土壤地理学详解Word格式文档下载.docx
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液相和气相经常是处于彼消此长的状态，两者之间的消长幅度在15~35%之间。
一、固相组成：
土壤矿物、土壤有机质、土壤有机-无机复合体
土壤固相组分中矿物的种类及其与有机质的比例变化可以从土壤相对密度得到反应。
土壤相对密度:
单位体积土壤固体土粒（不包括粒间孔隙）的质量。
有机质多和轻质矿物多的土壤相对密度小，反之则大。
土壤容重：
单位体积原状土壤的质量。
土壤孔隙多，容重小，反之容重则大。
（一）土壤矿物土壤矿物：
土壤中各种无机固态矿物的总称。
是岩石的组成单位。
称为土壤的“骨骼”。
主要来源于成土母质，按成因一般分为原生矿物和次生矿物。
四大元素：
氧（O）、硅（Si）、铝（Al）、铁（Fe）三大化合物：
二氧化硅（SiO2）三氧化二铝（Al2O3）三氧化二铁（Fe2O3）
原生矿物：
由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物。
如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。
各种岩石受到一定程度的物理分化，而未经化学分化的碎屑物，其原来的化学组成与结晶构造均未发生改变。
次生矿物：
原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物。
颗粒很小，具有胶体性质。
如方解石、高岭石等。
大多数由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其原来的化学组成与构造都要有所改变而不同于原生矿物。
1）简单盐类。
2）次生氧化物：
（1）氧化铁矿物；
（2）氧化铝矿物；
（3）氧化锰矿物；
（4）氧化硅矿物。
3）次生铝硅酸盐类：
它们是构成土壤粘粒的主要成分。
铝硅酸盐粘土矿物的晶体是由硅氧四面体片和铝氧八面体片两种基本晶片连接而成的薄片层状结晶体。
土壤中许多重要特征，如粘性、膨胀性、吸收性和保蓄性等，都与这些次生粘土矿有密切的关系。
（1）1∶1型矿物高岭石、埃洛石高岭石：
其结构单元联结紧密，高岭石晶体不易分割成极细的薄片，可塑性、粘结性、收缩性和膨胀性都很低，代换量也低，所以富含高岭石的土壤供肥、保肥能力差，造成植物养分不足。
埃洛石：
又称多水高岭石。
是高岭石的同分异构体。
它含有较弱的层间水分子，所以相邻二层间的联结力较弱。
埃洛石比高岭石易分解，高岭石比埃洛石更稳定。
在湿热气候条件下的土壤中含量最多。
（2）2∶1型膨胀性矿物蒙脱石和蛭石蒙脱石：
通过氧键联结，水分子被吸收到两晶体单元之间的空隙处，引起晶格膨胀，但它吸收的水分，植物难于利用。
蛭石：
是黑云母和伊利石等2∶1型层状硅酸盐经过脱钾作用而成，也可从蒙脱石或绿泥石转变而来。
膨胀性比蒙脱石小得多，属有限膨胀的粘土矿物。
由于蛭石硅氧片中的硅大部分为铝所取代，这是蛭石具有很高的净负电荷的主要原因，所以它的阳离子代换量比蒙脱石还要高。
蛭石分布于风化作用不十分强烈的地带，我国西北、华北等地土壤含有较多的蛭石，特别是褐土中含量较高。
（3）2∶1型非膨胀性矿物伊利石伊利石：
晶层紧密地相互结合，不表现膨胀性。
其代换量、水化作用、膨胀、收缩和可塑性等性质介于蒙脱石和高岭石之间。
伊利石广布于一般土壤中，但以温带干旱地区的土壤含量最多。
富含伊利石的土壤富含钾素。
（4）2∶2型矿物绿泥石绿泥石：
其晶层之间吸附水分较少，所以不易膨胀，其代换量远低于蒙脱石和蛭石。
土壤中绿泥石大多是母质带来的，特别是石灰性土壤中含量更高，黑云母也可转变为绿泥石。
黄土和河流冲积物中有较多的绿泥石，变质岩区的冰碛物中绿泥石更多。
绿泥石经不起化学风化作用，随着风化和成土作用的加强，母质中原有的绿泥石将迅速消失。
（5）混层矿物由于层状硅酸盐矿物晶体结构相似，而且易于互相转变，所以，常常有几种结构的晶层夹杂在一起形成混层矿物。
不同的生物气候带下，土壤矿物种类也有所不同。
一般情况下，
（1）干冷气候下，土壤中含有较多的原生矿物
（2）湿热气候下，土壤中含有较多的氧化铁、氧化铝、氧化钛
（3）过渡气候下的土壤多含层状铝硅酸盐矿物
热带亚热带土壤红壤、砖红壤，美国分类中的老成土、氧化土中，以高岭石为主。
温带地区土壤黑钙土、栗钙土，美国的软土以蒙脱石-伊利石为主
干旱和半干旱地区土壤灰钙土，美国干旱土伊利石为主
（2）土壤有机质（SOM）概念：
指土壤中形成的和外部加入的所有动植物残体，及其不同分解阶段的各种产物，以及分解产物合成的腐殖质的总称。
1）来源：
植物的枯枝落叶、根系等；
土壤动物、微生物残体；
施入的有机肥、工农业废水废渣
2）土壤有机质在土壤中存在形态机械混合：
未分解和半分解的有机物质生命体：
新鲜有机物质溶液态：
游离单糖、游离氨基酸等有机-无机复合态：
和土壤矿物结合的有机质。
土壤有机质总量的85％以上，主要以有机－无机复合体的形式存在。
3）土壤有机质的分组
（4）土壤有机质的组成：
1.糖类糖类是土壤有机质的重要组成部分，是土壤微生物的主要能源之一，又是形成土壤结构的良好胶结剂。
土壤糖类由多糖和游离单糖组成。
2.含氮化合物氮是植物生长所必需的营养元素之一。
是构成蛋白质的主要成分。
土壤中的植物残体，土壤动物和微生物均含有相当多的蛋白质。
3.含磷、含硫化合物磷和硫是植物生长所必需的营养元素。
土壤有机质也是磷、硫的主要补给源。
土壤中有机磷化合物主要有肌醇磷酸盐、核酸和磷脂，其中以肌醇磷酸盐含量最高，而核酸和磷脂只占很少一部分。
4.腐殖质腐殖质是土壤有机质的一个重要组分，它的含量占土壤有机质总量的50%-65%，使土壤中暗色无定形的高分子化合物。
1）.元素组成腐殖质和其他有机化合物一样，主要由C、H、O、N、S等元素组成。
从元素的含量看，胡敏酸含C、N量较富里酸高，后者氧含量较高。
2）.功能团含量腐殖质中得一些含氧功能团能使腐殖质具有各种胶体特性（表面吸附、离子交换、络合作用、缓冲性能）、氧化还原和生理活性。
3）.分子大小和形状4）.腐殖质的化学结构腐殖质分子中心是一个稠环或易生稠环的芳核，周围以化学或物理的形式连接多糖、多肽、简单酚酸和金属离子
5）腐殖质与其他物质之间的作用腐殖质+金属物质=金属-有机复合物；
腐殖质+黏土矿物=复杂的有机复合物腐殖质与农药之间具有吸附作用，降低其迁移性、持续性与生物降解性。
6）腐殖质的生理活性生理活性：
低浓度小分子腐殖质（富里酸）能增进植物根的发育和植物的生长。
植物体进入根系之后影响植物的呼吸作用和氧化-还原过程。
高浓度的腐殖质对植物有抑制作用。
4.土壤有机-无机复合体
有机-无机复合体是有机物质与粘土矿物通过各种力相互结合的现象。
是土壤营养的供给源，是形成土壤结构的物质基础，是固持重金属和有机污染物的载体。
土壤有机-无机复合体形成机制有三种：
1）机械混合
2）非极性吸附
3）极性吸附
土壤有机质对土壤肥力的作用1）植物养分的重要来源土壤有机质含有大量而全面的植物养分，特别是氮素（N），土壤中的氮素95％以上为有机态，经微生物分解后，转化为植物可直接吸收利用的速效氮。
2）改善士壤的物理性质腐殖质的胶结作用促进土壤稳定性团粒结构的形成，降低粘土的粘结力，增强砂土的粘结力腐殖质颜色深，吸收太阳辐射，有机质分解时放热——提高地温腐殖质疏松多孔可改善土壤渗水性和蓄水能力3）提高土壤保肥性腐殖质巨大的比表面、表面能以及带有的负电荷，可吸附保持分子态合离子态营养物质腐殖质的两性胶体性质可增强土壤的缓冲性能、代换性能。
4）促进植物、微生物的生命活动低浓度富里酸对植物生长具有刺激作用土壤有机质能为微生物生活提供能量和养分5）有助于消除土壤污染腐殖质的络合、吸附等作用有助于消除土壤中农药残毒及重金属离子的污染
二、土壤液相与气相组成
（一）土壤液相1.土壤水量平衡１）土壤水分的来源：
土壤水分主要来自大气降水、灌溉水、地下水。
土壤水在植物生长中意义1.满足植物生长的水分要求2.和可溶盐一起构成向植物提供养分的媒介2）土壤水分的消耗土壤水分的消耗主要是：
土壤蒸发、植物吸收和蒸腾，水分渗漏和径流损失等，其中地面蒸发和水分渗漏最为重要。
3）土壤透水性降水——土壤孔隙——重力下渗=土壤透水性土壤孔隙吸水和重力作用下的水分称为土壤渗透水。
用渗透系数表示。
土壤透水性与土壤孔隙、质地、结构、松紧度有关。
土壤水量平衡是指土壤水分和收入和消耗使土壤水含量相应变化的情况。
表达式：
△水=水收入－水支出维索茨基根据水分的收支情况，将土壤水分平衡分为三种类型，即淋溶型、非淋溶型和渗出型。
实际上，自然界中还存在着三种类型之间的过渡类型，因此可划分为下列几种类型：
即淋溶型：
在年降水量大于年蒸发量的地区，土壤水分在土体中以向下流为主，使土体中的物质受到淋溶或机械迁移，森林土壤和酸性土壤多属此种水分状况类型。
非淋溶型：
在降水量低于蒸发量的地区，降水量不能渗透湿润到底土层，只能达到土体的有限深度，因此，土体中的物质只被淋洗到一定深度而淀积下来，这种土壤水分状况称非淋溶型。
干旱、半干旱草原土壤大多属于这种水分状况类型。
渗出型或上升型：
降水量小于蒸发量，因蒸发强烈，下层可溶性盐随毛管水带到表层，从而引起土壤盐渍化，这种水分状况类型多出现在干旱和半干旱地区地下水位高的地方。
停滞型或滞水型：
在地势低洼排水不良地区，土壤水分长期停滞，沼泽化土壤常具有此种水分状况类型。
冻结型：
在高纬地带或高山、高原地区，土壤温度常低于0℃，土壤中水分形成永冻层，苔原、冰沼土往往有这种水分状况类型。
3.土壤水分的类型：
固态水、气态水、化合水和结晶水、吸湿水、膜状水、毛管水、重力水。
1）固态水：
固态水是以固体状态存在的水分。
高纬度地带及高山区的冰沼有永冻层的固态水存在，此外在冬季寒冷的中纬度地带，土壤有季节性固态水。
固态水不能为植物所利用。
2）气态水：
一般情况下，土壤中存在着气体状态的水分，它与土壤空气形成气态混合物，土壤空气被水汽饱和达100%时，土壤中水汽含量约为0.001%。
气态水含量虽然很少，但由于它能自由移动，并能调节其他形态的水分，故其重要性不能忽视。
3）化合水和结晶水：
化合水和结晶水统称为化学束缚水。
这两种水分不能直接参与土壤的物理作用，也不能为植物所利用。
4）吸湿水：
由土壤颗粒的表面张力所吸附的水汽的分子，称吸湿水。
5）膜状水：
被吸附在吸湿水膜外层的水分称膜状水。
膜状水即使含量还高，植物便开始凋萎，植物呈永久萎蔫时的土壤含水量，称凋萎系数。
吸湿水和膜状水合称物理束缚水，前者叫物理紧束缚水，后者称物理松束缚水。
膜状水的最大含量叫最大分子持水量。
6）毛管水：
毛管孔隙中毛管力吸附保存的水分称毛管水。
毛管水依其水分来源，可分为毛管悬着水和毛管上升水。
毛管上升水是指地下水位较高条件下，地下水沿毛管上升而存在土壤毛管孔隙中的水分。
在干旱区，优质的地下水沿毛管上升，因而地下水质具有特殊意义，地下水质含盐分过高则易引起次生盐渍化。
毛管悬着水是指毛管水与地下水无联系而保持在土壤上层的毛管水，主要由降水、灌溉、融雪等产生的重力水向下运动而成。
毛管悬着水达到最大时的土壤含水量，称田间持水量。
7）重力水：
当土壤水分含量超过田间持水量时，多余的水分就会在重力作用下，沿着土壤中的非毛管孔隙向下渗透，如果没有不透水层的阻隔，它可以一直渗透到地下水中去。
这称自由重力水。
如果有不透水层阻隔，它可以在不透水层之上潴积下来，即成支持重力水或叫上层滞水。
当土壤孔隙全部充满水分时，即为重力水所饱和时的含水量，称为全蓄水量或饱和持水量，饱和系数。
5.土壤溶液：
1）土壤溶液酸碱度土壤的酸度：
指土壤酸性的程度，以pH表示。
它是土壤溶液中H＋浓度的表现，H＋浓度愈大，土壤酸性愈强。
土壤中H＋的来源有：
（1）动植物呼吸作用排出的CO2溶解于水形成的碳酸解离产生的H＋。
（2）微生物分解作用产生的有机酸、无机酸解离产生的H＋。
（3）土壤溶液中活性铝的作用。
（4）吸附性H＋和Al3＋的作用。
2）土壤缓冲性酸性或碱性物质加入土壤后，土壤具有缓和其酸碱反应变化的性能。
土壤产生缓冲作用的原因：
1、土壤胶体的代换性能2、土壤中有多种弱酸及其盐类。
（弱酸如：
碳酸、重碳酸、硅酸和各种有机酸）3、两性有机物质。
（氨基酸是两性化合物，氨基可中和酸，羧基可中和碱）
4、两性无机物质
5、酸性土壤中的铝离子3）土壤溶液的氧化还原作用1.土壤氧化还原过程可归纳出如下一些共同特点：
1）体系的多样性：
无机体系和有机体系2）反应的复杂性2.土壤氧化还原状况及其影响因素土壤通气状况、微生物活动、土壤中易分解有机质的含量‘土壤中易氧化或易还原的无机物状况、土壤pH值、植物根的代谢作用
（二）土壤气相1.土壤空气的来源和组成
土壤空气主要来自大气，存在于未被水分占据的土壤孔隙中。
由于土壤生物生命活动的影响，二氧化碳含量高，氧含量低，水汽含量高，土壤空气湿度一般接近100%。
由于有机质的嫌气分解，还可能产生甲烷、碳化氢、氢等气体，经常有氨存在，但数量不多。
2.土壤空气与大气间的气体交换
通常，土壤空气和近地面大气进行着交换，其交换有两种方式：
一方面土壤空气和大气整体地进行交换，另方面是部分气体互相扩散。
土壤空气与大气间的气体交换，以及土体内部允许气体扩散和流通的性能，称为土壤通气性。
土壤通气性与土壤孔隙、质地结构、土壤含水量等密切相关。
第二节土壤系统的结构
一、营养结构
矿质化作用（好氧）——有机质分解
腐殖化作用（厌氧）——腐殖质形成
（一）矿质化作用1）土壤有机质的矿质化：
即土壤有机质的分解过程。
土壤有机质在微生物的作用下被氧化为最终的简单无机化合物（CO2、H2O、NH3、H2PO4、SO42-等），同时释放出矿质养料的过程。
2）.土壤有机质的腐质化过程：
土壤微生物将生物残体矿化过程中产生的中间产物合成更为复杂的腐殖质的过程。
3）.影响土壤有机质矿化（有机质分解）的因素
（1）有机残体的化学组成、物理状态及碳氮比a.分解由易到难顺序：
糖类、淀粉、简单蛋白质>
粗蛋白>
半纤维素、纤维素>
木质素、脂肪、蜡质b.鲜的比老的易分解，细碎的比整的易分解c.有机残体的碳氮比（C/N）为25:
1~30:
1时最易分解
（2）土壤水、热状况：
温度在25～35℃、水分在田间持水量的60%～80%、通气良好生物残体分解速度最迅速。
（3）土壤通气状况：
土壤通气良好时，好气微生物活跃，有机质分解迅速彻底；
土壤缺氧或无氧时，嫌气微生物活跃，有机质分解慢且生成还原性物质（CH4、H2、H2S）（4）土壤酸碱度：
pH4～10范围内易分解二、形态结构
土壤发生层：
由成土作用而形成的土层土壤层次：
由非成土作用形成的土层土壤剖面：
由地表向下的垂直切面
（二）土壤发生层的划分土壤剖面发生层的名称：
有机质层：
O腐殖质层：
A淋溶层：
E淀积层：
B母质层：
C母岩层：
RＯ层（有机质层）：
又称为枯枝落叶层。
一般位于矿质土壤的表面，也可被覆盖于一定深度。
森林土壤常见。
Ａ层（腐殖质层）：
接近地表出所形成的的矿质发生层。
土壤中混有一定有机质或有机质经腐烂分解后合成的腐殖质，土层较下层暗。
E层（淋溶层）：
由于淋容作用，物质迁移损失的土层。
包括灰化层，硅酸盐粘粒、铁、铝等单独或一起淋失，石英或其他抗风化矿物的砂粒或粉粒相对富集的矿质发生层。
颜色浅淡、颗粒较粗、养分贫乏。
Ｂ层（淀积层）：
位于淋溶层之下，主要特点是淀积着上层淋洗下来的物质，使质地偏粘、土体较紧实，具块状或棱柱状等结构，常出现新生体，颜色也与Ａ层有明显差别。
Ｃ层（母质层）由未受成土作用影响或影响甚微的风化残堆积物所组成，是形成土壤的母体和基础。
Ｒ层（母岩层）：
即坚硬基岩，如花岗岩、玄武岩、石英岩或硬结的石灰岩，砂岩等。
土层的过度情况1明显过度1cm；
2清楚过度1-3cm3较清楚过度3-5cm；
4逐渐过度大于5cm
第三节土壤系统的功能：
植物的肥力库、能量的转化机、去污的净化器一、植物的肥力库
（一）化学因素1.土壤养分：
指的是土壤提供的植物生长所必须的营养元素2.土壤的酸碱度根据我国土壤酸碱度的实际差异情况把土壤分为酸性土、中性土、碱性土。
土壤酸度类型：
1）．活性酸度：
指土壤溶液中的氢离子浓度导致的土壤酸度，通常用pH值来表示。
2）．潜在酸度：
指土壤中交换性氢离子、铝离子、羟基铝离子被交换进入溶液后引起的酸度，以cmol/kg表示。
3.土壤吸附及交换性能：
土壤胶体的性质：
1）巨大的表面积和表面能2）带电性：
带电的原因：
同晶置换、断键、离子解离3）土壤胶体的分散性和凝聚性：
土壤能够通过土壤溶液提供养分
土壤胶体的性质使得土壤进一步保持离子态养分，适当的时机交换为溶解态养分后，即为植物利用。
影响阳离子交换量因素
（1）胶体种类有机胶体交换量最大；
矿质胶体中交换量大小是：
蒙脱石＞水化云母＞高岭石。
（2）溶液pH一般来说，随土壤碱度增加（pH值增高）解离度增高，带电量多，交换量增大;
反之，随土壤酸度增加（pH值降低）解离度降低，带电量减少,代换量下降。
（计算）盐基饱和度：
就是土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。
交换性阳离子可分为两大类：
即盐基离子（ca2＋、Mg2＋、K＋、Na＋、NH4＋等）和H＋与Al3＋。
阳离子的交换量是这两类离子被吸收的总量。
（二）物理因素：
土壤的质地、结构、孔隙度的状况、土壤的热力学性质
土壤肥力与水、气、热量相关；
水、气、热又与土壤的质地、结构、孔隙度的状况相互联系在一起。
1.土壤质地
不同质地分类制基本都分为砂土、壤土和粘土三类。
2土壤结构
土壤的各种团聚结合状况称为土壤的结构结构类型有：
团粒结构、块状结构、核状结构，柱状和棱柱状结构，片状结构等。
团粒结构土壤孔隙性较好，利于调节水热状况，团粒结构是土壤高肥力的表现原因：
.团粒结构充满着毛管孔隙，团粒之间有较大的非毛管孔隙。
雨水经过非毛管孔隙渗入土体，毛管吸力吸持水分，不致流失，多余水分可以随着非毛管孔隙渗入下层，让位给空气。
.团粒结构协调土壤水气热的同时，对土壤养分的调节释放也有很好的作用。
.团粒之间接触点小，黏结性弱，耕作性能好。
团粒结构土壤既能协调水肥气热，又有良好的耕作性能，因而是一种高肥力的表现。
3土壤孔隙度
土壤孔隙：
土粒与土粒，结构体与结构体之间，通过点、面接触关系，形成大小不等的空间，这些空间称为土壤孔隙。
毛管孔隙：
土壤孔隙直径小于0.1mm的孔隙。
具有持水性。
随土壤分散度和结构破坏度增加而增加。
非毛管孔隙：
土壤孔隙直径大于0.1mm的孔隙。
具有透水性。
团聚体越大非毛管孔隙越大。
4.土壤的热力学性质
通常用土壤热容量、热导率、土壤热扩散率反映热量在土壤中的保持、传导和分布状况。
土壤热容量：
单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）1℃所需要（或放出的）热量第二章土壤系统动态特性分析母质的概念：
指风化壳的表层，是原生基岩经过风化、搬运、堆积等过程于地表形成的一层疏松。
最年轻的地质矿物层，它是土壤形成的基础，是土壤的前身。
微生物在成土过程中的作用
１）分解有机质、释放各种养料，为植物吸收利用；
２）合成土壤腐殖质，发展土壤胶体性能；
３）固定大气中的氮素，增加土壤中的含氮量；
４）促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度。
第二节土壤系统物质的迁移和转化
1有机质的累积与分解
2黏土矿物的生成与破坏
3土壤物质的淋融与淀积
4氧化还原作用
5土壤的熟化过程
土壤三相的形成标志着土壤系统的形成，三相相互作用和所引发的物质和能量转换又推动了土壤系统的发展。
岩石---成土母质---微生物着生---岩漆时期---地衣---苔藓---高等植物---腐殖物质形成---具有肥力特征的土壤形成
第3节土壤系统动态的表现
一、土壤形成的基本规律
土壤是自然界各成土因素综合作用的结果。
土壤学家B.P.威廉斯把土壤形成的基本规律概括为地表物质的地质大循环过程和生物小循环过程矛盾的统一。
1.地质大循环：
是指岩石及风化产物通过各种不同的物质运动形式，最终流归海洋，经过长期的地质变化，成为各种海洋沉积物，以后由于地壳运动或海陆变迁，海洋又可能上升为陆地至岩石出露，形成新的风化壳。
这个时间长范围广的演变过程，称为地质大循环。
2.生物小循环：
生物小循环是指植物营养元素在生物体和土壤之间的循环：
植物从土壤中吸收养分，形成植物体，后者供动物生长，而动物残体回到土壤中，在微生物的作用下转化为植物需要的养分，促进土壤肥力的形成和发展。
3.大循环与小循环的特征和关系
自然土壤形成过程是地质大循环和生物小循环矛盾统一的过程。
1）地质大循环涉及空间大，时间长，植物养料不积累；
而生物小循环涉及空间小，时间短，可促进植物养料元素的积累，使土壤中有限的养分元素发挥作用。
2）地质大循环和生物小循环的共同作用是土壤发生的基础。
无地质大循环，生物小循环就不能进行；
无生物小循环，仅地质大循环，土壤就难以形成。
在土壤形成过程中，两种循环过程相互渗透和不可分割地同时进行着。
它们之间通过土壤相互连结在一起。
第三章土壤分类中国土壤分类系统
高级分类：
土纲、亚纲、土类、亚类；
低级分类：
土属、土种和变种。
“诊断层”，是用以识别土壤类别、在性质上有一系列定量说明的土层。
诊断特性是指有定量说明的土壤性质（形态的、物理的、化学的）。
诊断现象：
足以作为划分土壤类别依据的称为诊断现象
第四章土壤类型
冻土
概念：
地表至100cm范围内有永冻土壤温度状况，地表具有多边形土或石环等
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