土壤学课件教材

主讲：张凤银土壤学

SoilScience总学时：36

其中课堂讲授：26

实验课：10

绪论第一节土壤在人类农业和自然环境中的重要性

Theimportanceofsoilinthehumankindagricultureandnaturalenvironment

土壤的主要功能健康的土壤给我们人类提供洁净的空气和水、充裕的作物、森林、草地；形形色色的动物；美丽的风景土壤是人类生存的条件马克思说：土壤是世代相传的人类生存条件和再生产条件。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

植物生长的基本要素：日照（light）宇宙因子热量(heat)空气(air)二重因子养分(nutrients)

土壤因子水分(water)支撑(mechanicalsupport)生长因子1、养分库的作用2、养分转化和循环作用3、雨水的涵养作用4、生物的支撑作用5、环境作用全球氮磷的储备和分布环境单位N（109t）P（106t）大气陆地

生物土壤水域

生物沉淀物水体地壳3.8×10612.29×1028．99×1020．974×1062×10414×106----2×10316×10413810612×1043×106肥料

土壤有机物无机物土壤是地球绿地表面具有生物活性和多孔结构的介质。具有很强的吸水和持水能力。地球上的淡水总储藏量0.39亿km2

其中可利用水占10.5%(0.041亿km2),冰雪+深层水89.5%(0.349亿km2)（二）植物生产、动物生产以及土壤利用管理三者之间的关系植物生产土壤利用管理动物生产二：土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成成分自然环境的五大要素：土壤圈、岩石圈、水圈、生物圈、大气圈五大圈层的概念：

在地球绿地表面，人类或生物生存的环境称为自然环境大气圈：围绕地球的空气。连续包围地球的最外圈层，上界约在1000公里高空，下界可深入地下几百米。但空气主要密集于近地面几公里的高度。水圈：地球中或接近地球表层的所有水体。包括地表和地壳内的水，但主要分布于海洋，河流和湖泊。岩石圈：地球表层的坚硬外壳---地壳。陆地地壳平均厚33公里。生物圈：地球环境中的活的有机物质部分。在大气圈10公里的高度，整个水圈、土壤圈、岩石圈表层约3公里深处都有生物生存。

土壤圈：土壤表层连续或间断分布的土壤部分。大气圈生物圈岩石圈水圈土壤圈土壤圈与地球其他圈层的关系三土壤是地球陆地生态系统的基础1、保持生物活性、多样性和生产性2、对水体、溶质的流动起调节作用3、对污染物具有过滤、缓冲、降解和戒毒作用4、具有储备和循环养分和其他元素的功能四、土壤是最珍贵的自然资源（一）土壤资源的数量是有限性1、tooshadow2、permanentlyfrozen3、primeland4、toodry5、toohumid6、chemicallyimbalanced综观人类历史，许多古代文明的发祥地，多在有肥沃土地的河流沿岸首先兴起，如黄河、长江、尼罗河、幼发拉底河等。

在土壤资源遭受严重破坏时，生态体系瓦解，环境恶化，也会使文化衰落，城市毁灭。世界上不少古代文化遗址，当年曾是肥田沃土，人类居住过的繁荣地区，而今却是大沙漠或荒芜人烟之地。

我国土壤资源现状耕地面积：14.9亿亩，居世界第4位人均耕地面积：1.4亩，居世界第113位林地人均面积：1.8亩，居世界第118位草地人均面积：3.9亩，居世界第83位

国土总面积：960万平方公里，居世界第3位醒目数字：耕地面积每年减少700~1000万亩中低产耕地占总耕地的三分之二森林砍伐速度每年2010万亩土壤侵蚀面积近150万平方公里每年土壤流失量达50亿吨，沙化面积2000万亩。

人类只有一个地球，拯救地球，拯救土壤，拯救人类，已成为人们的共识。在联合国召开的世界环境大会上，提出21世纪是环境的世纪。我国土壤资源存在的重要问题人均耕地数量少，且逐年下降土壤质量下降，包括水土流失、沙漠化、盐碱化、养分含量下降、三废污染可开垦荒地资源后备不足土壤资源的可变性再生资源：有条件，用养结合才能地力常新。有限性：环境条件的改变和人为因素的影响都会引起现有土壤资源的改变，有些变化是不可逆转的。土壤资源空间分布的固定性位置的固定类型的固定数量的固定土壤资源时间分布的连续性形成过程的连续性人类利用的连续性第二节土壤和土壤肥力的概念一、土壤的概念土壤：指覆盖于地球陆地表面能够生长绿色植物的疏松多孔结构的表层。

土壤可以划分为：自然土壤和农业土壤或耕作土壤。

（一）独立的历史自然体具有独特的形成规律具有时间尺度受自然环境条件的制约（二）土壤物质组成固相：有机物、矿物质液相：土壤溶液气相：CO2

、O2、N2和其他气体土壤矿物：原生矿物、次生矿物土壤有机质：动植物残体、土壤微生物、土壤动物、腐殖质土壤固体的土粒矿物质：占固体95%有机质：占固体5%粒间的孔隙气体:O2、N2水分：土壤溶液各种生物：昆虫、蠕虫、原生动物，藻类及微生物等。最适宜植物生长的土壤类型矿质土壤的固相物质组成（重量比）

二、土壤肥力的概念（soilfertility）土壤肥力：是指土壤在植物生活期间，能供应和协调植物生长所需的水分、养分、空气、热量和其他生活条件的能力。正确理解土壤肥力概念的几个观点1、肥力要素的动态变化性2、肥力要素之间的同等重要性3、肥力要素之间的对立统一性4、土壤肥力≠土壤生产力土壤肥力不是固定不变的，具有发生、发展规律：自然肥力(naturalfertility)：是指在自然因素（气候、生物、母质、地形和时间）综合作用下形成的肥力。

人工肥力(man-madefertility)：指土壤在自然因素和人为因素（通过耕种、熟化过程）的综合作用下发育形成的肥力。有效肥力（activefertility）：在一定条件下，在当季生产中表现出来的且产生经济效益的肥力。潜在肥力（potentialfertility）：土壤本身所具有的肥力。土壤生产力：土壤在其土壤肥力、环境条件和人为因素的综合作用下所能产生的经济效益。三、现代土壤学的研究对象和主要任务1.

土壤学是研究土壤中物质运动和能量变化规律，以及它与其他环境因子、植物生长的关系科学。2、研究任务：（1）土壤圈物质循环与全球土壤变化（2）水土资源的时空变化、开发利用和恢复重建（3）土壤肥力演变规律、发展趋势与调控对策（4）农业持续发展、区域治理与生存、环境建设第一章土壤母质与土壤形成岩石母质土壤目的和要求：

1、了解土壤的形成过程。

2、掌握五大成土因素在土壤形成过程中的作用。重点：岩石、母质、土壤之间的区别。难点：各成土因素对土壤形成的作用。第一节土壤母质的形成一、土壤母质的来源：地壳物质的元素组成：主要为氧和硅（二）成土的主要矿物：（一）

原生矿物矿物种类

次生矿物矿物：是经各种地质作用，自然产生于地壳中的化合物或单质，是具有一定化学成分和物理性质的自然均质体，是组成岩石的基本单位。自然界矿物有三千多种，造岩矿物只有几十种，且主要是硅酸盐类（即硅的含氧盐）矿物（占地壳重量的80%）。

1.

原生矿物：凡起源于岩浆，而存在于岩浆岩中的矿物。如石英、长石、白云母、黑云母、辉石、角闪石等。2.次生矿物：原生矿物经过风化作用，使其组成和性质发生改变，而形成的新的矿物。1、成分简单的盐类：方解石、食盐、石膏等2、成分复杂的各种次生层状铝硅酸盐3、各种晶质和非晶质的含水硅、铝、铁氧化物。粘粒矿物次生矿物种类层状铝硅酸盐矿物：其晶体是由硅氧四面体和铝氧八面体两种基本单元构成。按晶片叠合方式基本上有三种：

1型：1片硅氧片和1片水铝片叠合。如高岭石类矿物。

1型：2片硅氧片之间夹1片水铝片构成。

膨胀型：蒙脱石类和蛭石类矿物。非膨胀型：水云母类矿物。混合型：其晶层是混层的。有规则混层的如211型的绿泥石；无规则混层的，如绿泥石—水云母。

（三）成土的主要岩石1.岩浆岩：由岩浆冷凝而成的岩石。特点：没有层次，没有化石，不含有机沉淀物。如喷出岩（安山岩）、浅成岩（花岗斑岩）、深成岩（花岗岩）等。2.沉积岩：由各种先成岩（岩浆岩、变质岩、原有沉积岩）经风化、搬运、沉积、重新固结而成的岩石。特点：一般具有成层性，常含有化石如砾岩、砂岩、页岩等3.变质岩：地壳中的岩浆岩等受地壳运动或岩浆活动的影响，在高温高压下，使原有岩石内部发生剧烈变化，如使矿物重新排列，甚至化学成分发生剧烈变化，而形成新的岩石。如片麻岩、千枚岩、大理岩等。二、岩石的分化与土壤母质的形成1.岩石的风化作用：概念：地壳表层坚硬巨大的岩石，在生物、物理、化学等因素的综合作用下，发生崩解破碎和分解作用，由大变小，由小变成细粒，其矿物成分和化学成分发生改变的作用，叫岩石的风化作用。岩石、矿物风化的程度和特点：一方面决定于矿物、岩石本身的化学成分和结构，另一方面也取决于外界环境条件。

2.风化作用的类型

物理风化作用

化学风化作用

生物风化作用物理风化作用：岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。如温度、冰冻的挤压、流水的冲刷、风等的磨蚀。特点：岩石由大变小，变细粒，但化学成分不变。化学风化作用：岩石因化学因素作用而引起的破坏过程。特点：使已破碎的岩石进一步变细，而且使岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生新物质。分类：①溶解作用②水化作用③水解作用④氧化作用生物风化作用：岩石在生物影响下所引起的破坏作用。影响：①机械破碎作用②生物化学作用3.母质特性的发育母质：岩石经风化作用的产物。母质的特性：●改变了与水分和空气的关系，产生了对水和空气的通透性，为进一步风化创造了条件。●经化学风化等产生微细粘粒，出现了毛管孔隙，产生了毛细管，具蓄水性。●随着透气性、透水性和蓄水性的产生，母质开始具备了肥力因素中的水、气、热条件。同时由于粘粒的形成，产生了胶体物质，具一定的吸附功能。注意：母质并不是土壤，因为它缺乏完整的肥力！●首先缺氮●其次，母质的通透性、吸附性、保蓄性之间，尚未很好的统一。岩石、母质与土壤的区别岩石母质土壤紧实、通透性差、蓄水能力差，无吸附性、无生物活动疏松多孔、通透性强、有一定蓄水性，具有吸附性、很少有生物活动。疏松多孔、通透性较强、有一定蓄水性，具有吸附性、生物活动强。养分含量高。4.母质风化程度与土壤肥瘦的关系●脱盐基作用：母质在化学风化过程中，失去碱性元素，转变为碳酸盐类的溶液，能被雨水淋溶而流失，同时产生一种不稳定的铝硅酸，这一过程称为~。●脱硅作用：不稳定的铝硅酸水解，分离出胶状氧化硅，在碱性条件下，其也可被雨水淋溶流失，此过程谓之~。●高硅性土：含盐基丰富，土壤吸水、保水、保肥能力强。膨胀性强，持水力高，渗透率低，易与腐殖酸紧密结合而形成稳固的团聚体，故土质较好。不同化学风化程度的母质，很大程度上影响土壤的肥力。●低硅性土：含高岭石多，土壤吸水、保水、保肥性差；膨胀性少，持水力低，渗透率高，难以形成稳固的团聚体，土壤理化性状差，土质差，需改良。三、风化产物搬运与堆积的类型母质水、冰川风、重力母质甲处乙处搬运作用母质类型：分类的依据：按风化产物搬运力与沉积特点的不同而分。（一）残积物直接由基岩风化形成且未经外力搬运的母质。特点：母质来源基岩、上下层颗粒的大小从粗到细逐渐过渡。分布的部位在山丘的顶部。（二）坡积物

在重力和雨水冲刷的影响下，将山坡上部的风化产物搬运到坡脚或谷地堆积而成的。特点：分布在山腰或山脚。搬运距离不远，分选度差，层次不明显，通气透水性好，养分、水分较丰富。（三）洪积物由于山区临时性的洪水暴发，洪水夹带岩石碎屑、砂粒、粘粒等物沿山坡下泻至山前平缓地带沉积而成。特点：分选性差，山谷出口为碎石、巨砾、和粗砂，沉积厚度深，层次不明显；在沉积扇边缘沉积的物质较细，多为细砂、粉砂或粘粒，沉积厚度渐减，层次较明显。（四）河流冲积物岩石的风化产物，受河流经常性流水侵蚀、搬运，在流速减缓时沉积于河谷地区的沉积物。特点：成层性成带性：上游粗，下游细；近河粗，离河远则细。成分复杂。（五）湖积物由于湖水泛滥沉积而成的沉积物，分布于湖的周围。特点：沉积物质较细，有分选性，成层性；（六）海积物：海边的海相沉积物，由于海岸上升或江河入海的回流淤积物露出水面而形成。

特点：沉积物质地有细有粗，质地细的养分含量高，质地粗的则低。但都有盐分，含量多会对植物有伤害。（七）风积物

风力吹来的泥砂堆积而成的沉积物。可分为风积沙丘和黄土二类。砂丘：风力将砂粒搬运，在前进途中遇障碍物或风速减低而堆积形成。特点：沉积物质质地粗，砂性大，水分、养分缺乏，形成的土壤肥力极低。黄土：可能是风力搬运堆积而成，也可能是水流搬运堆积而成。特点：沉积物质以粉砂粒为主，大小均一，土质疏松多孔，通透性好，易受侵蚀。另外，黄土风化度低，含盐基成分丰富，是肥沃的成土母质。（八）冰渍物：由冰川夹带的物质搬运沉积而成；特点：沉积物质无成层性和分选性；岩石碎块与大小颗粒混存，在大的石砾上可见擦痕。也可能是由于冰川融化的流水运积作用而形成的冰水沉积物。特点：母质层深厚，质地粘细，呈棕红色，酸性强，养分较缺乏。母质类型残积物坡积物洪积物河流冲积物水湖积物海积物冰渍物冰川风积物砂丘风黄土运积母质：经自然界各种外力搬运到其他地方重新堆积的母质。第二节土壤的形成一、生物在土壤形成中的作用●植物具有选择吸收矿质养分的性能●植物具有集中养料的能力●植物具有保蓄养料的能力●有些植物(另含有某些微生物)具有固氮的能力生物选择性吸收集中保蓄作用生物固氮作用营养元素从无到有，由少到多。有机物质的合成过程实质图示：生物在土壤中的作用有机物质

无机物微生物使有限的养分进入无限的循环●由于生物的作用，在地面上不断地进行着有机质的合成和分解，使母质能够不断地集中累积养分，协调和完善其他肥力因素，使土壤肥力得到进一步的发展和完善，从而把母质转变为土壤，所以有机质的合成与分解可以说是土壤形成过程的特点或主要内容，而推动这个过程的是生物，故生物作用是土壤形成过程中的主导因素。二、地质大循环与生物小循环对土壤肥力的影响地质大循环：岩石风化物岩石特点：时间长、范围广，植物的养分有被向下淋失的趋势，是一个地质学过程。●风化作用沉积作用生物小循环：风化释放出的无机养分生物有机体无机养分特点：时间短、范围小，植物营养元素有向上富集的趋势，是一个生物学过程。●岩浆岩成土母质风化作用变质岩海洋土壤微生物植物沉积岩成土作用风化作用风化作用变质作用有机质分解淋溶作用淋溶作用养分释放养分吸收沉积作用养分吸收风化作用大小循环示意图地质大循环生物小循环大小循环的关系：对立统一相互矛盾：因为地质大循环是营养元素淋失过程，生物小循环是营养元素集中积累过程。2.相互关联：生物小循环是在地质大循环的基础上进行。没有地质大循环，岩石中的营养元素就不能释放，生物就无法生活；生物小循环就不能进行。无生物小循环，地质大循环可进行，但释放出的养料得不到累积和集中。3.相互统一：两者矛盾统一是土壤的形成、肥力的产生和发展的基础。土壤的形成与发展就是上述两个循环相互作用的结果。三、各种自然因素在土壤形成过程中的作用（土壤形成因素）道库恰耶夫（俄国，土壤学家，1887）提出五大成土因素。母质、气候、生物、地形和时间1、母质作用：（1）构成土壤矿物质部分的基本材料；（2）植物矿质养料的最初来源；（3）影响土壤的理化性质（质地、酸碱性、元素的种类和含量、通透性等）；（4）影响成土过程的速度、性质和方向。2、气候

气候对土壤的形成影响是复杂、多方面的。其中以温度和湿度的影响最为重要。作用：（1）直接影响风化过程的方向和速度；（2）影响生物的组合方式；（3）影响物质的淋溶和淀积；（4）影响土壤的地带性分布。寒冷多湿温暖干燥针叶林植被和真菌区系的组合分式灰化土草原植被与好气性细菌区系的组合方式草原类型土壤1、形成有机物质2、富集元素3、保持水分3、生物生物在土壤形成过程中起主导作用植物：

富集养分和合成有机物质动物：分解、破碎有机残体、搬运疏松土壤微生物：分解有机质、合成腐殖质、固定N素4、地形作用：（1）水热的重新分配；（2）母质的重新分配。坡度和地面径流的关系在一定范围内：土壤坡度越大，地表径流越大；地表径流越大，土壤流失越大；地表径流越大，土壤发育程度越慢。坡度与土壤剖面的关系随着土壤坡度的增加：整个土层厚度下降；

A层变薄；

B层变薄；

A/B层的粘粒比增加；

PH增加；地下水位埋深增加。5、时间———上述四个成土因素综合作用时间的长短。土壤的相对年龄—土壤的个体发育程度。可以用土壤发生层的分化来判断土壤发育年龄的大小。（如：下页示意图）

土壤的绝对年龄—土壤从母质层上开始发育算起直至目前的具体时间。以年为单位计算。

ACCAB

小结因素作用母质土壤的物质基础气候（热量）土壤的能量来源生物无机物有机物太阳能化学能地形制约地表物质和能量再分配时间作用效果随时间的增长而加强

四、人类生产活动对土壤形成的影响●栽培作物，吸收土壤养分，补给土壤养分，影响土壤的理化生物性状。●耕作，改善土壤的物理性状，创造疏松的耕作层，增加土壤的通透性。●耕作结合施肥，改善了土壤养分条件。●合理灌溉排水，调节土壤的空气、温度条件，促进有机质的合成与分解。人类对土壤形成的作用是加快土壤发育的进程。土壤剖面：指从地面向下挖掘而裸露出的垂直切面。鉴别：颜色、质地、结构、松紧度、新生体、PH值、石灰反应等。五、土壤的形态特征土壤剖面意义：1.通过土壤剖面的研究，可以了解成土因素对土壤形成过程的影响，以及土壤内部的物质运动、肥力特点等如何反映在土壤外部形态上？2.研究土壤剖面是研究土壤性质，鉴别土壤类型的重要方法之一。覆盖层（A0）淋溶层（A）淀积层（B）母质层（C）基岩（D）A1A2典型自然土壤的剖面结构：残落物腐殖质层淋溶层耕作土壤的剖面结构：耕作层（A）底土层（C）

犁底层（P）心土层（W）旱地情况耕作层（A）：受耕作、施肥、灌溉影响变化最大的层次；有机质强烈分解，养分含量丰富，颜色较暗，疏松易耕，结构良好。犁底层（P）：受耕犁压实以及土壤粘粒向下淋溶，在此层淀积而成。较紧实，有保水保肥的作用。心土层（W）：居P层以下，受耕作、施肥影响较小的层次；该层常发育成不同的层次，如青泥土、白土层等。底土层（C）：人类生产活动对此层几乎无影响。根系极少。耕作土壤的剖面结构：耕作层（淹育层）（A）青泥层（潜育层）（G）

犁底层（P）斑纹层（潴育层）（W）水田情况思考题：1.什么叫岩石的风化作用？岩石风化可以分为哪几个类型？它们之间的风化特点及其结果如何？2.区别岩石、母质、土壤的差异，并说明它们时间的关系。3.为什么说大小循环的矛盾统一是土壤形成的基础？4.简述人类生产活动在农业土壤形成中的作用，并举例说明之。第二章土壤肥力的物质基础土壤固体的土粒矿物质：占固体95%有机质：占固体5%粒间的孔隙气体：O2、N2等水分：土壤溶液各种生物：昆虫、蠕虫、原生动物，藻类及微生物等。一、土壤矿物质四、土壤胶体二、土壤生物三、土壤有机质本章主要内容：一、土壤矿物质组成和化学组（一）元素组成1.几乎包括元素周期表中所有元素；2.O、Si、Al、Fe为主，四者共占92%左右；3.植物必需营养元素含量低，分布不平衡。

第一节土壤矿物质地壳和土壤的平均化学元素组成（重量%）元素地壳中土壤中元素地壳中土壤中O47.049.0Mn0.100.085Si29.033.0P0.0930.08Al8.057.13S0.090.085Fe4.653.8C0.0232..0Ca2.961.37N0.010.1Na2.51.67Cu0.010.002K2.51.36Zn0.0050.005Mg1.370.6Co0.0030.0008Ti0.450.4B0.0030.001H0.15?Mo0.0030.0003（二）土壤的矿物质组成1、原生矿物

1）原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐为主；

以氧化硅和硅酸盐矿物占绝对优势。常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石等。2）原生矿物类型和数量决定于矿物的稳定性；

石英最稳定，是粗土粒的主要成分；白云母和长石较稳定，在粗土粒中较多；黑云母、角闪石、辉石等暗色矿物易风化。3）原生矿物是植物养分的重要来源。如：Ca、Mg、K、P、S等。

2、次生矿物

1）原生矿物分解转化形成的矿物。2）以粘土矿物为主，又以结晶层状硅酸盐矿物为主；3）此外有Si、Al、Fe的氧化物及其水合物。

第一节土壤矿物质二、土壤的粒级与性质土粒：土壤的矿物以颗粒的形式存在，称为土壤的颗粒，简称土粒。土壤的粒级：把土壤颗粒粒径大小相近、

性质相同的归为一类。为什么要进行分级？粒级名称石块小圆砾砂粒粉粒粘粒简化制粒径（mm）>33~1粗砂粒中砂粒细砂粒粗粉粒中粉粒细粉粒粗粘粒中粘粒细粘粒1-0.50.5-0.250.25-0.050.05-0.010.01-0.0050.005-0.0010.001-0.00050.0005-0.0001<0.0001物理性砂粒物理性粘粒1-0.01<0.01表1卡庆斯基土粒分级标准粒级名称粒径（mm）石砾砂粒粉砂粒粘粒表2国际制土粒分级标准2-0.20.2-0.02>20.02-0.002<0.002粗砂粒细砂粒特点是：十进位制，分级少而便于记忆，但分级界限的人为性太强。共同点：粒级的基本级别有四：石砾、砂粒、粉砂粒和粘粒。卡庆斯基土粒分级标准特点：大于1mm的叫石砾，1-0.01mm的称为物理性砂粒，小于0.01mm的叫物理性粘粒。国际制土粒分级标准特点：1、各粒级土粒的矿物组成为什么要进行土粒分级？2、各粒级土粒的化学组成

砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，二氧化硅含量较高；粘粒中，则以次生层状硅酸盐矿物为主，

铁、钾、钙、镁等的含量较多。粒级P（%）K（%）Ca(%)砂粒0.051.42.5粉粒0.12.03.4粘粒0.322.53.4

化学组成（P、K、Ca）3、不同粒级的物理性质表面积吸附性粘结性塑性胀缩性持水性粘粒粉粒砂粒三、土壤质地分类土壤质地：土壤中各种粒级土粒含量（重量）百分率的组合。质地分类：是按土壤中各粒级的构成情况，人为的划分成的几个类别。表4卡庆斯基制质地分类砂土壤土粘土松砂土紧砂土壤砂土轻壤土中壤土重壤土轻粘土中粘土重粘土质地名称物理性粘粒（<0.01mm）(%)灰化土草原土、红壤、黄壤碱化土、碱土0-55-1010-200-55-1010-200-55-1010-1520-3030-4040-5020-3030-4545-6015-2020-3030-4050-6565-80>8060-7575-85>8540-5050-60>65

考虑到土壤类型的差别，主要是交换性阳离子如H+、Ca2+、Na+等对土壤物理性质的影响。

所考虑的粒级比较概括，只区分为物理性粘粒（<0.01mm）和物理性砂粒（>0.01mm）两级的相对含量。特点：表4国际制质地分类砂土类壤土类粘土类砂质壤土壤土粉砂质壤土砂质粘壤土粘壤土粉砂质粘壤土砂质粘土壤质粘土粉砂质粘土粘土重粘土质地分类0-4535-4545-10055-8540-550-5515-2515-2515-250-3020-4545-8525-4525-4525-4545-6565-1000-150-150-15类别质地名称砂土及壤质砂土粘粒(<0.002mm)粉砂粒(0.02-0.002mm)砂粒(2-0.02mm)0-150-1585-100粘壤土类55-8530-550-400-200-4545-750-550-3555-7510-550-300-550-35各粒级所占%（质量%）特点：1.根据粘粒含量多少确定质地大类别：2.根据砂粒、粉砂粒含量进一步细分。粘粒含量低于15%者：砂土类和壤土类粘粒含量15%-25%者：粘壤土类粘粒含量大于25%者：粘土类粉砂粒含量超过45%者：质地名称前冠以“粉砂质”字样。砂粒含量大于85%者：砂土类砂粒含量55%-85%者：质地名称前冠以“砂质”字样。砂土壤土粘土松砂土紧砂土壤砂土砂粘土粉粘土壤粘土粘土质地组各粒级所占%（重量%）>7060-7050-60表5我国土壤质地分类试行标准砂粒(1-0.05mm)砂质土粉土粉壤土粘壤土粗粒(0.05-0.01mm)细粘粒(<0.001mm)>20<20>40<30>20<20>40>30>50>3030-3535-40>40特点1.根据分类标准，对石砾含量超过

1%的，在质地名称前冠以“少砂质”或“多砾质”字样。2.若石砾含量小于1%，则在质地名称前不必标明无砾质字样。（一）砂质类土壤1、水分透水性好、保水抗旱性性能差；2、养分养分缺乏、保肥耐肥性能差，施肥后肥效见效快，但不持久；3、温度温度变幅大、昼夜温差大；4、耕性土壤疏松、结持力小、易耕，但耕性差四、土壤质地和土壤肥力1、水分透水性差、保水抗旱性性能差；2、养分养分丰富、保肥耐肥性能好，施肥后肥效见效慢快，但持久；3、温度温度变幅小、昼夜温差小；4、耕性土壤结持力大、难耕，适宜耕作的时间短。（二）粘土类土壤（三）壤质类土壤兼有砂土、黏土的优点，即它既有沙土的良好的通透性、耕性、发小苗等优点，也有黏土对水分、养分的保蓄性、肥效稳而且长等优点。因此，就土壤而言，壤土是农业生产较为理想的一类土壤。表6几种植物适宜生长的土壤质地范围质地范围主要植物粘土、粘壤土水稻、豌豆、蚕豆粘壤土、粘土枇杷粘壤土油菜、大豆、玉米粘壤土、壤土大麦、甘蔗、白菜砾质粘壤土、壤土茶壤土、粘壤土小麦、苹果、桑、梨砂壤土-粘壤土黄麻、甘蓝、莴苣、桃、柑橘砂壤土、壤土棉花、甘薯、马铃薯砂壤土、砾质壤土葡萄砂壤土粟、花生、萝卜砾质砂壤土烟草砂土、砂壤土西瓜四、土壤质地的改良1、增施有机肥：提高土壤中的有机质量分数，改良土壤结构，从而消除过粘或过砂土壤所产生的不良物理性质。2、掺砂掺粘，客土调剂：用以调整砂粘比例，以达到改良质地、改善耕作，提高肥力的目的。一般砂粘比例以3：7或4：6为好！表7有机肥改良土壤板结试验（南京土壤研究所）处理施用量土壤板结有机质发棵情况产量增产率堆腐稻草还田7500很松软0.415.442920.7生稻草还田7500松软0.714.042920.5

混施大麦草7500松软0.6115.843121.1和苕子单施苕子7500稍松软0.4914.840714.4对照板结0.410.4356情况（%）（公斤/亩）（公斤/亩）（每穴株数）（%）3、耕翻法：“翻淤压砂法”或“翻砂压淤法”，对于砂土层下不深处有粘土层或粘土层下不深处有砂土层，可通过深翻使砂粘掺合，以达到合适的砂粘比例，改善土壤物理性质，提高土壤肥力。4、引洪漫淤法：沿江沿岸的砂质土壤，通过把洪水有控制引入农田，使细泥沉积于砂质土壤中，达到改良质地和增厚土层的目的。第二节土壤生物

一、土壤微生物：类型、数量和作用：细菌：是土壤中微生物数量最多的一个类群。每克干土中其总表面积达20cm2.自养型：硝化细菌和硫化细菌，对土壤肥力有重要作用。异养型：分解有机质，提供给植物有效养分方面起着积极的作用。放线菌：数量次于细菌，在潮湿、通气良好的土壤中旺盛生长。pH在6.0-7.5之间最适生长。它在分解复杂的较稳定的有机化合物，如纤维素、几丁质、磷脂类等时表现处较强的能力。真菌：土壤中的真菌主要是霉菌和蕈菇。霉菌在有机质丰富、通气好的表层数量最大。在分解有机物质时能自始至终分解到底。蕈菇大多与植物的根共生，形成菌根。增强了对养分、特别是对磷的吸收，能使树木在贫瘠的土壤上生长。菌根增加磷等养分的有效性的机理有：

通过外延菌丝大大增加吸磷表面积；

降低菌丝际pH值，有利于磷的活化；

VA真菌膜上运载系统与磷的亲和力高于寄主植物根细胞膜；

植物所吸收的磷以聚磷酸盐的形式在菌丝中运输效率高；

土壤微生物的分布特点：多分布于土壤矿物质和有机颗粒的表面，附着或缠绕在土壤颗粒上，形成无机—有机—生物复合体或无机—有机—生物团聚体。2.根际土壤中微生物的数量比根外土壤中多。3.表层土壤中微生物的数量一般比底层高。4.在不同气候、植被、土壤类型下，微生物的类群、数量都有很大不同。5.土壤微生物的数量和类群，随土壤熟化程度提高而增多。6.土壤中同时存在各种类群的微生物（土壤是个不均质体）二、其它土壤生物蚯蚓：通过它的活动，不仅使有机质与土壤得到充分搅和，形成良好结构，而且移动时留下缝隙，改善了土壤通透性，土壤变疏松。被誉为“生物犁”。肥沃的草地：500条/m2；一般耕地：3-300条/m2；2.线虫：数量大，10万-100万条/m2；一般以各种腐败的有机质和土壤中其他微动物或细菌和藻类为生。3.原生动物：鞭毛虫为主；吞食细菌有利于有效养分的转化。几千—几十万个/克土。主要分布于表土。二、土壤酶土壤生物产生的酶：游离酶、胞内酶和胞外酶。

第三节土壤有机质土壤有机质：泛指存在于土壤中的各种含碳的有机化合物。土壤有机质的含量一般为5%以下（矿质土壤），有的土壤高达20%（有机质土壤），多数土壤在1-2-3%。类型：新鲜的有机质半分解的有机残体腐殖质（主要，85~90%）

腐殖质：有机质经过微生物分解和再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质。一、土壤有机质的来源及类型来源动植物、微生物残体和有机肥料森林植被下土壤：有机残体主要来自地上部凋落物，4-5吨/公顷.年；

草本植物下的土壤有机残体主要来自根系，黑土地区达9.3吨/公顷.年（风干根重）；

耕作土壤，植物残体主要来源根茬，达2-3吨/公顷.年。土壤有机质含量与气候、植被、地形、土壤类型、农耕措施密切相关。不同土壤中含量差异很大。

目前，我国土壤有机质含量普遍偏低。总体而言,北方土壤有机质含量高于南方土壤。有机物质的化学组成：成分

纤维素半纤维素木质素蛋白质脂肪、树脂等

%

2－10

0－2

30－50

28－351－8

二、土壤有机质的转化（一）矿质化定义：在微生物的作用下，把复杂的有机质分解为简单无机化合物，称为土壤有机质的矿质化。1、碳水化合物的转化

(C6H10O5)n+nH2O=nC6H12O6

C6H12O6+O2

CO2+H2OC6H12O6C4H8O2+CO2+H2

H2+CO2

CH4+H2O在低温、嫌气条件下,有机酸变为CO2和H2O的过程受到阻碍,产生有机酸的累积,从而造成植物根系萎缩、腐烂。如：甲酸3.2×10-3

M、乙酸4.6×10-3

M、正丁酸7×10-4

M，就会对植物根系产生较严重的危害。解决办法：排水晒田、施草木灰（中和酸、补充K素）、有机肥施用前进行堆沤。2、含氮有机化合物的转化

①

②蛋白质氨基酸NH3或NH4+

③④

NO3-

N2（N20）（①水解作用、②氨化作用、③硝化作用、④反硝化作用）3、含硫化合物的转化含硫蛋白质（半）胱氨酸H2SSH2SO4

SO42-

缺氧有氧4、含磷化合物的转化核蛋白蛋白质+核酸素核酸+磷酸+有机碱卵磷脂甘油磷酸酯

磷酸5、脂肪、树脂、蜡质、单宁

这类物质的成分复杂、结构复杂，一般难分解，而且反应往往不彻底。（1）有氧分解成CO2、H2O和有机酸；（2）无氧分解成酚类物质。6、木质素的矿质化木质素是芳香性聚合物，含碳量高，在土壤中真菌和放线菌作用下缓慢的转化，最终产物是CO2和H2O，但往往只有50%可形成最终产物，其余仅为降解产物，作为形成腐殖质的原始材料。（二）有机质的腐殖化定义在微生物的参与下，把复杂的有机质转化为简单化合物的同时形成一种新的复杂稳定的高分子有机化合物的过程，称为有机质的腐殖化。腐殖化过程

有机残体糖蛋白木质素、单宁等

利用

分解代谢产物合成产物多元酚、醌（醌、氨基酸）（氨基酸、肽等）腐殖质腐殖质小结矿质化减少土壤有机质、释放养分的一个过程腐殖化合成有机质，增加土壤有机质的一个过程（三）影响有机质转化的因素1、有机质的组成和状态化学成分单糖、淀粉、水溶性蛋白、粗蛋白易分解纤维素、木质素、脂肪、蜡质难分解半纤维素、果胶中间类型物理状态：多汁、幼嫩比干枯、老化的易分解；粉碎的易分解C/N：

（有机残体含碳总数/含氮的总数）理想的C/N为20~25：1C/N大，不易分解

小，易于分解

N素生物固定与有效化过程与有机物C/N比密切相关。C/N＞25时，产生N素“生物固定”；C/N＜25时，产生“N素有效化”。豆科绿肥（三叶草等）C/N小，施入土壤后能提供N素（N素有效化）。禾本科作物秸秆C/N大，直接还田易造成微生物与作物争夺N素，造成N素的生物固定。秸秆还田应配施化学N肥：一般亩施秸秆300－400kg,需要配施化学纯N3－4kg。2、土壤环境条件

水分（60-80%田间持水量）好气：水少气多,微生物活动旺盛,有机质矿质化分解,释放养分嫌气：水多气少,微生物活动受抑制,有机质腐殖化合成腐殖质

温度（25-30OC）

PH值（6.5-7.5）

其它因素（盐分、重金属）

质地

质地愈粘重，腐殖化系数愈高，愈难分解

三、土壤腐殖质是多种化合物聚合而成的混合物主体：腐殖酸和它的盐类（85-90%）其他：一些简单的化合物如多糖、氨基糖、多糖醛酸苷（10-15%）腐殖质：由于这些简单化合物和腐殖质紧密结合，难于完全分离，所以把这些简单化合物和腐殖酸合在一起，统称为腐殖质（humic）。腐殖物质：而把各种腐殖酸称之为腐殖物质（humussubstance）。（一）土壤腐殖质的分离提取和组分分离腐殖质的困难之处：

腐殖质和土壤矿物质紧密胶结在一起，不易分离。

腐殖物质与各种简单的有机化合物结合在一起，很难用化学或物理方法分离。

用任何溶剂处理时，都可能引起有机分子的某种程度的变性。磨细过筛后的土样除去动植物碎屑含腐殖质的土样用NaOH稀液浸提过滤胡敏素溶液（黑色残余物）酸化后过滤胡敏酸富里酸（褐色沉淀）（黄色沉淀）（二）土壤腐殖质的组成与性质1、元素组成C、H、O、N、S、P、Fe、Si、Ca、Mg等，其中C的含量为58%，N的含量为5.6%。其C/N比为10

1~12

1。C:N:P:S=100:10:1:1—120:10:1:12、分子结构与分子量及颜色分子结构：单体为芳核结构，其上有许多功能团，如：—COOH、—NH2、—OH等。分子量：由于方法不同，结果不同，但一般为几千至几万不等。颜色：整体为黑色，但由于不同组分腐殖酸分子量的大小和发色基团组成比例的不同，呈黄、褐和黑色等。3、电性（以带负电为主）主要是由分子表面的羧基、酚羟基和醇羟基的解离或吸附造成的。4、稳定性如：温带土壤的腐殖质寿命为200~1500年5、吸水性亲水胶体，吸水量可达本身重量的五倍以上。胡敏酸和富里酸是土壤的主要腐殖物质（三）土壤腐殖物质的组成和特性元素组成方面：胡敏酸中的碳、氮含量较富里酸高，氧含量明显较低。腐殖酸胡敏酸范围（n=39）平均C（%）H（%）O+S（%）N（%）富里酸范围（n=12）平均50.4-59.63.1-7.031.3-40.72.8-5.955.14.935.94.243.4-52.64.0-5.840.1-49.81.6-4.346.54.845.92.8我国主要土壤表土中腐殖物质的元素组成(无灰干基)（2）含氧功能团方面：尽管胡敏酸中的酚羟基、酮基和甲氧基的含量与富里酸没有明显差别，但羧基和醇羟基的含量都比富里酸低，而醌基则较富里酸高。而且羧基的酸性也不相同，富里酸中的羧基的酸性比胡敏酸强。我国主要土壤表土中腐殖物质的含氧功能团（cmol/g）含氧功能团胡敏酸富里酸羧基0.275-0.4810.639-0.845酚羟基0.221-0.3470.143-0.257醇羟基0.224-0.4260.515-0.581醌基0.090-0.1810.054-0.058酮基0.032-0.2060.143-0.254甲氧基0.032-0.0950.039（3）与同一土壤中的富里酸比较，胡敏酸的化学稳定性较高。胡敏酸的分子量大于富里酸：前者在890-2770

之间，后者在670-1450之间。胡敏酸的芳化度比富里酸大。有必要指出：胡敏酸和富里酸尽管有上述差别，但它们之间并没有截然不同的界线，事实上，不同土壤中无论胡敏酸或富里酸均各不相同。四、土壤有机质在土壤肥力上的作用及调节（一）土壤有机质在土壤肥力上的作用1、营养作用

1.1为植物提供营养：土壤有机质所含营养元素全面而丰富。其中氮、磷、硫含量较高。1.3保蓄养分的作用：土壤腐殖质是带负电荷的酸性胶体，可以吸附众多阳离子如K+、Ca2+、Mg2+等。1.2促进土壤养分的有效化：土壤有机质矿化产生有机酸，腐殖化产生腐殖酸，这些酸对土壤矿物成分有一定的溶解能力。2、改良土壤

2.1改善土壤结构，增强土壤蓄水性、通气性、耕性

2.2改善土壤温度

2.3提高土壤的缓冲性3、解毒作用

3.1络合一些有毒的金属离子

3.2溶解农药4.其他作用：腐殖质的某些分解产物可以促进微生物和植物的生理活性；胡敏酸可以改变植物体内的糖类代谢，促进还原糖的累积提高细胞渗透压，增强抗旱能力。胡敏酸还可以促进过氧化氢酶的活性，加速种子发芽合养分吸收过程，增加生长速率。

（二）土壤有机质的调节1.保持和提高土壤有机质是土壤有机质调节的主要关键一般情况下，作物吸收的的N和P有1/3来自肥料，2/3来自土壤，而土壤中一半左右的P和95%N是有机态的，这些有机态的N和P被微生物分解后，释放养分供作物吸收。有机质矿质化有机质腐殖化适度矿化，释放养分提供给作物适度腐殖化，形成腐殖质培肥土壤矛盾统一矿化率：

指每年因矿化作用而消耗掉的有机质占土壤有机质含量的百分数。

有机质总量—1年后残成量矿化率=×100%

有机质总量气候：（高温多湿>低温干燥）耕作措施：（频繁>稀少）水热状况：（旱地>水田）影响因素：腐殖化系数：

有机质施入土壤后形成的腐殖质量与原来施入的有机质量的比值。腐殖化系数=

形成腐殖质干重施入有机质干重有机质类型（木质化程度）土壤水热条件土壤类型有机质的矿化率1—4%腐殖化系数0.2~0.3影响因素：表：几种有机物质的腐殖化系数土壤有机物质紫云英紫云英+稻草稻草旱地水田0.200.260.250.290.290.312、提高土壤有机质含量的措施1）增加土壤有机质来源增施有机肥合理轮作换茬，用养结合2）调节土壤有机质转化条件调节水热条件调节有机质的C:N

调节土壤PH值第三章土壤胶体和土壤吸收性能第一节土壤胶体一、土壤胶体的概念定义凡是直径小于100nm的土壤颗粒，均称为土壤胶体。二、土壤胶体组成（一）矿质胶体1、层状硅酸盐矿物硅氧四面体硅氧片晶层矿物铝氧八面体水铝片1:1晶层1:1矿物2:1晶层2:1矿物层状铝硅酸盐矿物的特性：1）高岭石类矿物晶层属1:1型晶层之间通过氢键连接（7.2埃）晶层间的距离是固定的，不扩展颗粒大、土壤松碎，其塑性、结持性和胀缩性弱保蓄养分能力差，但养分的有效性高2）蒙脱石类矿物晶层属2:1型晶层之间通过氧键连接晶层间的距离不固定，可伸缩（9.6~21.4埃）颗粒小，土壤松碎，其塑性、结持性和胀缩性强保蓄养分能力强，但养分的有效性低3）水云母类矿物晶层属2:1型晶层之间通过钾键连接晶层间的距离是固定的，不扩展（10埃）其物理性质和阳离子吸附性位于高岭石和蒙脱石之间2、含水铁、铝氧化物可以用[Fe2O3•nH2O]、[Al2O3•nH2O]表示；也可用[Fe（OH）3]、[Al（OH）3]表示；它是硅酸盐矿物彻底分化的产物。它可呈非晶质的水凝胶状，也可脱水老化结晶而成隐晶质的粘土矿物。（二）有机胶体主要是腐殖质，由于其分子量大，所含的功能团多，因而解离后所带电量也大，一般带负电，对土壤胶体电荷影响很大。（三）有机无机复合体据研究，土壤有机胶体约有50-90%是与矿质胶体结合，形成有机无机复合体。腐殖质以胶膜形式包被矿质土粒，或进入粘土矿物的晶层间。有机无机复合体中有机胶体的结合方式：

游离松结态腐殖质（通过与钙联结的腐殖质）吸着联结态腐殖质（通过二三氧化物联结的腐殖质）紧结态腐殖质（与矿物质结合的腐殖质）一、土壤胶体的结构三、土壤胶体的基本特性：1、具有巨大的比面和表面能2、具有带电性3、胶体的分散与凝聚性四、土壤胶体电荷的产生1、表面分子解离如：粘土矿物晶层表面—（OH）n粘土矿物晶层表面—（O）m

—+H—

2、同晶置换（硅酸盐矿物特有）定义：指硅酸盐矿物晶层中的配位中心离子被大小相近的离子所取代，虽改变了矿物的组成，但晶层的结构未变，称为同晶置换。Al3+Si4+Mg2+、Fe2+、Mn2+Al3+正电荷不足，于是产生负电荷永久电荷：不受介质PH值影响而产生的电荷称为永久电荷。同晶置换产生的电荷为永久负电荷3、断健：硅酸盐粘土矿物在破碎时，引起晶层断裂，使硅氧片和水铝片的断裂边角上出现电性末中和健。如：Si—O-

，Al—O-

断健是引起高龄石带电的主要原因。4、胶体表面从介质中吸附离子如：腐殖质—NH2+H+

腐殖质—NH3+

产生电荷原因表面分子同晶置换断键胶体表面解离吸附离子1：1型主次主次矿物2；1型次主次次矿物腐殖质主次次铁、铝氧化物主次第二节土壤吸收性能

表面能引起的吸附（气体、液体微生物、分子）土壤吸附

带电引起的吸附（阳离子、阴离子）一、土壤对阳离子的吸收与交换（一）土壤吸收性能定义：土壤胶体具有吸附离子，并与土壤溶液中的离子进行交换的性能，称为土壤的代换吸收性能。（二）土壤对阳离子的吸收与交换土壤胶体Ca2++2NH4Cl

土壤胶体

2NH4++CaCl2规律：1）代换作用是可逆反应，且速度快（解释土壤为什么具有保肥、供肥能力？）2）同号离子等当量或等价交换3）代换无选择性，但与代换力和离子浓度有关定义：指一种阳离子将胶体上另外一种阳离子交换出来的能力为代换力。

阳离子代换力的顺序：

Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+

影响因素：

（1）电荷的多少（高价>低价）（2）离子半径和离子水化半径

代换力大的能将代换力小的离子从胶体上解吸下来；代换力低，但浓度高的离子能将代换力大但浓度低的离子代换出来。思考：解释为什么能用石灰降低土壤的酸性？（三）阳离子代换量1、定义：PH值为7时，土壤可能吸附代换性阳离子的最大含量，称为阳离子的代换量。单位：厘摩尔/公斤干土[cmol(+)kg-1]阳离子代换量的大小与土壤的保肥能力有关：保肥能力强中弱（cmol/kg）>2010~20<102、影响阳离子交换量的因素：1）有机胶体含量的影响：有机胶体如腐殖质，由于分子大，功能团多，解离后带电量也多；且有机胶体分散读高，具有很大的吸收表面，所以有机胶体的阳离子交换量壁无机胶体大。一般为200-500cmol/kg，平均350cmol(+)/kg土壤质地与阳离子代换量关系土壤质地粘土壤土砂壤土砂土代换量25~307~187~81~5（cmol(+)/kg）（2）土壤质地的影响土粒越细，无机胶体数量越多，交换量更高。土壤胶体的阳离子交换量（厘摩尔（+）/公斤）胶体种类SiO2/R2O3

交换量平均交换量有机胶体200~300350

蒙脱石460~1008