环境土壤学课件

绪论民以食为天，食以土为本万物土中生，有土斯有财第一节土壤及土壤的基本特性

一、土壤的概念万物自生焉则曰土。《周礼》（公元前3世纪）土者，是地之吐生物者也。“二”，像地之上，地之中，“I”,物出形也。《说文解字》（许慎）以人所耕而树艺焉则曰壤。《周礼》一、土壤的概念（1）农民和农业科学工作者：土壤是植物生长的介质。（2）水利学家：土壤是贮水和输水的多孔介质。（3）工程专家：土壤是承受高强度压力的基地或工程材料的来源。（4）环境科学家：土壤是重要的环境因素，环境污染物的缓冲带和过滤器。（5）地质学家：土壤是地球陆地表面的一个疏松的薄层，主要是近代地质作用所形成的地壳风化产物。（6）生态学家：从生物地球化学观点出发，认为土壤是地球表层系统中，生物多样性最丰富，生物地球化学的能量交换、物质循环（转化）最活跃的生命层。（7）土壤学家：土壤有着自己发生发展和长期演变的历史，土壤是由岩石风化形成的母质在生物等因素的参与下逐渐形成的，是自然界中一个独立的历史自然体。简明定义：

能产生植物收获的地球陆地表面的疏松层次。综合定义：

土壤是地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成的、可供植物生长的一种复杂的生物地球化学物质；与形成它的岩石和沉积物相比，具有独特的疏松多孔结构，化学和生物学特性；它是一个动态生态系统，为植物生长提供了机械支撑、水分、养分和空气条件；支持大部分微生物群体的活动，来完成生命物质的循环；维持着所有的陆地生态系统，其中通过供给粮食、纤维、水、建筑材料、建设和废物处理用地，来维持人类的生存发展；通过滤掉有毒的化学物质和病原生物体，来保护地下水的水质，并提供了废弃物的循环场所和途径或使其无害化。

“土壤”和“土地”概念的区别：不是同一范畴的概念。

土壤是土地的物质组成部分，而土地不仅包括土壤要素，还包括地形、植被、水文、人文等要素。

土壤农业土壤自然土壤二、土壤的基本特性（一）土壤剖面的垂直分层特性土壤是在生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下的产物，这种综合作用就称为成土作用。由成土作用形成的层次称为土壤发生层，而完整的垂直土层序列称之为土壤剖面。典型土壤剖面可划为三个基本层：A层：地表最上端，腐殖质在这一层聚积。B层，粘粒在这里淀积，称淀积层或过渡层。C层，不同程度风化物构成，称为母质层。

Redsoil红壤（二）土壤的基本物质组成

矿物质、有机质、水分、空气和土壤生物等。土壤固相主要由土壤矿物和土壤有机质组成，而它的空隙中存在着水、气及微生物等，所以土壤是一个由固相、液相和气相组成的多孔多相分散体系。（三）土壤肥力

在植物生活全过程中，土壤供应和协调植物生长所需水、肥、气、热的能力。自然肥力：指土壤在自然因子(气候、生物、地形等)综合作用下所具有的肥力。人为肥力：土壤在人为条件熟化(耕作、施肥、灌溉等)作用下所表现出来的肥力。潜在肥力：土壤肥力在生产上没有发挥出来产生经济效益的部分。有效（经济）肥力：土壤肥力在当季生产中表现出来产生经济效益的部分。土壤肥力类型（四）土壤的物理性质

土壤物理特性包括其疏松性、结构性、透水性、持水性、水分移动性、透气性、吸附性等，这些特性决定了土壤中物质的运移和能量的转化，为植物根系的发育和高等及低等生物的定居提供了相对有利的条件，同时在环境保护、地下水水质保持等方面起到不可替代的作用。土壤物理学就是研究土壤的这些独特物理性质的土壤学分支。

（五）土壤的化学性质土壤胶体是土壤中化学性质最为活跃的物质。它由无机胶体和有机胶体物质组成，无机胶体主要由土壤次生矿物或粘土矿物组成，有机胶体就是腐殖质等。由这些成分复杂的有机、矿质和有机—矿质化合物组成的土壤胶体物质颗粒，通常带负电。为此，它们具有从溶液中吸收和代换盐分离子的能力。土壤胶体物质颗粒表面和土壤溶液相互作用机制，是极其复杂的，决定了众多的土壤化学和土壤物理化学性质的动态行为，为土壤化学所研究的主要内容之一。

（六）土壤的生物性质土壤是有生命的自然体，是自然界最复杂的生态系统之一，也是最丰富的生物资源库。土壤是生命活动的产物，没有生物就没有土壤。土壤是生命的摇蓝。土壤不仅是生物的栖息地，是生物作用的对象，同时也是地球生命诞生与进化的温床。土壤生物学就是研究土壤生物的功能、反应及其行为。主要的研究内容包括土壤物质（碳、氮、硫等）循环、养分转化、微生物生态、生物防治和土壤分子生物学。

（七）土壤的空间变异性及在同一地貌的相对均质性不同地貌类型间，不同生物气候类型间这些较大空间尺度乃至全球范围内土壤类型的空间变异和分布规律。

同一生物气候带内，相同微地貌类型上，土壤剖面垂直层次的组合和性质基本一致。土壤发生分类学土壤调查制图学（八）土壤的记忆特性

古往今来的气候、生物及岩石对土壤形成过程、土壤性质的影响，都会在土体上留下“烙印”，即信息的记忆。

北方黄土堆积层发育的古土壤—红土层。解读这些信息，有助于我们了解地球的地质变化、气候变化的规律。土壤中的化石，我们可以推测生物的进化；古土层的性质可以帮助我们恢复古地理环境；地磁性质的变化，也可揭示古气候的变迁。这些研究为了解土壤的今昔变化及未来发展提供了必要的依据。

第二节土壤在人类农业生产和自然环境中的重要性一、土壤是人类农业生产的基地二、土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分三、土壤是陆地生态系统的基础四、土壤是最珍贵的自然资源土壤与人类生存发展的关系示意图一、土壤是人类农业生产的基地（一）土壤是植物生长繁育和生物生产的基地

1、营养库作用：是陆地生物所需营养物质的重要来源；2、在养分转化和循环中的作用：

无机物的有机化，有机物的矿质化；

3、雨水涵养作用：是一个巨大的水库；

4、对生物的支撑作用；

土壤中拥有种类繁多，数量巨大的生物群；

5、在稳定和缓冲环境变化中的作用；（二）植物生产、动物生产和土壤管理关系

土壤管理植物生产动物生产

二、土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分（一）土壤圈（Pedosphere）的概念地球表层系统五大要素：大气圈、生物圈、岩石圈、水圈、土壤圈

土壤圈是覆盖于地球和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，它是地圈系统的重要组成部分。土壤圈的地位(positionofpedosphere)气圈Gas-sphere岩石圈Rocky-sphere水圈Watersphere生物圈Biosphere土壤圈pedosphere金属与微量元素物质循环生物养分物质循环水分循环与平衡1、土壤圈涵义（1）永恒的物质与能量交换（2）最活跃与最富生命力的圈层（3）记忆块的功能（4）时空限制特征（5）仅部分为可再生资源2、土壤圈的功能（1）对大气圈频繁的水、热、气地交换和平衡，是全球气候变化的重要方面。（2）对生物圈支撑和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理条件，决定自然植被的分布与演替。（3）对水圈降水在陆地的重新分配、元素的生物地球化学行为和水分平衡、分异、转化及水圈的化学组成。（4）对岩石圈具有一定的保护作用，以减少其受各种外营力破坏，与岩石圈进行物质交换与地质循环。土壤圈的功能（二）土壤圈在全球变化中的作用

1、通过土壤圈与其它圈层的物质交换，影响土壤的全球变化

2、通过全球土被在时空上的演变，引起土壤全球变化

3、通过人为活动对土壤圈的强烈作用，对全球土壤变化以至生存环境发生影响（1）人为砍伐森林，加剧水土流失（2）对土壤资源利用不当导致土壤退化严重（3）水稻田、沼泽地及湖泊产生痕量温室气体*(三)土壤圈的研究方向与内容1、研究方向

（1）土壤圈与生物圈之间养分元素的交换与平衡，土壤圈与水圈之间的水分循环与物质运动，土壤圈与大气圈之间的大量气体及痕量气体的交换与平衡，以及土壤圈与岩石圈之间元素迁移与转化；（2）土壤圈物质和能量循环与地球生命、人类生存条件、自然环境及全球变化之间的关系。2、研究任务（1）土壤资源的开发利用与保护土地数字化数据库(SOTER)。（2）土壤肥力调节与农业持续发展

（3）土壤生态环境的建设。

农业生态系统中土壤生态环境演替规律；土壤生态环境建设的研究；防止土壤污染。（4）土壤圈物质循环及全球变化

①土壤圈与大气圈大量与痕量气体交换与平衡。

②土壤圈与水圈的水循环。

③土壤圈与岩石圈元素迁移。

④土壤圈与生物圈养分元素交换与平衡。

⑤土壤圈物质组成、性质、类型及时空变化规律。

⑥全球土被演变及土壤退化(土壤侵蚀、沙漠化、肥力退化、盐渍化、酸化、沼泽化)的时空变化，形成机理及预测预控。

⑦人类活动对土壤全球变化及人类环境变化的影响。

（一）土壤生态系统Soilecosystems

（相对独立的子系统）

Producer

Holophyte(自养生物)—Plant

Consumer

Heterotrophicorganism(异养)—animal(fauna)

DecomposerHeterotrophicorganism(异养)—Microorganisms三、土壤是陆地生态系统的基础

（二）土壤在陆地生态系统中的重要作用

保持生物活性、多样性和生产性；对水体和溶质流动起调节作用；对有机、无机污染物具有过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用；具有贮存并循环生物圈及地表的养分和其它元素的功能。

中国是个多山的国家,各种山地丘陵地面积占全部土地面积的65％,平原区土地仅占35％。中国人均耕地面积不到世界人均耕地的l/3。人均林地面积占世界人均林地面积的1/9。人均草地面积不到世界人均草地面积的1/2。

2、质量的可变性

3、空间位置的固定性四、土壤是最珍贵的自然资源

1、数量的有限性和固定性第三节近代土壤科学发展及其主要研究内容

3.Historyofsoilsciencedevelopment主要学派农业化学学派mineralnutritiontheory德国李比希(J.F.Liebig,1803-1873)农业地质学派风化-淋溶德国法鲁（F.A.Fallow)，李希霍芬(F.V.Richthofen)，拉曼(E.Ramann)土壤发生学派风化过程+成土过程

俄国道库恰耶夫（1846-1902)一、近代土壤科学的发展概况

我国古代、古希腊、罗马等的认识18世纪后期逐渐形成独立学科重要观点Importantviewpoint

发生、发育、发展过程独立自然体、运动形式多样土壤具有肥力（fertility）土壤形成因素Soil-formingfactors

母质Parentmaterial(rock)

生物Organisms

气候Climate

地形Topography

时间Time人类活动Humanactive

S=f(P,O,C,To,T,H)

1.

学科体系土壤物理学SoilPhysics土壤地理学SoilGeography土壤生物学SoilBiology土壤微生物学土壤动物学土壤分类学SoilTaxonomy土壤发生学土壤资源学土壤区划学土壤管理学土壤矿物学SoilMineralogy土壤环境学SoilEnvironment土壤生态学

土壤环境化学土壤修复学土壤化学SoilChemistry土壤无机化学土壤有机化学土壤分析化学土壤物理化学土壤生物化学土壤胶体化学土壤电化学土壤表面化学二、土壤学科体系、研究内容和方法（一）土壤物理学

主要研究土壤水、气、热运动及其调控的原理，其研究内容包括土壤水分、土壤质地、土壤结构、土壤力学性质、土壤溶质移动及土壤

植物

大气连续体(SPAC)中的水分运行和能量转移等。（二）土壤化学

研究土壤化学组成，性质及其土壤化学反应过程的分支学科。重点研究土壤胶体的组成、性质，及土壤固液界面发生的系列化学反应。为开展土壤培肥、土壤管理、土壤环境保护提供理论依据。（三）土壤生物学

研究土壤中微生物区系、多样性及其功能和活性的土壤学分支。土壤微生物生态；土壤微生物与土壤物质循环(陆地N,P,S,C素循环)；土壤酶活性；土壤微生物与土壤固氮作用；根际微生物与菌根；土壤微生物之间的相互作用；7、农业措施对微生物的影响；8、土壤微生物与土壤的污染防治；9、有益微生物的农业应用。（四）土壤化学

土壤腐殖质形成，特性、及其对土壤肥力的影响；土壤碳、氮、磷、硫的生物转化（有机碳、氮矿化作用和腐殖化作用）；有机生物制剂包括有机农药、杀虫剂、除草剂的生物降解及其对环境污染的影响等。

（五）土壤地理学

土壤发生和分类

土壤发生学是土壤地理学的核心，重点研究土壤形成与自然成土因子和人为活动的复杂关系，并在此基础上，根据土壤的发生发育过程、土壤诊断学属性进行土壤分类。土壤分布规律

土壤是一个时间上处于动态、空间上具有垂直和水平方向上分异性的三维连续体。土壤调查制图和土壤质量评价

应用现代新技术（如3S技术），建立土壤数据库和土壤信息系统；研究土壤质量评价标准、指标体系和退化土壤的恢复重建技术与措施。

2.

土壤学的研究内容重大课题合理开发利用土壤资源改良中低产地防止水土流失，保护土壤资源理论问题土壤肥力的物质基础及其形成机理土壤圈的物质循环土壤地理信息系统土壤环境问题耕地减少：中国耕地14.4亿亩(10%)，人均耕地1.34亩水土流失：总流失量1750亿吨，每年50亿吨(1500万亩耕地)草原沙化：草原面积285万km2，沙化面积17.6万km2土壤污染：化肥农药2亿亩，其他污染1亿亩

3.土壤学与相邻学科的关系

土壤学与地质学、水文学、生物学、气象学有着密切的关系；土壤学与农学、农业生态学有着不可分割的关系；土壤学与环境科学联系密切。土壤学形态、发生、分类肥力、保持、灌溉水文学hydrology地球化学geochemistry土壤学Soilscience植物营养学plantnutrition地质学geognosy土力学soilmechanics生态学ecology沉积学sedimentology地貌学geomorphology土壤学和相关学科的关系稳定性

4.土壤学的任务合理利用土壤水土流失土壤沙化土壤次生盐渍化土壤污染农药污染肥料污染“三废”污染中低产土壤改良自然对人类的惩罚2002年4月北京沙尘暴

5.土壤学的研究方法宏观研究和微观研究综合、交叉研究野外调查与实验室研究结合新技术的应用第四节土壤科学与环境科学的融合

——

环境土壤学环境土壤学

Environmentalsoilscience环境地学的一个分支。是环境学与土壤学的边缘学科。主要研究土壤环境与人类活动和大气、地表水、地下水、生物等环境要素间物质、能量、信息的交换过程，以及这种交换对人体健康、社会经济、生态系统结构和功能的影响，探索国土整治、评价、区划、规划、预测、调控和改善土壤环境质量的方法。起因过度利用和各种废弃物排放造成了土壤污染和退化等直接危害：废物排入土壤导致土壤污染、次生潜育化和盐渍化等间接危害：森林和草原的植被破坏导致冲刷、侵蚀与沙化等危害后果：生态失调、气候恶化、旱洪灾害频繁、产量下降、人畜发病率提高等。

主要发展阶段50-60年代，三废综合治理与利用70年代，农田污灌监测评价，土壤污染和背景值调查80年代，农药使用和酸雨危害的研究90年代，土壤环境质量评价，土壤排放温室气体的研究环境土壤学的特征交叉的界面科学：理论基础来源于近代土壤学、环境科学、生态学、生物地球化学、化学、生物学以及地理医学等研究环境中化学物质的生物小循环与地质大循环结合交点上兼有生命与非生命科学的双重内涵

研究方法：承袭于相关学科分析测试技术要求高宏观与微观相结合发挥模型与模拟的作用，提高其在宏观决策中的作用要求高素质的综合性人才和研究群体土壤与水质、空气、作物品质、人体与动物健康的关系土壤与水质土壤与空气质量土壤与作物品质土壤与人体和动物健康土壤C库和N库是地球C库和N库的重要组成部分，在其循环中产生CO2,CH4和NOx等温室气体，从而影响气候的变化；而气候的变化又反过来影响有机质的分解速率，从而影响温室气体。土壤影响人体与动物健康的途径土壤中化学品直接中毒土壤作为次生污染源的间接作用作物品质对人体和动物的影响

土壤生物

soilorganisms

土壤生物活性(biologicalactivity)和肥力直接或间接地与土壤生物有关。土壤生物是土壤具有生命力的主要成分，在土壤形成(soilformation)和发育过程(developmentprocess)中起主导作用(theleadingeffects)。也是评价土壤质量(soilquality)和健康状况(healthlevel)的重要指标之一。

本章重点阐述土壤微生物的多样性及其功能。Soilorganismsareresponsibleforthephysicalcombinationandbiochemicaldecomposition,andincorporationoforganicmatter.Theyexhibittremendousdiversityintermsoftheirnumbers,sizeandmorphology,andalsovarydramaticallyintheirfunction,modeofnutritionandenvironmentaltolerance.第一节

土壤生物多样性Soilorganismdiversity

按其功能分类Classificationaccordingtotheirfunctions生产者Producers:

plants—fixCfromatmosphericCO2duringphotosynthesis.消费者Consumers:

feedonplantsandotherorganisms.分解者Decomposers(reducers):

utilizecarbonfromorganicmaterial,returningittotheatmosphereasCO2andothergaseousbyproductsandmineralizingnutrientstotheiroriginalionicform.寄生者Parasites一、土壤生物类型的多样性

Diversityofsoilorganismspecies

按其大小和形态分类Classificationaccordingtosize微生物Micro-organism<0.2mm微(原生)植物Microflora<0.2mm

细菌、放线菌、丝状菌、藻类原生动物Microfauna<0.2mm微小动物中等动物Mesofauna0.2-2mm线虫类.螨虫类大型动物Macrofauna2-20mm蚂蚁科.跳虫类巨型动物Megafauna>20mm蚯蚓按其形态分类后生动物（多细胞）原生动物（单细胞）微生物真核微生物：真菌和藻类原核微生物：细菌、放线菌和蓝细菌分子生物（无细胞结构，如病毒）metazoan

后生动物

小的土居性的多细胞动物。种类：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫等作用：植物残体破碎、混合SoilmesofaunaNematodesinsoils

土壤中的线虫Springtailsinsoils

土壤中的节肢动物

Microfauna(protozoa)

原生动物

单细胞真核生物（简称原虫）。结构简单，数量多、分布广。表土多，底土少。原生动物在土壤中的作用：调节细菌数量增进某些土壤的生物活性参与土壤植物残体的分解纤毛虫细菌和小鞭毛虫为食变形虫动、植物碎屑为食鞭毛虫取食细菌

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。

土壤微生物在地球生境中数量最多、生物多样性最复杂和生物量最大。Micro-organism

微生物1公斤土壤可含5亿个细菌,100亿个放线菌和近10亿个真菌，5亿个微小动物。土壤微生物主要作用：调节植物生长的养分循环产消温室气体(CO2,CH4,NO,N2O,CO等)，影响全球气候变化分解有机废物保存物种、基因引发人、畜、植物病害土壤中的食物链关系节杆菌属（Arthrobacter）芽孢杆菌属（Bacillus）假单胞菌属（Pseudomonas）土壤杆菌属（Agrobacterium）产碱杆菌属（Alcaligenes）黄杆菌属（Flavobacterium）

原核微生物(procaryotes)古细菌(archaea)甲烷产生菌极端嗜酸热菌极端嗜盐菌细菌

(bacteria)二、土壤微生物种群的多样性Diversityofsoilmicro-organismpopulation

Bacteria

细菌个体微小，1微米左右形状多为棒状或杆状Bacteria

细菌土壤细菌数量很大（占土壤微生物总数的70-90%），但生物量不大。代谢强、繁殖快。土壤中最活跃的因素Bacteria

细菌土壤中细菌的作用分解有机质参与碳循环、氮循环改善土壤结构净化土壤病害根瘤菌固氮细菌苜蓿根毛尖上的根瘤菌Bacteria

细菌放线菌(actinomyces)以孢子或菌丝片断存在，细胞数104-106/g土。肥土比廋土多，耕地比林地多，春秋季比夏冬季多。最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好土壤中，转化土壤有机质。Actinomycetes

放线菌蓝细菌（Cyanobacterium）

是光合微生物，行光能无机营养，过去称为蓝（绿）藻，由于原核特征现改称为蓝细菌，与真核藻类区分开来。粘细菌(myxomycota)

土壤中数量不多，施有机肥土壤中常见，是已知最高级的原核生物，具备形成自实体和年报字的形态发生过程。真菌(fungus

/eumycota)藻类(alga)地衣(lichen)

真核微生物

(Eukaryoticmicroorganisms)森林土壤和酸性土壤中占优势单细胞或多细胞的真核原生生物硅藻、绿藻、黄藻土壤生物的先行者真菌和藻类形成的不可分离的共生体在土壤发生早期起重要作用Fungus真菌酵母菌蘑菇霉菌菌根Alga藻类非细胞型生物即分子生物—病毒(virus)一种活细胞内的寄生物，超显微的非细胞生物，只是一种核酸。靠其宿主代谢系统的协助复制核酸，合成蛋白质等组分，然后再装配而得以繁殖。离体条件下，以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。

Nutritionmode

Thesourcesofcarbonandenergy

异养型HeterotrophsC:organicmaterial

数量多Chemoheterotrophs(化能有机营养型/化能异养型)

种类：腐生、寄生energy:chemicaloxidationPhotoheterotrophs(光能有机营养型/光能异养型)种类：红螺菌energy:light自养型AutotrophsC:inorganicsources数量少Chemoautotrophs(化能无机营养型/化能自养型)种类：亚硝酸/硝酸/硫氧化/铁/氢细菌energy:chemicaloxidationPhotoautotrophs(光能无机营养型/光能自养型)种类：藻类、光合细菌energy:light三、土壤微生物营养类型的多样性Diversityofnutritionmode

oxygenrequirements？Aerobes(好氧性微生物)

有氧呼吸

requirementforoxygen实例：细菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物作用:彻底氧化,释放能量Obligateanaerobes(厌氧性微生物)

无氧呼吸

requireanabsenceofoxygen实例:梭菌、产甲烷细菌、脱硫弧菌作用:部分氧化Facultativeanaerobes(兼厌氧性微生物)

兼性呼吸

normallyrequireoxygenbutmayadapttooxygendeficit实例:酵母菌、大肠杆菌作用:氧化、还原四、土壤微生物呼吸类型的多样性Diversityofrespirationtype

第二节影响土壤微生物活性的环境因素Influencedfactorsofsoilorganismactivity

一、温度二、水分及其有效性三、pH四、氧气和Eh值五、生物因素六、土地管理措施温度是影响微生物生长和代谢最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超出最低和最高限度时，即停止生长或死亡。一、温度

Temperature

最适生长温度高温型

嗜热型45-60℃极端嗜热80-90℃中温型

25-40℃

低温型

兼性嗜冷20-30℃专性嗜冷<15℃温度生长速度水是微生物细胞生命活动的基本条件之一。水分对微生物的影响不仅决定它的含量，更重要决定水的有效性。水分的微生物有效性，用水的活度表示。二、水分及其有效性

Wateranditsavailability某些微生物生活环境的水活度水活度环境（或材料）微生物（代表种类）1.000.90~1.000.980.950.900.800.750.70纯水一般农业土壤海水人为环境或某些土壤环境人为环境或某些土壤环境人为环境或少量特殊土壤环境人为环境或少量特殊土壤环境人为环境或少量特殊土壤环境柄杆菌、螺菌大多数微生物假单胞菌、弧菌大多数G+杆菌G+球菌、毛霉、镰胞菌拜耳酵母、青霉盐杆菌、盐球菌、曲霉嗜干燥真菌三、Acidity/alkalinity

酸碱度（pH）

最适pH范围大多数细菌、藻类和原生动物6.5-7.5放线菌

7.5-8.0酵母菌和霉菌

5.0-6.0真菌酸性土壤嗜酸菌acidophiles/嗜碱菌alkalinophiles

极低/高一般土壤pH范围为4~9，能维持各类微生物生长发育。

结构良好、通气的旱作土壤中有较丰富的好氧性微生物生长发育。淹水下层土壤，覆盖秸秆土壤，或是用新鲜有机肥土壤，厌氧性微生物占优势。四、氧气和Eh值

O2andredoxpotential(Eh)好氧性微生物：需要O2，最适Eh为300-400mV，表层土壤厌氧性微生物：必须缺O2，最适Eh为<100mV，底层土壤兼厌氧性微生物：有无O2均可，适应范围广。五、生物因素

Biologicalfactors按照来源分为：土居性(土生土长的，edaphon)客居性(外来的)存在互生、共生、拮抗现象。常规耕作、覆盖减耕和免耕(zerotillage)等耕作措施对土壤微生物的影响程度是不同的。六、土壤管理措施

Soilarrangement

土壤耕作Soiltillage杀生剂和其他化学制剂(chemicals)

第三节土壤微生物区系的发生和分布Formationanddistributionofsoilmicroflora土壤中存在的重要的微生物类群有：细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物。土壤微生物与土壤肥力演变、营养元素转化、土传性病害的发生均有密切关系。

一、不同类型土壤中微生物的数量和分布不同土壤类型、肥力水平，土壤微生物的数量和分布有很大差异。中国不同土壤微生物总数，呈如下变化趋势：黑钙土>棕壤>灰壤>水稻土>砖红壤土壤有机质含量与微生物数量关系密切。在土壤的不同层次中，由于水分、养分、通气、温度、pH等因素的差异及不同微生物的特异性，致使微生物在土壤剖面中的分布不均。一般来说，表土层微生物数量最多，随层次加深，数量减少。

二、土壤剖面中微生物的数量和分布各种团聚体是微生物在土壤中生活的微环境。团聚体内外的条件不同，微生物的分布也不一样。三、土壤团聚体中微生物的数量和分布根圈微生物菌根（mycorrhiza)

共生固氮联合固氮四、微生物与植物根的联合

根圈（rhizosphere)或根际：植物根系及其影响所及的范围。

根圈微生物效应：用根/土比值（R/S)表示，即根圈土壤微生物与近邻的非根圈土壤微生物数量之比。根土比一般在50-20之间。存在于树木根活性部分的真菌菌丝，是真菌和植物根的共生联合体。对于改善植物营养、调节代谢和增强植物抗逆性有一定作用。土壤微生物区系分布特征Distributioncharacteristicsofsoilmicroflora

绝大多数分布在土壤矿物质和有机质颗粒表面，无机-有机-生物复合体（团聚体）高等植物根系周围含有种类多，数量多，活性强的微生物群，根际微生物在土壤剖面中具有垂直分布特点表层比底层多在地域上具有地带性分布的特点种类和数量随土壤熟化而增加多种共存相互促进相互制约一、土壤酶

Soilenzyme

土壤酶种类和功能氧化还原酶类水解酶类转移酶类裂解酶类第四节土壤生物活性及表征

土壤酶主要来自微生物、土壤动物和植物根。土壤酶主要是吸附在土壤有机质和矿质胶体上，并以复合体状态存在。吸附酶的能力：有机质>矿物质；

微团聚体>大团聚体；

细粒部分>粗粒部分。酶与有机质或粘粒结合，使其受到保护，增加稳定性，防止被蛋白酶或钝化剂降解。

酶在土壤中存在状态及特性土壤物理性质环境条件对土壤酶活性的影响质地

Texture:质地粘重土壤比酶活性轻质地土壤的强。结构

Structure:

小团聚体的土壤酶活性较大团聚体的强。水分

Moisture:

渍水条件降低转化酶活性，但能提高脱氢酶活性。温度

Temperature:适宜温度下酶活性随温度升高而升高。土壤化学性质

土壤有机质含量和组成及有机矿质复合体组成、特性决定土壤酶的稳定性。土壤pH:

磷酸酶活性：碱、中、酸性土壤中均有，最适pH为4.0-6.7和8.0-10。

脲酶活性：中性土壤中最高。

脱氢酶活性：碱性土中最高。化学物质的抑制作用:许多重金属、废金属离子、有机化合物包括杀虫剂、杀菌剂均对土壤酶活性有抑制作用。土壤耕作管理

耕翻：通常会降低上层土壤酶活性。

灌溉:

增加脱氢酶、磷酸酶活性，但降低转化酶活性。

施用无机肥料:

影响有增有减。

农药使用：影响不大，影响持续几个月。多糖(polysaccharide)植物激素(phytohormone)植物毒素(phytotoxicant)维生素和氨基酸(vitaminandaminoacid)二、生物活性物质*

土壤质地和结构

SoilTextureandSoilStructure

*第一节土壤三相组成

Three-phasecompositionofsoil

土壤固、液、气三相容积比，反映土壤水、气关系。

waterorganicmattermineralatmosphere三相比示意图*一、土壤的密度和容重

Soildensityandbulkdensity（一）土壤密度

Soildensity

单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量

(g/cm3)

矿物组成有机质含量土壤质地影响因素多数土壤密度为2.6~2.7g/cm3，常用密度值2.65g/cm3。土壤中常见组分的密度组分密度(g/cm3)组分密度(g/cm3)石英2.60～2.68赤铁矿4.90～5.30正长石2.54～2.57磁铁矿5.03～5.18斜长石2.62～2.76三水铝石2.30～2.40白云母2.77～2.88高岭石2.61～2.68黑云母2.70～3.10蒙脱石2.53～2.74角闪石2.85～3.57伊利石2.60～2.90辉石3.15～3.90腐殖质1.40～1.80纤铁矿3.60～4.10**某森林土壤表层各级土粒密度粒径(mm)全土样0.10～0.050.05～0.010.01～0.0050.005～0.001＜0.001腐殖质(g/kg)29.504.314.853.764.2密度(g/cm3)2.622.662.662.622.592.59*（二）土壤容重

Bulkdensityofsoil

田间自然垒结状态下单位容积土体(含土粒和粒间孔隙)的质量或重量。(g/cm3)

土壤容重受土壤密度和孔隙两方面的影响。一般情况下，土壤容重值多介于1.0~1.5g/cm3范围内。土壤密度和容重均以105~110℃下烘干土计。*土壤容重的用途计算土壤孔隙度(soilporosity)

孔隙度＝（1－容重/密度）×100%土壤重量=土壤体积×土壤容重计算工程土方量*

设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。估算各种土壤成分储量土壤=10000×0.2×1.3=2600t有机质储量=2600×0.015=39.0t全氮储量=2600×0.00075=1.95t1hm2(104m2)、0.2m土层计：*1hm2的1m土层储水量：

=10000m2×1m×1.3t/m3×25%

=3250m3/hm2

=325mm

设土层厚度1m，土壤含水量25%，容重为1.3t/m3。计算土壤储水量及灌水（或排水）定额公式*影响容重的因素有机质Soilorganicmatter质地Texture结构Structure

紧实度(degreeofcompaction)*

土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分数，称固（液、气）相率。三者之比即为土壤三相比。

土壤三相比

threephaseratio

二、土壤的三相和孔隙

多数旱地作物，适宜的固、液、气三相比为：0.5∶0.25～0.3∶0.15～0.25*

土壤孔隙度

Soilporosity土壤全部孔隙容积占土体容积的百分率。固相率(solidphaseratio)＝(容重/密度)×100%液相率(liquidphaseratio)＝(水分重量百分率×容重)×100%气相率(gasphaseratio)＝(孔度－液相比)×100%*第二节土壤质地

Soiltexture*一、土粒和粒级土粒

Soilparticle土壤颗粒——土粒，通常指矿物颗粒。Soiparticlesarethefundamentalofsoilstructureformation.Functionofsoilparticlesisdeterminedbyitscomposition,structureandbehavior.

多孔结构的骨架吸、保、供、调土壤肥力的实体。按土粒成分分为矿物质土粒和有机质土粒。

土壤矿粒大小不均，形状多样，有的成片成块、有的成粒成尘；有的单个存在，称为单粒；有的相互粘结为聚集体，称为复粒。*

标准土壤

Standardsoil土粒——光滑实心圆球*

当量粒径

Equivalentgrainsizeofsoilparticle当量粒径——与其静水沉降速度相同的圆球直径。原理：Stokeslaw,1845

颗粒沉降速度与有效直径有关影响因子：重力加速度g颗粒密度ρs液体的密度ρf液体的粘度η颗粒半径r*土粒大小分级——粒级

sizecategory

Theprincipalpropertiesofsoilmineralparticlesinanenvironmentcontextaretheirsize,shape,natureofsurface,orientationandmineralogy.Soilparticlesarevarydramaticallyinsizefromlargeboulders(severalmindiameter),throughcobblesandpebbles(severalcmindiameter)tosand,siltandclay(<2mmindiameter).Soilscientistsareconcernedtheparticleswiththe<2mmsizerange,whichisreferredtoasthefinefractionorfineearth.土粒分级是根据矿物质单粒的大小来划分，不考虑化学成分的差异。Theproportionbyweightofthesizecategoriesisdefinedastheparticlesizedistribution.土壤中不同大小颗粒的组成比例在土壤学上称为颗粒组成（或机械组成）。土粒分级依据土粒大小不同，矿物成分和元素组成不同：矿粒粒径大小包含了矿物成分的差异矿物风化过程中，以其抗风化能力的强弱而残留下相应大小的矿粒，抗风化能力强者，残留的粒度较粗大，抗性弱的粒度细小。石英抗风化能力最强，粒径越大者含石英越多；云母抗风化能力较弱，越细的粒级中分布越多；角闪石极易风化，分解彻底而消失，只在较细粒级中有所残留；*土壤各粒级矿物成分的差异，使得其化学成分和元素组成差异十分明显，并与矿物组成相对应SiO2在大粒级含量高；金属氧化物易于分解，在细土粒中含量较高；其中Al2O3和Fe2O3多半成为粘土矿物的骨架成分，与氧化硅相结合形成不同类型的矿物胶体；P2O5是植物必需的大量元素成分，化学性质稳定，生物吸收富集后主要存在于粘粒中。因此，土粒的作用按粒径大小划分是有道理的。土粒分级依据：土粒大小不同，性质不同：土粒粗细对土壤性质有明显影响。粒径相同的土粒，其性质有很大相似性，而不同粒径土粒在一系列性质方面表现出随粒径变小而增大的规律性，这种规律性变化有明显的强度增大的转折点，土壤学家以此来划分粒级。细土粒通常很细腻，以复粒形式存在，湿时粘滑，干时结块坚硬；粗颗粒是粗糙的，常松散成单粒，几乎没有粘结力和可塑性。因此，要具体了解粗细土粒间的关系，就必须订出按土粒大小进行分级的标准。*共同点：均为四级：

gravel砾石、sand砂粒、silt粉粒和clay粘粒。*分级标准国际制(internationalsystem)美国制(U.Ssystem)中国制(Chinasystem)卡庆斯基制(Kachinskyclassificationsystemofsoiltexture)*粒径(mm)中国制(1987)卡庆斯基制(1957)美国制(1951)国际制(1930)3～2石砾石砾石砾石砾2～1极粗砂粒粗砂粒1～0.5粗砂粒物理性砂粒粗砂粒粘砂粒0.5～0.25中砂粒中砂粒0.25～0.2细砂粒细砂粒细砂粒0.2～0.1细砂粒0.1～0.05极细砂粒0.05～0.02粗粉粒粗粉粒粉粒0.02～0.01粉粒0.01～0.005中粉粒物理性粘粒中粉粒0.005～0.002细粉粒细粉粒0.002～0.001粗粘粒粘粒粘粒0.001～0.0005细粘粒粘粒粗粘粒0.0005～0.0001细粘粒＜0.0001胶质粘粒常见土壤粒级制二、各级土粒的组成和性质土粒成分既继承了岩石和母质的特点，又有别于母质.包含了生物活动的产物;反映了地区水、热条件带来的物质迁移、转化和富集特点。*Introduction*（一）土粒的矿物组成

Mineralcompositionofsoilparticles以原生矿物(primarymineral)为主，最多的是石英(quartz)

Sand

(砂粒)

除原生矿物(primarymineral)外,还有一些风化后形成的次生矿物(secondarymineral)Silt

(粉粒)以次生矿物(secondarymineral)为主

Clay(粘粒)**（二）土粒的化学组成Chemicalcompositionofsoilparticles

随粒径由大到小，SiO2含量由多到少。R2O3(即Fe2O3与Al2O3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。*灰色森林土粒级（mm）化学组成（灼干重%）SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MnO2CaOMgOK2ONa2OP2O50.1～0.0189.903.900.940.510.060.610.352.210.810.040.01～0.00582.638.132.390.970.060.951.942.771.450.140.005～0.00176.7511.323.951.340.041.001.053.321.300.25<0.00158.0323.4010.190.730.170.442.403.150.240.46全土85.105.962.460.530.120.920.682.380.750.11黑钙土0.1～0.0188.125.751.290.450.040.740.291.991.210.020.01～0.00582.177.962.731.000.020.941.192.311.840.120.005～0.00167.3717.167.511.380.030.751.773.041.380.23<0.00157.4722.6611.540.660.080.382.483.170.190.39全土71.5213.745.520.700.182.211.732.670.750.21土壤各粒级的化学组成*（三）各级土粒的物理性质土粒由大到小保水能力、最大吸湿量、最大分子持水量、毛管水上升高度增加，但通透性、渗透系数降低。土壤膨胀性(soilswelling)和可塑性(plasticity)增加，对耕作(tillage)带来不利影响。*各级土粒的水分性质和物理性质土粒名称粒径(mm)最大吸湿量(%)最大分子持水量(%)毛管水上升高度(mm)渗透系数(cm/s)湿胀(按最初体积计)塑性石砾3.0～2.0－0.200.5－不可塑2.0～1.5－0.71.5～3.00.3－1.5～1.0－0.84.50.12－粗砂粒1.0～0.5－0.98.70.072－0.5～0.25－1.020～270.056－细砂粒0.25～0.10－1.1500.03050.10～0.05－1.2910.0056粗粉粒0.05～0.01＜0.53.12000.00416中粉粒0.01～0.0051.0～3.015.9－－105可塑(28～40)细粉粒粗粘粒0.005～0.001－31.0－－160塑性较强(30～48)细粘粒<0.00115～20－－－405塑性强(34～87)

各级土粒的基本特征砾石和砂粒（>0.02mm）风化碎屑，矿物成分和母岩基本一致，不能充分反映土壤形成条件；特性：粒径大，比表面积小，无可塑性和粘结性；养分释放慢，有效养分缺乏；土粒表面吸湿性和吸肥性很小。粒间孔隙大，透水、排水快；胀缩性小；易溶性养分亦随水流失。因此，砾石和砂粒对水热缺乏保存和调节能力；保水性极差，热容量小而保温能力也很差。功能：构成土体的粗骨架和大孔隙，使土体具有良好通透性，为根系插入与深扎、空气与水进入土体提供方便通道，通过水分入渗传导热量；砾石和砂粒含量高的土壤易冷易热，易干易湿，容易受到污染。土壤侵蚀得只剩下砾石和砂粒，是生态环境恶化的重要指标。如山区“石山化”，平原“沙漠化”等。*粘粒（<0.002mm）

颗粒细小，是矿物化学风化的产物，也可能是土壤溶液中化学反应的生成物；矿物质成分与原来母质有所不同，属于次生矿物。化学成分中二氧化硅含量比砂粒和粉粒要少得多。功能粘粒是土壤形成过程中的新生产物，是土壤胶体的主要组成部分，它的类型和性质能反映出土壤形成的条件和作用。特性

粘粒细，比表面积大，粒间孔隙很小，其中的水分难于移动；<1μm的细孔，微生物无法进入生存，基本失去孔隙的意义；表面吸湿性强，有显著毛管作用和强烈的吸水膨胀、失水收缩的特点；有较强的持水性能，透水缓慢，排水困难，透气不畅；粘粒有很强的粘结性、可塑性等，粘粒相互粘结形成土壤团聚体、土团或土块，干时土块易于龟裂，遇水分散。微细的粘粒还有胶体特征，能吸附养料；

含粘粒多的土壤保水、保肥力强，有效养分储量较多。*粉(砂)粒（0.02-0.002mm）

颗粒大小介于粘粒和砂粒之间;岩石矿物物理风化的极限产物;矿物成分有原生的，也有次生的。特性

很多性质介于粘粒和砂粒之间，只有微弱的可塑性、胀缩性和毛管力；粘结力在湿时明显，干时微弱。粉粒很容易进一步风化，是土壤养料的潜在供应力，这与其矿物组成有一定关系。粉粒含量高的土壤往往是地区性水土流失和干旱威胁的内在原因。土壤含有适量粉粒，对粘土来说有利于“化块”，促进大土块分裂，形成较小土团；对沙土而言能增加其保水、保肥和保温能力。**三、土壤的机械组成和质地（一）土壤机械组成

Soilmechanicalcomposition土壤中各级土粒的百分含量，又称土壤颗粒组成。估算土壤比表面积确定土壤质地评价土壤结构性其它测定土壤颗粒组成(或机械组成)的方法，称为土壤颗粒分析(或机械分析)。主要用途测定方法首先把土壤样品进行前处理，取粒径小于2mm的组分，去掉有机质，充分分散（加分散剂）过筛和沉降直径大于0.05~0.02mm的部分用过筛的方法区分直径小于0.05~0.02mm的部分用沉降的方法确定*沉降原理：Stokeslaw,1845

颗粒沉降速度与有效直径有关*（二）土壤质地

Soiltexture按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地(Soiltexture)。

质地相同的土壤，颗粒组成基本相似(但不完全相同)，这些土壤常具有类似的一些理化性质和肥力特征。每种土壤有一个质地名称，它概括反映了土壤内在的某些基本特性。Internationalsystem（国际制）*粘土(clay)类根据粘粒(clay)含量将质地分为三类：<15%粘壤土(clayloam)类粘粒含量砂土(sand)类、壤土(loam)类15%—25%>25%凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)”根据粉砂粒(silt)含量:凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉砂质(siltyclay)”根据砂粒(sand)含量:

土壤质地分类系统Amaricansystem（美国制）

Triangulargraph(三角图)*Clay<0.002mmSand0.05-2mmSilt0.002-0.05mm

等边三角形的三个边分别表示砂粒、粉粒、粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的定点即为该土壤的质地。质地组质地名称不同土壤类型的＜0.01mm粒级含量灰化土红黄壤、草原土碱化土、碱土砂土sand松砂土0～50～50～5紧砂土5～105～105～10壤土loam砂壤土sandyloam10～2010～2010～15轻壤土lightloam20～3020～3015～20中壤土mediumloam30～4030～4520～30重壤土heavyloam40～5045～6030～40粘土clay轻粘土lightclay50～6560～7540～50中粘土mediumclay65～8075～8550～65重粘土heavyclay＞80＞85＞65*Kachinskyclassificationsystemofsoiltexture（卡钦斯基制）①、根据物理性粘粒(physicalclay)含量将土壤分为三大质地类型九种质地②、根据砂粒(砂质)、粗粉粒(粗粉质)、中细粉粒(粉质)、粘粒含量(粘质)，进一步划分质地，确定质地详细名称:第二优势粒级＋第一优势粒级＋质地名称③、根据石砾(gravel)含量，查下表，冠在质地详细名称前大于1毫米的石砾含量%石质程度<0.5非石质土0.5—5.0轻石质土5.0—10.0中石质土>10.0重石质土*Chinasystem（中国制）分为砂土、壤土、粘壤和粘土4组共22种质地质地的定性确定

——凭手接触的感觉，搓条法等取少量土样，加适量水湿润，然后放在手上，用手来回搓，搓至均匀能检测为度。沙土：握时成团，放开松散，不能搓成条。沙壤土：搓条时只能搓成大于3毫米的短条。轻壤土：搓成大于3毫米细条，但容易断裂。中壤土：能搓成完整细条，弯曲时易断裂。重壤土：土能搓成完整细条，弯曲成圆圈时有裂缝。粘土：能搓成完整细条，能弯曲成圆圈。**四、不同质地土壤的肥力特征

Sandysoil

(砂质土)水粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，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，称为热性有利于早春作物播种。养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰肥松散易耕耕性*

Claysoil

(粘质土)水粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流,保水抗旱力强，易涝不易旱气小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质热水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素肥耕性差，粘着难耕耕性*

Loamysoil

(壤质土)

土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点。耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。*优良组合(choicenesscombination)

Soiltextureprofile土壤质地剖面土壤剖面中不同质地层次的排列组合。不良组合(badnesscombination)粘盖砂砂盖粘**第三节土壤结构

SoilstructureConceptofsoilstructure土壤结构是土粒相互之间的结合状态，有不同大小和形状。个体内部的小孔隙和个体之间的大孔隙同时存在于土层而发挥其调控水、气流通和保持的作用。土壤结构通过孔隙调配达到水分与空气及热量的同时存储。*Soilstructureisdefinedintermsofthesize,shape,andarrangementofparticles,aggregatesandpores.土壤结构是土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。Soilstructuralunit(soilconfiguration)土壤结构体

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。*Soilstructurality土壤结构性

土壤中单粒、复粒的数量、大小、形状、性质及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。

*一、土壤结构体

块状、团块状、核状、柱状、棱柱状、片状、板状、团粒结构。

Cloddystructure(blocky)

块状结构

形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。

产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构。

大小划分：大块状结构,直径>10cm;小块状结构直径5～10cm。**

Crumbystructure

团块状结构

形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。

大小划分：大团块结构，直径5～3cm；团块状结构，直径3～1cm；小团块状结构，直径<1cm。*

Nuttystructure

核状结构

形状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成核状结构。大小划分：大核状，直径>1cm；核状，直径7～10mm；小核状，5～7mm。*

Columnarstructure

柱状结构

形状：侧面，横断面形状不规则。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的底土出现。大小划分：大柱状结构，>5cm；柱状结构，3～5cm；小柱状结构，<3cm。

Primaticstructure

棱柱状结构形状：同柱状结构，棱角尖锐明显，横断面略呈三角形。产生条件：粘重土壤的底土，由于干湿交替频繁