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④具有贮存并循环生物圈及地球养分和其他元素的功能；

⑤是地球陆地生态系统的能量转移和物质循环的重要组成环节。

因此，土壤是地球陆地生态系统的基础。

4.土壤培肥管理是植物生产和动物生产的基础

5.土壤是最珍贵的自然资源

土壤作为资源，是和水资源、大气资源一样被称为可再生资源。

但是从土壤的数量来看又是不可再生的，是有限的自然资源。

土壤资源的有限性已成为制约经济、社会发展的重要特性，有限的土壤资源供应能力与人类对土壤总需求之间的矛盾日趋尖锐。

1.2.2肥料是植物的粮食

联合国粮农组织的统计表明，在提高单产方面，肥料对增产的贡献额为40%-60%；

我国农业部门则认为这一比例在40%左右。

肥料在农业生产中的重要作用主要有：

①改良土壤，提高肥力。

②促进植物生长。

③提高产量。

④增进品质

自测练习

重要概念

土壤土壤肥力肥料有效肥力人工肥力

学习思考

1.为什么说土壤在植物生长中具有重要作用？

2.土壤在地球陆地系统中有何重要作用？

3.肥料在农业生产中有何重要作用？

第二章土壤的基本组成

了解土壤三相物质的基本组成与性质；

认识土壤三相物质对植物生长与土壤肥力的作用

能运用所学知识进行土壤肥力因素合理调节，培肥土壤。

能熟练进行土壤混合样品的采集与制备；

能熟练测定当地土壤的水分含量，判断其墒情；

能熟练判断当地土壤质地类型，合理选种植物；

能熟练测定当地土壤的有机质含量，判断肥力状况。

2.1土壤矿物质与土壤质地

土壤由固相、液相和气相三相物质组成。

2.1.1土壤矿物质

土壤中所有的无机物质的总和称为土壤矿物质，它们主要来自于岩石与矿物的风化物，少部分源自于有机化合物的分解产物。

一切自然产生的化合物或单质称为矿物，根据其产生的方式不同，可将矿物分成两大类，即原生矿物和次生矿物。

1.原生矿物

原生矿物是指在风化过程中没有改变化学组成和结晶结构而遗留在土壤中的原始成岩矿物，是由熔融的岩浆直接冷凝所形成的矿物。

2.次生矿物

在土壤中，次生矿物主要存在于土壤黏粒中，故次生矿物又称黏土矿物。

次生矿物是指原生矿物经过风华作用使其组成和性质发生变化而新形成的矿物。

2.1.2岩石与岩石风化

1.土壤中的岩石

根据岩石产生的方式不同，可将其分成三大类。

一是岩浆岩，是由熔融态岩浆冷却后凝固而成的岩石，也称为炎成岩。

二是沉积岩，是指由原先岩石的碎屑、溶液析出物或有机质以及某些火山物质，在陆地或海洋中经堆积、挤压而成的一类次生岩石。

三是变质岩，是指地壳中原来的岩石由于受到构造运动、岩浆活动等影响，使其矿物成分、结构构造及化学成分发生变化而形成的一类岩石。

当岩石矿物由于地质运动露出到地表后，地表的水分、温度、气体等环境条件与它们形成时不一样，岩石矿物必然发生形态、结构、大小等变化，岩石矿物在地表自然因素作用下发姓的这些物理变化和化学变化就是风化作用。

风化作用有物理风化、化学风化及生物风化三种类型。

（1）物理风华物理风华也称为机械风化，是指岩石矿物在自然因素作用下发生的物理反应其变化主要是大小、外形的变化。

（2）化学风化是指岩石矿物在自然因素的作用下所发生的化学变化或反应，其主要表现形式有元素组成和结晶结构发生变化两方面。

化学风化的形式有溶解、水化、水解和氧化还原等。

（3）生物风化是指岩石矿物在生物作用下发生的物理变化和化学变化。

岩石矿物的风化是土壤形成的基础。

风化产物无论是残留在原地，还是在重力、风、水、冰川等作用下通过搬运和沉积作用，均要成为各种类型的土壤母质。

3.成土母质

岩石、矿物风化形成的风化产物称为成土母质。

成土母质有的残留在原地堆积，有的受风、水、策略和冰川等外力作用搬运到别的地方重新沉积下来，形成各种沉积物。

2.1.3土壤颗粒组成

1.土壤粒级

土壤帅各种大小不同的矿质土粒组成的，它们单独或相互团聚成土粒聚合体存在于土壤中，前者的上粒称为单粒，后都称为复粒。

大小不同的土粒，由于物理、化学性质不同，对土壤肥力的作用也不相同为了研究和使用方便，根据土粒的粒径和性质将其划分为若干等级，称为粒级。

国际上土壤粒级的分级标准有很多，但一般将土粒由粗到细分成石砾、沙粒、粉沙粒和黏粒4组。

卡庆斯基制中将小于1mm，但大于0.01mm的那部分土粒称为物理性沙粒，而将粒径小于0.01mm的那部分土粒称为物理性黏粒，这种分级方法在生产上使用较为方便。

2.不同粒级的矿物组成

不同粒级的矿物类型相差很大。

沙粒和粉沙粒主要是由石英和原生矿物组成，而黏粒绝大部分矿物是次生矿物。

沙粒中石英的含量大于80%，而黏粒中次生矿物的含量也大于80%。

3.不同粒级的化学组成

由于和粒级的化学组成不同，相应的化学组成也相差很大（表2-7）

表2-7不同粒级的化学组成（%）

粒级

粒径/mm

SiO2

AI2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K20

P2O5

沙粒

粉粒

黏粒

1-0.2

0.2-0.04

0.04-0.01

0.01-

0.002

<

93.6

94.0

89.4

74.3

53.2

1.6

2.0

5.1

13.2

21.2

1.2

1.5

0.4

0.5

0.8

0.6

0.1

0.3

1.0

2.3

4.2

4.9

0.05

0.2

2.1.4土壤质地

土壤质地是土壤一种十分稳定的自然属性，土壤质地是指土壤中各粒级土粒含量（质量）百分率的组合，又称土壤机械组成。

1.土壤质地分级

土壤质地一般分为沙土、壤土和黏土三组。

质地分级与土粒分级一样，也有不同的分级标准。

国内常用的有国际制和卡庆斯基制。

2.土壤质地与土壤肥力的关系

土壤质地通过影响土壤孔隙性质和物理机械性能，进一步影响土壤的水、气、热及养分转化等肥力因素。

对于大部分的土壤肥力性质来讲，沙土与黏土的各种性质正好相反，而壤土居于两者之间。

（1）沙土类土粒闇孔隙大，通气透水能力咈，保水性差，易旱。

养分含量低，有机制质分解快。

由于黏粒含量低，保肥力弱，但施肥易见效。

（2）黏土类其肥力一般与沙土类正好相反。

土粒间多毛管和非活性也隙，通气透水能力差，但保不性强，易旱易涝。

由于通透性差，有机质矿质化速率小于沙土，有机质含量一般稍高于沙土，保肥力强，养分含量高。

（3）壤土类壤土的肥力牲和农业生产特点均介于沙土和黏土之间，是一种比较优良的质地类型，兼有沙土和黏土的优点，却没有两者的不足，因此能适合大多数作物。

其耕性也好，但在粉沙粒含量过高的情况下会出现灌水后淀浆板结的现象。

3.土壤质地的利用

不同的作物对土壤质地有一定的适应性（表2-10），大部分农作物对质地的适应范围较广，但部分园艺作物，特别是部分花卉作物对质地的适应范围较窄。

表2-10主要植物对质地的适应性

作物种类

土壤质地

水稻

大麦

小麦

粟

玉米

黄麻

棉花

烟草

甘薯、茄子

甘蔗

西瓜

甘橘

梨

枇杷

黏土、黏壤土

黏壤土、壤土

壤土、黏壤土

沙壤土

黏壤土

沙壤土-黏壤土

沙壤土、壤土

黏壤土、黏土

马铃薯

萝卜

莴苣

甘蓝

白菜

大豆

碗豆、蚕豆

油菜

花生

葡萄

苹果

桃

茶

桑

轻壤土-黏壤土

黏壤土-壤土

沙壤土、砾质壤土

砾质黏壤土、黏土

4.土壤质地改良

农业生产中经常遇到土壤质地不适应所选用作物需要的情况或者某一地区由于母质的原因，土壤质地不利于大规模农业生产的需要，就必须对土壤质地进行改良。

（1）增施有机肥，改良土性

（2）掺沙掺黏，客土调剂

（3）引洪漫淤，引洪漫沙

（4）翻淤压沙，翻沙压淤

（5）种树种草，培肥改土

（6）因土制宜，加强管理

2.2土壤生物与有机质

2.2.1土壤生物

土壤生物是指全部或部分生命周期在土壤中生活的那些生物，其类型包括动物、植物、微生物等各种生物类型，无论是从生物数量上看，还是从生物的鲜重来看，细菌、放线菌、真菌等土壤微生物占土壤生物的大部分。

1.土壤生物类型与生理特点

（1）土壤动物土壤动物种类繁多，包括众多的脊椎动物、软体动物、节肢动物、螨类、线虫和原生动物等，如蚯蚓、线虫、蚂蚁、蜗牛、螨类等。

土壤动物中生物量一般为土壤生物量的10%-20%。

（2）土壤微生物土壤微生物是土壤中最重要的生物类型，种类多、数量大，是土壤生物中最活跃的部分。

土壤微生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等类群，其中细菌数量最多，放线菌、真菌次之，藻类和原生动物数量最少。

1）细菌。

土壤细菌占土壤微生物总数量的70%-90%。

细菌是单细胞生物，个体很小，较大的个体长度很少超过5µ

m，但其表面积与体积比大，代谢强，系列快，与土壤接触的表面积大。

土壤细菌以杆菌为主，其次是球菌。

土壤细菌的最适温度为20-400C，最适pH为6.0-8.0。

2）放线菌。

土壤放线菌占土壤微生物总数的5%-30%，土壤放线菌是典型的好氧性微生物，适宜在中性至偏听偏信碱性、通气良好的土壤中生长。

3）真菌。

土壤夫菌约有170个属，690多种，广泛分布隆迪于耕作层中。

土壤真菌大多是好气性的，耐酸性较咈，最适pH为6.0-7.5。

（3）土壤植物土壤植物是土壤的重要组成部分，就高等植物而言，主要是指高等到植物地下部分，包括植物根系、地下块芭（如甘薯、马铃薯等）

2.土壤微生物的分布

一般来讲，越是肥沃的土壤中，有机质的含量越高，微生物生命活动所需要的能源和碳源物质较丰富，则相应的微生物种类和数量也越多，同理，表层土壤的微生物数量远高于底层土壤。

越是靠近根系的土壤，其微生物数量也越大，说明根系周围的土壤要比远离根系的土壤肥沃。

通常把受到根系明显影响的土壤范围称为根际，一般距根表2mm范围内的土壤属于根际。

3.土壤微生物的主要功能

（1）影响土壤结构的形成与土壤养分的循环

（2）影响土壤无机物质的转化

（3）固持土壤有机质

（4）生物固氮

（5）净化土壤

2.2.2土壤有机质

土壤有机质是存在于土壤中所有含碳有机化合物的总称，包括土壤中各种动植物、微生物残体、土壤生物的分泌物与排泄物，及其这些有机物质分解和转化后的物质。

1.土壤有机质的来源与存在形态

自然土壤中有机质主要来源于生长在土壤上的高等绿色植物，其次是生活在土壤中的动物和微生物；

农业土壤中有机质的重要来源是每年施用的有机肥料，作物残茬和根系及分泌物、工农业副产品的下脚料、城市垃圾、污水等。

通过各种途径进入土壤的有机质一般呈三种形态；

一是新鲜的有机物质，指刚进入土壤不久，基本未分解的动植物残体。

二是半分解的有机物质，指部分受到微生物分解，多呈分散的暗黑色碎屑和小块，如泥炭等。

三是腐殖物质，是土壤有机质的最主要的一种形态，占有机质总量的85%-90%。

2.土壤有机质的含量

土壤有机质的含量变动为10-200g.Kg-1，我国大部分农田土壤有机质含量变动为10-40g.Kg-1。

气候条件、植物类型、农业利用方式、土壤质地、母质类型等因素影响到土壤有机质含量。

3.土壤有机质的组成

土壤有机质组成的主要元素是C、O、H、N等，分别占有45%-58%（平均含量58%）、34%-40%、3.3%-4.1%和3.7%-4.1%，还含有一定比例的P和S。

土壤有机质中C与N含量的比称为碳氮比，一般土壤有机质的C/N为10：

1左右，简写为10。

从化合物组成来看，土壤有机质含有木质素、蛋白质、纤维素、半纤维素、脂肪等高分子物质。

4.土壤有机质的转化

土壤有机质在土壤生物，特别是土壤微生物的作用下所发生的分解与合成作用为有机质的转化，土壤有机制南转化有矿质化和腐殖化两种类型。

（1）土壤有机制的矿质化过程土壤有机质的矿质化过程是指有机质在土壤生物，特别是在土壤微生物的作用下所发生的分解作用。

有机质的矿质化大体上分成两步：

一是在土壤酶的作用一上，高分子有机化合物；

第二步是大部分小分子有机化合物以一定方式进一步被分解转化。

（2）土壤有机质的腐殖化过程土壤有机质的腐殖化过程是指土壤腐殖质的过程。

目前对腐殖化过程的具体机理尚未完全明确，但一般经过两个阶段：

第一阶段是土壤微生物将动植不包分配经初步分解后转化为腐殖质的结构单元。

第二阶段是在微生物的作用下，第一阶段形成的组成单元缩合为腐殖质。

5.土壤腐殖质

土壤腐殖质是普通生命物质进入土壤后在土壤生物，特别是微生物的作用下，经转化后重新合成一类高分子深色有机物。

土壤腐殖质主要由碳、氧、氢、氮、磷、硫等元素组成，以及与腐殖质形成腐殖酸盐的阳离子。

在不同的土壤中，腐殖质各组成分的元素含量相差很大。

腐殖质的C：

N：

P：

S大约在100：

10：

1：

1。

6.有机质在土壤肥力上的作用

（1）提供作物所需的养分土壤有机质含有植物必需的碳、氮、磷、硫及其他种类营养元素，这些营养元素通常称为有机养分。

必须通过矿质化，转化为无机态之后才能被植物吸收利用。

土壤有机质不仅能提供植物所需的养分，而且在其转化过程中产生的有机酸等物质也能促进土壤其他矿质大部分的转化，特别是提高溶解度较低的微量营养元素的有效性，改善植物的营养状况。

（2）提高土壤的保肥性和供肥能力有机质是一种带负电荷量最高的土壤胶体，通过阳离子交换作用能够明显提高土壤的保肥能力。

（3）改善土壤物理性质土壤有机质主要通过调节矿质上粒间的黏结性而作用于土壤结构、耕作等物理性质。

（4）其他方面的作用有机质是大部分土壤微生物的碳源和能源，所以，能够促进微生物的活动微生物的活性越强，则土壤有机质和其他养分的转化鼓掌率就越愉，能够改善土壤养分状况。

7.土壤有机质的管理

反映土壤有机质转化速率的参数是矿化就绪和腐殖化系数。

每年因矿质化而水泵的有机质的量占土壤有机质总量的百分数称为矿化率，影响土壤矿化率的主要因素是有机质的碳氮比，温度和水分条件。

腐殖化系数是指每克（或千克）干有机物施入土壤后，转化形成的腐殖质的质量（g）（或kg），一般有机物料的府殖化系数为0.2-0.5。

2.3土壤水分

土壤中的水并不是纯水，而是溶解有一定浓度无机、有机离子和分子的稀薄溶液，也称为土壤溶液。

2.3.1土壤水分有效性

土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度称为土壤水分的有效性。

不能被植物吸收利用的水称为无效水。

1.土壤水分类型

土壤之所以能够把水分保持在土壤中，是因为土壤对水分有一定的吸引力，而且吸引力必然大于重力。

根据土壤对水分吸收力的不同，将土壤水分分成以下的类型：

（1）吸湿水是指固相土粒借助表面的分子引力从大气中吸收的那部分态水，通常在土粒表面形成单分子水层。

（2）膜状水吸湿水含量达到最大后，土粒剩余分子引力吸附剂的液态水为腊状水。

（3）毛管水通过毛管力保持在土壤毛管也隙中的水分为管水，毛管水对作物全部有效。

（4）土壤重力水指土壤中只受重力作用沿着大孔隙向下运动的那部分水分。

只有当土壤水分含量高过土壤田间持水量时才能出现重力水。

2.土壤水分的能量状况

水分在土壤中所受到吸引力的大小通常用两个指标来表示：

即土壤水吸力和土水势。

（1）土壤水吸力土壤水吸力是指单位量水分受到的吸引力的大小，其单位等同于压力单位，即可以用MPa等单位表示基吸引力的大小。

（2）土水势土水势表示水分在一定的土壤中所具有的能量状况。

是指将无限少量的纯水在标准状况下可立陶宛等温地移动到土壤中，每单位量纯水所需做功的数量。

3.土壤水分的有效性

土壤最大有效水含量的高低主要取决于土壤质地和有机质含量，但质地黏于壤土的土壤，其最大有并效水含量变化不大。

有机质能够促进良好土壤结构的形成，而良好的土壤结构能够改善土壤的孔隙性质，提高土壤的保水能力，增加有效水的最大含量。

2.3.2土壤水分含量的表示方法

1.质量含水量：

土壤质量含水量=土壤水质量/烘干土质量*100%

2.容积含水量：

土壤容积含水量=土壤水体积/土壤总体积*100%

3.相对含水量：

土壤相对含水量=土壤质量含水量/土壤田间持水量*100%

2.3.3土壤水分与作物生长

1.作物对土壤水分的要求

水分是作物的重要组成成分，一般新鲜作物体内的含水量达到60%-90%，不同的作物和作物不同生育期的含水量有一定的差异。

当作物生长的在含水量一直比较高的土壤中，则形成单位量干物质所水泵的水分要大于生长在相对于旱土壤中的植物。

不同类型作物每形成单位量干物质需不量相差很大，同种作物在不同生育期对土壤水分含量的要求也不相同。

2.影响作物对养分的吸收

土壤中有效养分迁移到根表的机理有截获、质流和扩散三种方式，而其中质流和扩散起到主要作用，它们均需要在足够的水分条件下进行。

所以，土壤水分能影响作物对养分的吸收。

2.3.4土壤水分调节

水分调节的目的是为作物的生长创造一个良好的土壤水、气、热环境，调节的方法有多种。

1.灌溉

灌溉是增加农田水分含量的重要措施，也是提高农作物产量和品质的重要手段。

2.排水

排水是指通过一定方法将农田内多余水分排出土壤的一种生产措施，是生产中经常采用的一种生产措施。

根据排水目的，农田排水可分为排除地面积水、降低地下水位及排除表层土壤内滞水三类。

3.蓄水保墒

墒是土壤水分的另一种习惯称法，保墒是使土壤维持一定的含水量。

通过适当的耕作措施也可以达到减少土壤水分损失、维持土壤含水量的目的。

4.发展节水农业

发展节水农业须做好下列三方面的工作。

第一是建立节水和耗水的输水系统；

第二是推广节水灌溉技术和节水灌溉制度，提高单位灌溉水的生产效率；

第三是调整农业结构，推广节水农业技术。

2.4土壤空气

2.4.1土壤空气组成

土壤空气来自于大气，但在土壤内，由于根系和微生物等的活动，以及土壤空气与大气的交换受到土壤孔隙孔隙性质的影响，使得土壤空气的成分与大气有一定的差别。

与大气相比，土壤空气的组成特点如下：

第一，土壤空气中的二氧化碳的含量高于大气。

第二，土壤空气中的氧气含量低于大气。

第三，土壤空气的村对湿度比大气高。

第四，土壤空气中有时像甲烷等还原性气体的含量远高于大气。

第五，土壤空气各成分的浓度在不同季节和不同土壤深度内变化很大。

2.4.2土壤通气性

土壤空气与在气的交换能力或速递称为土壤通气性，如交换速率快，则土壤的通气性好，反之，土壤的通气性差。

土壤空气与大气之间的交换机理如下：

1.土壤空气的整体交换

土壤空气在一定的条件一整体或全部移出土壤或大气以同样的方式进入土壤称为土壤空气的整体交换。

整体交换能较彻底地更新土壤空气，其作用的动力是存在气体的压力美。

2.土壤空气的扩散

某种物质从其浓度高处向浓度低处的移动称为扩散，土壤空气扩散是指土壤空气与大气成分沿其浓度降低方向运动的一种过程。

2.4.3土壤空气与作物生长

土壤空气状况是土壤肥力的重要因素之一，不仅影响作物生长发育，还影响土壤肥力状况。

1.影响种子萌发

2.影响要系生长和吸收功能

3.影响土壤微生物活动

4.影响作物生长的土壤环境状况

2.4.4土壤通气性调节

调节土壤空气的主要措施是：

深耕结合施用有机肥料，培育和创造良好的土壤结构和耕层构造，改善勇气性；

客土掺沙掺黏，改良过沙过黏质地；

雨后及时中耕，消除土壤板结；

灌溉结合排水，排水可以增加土壤空气的含量，灌水以降低土壤空气的含量，也可促进土壤空气的更新。

大规模农业生产一般不会对土壤采取强制通气的方法。

2.5土壤热量

2.5.1土壤热量来源

土壤热量有一咱来源，即太阳辐射、生物产热和地球内热，以太阳辐射为最主要的来源。

太阳辐射进入大气层后，一部分被云层以直接反射到太空，一部分被云层和大气吸收，剩余部分才能到达土壤表层，另外被大气和去层吸收的一部分太阳辐射也可以通过辐射形式到达地表。

微生物在分解转化有机质时释放的热量称为生物热。

有机质有部分简单无机物在被微生物转化分解时，这些物质贮存的部分化学能被微生物吸收利用，另外一部分化学能则直接转化为热量进入环境中。

生物热虽然数量较少，但在一定的条件下可以适当提高或维持土壤温度。

2.5.2土壤热性质

土壤温度的高低，主要取决于土壤接受的掂量和损失的热量的损失的热量数量，而土壤热量损失数量的大小主要受热量（也有称作热容量）和热导率大小等土壤热性质的影响。

1.土壤热容

单位质量或容积土壤，温度每升高10C或降低10C时所吸收或释放的热量数量。

如以质量计算土壤计算数量则为质量热容；

如以体积计算土壤数量则为体积热容。

两者的关系如下：

体积热容=质量热容*土壤容重

土壤热容的大小主要影响土壤温度的变化速率。

热容大，则土温变化慢；

热容小，则土温易随环境温度的变化而变化。

所以，含水量低的土壤，则土温随气温变化的变幅大，反之则变幅小。

2.土壤热导率

土壤热导率指土层厚度1cm，两端温度相差10C时，单位时间内通过单位面积土壤断面的热量，其单位是J.Cm-2.s-1.K-1。

与