤的概念及土壤学的发展概况土壤学的研究内容和方法本章提纲第一章绪论第六页，共74页。表土层底土层地上部分地下部分土字示意图植物一、概述第一节土壤的重要性第七页，共74页。第一节土壤的重要性如果没有土，世界将会怎么样？如果没有土，明天将会怎么样？What’sthesoil?!你想过www吗？whatisthissoil?

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Soilscienetellyou3w!第八页，共74页。话说土壤土地之吐生物者也。――《说文》百谷草木丽乎土。――《易·彖传》。壤：柔土也，南方的土多称壤，如红壤，砖红壤。土第九页，共74页。地地：土也，与天相对应。地生养万物。――《管子·形势解》地产、地主、地势、地位。第十页，共74页。4.土壤生产力：土壤生产植物产品的能力。二、几个概念1.土壤：地球陆地上能够生产植物收获物的疏松表层。包括固体土粒、粒间的孔隙和各种生物。2.肥料：直接或间接供给作物所需养分，改善土壤性状，以提高作物产量和改善作物品质的物质。包括化学肥料、有机肥料和微生物肥料。3.土壤肥力：土壤供给和调节植物生长发育所需要的水、肥、气、热等生活因素的能力。第十一页，共74页。三、土壤肥力与土壤生产力的关系★肥力高的土壤，生产力并一定高，而生产力高的土壤，肥力一定高★土壤肥力和土壤生产力都是评价土地质量的指标★土壤肥力是土壤本身的属性，土壤生产力是土壤肥力的具体反应★肥力只是生产力的基础，而不是生产力的全部第十二页，共74页。四、肥料的演变历程肥料动物排泄物、植物残体、农业废弃物、天然杂草以及城乡生活垃圾经过简单处理而成。含有大量有机质和多种植物所需养分化学肥料有机肥微生物肥料化学方法合成或用天然矿石生产的含有植物必需营养元素的无机化合物发展趋势由低浓度向高浓度、由单一成分向多成分的复合肥或复混肥、从粉状向粒状发展含有大量微生物菌济的微生物制剂。施到土壤中后，在适当条件下进一步生长、繁殖，通过一系列生命活动，直接给作物提供某些营养元素/激素类物质和各种酶第十三页，共74页。1.土壤是农业最基本的生产资料在人类赖以生存的物质生活中，人类消耗的约80％以上的热量，75％以上的蛋白质和大部分的纤维都直接来源自土壤。

五、土壤在农业生产和生态系统中的重要地位

民以食为天，食以土本！土壤植物性生产动物性生产第十四页，共74页。2.土壤是陆地生态系统的重要组成部分我们把生物群落与其生存的环境之间密切联系又相互作用的综合体称之为生态系统。其基本组分有：生物群落——植物、动物、微生物环境组分——大气、水体、土壤、光、热、岩石等(bioticcommunity,biocoenose)(environmentalcomponent)第十五页，共74页。

大气土壤水体

母岩植物土壤水体母岩大气生态系统示意图(ecosystem)第十六页，共74页。3.土壤是最珍贵的自然资源土壤资源数量的有限性

土壤资源的破坏＝吃祖宗的饭，断子孙的路。土壤资源空间分布上的固定性

土壤具有地带性分布规律。土壤资源的再生性与质量的可变性

治之得宜，地力常新。第十七页，共74页。4.土壤的可持续利用是持续农业的基础我国要跨进可持续发展的“大门”还需要：30-50年？粮食供应压力加大！短期内不可逆转的趋势：1、耕地减少不可逆转；2、人口增长不可逆转；3、消费水平的提高不可逆转；可持续发展的条件：人口的零或负增长(中国每年净增人口>1000万)资源破坏的零或负增长(中国每年减少土地>300万亩)生态环境恶化的零或负增长(中国荒漠化速度2620km2/年)第十八页，共74页。

20世纪科学与技术迅速进步，但“人口―粮食―资源―环境”仍是困扰人类社会发展的难题，科学工作者责任越来越重大。

土壤的重要性现在你已经不再以普通人的眼光看待土壤，你将成为一个土壤工作者—地球的医生和卫士。

答案：土壤和科技！

“老”问题：21世纪怎么养活16亿中国人？？！第十九页，共74页。第二十页，共74页。第二节土壤及土壤学科的发展一、土壤的概念及特性土壤学（Soilscience)：广义的土壤科学可分为：发生土壤学（Pedology)农业土壤学(Edaphology)环境土壤学（Environmentailsoil)第二十一页，共74页。对土壤的新定义(定义:形成--组成--功能)

简明定义：土壤是在地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成能够生长植物的、处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物。第二十二页，共74页。二、土壤的本质—肥力肥力—指土壤经常地适时适量地供给并协调植物生长发育所需要的水分、养分、空气、温度、扎根条件和无毒害物质的能力。四大肥力因子：水、肥、气，热第二十三页，共74页。肥沃土壤上生长的作物第二十四页，共74页。瘠薄土壤上生长的作物第二十五页，共74页。三、现代土壤学科发展的简要回顾19世纪土壤学科的诞生农业化学土壤学派:(德)李比希(1803-1873)农业地质土壤学派:(德)法鲁等(19世纪后半叶)土壤发生学派:(俄)道库恰耶夫(1846-1902)一门独立的学科--土壤学科的诞生第二十六页，共74页。20世纪土壤学科的迅速发展土壤学科发展的驱动力前60年:作物生产----独轮驱动60年代后:作物生产和环境质量保护----双轮驱动第二十七页，共74页。20世纪土壤学科的新观点土壤圈:(英)Matson(1938),(美)Arnold(1990)土壤水能量理论与运动方程的建立:(美)Buckingham(1907),Richards(1930s)土壤生态系统:(美)Jenny(1940-1960)土壤质量综合调控理论(美)SSSA(1990s)第二十八页，共74页。20世纪土壤学科的迅速发展19世纪土壤学化学地学生物学欧洲20世纪土壤学化学地学生物学物理学数学生态学系统科学美国第二十九页，共74页。四、我国土壤学的发展概况古代：《尚书》、《周礼》、《管子》地贡篇、《吕氏春秋》任地篇、《齐民要术》、《农桑辑要》、《农政全书》等近代：20世纪20年代开始，1930-1939，《中国土壤概要》1958、1978两次全国土壤普查，基本摸清了我国的土壤资源特性和数量。现代：20世纪70年代后期，改革开放以来，由于国际间学术交流增多，国外一些先进的土壤研究成果与技术传入我国，土壤学科的基础学科水平得以全面迅速提高，我国土壤学科在我国科学研究中的地位得到了巩固和确认，到目前为止，土壤学科在中国科学院和中国工程院的院士累计达17人第三十页，共74页。根据历届土壤学会，较成熟的分支学科有：一、土壤学科体系土壤物理土壤化学土壤生物学土壤矿物学土壤肥力学水土保持土壤发生分类和制图土壤技术第三节土壤学研究的内容及发展趋向第三十一页，共74页。土壤学科与其它学科的关系第三十二页，共74页。二、土壤学研究的内容及发展趋向(一)土壤圈物质的组成、性质及能量循环的研究(总趋向)1.土壤圈与地球生命作用

包括土壤圈物质循环的能量变化、生物转化、水循环，重点是土壤圈中碳、氮、硫、磷循环及其环境效应；2.土壤圈与人类生存条件

包括土壤资源的区域治理、在综合农业中的动态变化及其生产承载力评价，营养元素的空间调控；3.土壤圈与自然环境包括重金属元素在土壤圈中的空间分布、迁移、转化及其生存效应，土壤中污染物质变化对生存环境影响及其调控，土壤在复合农业生态系统中的功能及优化模式；第三十三页，共74页。4.土壤圈及“全球变化”包括自然与人为条件下土壤圈内不同土壤类型的历史，现代成土过程及土壤基本特性变化的预测；土壤退化；以及土壤痕量气体的通量及其对温室效应的影响等；（温室效应：CH430%，O280%N2O80%CO220%）5.土壤圈物质的组成、性质包括土壤胶体表面的电荷性质，土壤中有害物质的化学行为，土壤水分性质，植物营养元素的化学性质，根际主要微生物的生理生态特性，土壤有机组成、性质，土壤生态系统的结构、功能等。(二)土壤全球变化（研究重点）“土壤全球变化”是指在自然的人为条件下，研究土壤圈在地球系统各圈层中物质的迁移及转化规律。其中包括土壤类型的形成、组合、分布及其理、化、生物性质的时空变化，土壤温室效应、土地退化、水土流失及环境污染的机理、本质及其防治等。第三十四页，共74页。(三)保护土壤资源，提高土壤肥力，改善生态环境(重要任务)(四)研究节源高效持续农业(五)加强土壤学基础理论研究

持续农业是由高额的农业产量，合理的环境保护和生物多样性三者共同组成的。它包括土地利用的连续性，环境质量的保护和提高，经济价值的增加，生产力的稳定增长，代传土壤质量的提高，抗风险的缓冲能力增强等。

土壤学基础理论研究主要包括：土壤发生、物质循环、生态功能、资源潜力、表面化学、水热动态、植物营养、肥力机制、生物工程、污染机理、土壤信息与遥感等方面。第三十五页，共74页。三、土壤学方面的期刊和杂志1Soilsci.2SoilSci.soc.Am.J.3PlantandSoil.4JournalofSoilSci.5Can.J.Soilsci.6Aust.J.SoilRes.7土壤学报8土壤通报9植物营养与肥料学报10土壤肥料11土壤12土壤与环境13中国农业科学14农业现代化研究15生态学报16应用生态学报第三十六页，共74页。第二章土壤的形成与演变第三十七页，共74页。岩石母质土壤风化作用成土过程农业土壤土壤的基本形成过程第三十八页，共74页。一、几种主要岩石类型和特性二、主要成土矿物的组成和特性三、岩石的风化作用及其影响因素四、风化作用的类型五、风化作用的产物六、风化产物的类型第一节土壤母质土壤母质：岩石的风化产物，又称成土母质，简称母质。第三十九页，共74页。岩石——一种或几种矿物的天然集合体。矿物——是指天然产出的、具有一定的化学成分、内部构造和物理性质的元素或化合物。一、主要成土矿物的类型和特性原生矿物(primarymineral)从岩浆中结晶出来的原始成岩矿物。次生矿物原生矿物在风化成土过程中新形成的矿物。矿物第四十页，共74页。(一)成土的主要矿物矿物长石类铁镁类云母类氧化硅类碳酸盐类硫化物磷灰石铁矿黏土矿火成岩、变质岩。正长石、斜长石辉石、角闪石、橄榄石。铁镁钙硅酸盐硅酸盐矿物，白云母、黑云母石英，包括蛋白石、玉髓等方解石和白云石。黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿含磷矿物。羟磷灰石、氟磷灰石等赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、菱铁矿1：1和2：1矿物，高岭土、蒙脱石第四十一页，共74页。岩石按成因可分为三类(二)主要岩石的类型和特性岩浆岩（火成岩）沉积岩(次生岩石)变质岩(次生岩石)由岩浆冷却而形成的岩石。在地壳深处冷凝称深成岩；地壳浅处冷凝称浅成岩，岩浆流出地面冷凝称喷出岩在常温、常压下，风化剥蚀产物，在原地或经搬运后沉积，再经固结形成；生物遗骸或代谢产物的沉积经高温、高压或岩浆接触是岩石充分和内部结构、构造变化，矿物重新结晶或重新排列、甚至化学成分变化第四十二页，共74页。地壳地幔地核软流层（50-250km)1.岩浆岩岩浆岩的成因第四十三页，共74页。喷出岩侵入岩深成岩浅成岩岩浆岩的类型主要矿物组成：长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石等化学组成：几乎包括了地壳中已知的化学元素，主要的有O,Si,Fe,Al,Ca,Mg,Ti,K,Na,P,S以及一些微量元素,如Mn,Zn,B,Mo等。主要矿物为：花岗岩、玄武岩我省代表岩石：花岗岩第四十四页，共74页。岩浆岩：玄武岩第四十五页，共74页。沉积岩：地壳表面的岩石经风化、搬运、沉积等作用后，在一定条件下胶结硬化所形成的岩石。其约占地表总面积的75%共同特点是：有明显的层理构造；矿物成分复杂并呈碎屑状组织；有时含有化石。2.沉积岩第四十六页，共74页。沉积岩的成因岩石风化破碎风化产物搬运沉积物压紧胶结沉积物硬化脱水沉积岩地壳上升沉积岩特点：有明显的层理构造，有的含有化石。常见的沉积岩有：砾岩、砂岩、页岩、粉沙岩、石灰岩等。第四十七页，共74页。变质岩的成因：地壳运动、岩浆活动的结果。变质的因素：温度和压力石灰岩白云岩高温内部分子活动大理岩方解石（CaCO3)+SiO2CaSiO3(硅灰石）+CO2压力（具有片理构造）>4700C（页岩）（千枚岩）3.变质岩第四十八页，共74页。主要矿物有：板岩：由黏土岩、粉沙岩或中酸性灰岩变质千枚岩：富泥质岩石浅变片岩：页岩变质片麻岩：花岗岩类岩浆岩和凝灰岩深变大理岩：石灰岩或白云岩经热接触重结晶石英岩：石英砂岩、粉沙岩、硅质岩变质第四十九页，共74页。 变质岩是沉积岩、岩浆岩经过高温高压或受岩浆侵入的影响，其矿物组成、结构、构造，以至化学成分发生剧烈改变后形成的。共性是：一般具有片理及片麻构造；矿物质地致密，坚硬；不易风化。例如片麻岩，石英岩，板岩，片岩，千枚岩，大理岩等。第五十页，共74页。（一）长石类矿物正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。（二）云母类白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一。黑云母也是钾元素的来源，更易分解，风化。（三）角闪石与辉石类矿物含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解。土壤中的原生矿物

第五十一页，共74页。（四）石英矿物 不易风化，是土壤中砂粒的主要来源。（五）氧化铁类矿物 赤铁矿（Fe2O3），常使土壤染成红色。 磁铁矿（Fe3O4），具磁性。 黄铁矿（FeS2），分解后形成硫酸盐。（六）磷酸盐类矿物 磷灰石是制造磷肥的主要原料，是植物磷元素的主要来源。（七）方解石（CaCO3）

方解石是土壤中碳酸钙的主要来源。（八）褐铁矿（Fe2O33H2O）

由赤铁矿水化形成的一种含水氧化铁，是土壤黄色和棕色染色剂。土壤中的原生矿物

第五十二页，共74页。第二节土壤母质的形成过程一、岩石的风化作用地壳表层的岩石在外界因素的影响下所发生的一系列崩解和分解作用。外界因素：水、二氧化碳、氧气、温度、生物及人类活动等。内部矛盾：组成岩石的矿物颗粒大小、成分性质、颜色等的差异。风化作用：岩石在地表受到种种外力作用，逐渐破碎成为疏松物质，这一过程叫做风化作用。所产生的疏松物质就是土壤母质。第五十三页，共74页。（一）物理风化作用影响因素：1、温度（热力学风化作用）2、冰冻的挤压3、流水、风、冰川等自然动力对岩石的磨蚀风化特点：只有岩石形状大小的改变，成分性质未变。风化结果：1、大块小块细粒2、对水和空气具有通透性3、为进一步风化作用提供了条件指岩石受物理作用而逐渐崩解破碎的过程。第五十四页，共74页。物理风化热力作用冰劈作用岩崩作用地表受热因昼夜和季节差异，热胀冷缩岩石产生破裂、崩解寒冷地带，岩石的孔隙或裂隙的水结冰，使岩石崩解为岩屑缝隙中溶解的盐类，水分蒸发再结晶，对周围岩石产生压力使岩石崩裂第五十五页，共74页。图2-17气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图a、b、c、d表示风化过程图2-18由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙

第五十六页，共74页。第五十七页，共74页。风蚀残土墩第五十八页，共74页。风蚀根露第五十九页，共74页。风蚀留砾第六十页，共74页。魔鬼城第六十一页，共74页。（二）化学风化作用 指岩石在水和空气（主要是氧气和二氧化碳）的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶体状微粒，使原生矿物成分发生改变，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物。第六十二页，共74页。影响因素：水、二氧化碳、氧气等。1、水解作用：是指水分子解离出来的氢离子和矿物中的盐基离子所引起的置换作用。2KAlSi3O8+2H2O+CO2H2Al2Si2O8.H2O（高岭石）+4SiO2+k2CO3水解作用的强弱与温度的高低、二氧化碳的浓度及酸性物质的多少密切相关。（正长石）H2Al2Si2O8.H2O+xH2OAl2O3·nH2O+2SiO2·mH2O(红土化过程）岩石受化学因素作用而引起的破坏作用。第六十三页，共74页。2、水化作用：无水矿物与水接触后形成含水矿物的过程。CaSO4+2H2OCaSO4·2H2O

岩石水化后体积增大，硬度降低，溶解度增加，易于风化崩散。Fe2O3·H2O（针铁矿）：棕或黄棕色Fe2O3·2H2O（褐铁矿）：黄色2Fe2O3·3H2O（褐铁矿）：棕黄色第六十四页，共74页。3、氧化作用：岩石中易于发生氧化作用的是一些含硫、铁的矿物。2FeS2+7O2+16H2O2(FeSO4·7H2O)+2H2SO44、碳酸化作用：