土壤的固相组成及诊断特性.docx

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土壤的固相组成及诊断特性

授课题目

第二章土壤的固相组成及诊断特性

授课班级

地理科学

授课学时

4

课型

讲授

教具

教学目的

使学生掌握土壤矿物的类型及风化过程；

了解黏土矿物的分布规律

教学重点和难点

重点：

土壤矿物的化学风化过程

参考教材

《土壤地理学》（第三版）李天杰等编著高等教育出版社2005

教学内容

备注

第二章土壤的固相组成及诊断特性

土壤组成：

土壤是由固相、液相、气相和土壤生物体四部分组成。

最适宜植物生长的壤质土壤表土的体积组成

第一节土壤矿物

土壤矿物来源：

主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。

土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。

土壤矿物分类：

按照发生类型可将土壤矿物划分为

原生矿物

次生矿物

可溶性矿物。

一、原生矿物

1、原生矿物（primarymineral）直接来源于母岩特别是岩浆岩。

2、原生矿物类型：

铝硅酸盐类、长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物类和磷灰石类。

3、土壤矿物的风化极稳定性

二、土壤矿物的形成与转化

1、土壤矿物的风化过程

物理风化

化学风化

溶解

水化

水解

脱盐基阶段

脱硅阶段

富铝化阶段

2、影响矿物风化因素

矿物的组成与结构

环境因素

3、土壤矿物风化指数

硅铝率

迁移系数

三、土壤次生矿物

1、土壤次生矿物：

是指原生矿物在风化和成土过程中新形成的矿物，它包括简单盐类、次生氧化物和次生铝硅酸盐类。

它们是土壤矿物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的胶体特性，又称为黏土矿物

2、次生矿物类型

易溶盐类：

分布在干旱半干旱区

次生氧化物：

二氧化硅、氧化铝、三水铝石

次生铝硅酸盐：

基本结构单元：

硅氧片、水铝片

分类：

1：

1型高岭石类

2：

1型蒙脱石类、水云母

3、次生矿物的分带性

4、在中国次生矿物分布的地带性表现为

●新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带；

●内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母-蒙脱石地带；

●华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带；

●北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带；

●江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云母地带；

●华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。

学生课外学习引导

查阅资料，了解土壤次生矿物的环境意义；以及了解中国地表风化壳类型及其分布。

课后小结

土壤矿物的形成与转化过程是本节的核心构架，也是学习该门课程的一把钥匙。

一定要认真把握。

授课题目

第一节土壤矿物

（二）第二节土壤有机质

授课班级

地理科学

授课学时

课型

讲授

教具

教学目的

使学生掌握土壤质地概念；土壤有机质概念

教学重点和难点

重点：

土壤质地概念；土壤有机质的概念和分类

难点：

土壤质地与土壤粒级

参考教材

《土壤地理学》（第三版）李天杰等编著高等教育出版社2005

教学内容

备注

第一节土壤矿物

四、土壤质地

1、矿物颗粒粒级的划分

粒级概念

矿物颗粒粒经大小相近、性质相似的土粒归为一类，称为粒级。

美国制、苏联制、国际制。

粒级：

石块、砾石、砂粒、粉粒、粘粒五级。

各粒级组成与性质：

矿物组成：

石块、砾石和砂粒－几乎全部为原生矿物组成

粉粒－绝大多数是石英

粘粒－次生矿物

化学组成：

化学元素变化规律

性质：

●随着粒级的减少，吸附性能增加，离子交换性能增加，因而土壤颗粒的孔隙度、吸湿量、持水量、毛管含水量、比表面积、膨胀潜能、吸附性能、塑性和粘结性增强。

●土壤的通透性、透水性、土壤密度降低。

2、土壤矿物元素

植物吸收土壤中的主要元素有16种。

根系吸收的土壤营养元素的途径主要有三种方式。

3、土壤质地的划分

土壤质地概念，又称土壤的机械组成，是指各个粒级在土壤中所占的相对比例或质量百分数。

土壤质地分类：

美国制、前苏联制

中国拟定的土壤质地分类方案（1978）：

3类11级。

土壤质地的适宜性

砂土：

气，砂粒为主，大孔隙多而毛细孔隙少

水，通透性强，透水性强，保水蓄水能力弱

肥，通气性强，有机质易分解，保肥能力弱

热，热容量小，温度变化剧烈，易受干旱和寒冬威胁；但春季升温快，发苗早，暖性土。

优点：

易耕作、适宜性强、供肥快，少餐多肥

粘土：

气，土粒微小，大孔隙少，毛细管多，毛管力强

水，保水、蓄水能力强

肥，保肥能力强，有机质分解缓慢

热，热容量大，温度变化缓慢，春季升温缓慢，发苗晚，冷性土。

缺点：

不易耕作，水土流失。

壤土：

兼顾砂土和壤土优点；“上砂下粘”蒙金地

第二节土壤有机质

土壤有机质地类型：

非特异性土壤有机质和土壤腐殖质

一、土壤有机质来源

1、非特异性有机质植物和地面动物残体；土壤动物和微生物。

2、土壤腐殖质

概念

分类：

根据在不通溶剂中的溶解性分为胡敏酸、富里酸、棕腐酸、胡敏素。

土壤腐殖质组成－营养元素NCHNOSP；

土壤腐殖质性质：

胡敏酸

富里酸

意义：

形成有机无机复合体，肥力意义；络和性能，土壤具有自净能力。

二、土壤生态系统与有机质转化

1、土壤生态系统

2、矿质化过程（mineralization）即分解过程—土壤动植物残体残体及土壤腐殖质在土壤微生物，如细菌（bacteria）和真菌（fungi）的作用下分解成简单有机化合物，以致最终彻底分解为无机化合物，如CO2、H2O等的过程。

3、腐殖化过程（humification），即合成过程—有机残体在微生物不完全分解时的中间产物，能重新合成一类性质较稳定的有机高分子化合物，称为腐殖质。

腐殖质是棕色或暗棕色的无定形胶体物质。

4、影响腐殖质转化因素

土壤有机质类型：

土壤环境条件

通气状况良好利于分解，但不利于积累；

水热组合状况，30度，田间持水量为60－80％；

PH值

土壤有机质的空间分布规律

三、土壤物质循环

氮循环、碳循环、磷循环、硫循环

学生课外学习引导

让老家在农村的同学，思考不同质地的土壤类型，农民是如何改良利用的。

结合有关文献，思考土壤碳循环在全球碳循环中的意义。

课后小结

土壤有机质，特别是腐殖质组成与结构是本科生学习的重点与难点。

授课题目

第三节土壤固相的物理诊断特性

授课班级

地理科学

授课学时

课型

讲授

教具

教学目的

使学生掌握土壤结构的含义及类型、土壤密度、土壤孔隙度含义

了解土壤物理性质

教学重点和难点

重点：

1、土壤结构的含义及类型；2、土壤物理性质

难点：

土粒密度、土壤密度、土壤孔隙度含义

参考教材

《土壤地理学》（第三版）李天杰等编著高等教育出版社2005

教学内容

备注

第三节土壤固相的物理诊断特性

一、土壤结构（soilstructure）

土壤颗粒经常是相互作用而聚集形成大小不同、形状各异的团聚体，土壤中团聚体的组合排列方式成为土壤结构。

1、土壤结构类型（大小和几何形状）

单粒状结构

粒状结构（粒状、团粒状、团块状）

块状结构（小块、中块、大块）

柱状结构

片状结构

2、土壤结构形成

1）土壤结构形成机理

形成的2个基本条件：

胶结物质（粘土矿物、腐殖质、碳酸盐、土壤动物代谢产物）

促使土壤颗粒胶结的作用力

形成的2个阶段：

原生团聚体

水稳性团聚体

2）衡量土壤结构指标：

土壤团聚体的稳定性（抗机械压力、遇水浸泡后）

通常用水筛后留下的>0.25mm的团聚体含量。

土壤孔隙性：

腐殖质胶结形成的团聚体孔隙度较大，可达40％；

次生黏土矿物较小，大约在35％，非活性孔隙。

高质量的土壤结构是高度水稳性和高孔隙度的结合，只有在生物参与。

3）团粒结构在土壤肥力中的意义（水稳性）

◆团粒结构孔隙度比例适中，分布均匀，大小相间分布；解决了土壤透水性和蓄水性的矛盾；

◆团粒结构解决了土壤水分与空气同时存在的矛盾，利于调节导热性、热容量状况、使温度变化较为温和适度；

◆团粒结构表面的有机质在好气微生物作用下，利于养分释放和供应；结构内部以嫌气微生物作用下，分解过程相对缓慢，利于养分的保存，解决了养分的释放、供应与保存的矛盾；

◆粘着性、粘结性、可塑性均较小，利于耕作。

4）影响土壤结构形成因素

●促进团聚体形成因素

●促进团聚体固结因素

二、土壤物理特性

1、土粒密度：

是指单位容积风干土壤固相颗粒的质量，其单位是g/cm3。

土壤比重

实质：

土壤矿物质与土壤有机质密度的加权平均值。

影响因素：

土壤矿物组成、土壤矿物与有机质的相对含量。

2、土壤比重：

即土壤容重，是指单位容积风干原状土土壤的质量，其单位是g/cm3。

实质：

容积是指土壤固相物质所占据的和土壤空间所占据的容积。

影响因素：

土壤孔隙、土壤固相的数量、组成、结构

3、土壤孔隙度：

单位原状容积土壤中孔隙所占容积的百分数。

计算公式：

φ=（Vb-Vp）/Vb⨯100

=（m/ρb-m/ρp）/（m/ρb）⨯100

=（1-（ρb/ρp））⨯100

土壤孔隙分类：

非毛管孔隙>=0.1mm通透性

毛管孔隙<0.1mm持水性

土壤孔隙度：

非毛管孔隙度

毛管孔隙度

适宜的土壤孔隙状况

◆土壤中大小孔隙同时存在，土壤总孔隙度在50%左右，而毛管孔隙在30—40%之间，非毛管孔隙在20—10%，则比较理想；

◆若总孔隙大于60—70%，则过分疏松，难于立苗，不能保水；

◆若非毛管孔隙小于10%，不能保证空气充足，通气性差，水分也很难流通（渗水不好）；

影响土壤孔隙状况的因素

◆质地的影响：

规律为质地越粘，总孔隙度增加；

◆结构的影响：

团聚体直径越大，总孔隙度上升，一般团聚体直径在0.5—2mm较好；

◆有机质的影响：

增加总孔隙度（本身多孔），并利于团聚体的形成

4、土壤磁性

5、土壤颜色

土壤颜色是土壤物质成分和内在性质的外部反映，是土壤发生层次外表形态特征最显著的表现。

门塞尔颜色系统：

为了使土壤颜色的描述科学化，真正反映土壤颜色的本质国

际土壤学界普遍采用的一种标准色卡比色法，命名系统采用颜色的三属性即色调、亮度和彩度来表示。

土壤颜色命名法：

颜色名称＋门塞尔颜色标量

学生课外学习引导

引导学生多留心当地施工现场的土壤结构、尤其是团粒结构对植物生长的影响，观察其它物理性质。

有条件时组织学生集体现场观察。

课后小结

土壤结构的含义及类型以及土壤密度、土壤孔隙度的含义是本节学习的重点。