土壤流体与土壤化学性质

土壤流体与土壤化学性质第一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五第一节土壤水分1水的生理作用1.1水是有机物质的主要组成成分有机物质的化学组成都与水分不开，光合作用必需有水参与才能完成。1.2水是植物生存和生长的必需物质活细胞充满水后才能进行代谢活动，原生质含水90%以上。“有收无收在于水。”第二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.3水是植物吸收矿质养分的介质各种养分必需溶解在水中才能进入根部，再以液体的形式转移到各部位去。1.4水是土壤微生物的必需生活物质土壤微生物是土壤肥力和土壤功能基础，微生物生活离不开水分，每种微生物多有其适宜的水分要求。第三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.5水影响土壤的理化性质，从而影响土壤肥力如温度、空气、耕性、粘着性、粘结性、塑性、氧化还原性等都受水分的影响。1.6水可以调节环境温度，使植物免受高温灼伤，维持正常发育水热容量大、汽化热高，在相变中可以转化大量的热量，保护植物不受高温危害。第四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2土壤水分的类型及其特性2.1土壤水分的类型固态水气态水束缚水自由水化学束缚水物理束缚水化合水结晶水毛管水重力水毛管上升水毛管悬着水支持重力水自由重力水吸湿水膜状水第五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2土壤各类水分的特征2.2.1固态水：存在于0C以下，中纬度有季节固态水，高纬度地区有永冻层。固态水不能被植物利用2.2.2气态水：存在于土壤孔隙中，是土壤空气组成之一。不能被根系直接利用，通过分子扩散移动。其重要性表现为：它是干旱下唯一可以自由移动的水分，它影响土壤水分的蒸发速率，它可以生成其它形态的水。第六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2.3束缚水：是指被土壤颗粒束缚着而不能自由移动的水分。2.2.3.1化学束缚水：是土壤矿物化学组成的一部分，不能参与土壤中的理化作用，不能被植物利用。（1）化合水：在矿物的结晶格子中被牢固地保持着，只有在数百度高温下，矿物遭破坏时才能释放。（2）结晶水：存在矿物晶格中，但结合不太牢固，在稍低温度可以分离出来。第七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.2.3.2物理束缚水：被土壤颗粒表面分子引力所保持的水分。（1）吸湿水：也叫紧束缚水，因分子引力和静电引力作用，使干燥的土壤颗粒表面从空气吸附的一层气态水膜。作用距离短，受到引力大(31-10000atm)，近似固态水性质，密度大于1(平均1.5)，热容量低，无溶质溶解能力，常温下不能移动，导电性弱，冰点下降多(-78C)，丧失热运动，故吸湿时有吸湿热释放。第八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五质地越粘重，吸湿水含量高；空气湿度越大，吸湿水含量越高。当空气湿度达到或接近饱和时，土壤吸湿水达到最大量，此时的土壤含水量称为吸湿系数或最大吸湿量。把去掉吸湿水后的干土称为烘干土，一般要在105-110C下烘6-8小时。砂土壤土黏土腐质土0.5~1020~5050~65120~200不同质地土壤的吸湿系数(g/kg)第九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（2）膜状水：也叫松束缚水，它是指土壤颗粒表面在吸附吸湿水后所剩余引力作用下，与液态水接触时，在吸湿水膜外吸附的一层液态水膜。膜状水所受引力比吸湿水小，在6.25-31atm，但比地心引力大得多，故不能在重力作用下移动，只能从水膜厚的土粒向水膜薄的土粒运动。可少量溶解溶质，可部分被植物利用(植物平均水吸力约15atm)。第十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五膜状水移动缓慢(0.2-0.4mm/h)，只有根毛与之接触的很小范围内才能被利用。膜状水尚未用完之前，植物就会因水分供应不上而发生凋萎。植物发生永久凋萎时的土壤含水量称为凋萎系数。要保持植物正常生长，土壤含水量必需大于调萎系数。膜状水达到最大时的土壤含水量称为最大分子持水量。它包括了吸湿水和膜状水。第十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2.4自由水：是不被土粒牢固吸附而能够自由移动的液态水。2..2.4.1毛管水：因毛管力的作用而保持在土壤毛管孔隙中的水。能溶解溶质，可被植物利用，受毛管力作用而能长久保存在土壤中，不会因重力作用而渗漏，是土壤中最宝贵水分。毛管水的运动从毛管力小处向毛管力大处运动，故可以上下左右任何方向运功动。毛管力与张力系数和毛管半径有关(P=2T/R)。第十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（1）毛管上升水：在地下水埋藏浅的地方，地下水在土壤毛管力作用下，由地下水面沿土壤毛管孔上升而保持在土壤毛管孔隙中的水。当毛管上升水达到最大时的土壤含水量称为毛管持水量。（2）毛管悬着水：由地面进入土壤，因毛管力作用而保持在土壤上部毛管孔隙中与地下水不相连通的水分。第十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五在地下水埋藏深的地方，靠毛管悬着水保水供水。当毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量，它是下雨或灌溉后，土壤所能保持的最大含水量。当毛管水被消耗到一定程度时，毛管水之间呈不连续状态，植物吸水就会感到困难，此时的土壤含水量称为毛管联系断裂含水量。第十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2.4.2重力水：指受重力作用向下移动，能够从土壤中排除的水。（1）自由重力水：在重力作用下能一直进入地下水而不在土壤中存留的水。（2）支持重力水：重力水在下移过程中遇到不透水层而被阻止在不透水层之上的重力水。下移重力水充足时，支持重力水可以形成临时地下水层，称为上层地下水。第十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五当土壤所有孔隙都充满水时，土壤达到了它所能容纳的最大水量，此时的土壤含水量称为饱和含水量或全蓄水量。重力水可以被植物利用，但重力水很快就会被排走，没有利用的机会，而且还会淋失土壤养分，而支持重力水又会妨碍土壤通气，因此重力水不是供给植物的理想水分，是旱地土壤多余的水分，对水田来说是有效水。第十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五烘干土吸湿系数吸湿水最大分子持水量膜状水毛管联系断裂含水量田间持水量毛管持水量饱和含水量毛管悬着水毛管上升水重力水水分常数水分形态有效性无效水难效水速效水多余水

有效水调萎系数2.3土壤水分常数、形态与有效性关系第十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3土壤水分含量的表示方法3.1重量含水量即质量含水量，单位重量或质量的土壤中水分的重量或质量，用θm表示，单位为g/kg(过去用百分数表示即水分的重量或质量占土壤重量或质量的百分数，也称含水率，用w%表示)。计算含水量时一定要用烘干土为基数！第十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（1）土壤水分是在不断变化的，而对于特定土壤，其干土重量是固定不变的，用烘干土为基数便于相互比较。（2）用烘干土重为基数才能清晰反映处土壤水分的变化。（3）土壤其它组分如养分、盐分、有机等的含量也是用烘干土为基数，含水量用烘干土为基数便于统一对比和相互换算。第十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五如某土100g，烘干后重80g。烘干土为基数的含水率为25%，而湿土为基数时为20%。当水分减少一半时：烘干土基数的含水率是12.5%，水分减少一半，含水率也减少一半。湿土基数的含水率是11.1%，不能得出水分减少一半，含水率减少一半的概念。第二十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.2容积含水量是指单位容积的土壤中，水分容积所占的分数或百分数。θv表示，无量纲。它表明土壤中水分占据孔隙的程度，从而可以推算土壤的三相比。第二十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.3水层厚度是指一定厚度的土层内有多少mm厚的水层，用水mm表示。如某土壤耕层深20cm，测得含水量为150g/kg，土壤容重为1.2g/cm3，求其水层厚度是多少?水mm＝200×(150/10)％×1.2＝36mm第二十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.4水体积指一定厚度的每亩土壤中所含有水的体积，用水方/亩或m3/亩表示。3.5相对含水量：是指土壤实际含水量或绝对含水量占标准含水量的百分数。一般用田间持水量或者饱和含水量作为标准含水量。第二十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4土壤水分的能量状态前面介绍的水分形态，是按照土壤受力的类型来划分的。实际上，无论哪种形态水分，各种力都在起作用，只是作用强弱不同而已，它们之间无法截然分开，因此这种划分在理论上尚有缺陷。应用水分在土壤中存在时本身的能量变化来研究水分的保持、运动以及大气、植物和土壤水分的关系问题就是土壤水分研究的能量观点。第二十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五运用能量观点可以解决形态观点所遇到的问题（1）土壤水分同时受各种力作用，用受力类型划分水分形态理论根据不足。（2）各类水不一定按力大小依次出现。（3）植物吸水由植物与土壤的水势来决定，不能完全用形态和数量来衡量。（4）水分循环中，土壤、植物、大气相互交换取决于水的能量关系，只有用能量变化才能将土壤-植物-大气之间水分循环视为统一的物理过程，称为土壤-植物-大气连续体，简称SPAC。第二十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1土壤水势土壤水的运动缓慢，故动能可以忽略，因此土壤水分的能量主要是指势能。大量连续存在的水体称为自由水或饱和水，它只受重力、气压和静水压作用。土壤水不是自由水，总是收到各种力的作用，因此其自由能与自由水不同。第二十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤水经常处于非饱和状态，孔隙并未完全充满水，存在有空气，土壤水与纯自由水相比，除受重力、气压、静水压作用外，还受土粒表面对它的分子引力、静电引力、表面张力、毛管力等的作用。土壤水分因受各种的力约束，与纯自由水比较，其自由能(主要是势能)要降低。第二十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五把土壤水的势能与相同状态下纯自由水的势能之差叫做土壤水势，即土壤水势是指土壤水在各种力的作用下所引起的势能的降低值，简称土水势。规定标准状态下纯自由水的水势为0，故土水势一般为负值。物体总是由自由能高处向低处运动，所以土壤水总是由水势高处向水势地处运动。第二十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.1基质势ψm(基模势)因土粒的吸附力、毛管力等所引起的土壤水自由能的降低值。随含水量增加而增加，水分饱和时，基质势为0。4.1.2溶质势ψs(渗透势)因水中的溶质离子吸水，使土壤水失去部分自由活动能力而导致的土壤水自由能降低值。随浓度增加而减小，与渗透压数值相等符号相反。第二十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.3压力势ψp因土壤水在饱和状态下受到压力作用引起的自由能变化。包括气压势、静水压势和荷载势。气压势是指空气被封闭在土体内产生的势值，可忽略。静水压势是指连续的水层而产生的静压力所引起的水势，是压力势的主要部分。荷载势是指土壤水中所含的悬浮物所产生的水势，可忽略。第三十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.4重力势ψg指土壤水所处的位置不同，受重力作用而产生的水势。重力势在任何情况下都存在，重力势的正负由标准参照面确定，在参照面以下为负值，以上为正值。重力势与土壤性质无关，只取决于研究点与参比点的位置。第三十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤水势的单位：常用土壤水势的单位大气压、巴、帕、厘米水柱、毫米汞柱等，其关系如下：1atm=1033cmH2O=1.0133bar==760mmHg1Pa=0.0102cmH2O1bar=105Pa=0.9896atm=1020cmH2O=750.1mmHg第三十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.2土壤水吸力土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态。与水势区别在于：（1）土壤水吸力只包括基质吸力和渗透(溶质)吸力，相当于基质势和溶质势，而不包括其他分势，一般只用于非饱和状态，溶质势为零，故通常是指基质势。第三十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（2）概念上虽然不是指土壤对水的吸力，但可以用土壤对水的吸力表示。土壤水吸力为1巴，意思是如果对土壤施加大于1巴的压力，水就从土壤流出来，若小于1巴，土壤就会再吸水。（3）土壤水吸力为正值，可以避免使用土水势负值的麻烦和增减问题上易于弄错的弊病。第三十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（4）对于非饱和土壤来说，土水势与土壤水吸力数值相等，符号相反。（5）土水势低，则吸力高，故土壤水由吸力低处向吸力高处运动。（6）当用cmH2O表示土壤水吸力时，数值大，往往取其常用对数值，称为pF，是指与一定土壤水吸力相当的厘米水柱的常用对数值，pF=lgcmH2O。第三十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.3土壤水分特征曲线4.3.1概念将土壤水的能量指标(土壤水吸力)与土壤含水量(数量指标)做成的相关曲线称为土壤水分特征曲线。用原状土壤测定其在不同土壤基质吸力下的相应含水量即可绘制出水分特征曲线。第三十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五第三十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.3.2土壤水分特征曲线的意义我们可以从水分特征曲线看到：（1）土壤水吸力与含水量呈负相关；（2）同一土壤水吸力下，含水量呈粘土>壤土>砂土；（3）同一含水量下，吸力为粘土>壤土>砂土，水分有效性为粘土<壤土<砂土；（4）不同质地土壤有效水范围为壤土>粘土>砂土。第三十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.3.3滞后现象同一土壤由干到湿做成的水分特征曲线与由湿到干作做成水分特征曲线不重合的现象称为滞后现象。从饱和点开始逐渐增加土壤水吸力，减少含水量所得的水分特征曲线称为脱水线。把从干燥点开始不断增加土壤含水量，减小土壤水吸力所得的水分特征曲线称为吸水线。第四十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤水吸力土壤含水率脱水线吸水线吸水线与脱水线形成的闭合曲线就是滞后圈第四十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五§3-2

土壤空气2.1土壤空气的组成特点2.1.1土壤空气中CO2高于大气土壤空气中含量为0.15-0.65%，高者可达2％。（1）有机质分解产生CO2（2）植物根系和微生物呼吸释放CO2（3）碳酸盐遇酸分解产生CO2第四十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.1.2土壤空气O2含量低于大气大气含O2为20.96%，土壤空气为18-20.03%。（1）微生物活动消耗O2（2）根系呼吸消耗O2（3）物质氧化消耗O2

（4）种子发芽消耗O22.1.3土壤空气中水汽含量高于大气

土壤含水量超过吸湿系数，土壤中空气湿度接近饱和，大气只有再下雨时才是饱和的。第四十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.1.4土壤空气中含有还原性气体如H2S、CH4、H2、N2O等2.1.5土壤空气随时间和空间变化大，大气组成相对稳定。随土层加深O2减少，CO2增加。CO2和O2在土壤中互为消长，两者之和维持在19-22％。CO2呈冬季<春秋<夏季，淹水土壤空气急剧下降。土壤CO2有日变化规律。第四十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五玉米喇叭期土壤CO2排放的日变化图第四十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2土壤通气性2.2.1土壤通气性机制（1）水体带入土壤：降雨或者灌溉时，溶解于水中的气体带入土壤。该方式交换量很少。（2）整体交换：因外界因素变化而使土壤空气全部或部分排除土体，大气整体进入土壤的过程称为整体交换。如降雨或灌溉时土壤空气被排除，水分入渗后，空气进入土壤。第四十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（3）气体扩散气体分子由高浓度处向低浓度处运动的现象称为气体扩散。大气O2高CO2低土壤低高把土壤这种像人和动物的呼吸作用一样，不断从大气中吸入O2，而向大气排出CO2的过程称为土壤呼吸。第四十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤呼吸是土壤通气的主要机制，是土壤具有生命力和肥力的表现。土壤呼吸也是陆地生态系统碳循环的关键环节，是植物光合作用固定的大气CO2返回大气的主要途径。可以将土壤呼吸分为根系呼吸、微生物对植物来源物质的呼吸、微生物对土壤有机质的呼吸。第四十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五第四十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五不同植物生长下的土壤呼吸第五十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2.2土壤通气性的意义土壤通气性是土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和流通的能力。（1）更新土壤空气（2）排除有毒气体，改善根系和微生物生活条件（3）促进碳素循环土壤排放的CO2可参与光合作用，可以占光合产物的10-90%。第五十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2.3土壤通气性指标（1）土壤呼吸强度：单位时间内单位面积的土壤上扩散出来的CO2数量，单位为mgCm-2h-1。（2）呼吸商(RQ)：也叫呼吸系数，指在一定时间内，一定面积土壤上CO2产生的容积与O2消耗的容积之比。正常值接近1（3）土壤氧扩散率(ODR)：指单位时间内通过单位面积土壤的O2的数量。第五十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五用氧扩散仪测定氧扩散率，将铂电极和甘汞电极插入土壤中，在两极加电压，扩散氧在铂电极表面还原的同时产生与氧分压呈正比的电流，通过电流值计算出氧扩散率。ODR小于20×10-8gmin-1cm-2时，多数植株停止生长。第五十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（4）土壤通气量：指在单位时间内、单位压力下，进入单位体积的土壤中的气体总量。（5）通气孔度：也叫土壤容气量，指土壤空气的容积占土壤容积的百分数，等于孔隙度减去容积含水量。一般以10％为临界值。（6）Eh值：指土壤氧化还原电位，旱地一般要求土壤Eh值在200-700mv范围内为适度。第五十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2.4土壤通气性与植物生长土壤空气对植物生长的影响表现在：（1）影响根系发育：土壤空气中O2低于9-10％时根系发育受阻。（2）影响种子萌发：如土壤空气O2百分数为20.8、5.2、1.3、0.3时，小麦发芽率分别为100、87、50、7.5。（3）影响作物抗病性：通气不良造成还原物质毒害，抗病性降低。（4）影响土壤微生物活动和养分状况第五十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.3土壤温室气体2.3.1概念把大气层能吸收部分地球表面红外辐射能量从而阻挡热量向宇宙扩散的现象称作温室效应。想象一辆在阳光下关着窗户的汽车，玻璃窗能通过太阳能，却阻挡座位和表盘反射的辐射能，从而汽车内变得非常闷热，大气层的作用与此相似。具有温室效应的气体称为温室气体。第五十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.3.2与土壤有关的主要温室气体土壤温室气体主要有CO2、N2O、CH4气体丰度年增加速率*年排放量*增温贡献%19981750CO23652801.5ppm6.3Pg60.1CH41.7450.7007.0ppb600Tg19.8N2O0.3140.2700.8ppb16.4Tg6.2大气温室气体现状第五十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（1）CO2土壤呼吸是土壤排放CO2的最主要过程，而且根际呼吸并不会增加大气温室效应，因为根际呼吸消耗的是植物在光合作用固定大气CO2。只有土壤有机质的分解才会增加大气CO2的浓度。全球1米深土壤碳量是大气碳的2倍，植物碳的3倍。土地利用的改变、毁坏森林、不合理利用等降低土壤碳贮存。第五十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2N2ON2O不仅是主要温室气体，它还会破坏平流层的臭氧，导致到达地球表面的紫外照射增加，从而危害生物健康。土壤中的硝化和反硝化过程都会产生N2O，称为管道漏气模型。N2O单分子增温势强，在大气滞留时间长，其影响具有长期性和潜在性。第五十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五源Mosieretal(1998)Olivieretal(1998)SAR1980sTgN/年%TgN/年%TgN/年%自然源：总量土壤9.6662.510.86.661.19666.7人为源：总量土壤8.14.251.94.11.946.35.73.561.4总源：总量土壤17.710.257.614.98.557.014.79.564.6土壤对大气N2O的贡献第六十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五影响土壤N2O排放的因素有水分、温度、植物、土壤性质、施肥与管理等。60-80%的充水孔度(WFPS)最有利于土壤N2O排放，充水孔度指容积含水量占孔隙度的百分数。第六十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五第六十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五收获地上部分对大豆土壤排放N2O的影响06001200180024000102030405060708090100110120出苗天数(d)通量(ugNm-2h-1)CKPFPPPG第六十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（3）CH4CH4的单分子温室效应是CO2的20多倍，排放甲烷的土壤主要是稻田和湿地土壤。施肥、水分管理、轮作、水稻品种、温度、土壤性质等对甲烷排放有影响。CH4生成的条件：强烈的还原条件（Eh<-150mV)，如淹水和渍水土壤；产甲烷菌的存在；产甲烷前体的存在：CO2、甲醇、甲胺、乙酸等；适宜的温度。第六十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五生成CH4的主要反应

CO2还原成CH4：4H2A+CO24A+CH4+2H2O以甲醇和甲胺等为前体：

4CH3OH3CH4+CO2+2H2O4CH3NH3+3CH4+H2CO3+4NH4+

3.乙酸脱羧基：CH3OOHCH4+CO2稻田土壤中主要通过乙酸脱羧基生成CH4（约70%），其次为CO2还原，通过第二条途径生成的CH4很少。第六十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五CH4的排放途径植株：水稻具有通气组织，是稻田排放甲烷主要途径。气泡：在常年淹水稻田，甲烷可以以气泡形式排放。扩散：沿浓度梯度方向运动。稻田中平均约80％的甲烷通过水稻植株排放第六十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五§2-3

土壤热量状况1土壤热量来源1.1太阳辐射太阳辐射是地球热量的主要来源。太阳表面6000℃，中心达2×107℃。能到达地球表面辐射占20亿分之一。太阳直射地面时的强度称为太阳常数，为1.94卡cm-2min-1。由于大气吸收与散射、云、地面反射等，实际辐射为0.83卡cm-2min-1。第六十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.2生物热微生物分解有机质释放的热量大部分用于提高土温。1.3地球内热地球内部温度约为3000-4000℃

。地壳导热能力弱，地表获得的内热约为54卡cm-2年-1。在地热异常区，如温泉附近、火山周围，地球内热不可忽视。一般在地表15-20m以下，地球内热才超过太阳辐射。从20m开始，每深入33m，温度增加1℃

。第六十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2土壤热量性质2.1土壤吸热性用反射率表示反射率是指土壤表面反射的辐射能量与照射于土壤表面的辐射能量的比值。反射率大，吸热性弱。干黑土湿润黑土干灰砂土湿灰砂土0.140.080.180.09绿草地面干草地面新雪陈雪0.260.31-0.330.810.695第六十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2土壤热容量单位数量的土壤每升高或下降1℃时所吸收或释放的热量。C(重量)=Cv(容积)×ρ(容重)。物质石英砂石灰粘粒泥炭C0.1960.2140.2330.477Cv0.5170.5820.5760.601物质水分空气有机质矿物质C10.240.460.174Cv10.00030.600.460第七十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤含水量占全蓄水量的百分数0205080100砂土0.350.400.480.580.63粘土0.260.300.530.720.90泥炭0.200.320.560.790.94水分对土壤热容量的影响

土壤质地、有机质含量、和水分影响土壤热容量。水分是土壤中最容易变化的因素，土壤热容量随水分增加而增加。热容量大，土壤吸热散热慢，土温变化小。第七十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.3土壤导热性是指把土壤吸收热量后，能将一部分热量传向邻近土层的性质。导热率(λ)衡量导热性，是指在单位厚度的土层内有单位温差时，单位时间内经过单位面积的热量。物质石英石灰石泥炭λ(×10-3）5.84.02.0水空气矿质土粒有机质1.20.054-52-3不同物质的导热率(calcm-1s-1

℃-1)第七十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五导热率受含水量和松紧度影响，随含水量和土壤容重而增加，随空气含量增加而减小。因此有：湿土导热性比干土强、孔隙度小的土壤比孔隙度大导热性强、粘土比砂土强。第七十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.4土壤导温性把土壤吸收热量后能够将温度变化传向邻近土层的性能称为土壤导温性。用导温率(K)表示土壤导温性的强弱。导温率是指在标准状况下，在土壤垂直方向上有单位温度梯度时，单位时间内经过单位面积土壤的热量使单位体积的土壤所发生的温度变化。第七十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五导温率与导热率成正比，与热容量成反比：K=λ/Cv。物质水分空气土粒K(cm2s-2)0.00130.16-0.20.005-0.1干土K大，土温变化快；通气孔度大的土壤K大，土温变化快，故砂土昼夜温差大。水分增加，λ增加，K增加，而Cv的增加会却使K减小，故湿度大的土壤K小，温度变化慢。第七十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3影响土壤温度的因素影响土壤温度的因素地理因素土壤因素地面因素位置海拔坡向颜色、质地、有机质、水分、松紧度覆盖起伏随维度增加降低随海拔增加降低南坡多高于北坡覆盖有利保温凹凸有利增温第七十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4土温对植物生长和土壤肥力的影响4.1土温对植物生长的影响4.1.1影响种子萌发与出苗：种子要达到一定温度才能萌发，在一定范围内随温度增加而萌发加快。麦类能发芽的温度为1-2℃，玉米为10-12℃，水稻高梁12-14℃。温度°C1-25-69-10萌发时间15-20天6-7天2-3天小麦种子不同温度下的萌发时间第七十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.2影响根系生长2-4℃

，生长微弱，10℃以上生长活跃，大于35℃生长受阻。温度过高过低都不利于根系生长。植物小麦玉米水稻红薯温度12-162425-3019-19豆科苹果茶树棉花火炬松22-262115-2525-3020-25植物根系生长的最适温度℃第七十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.3影响植物生理过程和吸收功能0-35℃，温度升高，呼吸增强，消耗碳水化合物，故低温有利于积累碳水化合物。在20-30℃，温度升高促进有机物运输，有利于结实，故低温结实差。在一定范围，温度升高，根系吸收养分能力增强。如水稻30℃时吸收的Ca、Mg、N、K、S均大于16℃，栀子花小于18℃时吸收养分少而黄化，苹果在低于4℃时吸收的氮不能向上运输。第七十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.4影响营养生长和生殖生长在一定范围内，低温相对促进地下部分生长，高温相对促进地上部分生长，称为“冷长根、热长苗”。高温促进生殖生长，缩短生长期；低温延长营养生长，推迟成熟，延长生长期。南方一年2-3熟，北方一年一熟就是这个道理。第八十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.2土温对土壤肥力的影响4.2.1影响各种化学反应：化学反应速度与温度成郑相关，故热带多雨地区矿物化学风化比温带强10倍4.2.2影响土壤生物学过程：微生物适应在15-45℃，过高过低受抑制，氨化细菌、硝化细菌最适28-30℃。4.2.3影响土壤水、气运动：土壤温度增加，土壤水气运动加快。水由低温向高温出运动，气由高温向低温运动。第八十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.2.4影响养分积累与释放：温度增加，养分释放快，热带地区有机质分解快，应该注重积累，寒温带分解释放慢，应注重促进盐分释放。4.2.5影响土壤盐渍化过程：干旱半干旱地区，温度增加，加速土壤蒸发，促进地下水中的盐分向表土积聚，加速土壤盐渍化过程。第八十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五5土壤温度的变化5.1土壤温度的日变化（1）土壤表层日间吸热增温，夜间散热降温。（2）极端值滞后气温，最高温14:00左右，最低温在日出前即6:00左右。（3）下层最高和最低温度落后于表层，35-100cm日变化处消失。（4）白天表土高于下层，夜间表土低于下层。第八十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五5.2土壤温度的年变化（1）最高温度7-8月，最低温度1-2月（2）下层温度变化落后于表层，随深度增加变化幅度减小（3）影响深度随维度而异，高纬度可达25m，中温度15-20m，低纬度5-10m。（4）在受影响层之下为年恒温层（5）夏秋表土温度高于底土，冬春表土温度低于底土。第八十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五第八十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五§3-4土壤溶液1土壤溶液的组成1.1土壤溶液概念土壤溶液是指土壤水分及其所含溶质、悬浮物与可溶性气体的总称。土壤溶液是一个极为复杂的体系，既有分子，又有离子与胶体；既有无机物，又有有机物。土壤的很多性质都是通过土壤溶液表现出来的。第八十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.2土壤溶液的组成（1）无机胶体：铁铝氧化物、氢氧化物等可形成无机胶体（2）无机盐类：是溶质的主要来源。（3）有机化合物：腐殖质、有机酸、碳水化合物、蛋白质等（4）络合物：无机离子与有机物形成络合物。（5）溶解性气体：O2、CO2、N2、NH3。第八十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2土壤溶液的浓度2.1土壤溶液浓度的特点土壤溶液浓度的特点是不均一性。（1）土壤胶体的离子代换土壤胶体表面不断进行着离子的吸附与释放，使土壤溶液浓度处于变化之中。（2）土壤中根系与微生物分布不均根系和微生物吸收矿物养分，增加了浓度的不均一性。第八十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（3）温度的变化温度变化引起物质溶解度的变化。温度010502850KNO3138209855Ca(H2PO4)2154170.5温度02030020CaCl25957451020Ca(HCO3)2161166（4）湿度的变化：硝酸盐、氯化物等随水分增加，浓度降低。磷酸盐变化不明显，一价阳离子降低比钙离子明显。不同温度(OC)下的溶解度(g/100g)第八十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（5）溶液中各成分之间的相互作用碱土金属与CO32-、SO42-、PO4-发生沉淀，硫酸钠可以降低磷酸钙的溶解度。（6）生物活动对养分吸收的不平衡生物选择性吸收矿质养，生长阶段不同，植物对养分吸收也不同。（7）外界环境因素的影响降雨、灌溉、干旱、施肥、耕作等土壤溶液浓度的不均一，才导致了养分的迁移运动，有利于吸收。第九十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2土壤溶液浓度范围土壤溶液浓度一般在0.5-1.0g/kg，但是不同气候条件下不同，干旱地区可在1.0-3.0g/kg，盐土有时可达6.0g/kg。大于2.0g/kg时植物吸收水分受到影响。由于土壤溶液浓度过高，使植物不能吸收水分而导致的植物萎焉或枯死的现象称之为烧苗。第九十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3土壤溶液中离子存在形态3.1离子存在形态（1）自由离子：以单个离子存在。（2）水合离子：离子与不同数目的水分子结合成水合物。如H3O+（3）离子对：带相反电荷的离子由于库仑力的作用而松弛地结合在一起。（4）络离子：有有机络离子和无机络离子，络离子是配位键结合。第九十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.2养分离子的有效性（1）离子活度：溶液中有效离子数并不等于浓度，主要是离子间的相互作用引起的。把实际有效离子的浓度称为活度(a)，活度与浓度的比值称为活度系数(f=a/c)。f总是<1，f越大，该离子有效度越高，即该离子在溶液中的自由离子数就越多。（2）养分离子有效性：植物主要吸收自由离子，自由离子有效性最高。第九十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五§3-5土壤胶体1土壤胶体的种类和构造1.1土壤胶体的概念是指粒径（长、宽、高至少有一个方向）在1-100nm，高度分散于土壤溶液中的固体微粒。实际上粒径小于1000nm的颗粒也具有胶体性质。但是大于100nm的颗粒用普通显微镜可看到，有时肉眼也能看到，因此体系是浑浊的，这种体系称为浊液。第九十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.2土壤胶体的种类（1）矿质胶体：也叫无机胶体，主要是微细的次生矿物颗粒，如蒙脱石、高岭石、伊利石、蛭石、铁铝氧化物、二氧化硅胶体等。（2）有机胶体：高分子有机化合物。如腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物、多糖等。（2）复合胶体：矿质胶体与有机胶体通过各种健力相结合而形成的复合体。第九十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.3胶体的构造第九十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五胶团双电层胶核补偿层（双电外层）定位离子层（双电内层）不活动层扩散层胶核微粒团胶粒第九十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2胶体的特性2.1表面活性土壤胶体颗粒细微，因此比表面大，表面活性强。蒙脱石伊利石蛭石高岭石腐殖质80010075030800-1000常见土壤胶体的比表面(m2g-1)第九十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2带电性：土壤胶体带有电荷，一般情况下，土壤胶体带负电荷。无机胶体尤其是次生铝硅酸盐矿物的电荷主要来自于同晶置换而有机胶体的电荷来自于所含基团如羧基和羟基的解离。2.3阳离子吸附性：土壤胶核表面带负电荷，能从介质中吸附带相反电荷的离子即阳离子。土壤胶体的阳离子吸附性是土壤具有保肥性的基础和原因。第九十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.4阳离子交换性土壤胶体吸附的阳离子能与介质中的阳离子相互交换。因此土壤胶体上的阳离子与介质中的阳离子处于一种动态平衡中。能够交换的阳离子主要存在于胶体的扩散层。土壤胶体的阳离子交换性是土壤具有供肥性和缓冲性的原因。如果不能交换的话，大部分养分不能被植物利用，施肥时又容易造成局部浓度高损伤植物。第一百页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.5胶体的分散性与凝聚性胶体之间带有相同的电荷而相互排斥，使得胶体分散在溶液中而不沉淀，水分多时呈浑浊的稀泥浆，就是溶胶，溶胶失水使土壤板结。当溶胶加入电解质后，因电离出的离子中和胶体电荷，使胶体相互聚集形成较大的颗粒而沉淀的过程就是凝聚作用。胶体凝聚后称为凝胶，凝胶失水可形成团粒结构。第一百零一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五不同电解质对胶体的分散作用不同，一般一阶离子常使土壤胶体分散，二、三价阳离子则使土壤胶体凝聚。如果长期单独施用含NH4+、Na、K等肥料，容易使土壤板结。碱土的物理性质恶劣就是因为胶体被钠离子占据。土壤胶体一般处于凝胶状态，只有胶体被阳离子饱和、水分多时才处于溶胶状态。实践中，尽可能使土壤处于凝胶状态，才有利于保肥和改良结构。第一百零二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3土壤胶体的电荷3.1土壤胶体电荷的类型根据胶体电荷是否受介质的影响，将土壤胶体电荷分为两类（1）永久电荷：电荷产生以后，其数量和性质不受介质影响的电荷。如粘土矿物同晶置换产生的电荷。（2）可变电荷：数量和性质受介质条件(主要是pH)影响的电荷。如表面分子解离产生的电荷。第一百零三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤颗粒表面可变正、负电荷数量相等时或者所带净电荷为零时体系的pH称为可变电荷零点或等电点，用PZC或pH0表示。土壤颗粒的净电荷零点是指土壤颗粒表面吸附的阳离子和阴离子总量相等时体系的pH，用PZNC表示。第一百零四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.2土壤胶体带电的原因3.2.1同晶置换3.2.2表面分子解离（1）粘土矿物晶面上OH基的解离：层状铝硅酸盐表面有很多OH基，可以解离出H+而使晶粒带负电。如高岭石pH0等于5，当体系pH>5时就发生这种解离而带负电，一个高岭石有数千个OH基，这是1:1型粘土矿物带电的主要原因。第一百零五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（2）含水铁铝氧化物的解离如三水铝石pH0为4.8，土壤pH<4.8时解离出OH-而带正电，>4.8时解离出H+而带负电。pH<pH0：Al2O3·3H2O→2Al(OH)2++2OH-pH>pH0：Al2O3·3H2O→2Al(OH)2O-+2H+第一百零六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（3）腐殖质分子上某些基团的解离在高pH下，腐殖质的羧基、酚基解离出H+而带负电，低pH下，氨基吸附H+带正电。（4）含水氧化硅的解离SiO2·H2O(H2SiO3)的pH0为2，pH越高，带负电越多。第一百零七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.2.3胶体表面从介质吸附离子如高岭石在局部强酸性下吸附H+带正电，腐殖质分子上的氨基可以吸附H+带正电。氧化物在低于等电点时，也会吸附H+带正电。3.2.4断键：粘土矿物破碎时，其边面因断键而产生部分电荷。第一百零八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五§3-6土壤吸收性能1概述1.1概念土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和离子、悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。土壤吸收性能决定土壤保肥能力的大小和供肥程度的难易，土壤吸收性能也称为土壤吸收保肥性能。第一百零九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.2土壤吸收性能的作用（1）决定土壤的保肥供肥能力：施入到土壤中肥料，靠土壤吸收能力才能比较长久地保留在土壤中，并可以随时释放供植物利用。（2）影响土壤酸碱性、缓冲性等化学性质（3）土壤结构性、物理机械性、水热状况等都直接或间接与土壤吸收性能有关。（4）是土壤净化环境的主要途径。第一百一十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.3土壤吸收性能的类型土壤吸收性能的类型机械吸收性能物理吸收性能化学吸收性能物理化学吸收性能生物吸收性能第一百一十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五是指土壤对外来物质的机械阻留作用。土壤机械吸收能力主要决定于土壤孔隙状况，孔隙过粗，阻留物质少，过细则下渗困难，产生地面径流和冲刷土壤。质地、结构和松紧度影响机械吸收性。第一百一十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五是指土壤对分子态物质的保存能力。土壤细粒具有巨大的表面能，吸附一些分子态物质在其表面而不起任何化学反应，也叫分子吸附作用。按照表面自由能减小，分散体系才能达到稳定的规律，土壤也是在可能的范围内，力求能达到表面自由能最小程度。第一百一十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。该吸收作用是以纯化学作用为基础，虽可避免了淋失，但也使养分失去了对植物的有效性。如可溶性磷酸盐与铁、铝、钙离子反应生成难溶性磷酸铁、铝、钙。在嫌气条件下，硫化氢与亚铁生成硫化亚铁沉淀可以防止硫化氢毒害，这是益处。第一百一十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五是指土壤对可溶性物质中的离子态养分的保存能力。土壤胶体带有电荷，能吸附溶液中带相反电荷的离子，被吸附的离子又可与土壤溶液中的同号离子交换而达成动态平衡。这种作用是以物理吸附为基础，而又呈现出与化学反应相似的特性，故称为物理化学吸附或者离子交换作用，是土壤最重要的吸收性能。第一百一十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五是指植物和微生物对土壤养分进行选择性吸收，并以有机质的形式在土壤中积累的过程。生物吸收性的特点有：具有选择性、富积深层养分、固定空气中的养分、进行物质循环。其它吸收性都不能吸收硝酸盐，只有生物吸收性才能吸收硝酸盐，这种作用对于提高土壤肥力具有重要意义。第一百一十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2土壤阳离子交换作用2.1概念土壤胶体上扩散层中的阳离子与土壤溶液中的阳离子相互交换的现象称为土壤阳离子交换作用。土壤胶体上能够被交换下来的阳离子称为交换性阳离子。+4NH4+土壤胶体K+H+Na+K+土壤胶体NH4+NH4+NH4+NH4++2K++Na++H+第一百一十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2土壤阳离子交换作用的特征（1）土壤阳离子交换作用一般迅速进行，是可逆反应（2）是土壤胶体与溶液之间的同号离子的等当量或等价交换（3）受质量作用定律支配：在一定条件下，化学反应的速度与反应物浓度的乘积成正比。（4）没有选择性（5）速度受交换点的位置和温度影响第一百一十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.3影响阳离子交换能力的因素影响阳离子交换能力的因素电荷数量离子半径离子浓度即离子价数，价数高，电荷多，交换能力强。F3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+NH4+>K+>Na+。离子半径越大，水化半径越小，交换能力越强，半径小的交换能力弱。离子浓度越高，离子数越多，电荷密度就大，交换能力就越强。第一百一十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.4土壤阳离子交换量2.4.1概念在一定的pH下，单位质量的土壤所能保持的交换性阳离子总量称为阳离子交换量(cationexchangecapacity)，用CEC表示，单位为cmol(+)kg-1。CEC>2010-20<10保肥力强中等弱用CEC反映土壤保肥力第一百二十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.4.2影响阳离子交换量的因素影响阳离子交换量的因素土壤质地胶体类型有机质土壤pH土壤质地越粘重，阳离子交换量越高。2:1型胶体多，CEC高，1:1型多则低。有机胶体CEC高，故有机质高，CEC高。pH增加，土壤负电荷增加，CEC增加。第一百二十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五砂土砂壤土壤土粘土1-57-88-1825-30不同质地土壤的CEC(cmol(+)kg-1)蒙脱石高岭石水云母蛭石60-1003-1520-40100-150不同胶体的CEC(cmol(+)kg-1)第一百二十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五对武汉植物所送来的41个土样分析表明，土壤有机质含量与CEC呈极显著线性相关。第一百二十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤土壤pH4.56.48.1沼泽土170286.5400灰化土234410508.7黑钙土292.2432.9590.5不同土壤胡敏酸在不同pH下的CECpH对蒙脱石和高岭石的影响pH2.5-67pH2.5-67蒙脱石95100高岭石410第一百二十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.5盐基饱和度2.5.1阳离子的分类按其对土壤反应的影响可分将土壤交换性阳离子为两类：（1）致酸离子：H+和Al3+，它们使土壤变酸，也称为酸胶基。（2）盐基离子：除了致酸离子以外的阳离子统称为盐基离子。如Ca2+、K+、Mg2+、Na+、NH4+等，它们使土壤呈中性到碱性反应，也称为碱胶基。第一百二十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.5.2盐基饱和度当土壤胶体上的阳离子全部为盐基离子时，称土壤胶体为盐基饱和状态，这种土壤称为盐基饱和土壤。用盐基饱和度来表示土壤盐基饱和状态。盐基饱和度就是土壤胶体上盐基离子的总量占阳离子交换量的百分数，简称为BSP。basesaturationpercentage第一百二十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五盐基饱和的土壤呈中性到碱性，盐基不饱和的土壤呈酸性。一般把盐基饱和度>80%的土壤就看作盐基饱和土壤。BSP是改良土壤的重要依据，若CEC大，而BSP小，说明土壤保存养分潜力大，但速效养分少，酸性较强，需要施用石灰肥料来改良酸性。我国由南向北，PBS增加；pH增加，BSP增加；气候、母质、耕作施肥也影响BSP。第一百二十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3土壤阴离子吸附土壤胶体一般带负电，但在特殊情况下可带正电，因此会存在阴离子吸附。带负电的胶体有时也可吸附阴离子。3.1土壤吸附阴离子的原因（1）pH低于两性胶体的等电点时，胶体带正电，可以吸附阴离子胶体蒙脱石高岭石赤铁矿三水铝石针铁矿等电点<2.53.07.8-8.38.55.9-7.2第一百二十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（2）粘粒矿物表面上的-OH原子团与溶液中的阴离子交换（3）腐殖质中-NH2在酸性下吸附H+成为-NH3+而带正电。（4）某些负电胶体可产生局部正电：如粘粒矿物晶格碎片外部边缘上的Si、Al、Fe等离子的电荷。（5）吸收性复合体中SiO2/R2O3接近1时，也可产生正电荷。第一百二十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.2阴离子的吸附能力强容易被吸附，吸附量大，如F-、磷酸根、硅酸根、某些有机酸根。弱难被吸附乃至负吸附，如Cl-、NO3-中等介于两者之间，如SO42-、CO32-常见阴离子的吸附能力顺序：F->C2O4->H2PO4->SiO32->HCO3->H2BO3->AC->SO42->Cl->NO3-第一百三十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.3阴离子吸附的类型3.3.1非专性吸附带正电的胶体因静电引力的作用吸附阴离子于扩散层中作为平衡离子的现象。铁、铝氧化物及其水合物的等电点较高，酸性土壤中，pH低于等电点而带正电。高岭石在局部强酸性下也会产生正电荷。腐殖质局部位置可质子化产生正电。第一百三十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（1）非专性吸附的阴离子与胶体间结合力弱，可被其它阴离子交换，其特征与阳离子交换作用相同。（2）进行非专性吸附的阴离子主要是NO3-和Cl-，其次是SO42-，吸附结果使胶体电性中和，抵消表面正电荷，并不产生或增加胶体表面负电荷。（3）胶体类型、pH值、阴离子浓度是影响非专性吸附的主要因素。pH越低，非专性吸附越强，阴离子浓度越高，吸附量增加。第一百三十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.3.2阴离子的专性吸附把阴离子进入胶体双电层内层，置换与金属离子配位的配位基，并与金属离子以化学键相结合的现象称为阴离子的专性吸附，也叫配为体交换。（1）土壤中产生专性吸附的胶体主要是氧化铁、铝的水合物。如针铁矿、三水铝石、水铝英石、无定形的水合氧化铁、铝。第一百三十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（2）被交换的配位基主要是羟基(-OH)和水基(-OH2)。（3）阴离子进入双电内层，以化学键牢固结合，不能被非专性吸附的阴离子交换，可被其它专性吸附的阴离子交换，其交换反应不完全可逆。（4）专性吸附的胶体表面不一定带正电，电中性、甚至带负电的胶体也能发生。第一百三十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（5）专性吸附的结果往往是增加胶体表面负电荷，并产生电性中和与水。（6）发生专性吸附的阴离子主要有F-和含氧酸阴离子，如H2PO42-、H2SiO42-、钼酸根HMoO4-。第一百三十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五专性吸附与非专性吸附的区别特点非专性吸附专性吸附表面电荷++、0、-阴离子的作用反离子配位离子、定位离子吸附机理静电吸附配位体交换结合力静电引力，弱化学键，强体系pH<ZPC<、=、>ZPC发生位置扩散层双电内层对表面影响无正电减少，负电增加第一百三十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五§3-7

土壤酸碱性1土壤酸性1.1土壤酸性的形成1.1.1H+的作用：当溶液或体系的氢离子浓度大于氢氧根离子浓度时，体系就表现出酸性。第一百三十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.1.2铝离子的作用表面H+超过一定限度胶体结构破坏八面体解体活性Al3+被胶体吸附交换性Al3+水解聚合H+新制备氢质粘土交换性Al3+占交换酸比例(%)放置0.5h52-58放置6h72-98第一百三十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.2土壤酸度的类型土壤酸度类型活性酸潜性酸水解酸交换酸土壤溶液中的H+直接表现出的酸度，用pH表示吸附在土壤胶体上的交换性致酸离子，只有被交换到溶液中后才会表现出酸性，这种酸称为潜性酸用过量中性盐溶液（1MKCl）浸提土壤所测得的酸度用弱酸强碱盐溶液做浸提剂与土壤作用后所测得的酸度第一百三十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五几种土壤的交换酸与水解量(cmol(H+)kg-1）土壤地方交换酸水解酸黄壤广西3.626.81黄壤四川2.062.94黄棕壤安徽0.201.97黄棕壤湖北0.010.44红壤广西1.489.14第一百四十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五1.3土壤酸度的强度指标土壤pH值：表示与土壤固相处于平衡时的溶液中的H+活度的负对数值。酸性土有和pHKCl两种表示方法，一般>pHKCl。我国土壤水溶液pH在4-9范围内。pH<55-6.56.5-7.57.5-8.5>8.5级别强酸性酸性中性碱性强碱性《中国土壤》pH的分级第一百四十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2土壤碱性2.1土壤碱性的产生当土壤中的[OH-]>[H+]时，体系就呈碱性反应。土壤碱性反应和碱性土壤的形成是自然成土条件和土壤内在因素综合作用的结果。形成碱性反应的主要机理是土壤碱性物质的水解反应。第一百四十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤碱性的产生碳酸钙的水解碳酸钠的水解交换性钠的水解第一百四十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.1.1碳酸钙的水解CaCO3+H2O↔Ca2++HCO3-+OH-CaCO3与土壤空气中的CO2、土壤水处于同一平衡体系，而HCO3-与CO2有关系：CO2+H2O↔HCO3-+H+。因此石灰性土壤的pH受CO2分压控制，两者之间关系为：pH=6.03-(2/3)lgpCO2。第一百四十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五土壤空气中二氧化碳含量比大气高，大气二氧化碳浓度大约为0.03%。土壤中CO2含量大于0.03%，但也不会超过10％，故富含CaCO3、MgCO3的石灰性土壤pH不会超过8.5，碱性不会太强。但也不会低于6.5。第一百四十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.1.2碳酸钠的水解Na2CO3+H2O

↔NaOH+H2CO3，产生的NaOH是强碱，碳酸是弱酸，可使土壤呈强碱性。碳酸钠还可以使土壤发生盐渍化。2.1.3交换性钠的水解：交换性钠水解呈碱强性，是碱化土的重要特征。碱化土形成的条件：(1)有足够数量的Na+与土壤胶体表面的Ca2、Mg2+交换，(2)土壤胶体上交换性钠解吸并产生苏打盐类。第一百四十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五2.2土壤碱性的指标（1）pH值（2）总碱度：指土壤溶液中碳酸根、重碳酸根的总量。总碱度=CO32-+HCO3-，单位：cmol/L。（3）碱化度(ESP，就是钠离子的饱和度)：我国规定ESP>30%，表土含盐量<0.5%，PH>9.0为碱土；ESP在15-20%为强碱化土壤；10-15%为中度碱化土壤；5-10%为轻度碱化土壤，<5％为非碱化土。第一百四十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3影响土壤酸碱性的因素3.1气候因素：湿润地区淋溶强，土壤向酸性发展，故我国土壤呈南酸北碱的规律。3.2盐基饱和度(PBS)：一定范围内pH随PBS增加而升高。PBS(%)<3030-6060-8080-100pH<5.05.0-5.55.5-6.06.0-7.0第一百四十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.3土壤空气中CO2分压在石灰性及Ca2+占优势的土壤中，CO2增加，pH降低。土壤CO2在0.03-10%，土壤pH在6.8-8.5。CO2含量(容积%)CaCO3溶解度(g/L)pH0.000.013110.230.030.06238.480.300.1387.811.000.2117.4710.000.4696.80第一百四十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.4土壤水分水分影响离子在固液相之间的分配、盐类的溶解、胶体上离子的解吸，从而影响pH。随水分增加酸性土pH升高，碱性土pH降低。3.5土壤氧化还原状况：一般土壤氧化还原地位降低，导致土壤pH升高。3.6植物生长：植物通过对离子选择性吸收和分泌有机物质影响土壤pH。第一百五十页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五3.7人为因素施肥、灌溉、种植等都会影响土壤pH，过酸过碱的土壤还可以人为改良。CK无肥无植物土体根际NH4+NO3-NH4+NO3-5.24.985.434.716.606.35.907.005.607.056.76.647.016.257.19硫酸铵和硝酸钙对大豆根际及土体pH的影响第一百五十一页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4土壤酸碱性的改良4.1土壤酸性的改良4.1.1石灰的施用：主要是中和Al3+及其聚合物，使之成羟基铝聚合物，进而转化为氢氧化铝沉淀减轻铝毒。第一百五十二页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（1）中和值常用中和值来衡量石灰肥料中和酸的能力，是指每100克石灰肥料在中和土壤酸时所相当的碳酸钙的量。中和值＝（100/M)×100×n。M：分子量，n：石灰当量，阳离子价数总和除以2。中和值越大，中和酸的能力越强。如CaO中和值＝179CaMg(CO3)2的中和值＝109第一百五十三页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五（2）石灰施用量的计算石灰用量＝总酸量×(M/n)×C＝W×CEC×（1－PBS)×(M/n)×C。W土重，M分子量，n价数，C石灰常数。例：某土pH为5，CEC=10cmol(+)/kg，PBS=60%，每亩耕层土壤15万kg，含水300g/kg，中和到pH7时，需施用碳酸钙多少kg？活性酸＝150000×30%(10-5-10-7)=0.4455mol/亩，潜性酸＝150000×10×40％/100＝6000mol/亩，故活性酸可以忽略。CaCO3量＝6000×100/2＝3×105g/亩＝300kg/亩第一百五十四页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.2石膏的施用Summer和Carter1988年报道了施用石膏改良酸性土的结果，他们发现石膏比石灰更能降低心土层的交换性铝含量，因为磷酸钙在土体内的移动比碳酸钙深。第一年产量没有改变，第二、三年明显增产，第四年增产最显著。硫酸钙降低交换性铝可能原因：一是土壤吸附SO42-后释放出OH-使Al3+聚合，二是SO42-增加，可溶性Al3+与SO42-形成硫酸羟基铝沉淀。第一百五十五页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.3磷矿粉的施用磷矿粉直接施用既可以减轻酸害，还可增加磷、钙等养分。施用磷矿粉后土壤pH及某些交换性成分的变化(cmol/kg)土壤地点ΔpHAlMnCaMg黄棕壤孝感1.1-0.051-0.190.6400.233武昌0.5-1.42500.9350.118红壤咸宁1.8-0.219-0.0120.7610.112长沙1.1-0.527-0.0010.5290.222冷水滩0.6-0.524-0.0050.2920.042第一百五十六页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.1.4有机肥的施用施用有机肥的成本比施用石灰、石膏、磷矿粉都低。有机肥减轻铝毒的机理是有机质分解的产物特别是低分子有机酸与铝离子进行配合作用转化成低毒的有机态铝。4.1.5种植耐酸植物有些植物适合在酸性下生长，具有耐酸能力，可以在酸性土专门种植这些植物。第一百五十七页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.2碱性土的改良4.2.1施用石膏：石膏可以中和碳酸钠、碳酸氢钠，并使钠质胶体转化为钙质胶体，降低碱性和改善土壤结构性。Na2CO3+CaSO4→CaCO3+Na2SO4，Na-土-Na+CaSO4→土-Ca+Na2SO4。Na2SO4溶入水，利用水分可以排除，从而改良碱性。石膏施用量＝W×(ESP-5%)×CEC×M/2，W土重，M分子量，ESP<5%为非碱化土，故减去5%。第一百五十八页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五4.2.2施用有机肥：有机肥可以提高有机质含量，增加离子溶解度，活化钙镁盐类，代换出钠离子而中和碱性，增加腐殖质又可以改良结构性。4.2.3施用硫磺、绿矾等中和碱性4.2.4施用酸性肥料中和碱性4.2.5合理灌溉和排水4.2.6种植耐盐耐碱植物。第一百五十九页，共一百八十页，编辑于2023年，星期五5酸碱性对植物生长和土壤肥力的影响5.1土壤酸碱性对土壤肥力的影响5.1.1影响养分有效性在p