土壤学整理材料.docx

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土壤学整理材料

Chapter1Introduction第一章绪论

SoilScience--Thatsciencedealingwithsoilsasanaturalresourceonthesurfaceoftheearthincludingsoilformation，classificationandmappingandthephysical，chemical，biologicalandfertilityproportionofsoilsandtheseproportionsinrelationtheirmanagementforcropproduction.

土壤学——把土壤作为地球表面的一种自然资源，研究范围包括土壤的形成、分类和制图以及物理、化学、生物和肥力部分，以及这些部分与作物生长管理的关系。

Section1TheimportanceofsoilinAgricultureandecosystem

1Soilisabaseofagricultureproductionofhuman（土壤是人类农业生产的基础）

（1）Basicmaterialofagricultureproduction（农业生产的基本资料）

（2）Baseofplantgrowthandbreeding（植物生长和繁育的基地）

日光、空气、热量（宇宙因子）水分、养分（土壤因子）

（3）Foundationoftechniqueforcropincreaseproduction（农作物增产技术的基础）

农业“八字宪法”土、肥、水、种、密、保、工、管“中心”、“因土制宜”

（4）Naturalresourcepossessedregenerativefunction（具有再生作用的自然资源）

“治之得宜，地力常新”

世界范围内土壤资源遭到严重破坏的五个方面:

土壤侵蚀，土壤砂（沙）化，土壤盐碱化，土壤变质退化，土壤污染

2Soilisimportantcomponentinglobesurfaceandnaturalgeographysystem

（土壤是地球表层和自然地理环境的重要组成部分）

（1）Therelationshipbetweenpedosphereandatmosphere（大气圈）

（2）Therelationshipbetweenpedosphereandbiosphere（生物圈）

（3）Therelationshipbetweenpedosphereandhydrosphere（水圈）

（4）Therelationshipbetweenpedosphereandlithosphere（岩石圈）

Thefunctionofsoilinecosystem（a）keyfactor（b）function

Soilecosystem—acommunityoforganismsandtheirsurroundingsinsoil.

4Soilisthemostvaluablenaturalresource（土壤是最有价值的自然资源）

（1）Limitationofquantity（数量的有限性）

（2）Variationofquality（质量的可变性）

（3）Fixationofdistributioninspace（空间分布的固定性）

*土壤质量（SoilQuality）--土壤维持生产力、净化环境以及保障动植物健康的能力的综合量度。

包括：

土壤肥力质量（soilfertilityquality）：

土壤提供植物养分和生产生物物质的能力。

土壤环境质量（soilenvironmentalquality）：

土壤容纳、吸收和降解各种环境污染物质的能力。

土壤健康质量（soilhealthyquality）：

土壤影响和促进人类和动物健康的能力。

Section2Developmentofsoilandsoilscience

Soilscience:

PedologyandEdapphology;Environmentalsoilsciences

1Soil*（土壤）Concepts（概念）

Thereislittlemeritinattemptingtogivearigorousdefinitionofsoilbecauseofthecomplexityofitsmake-upandofthephysical,chemicalandbiologicalforcestowhichitisexposed.

Williams：

Theloosesurfaceofpartsoftheearthinwhichplantsgrow.

土壤：

能够产生植物收获的疏松陆地表层。

或陆地表面由矿物质、有机物质、水、空气和生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层。

（2）Soilandland

Land—Thetotalmaterialandculturalenvironmentwithinwhichproductiontakesplace.Landisabroadertermthansoilitsattributesincludeotherphysicalconditions.

（土地——是土壤及其自然环境以及人文环境的总体）

土壤即发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层

2Soilfertility（土壤肥力）

（1）ConceptsSoilfertility--Thestatusofasoilwithrespecttoitsabilitytosupplythenutrientsessentialtoplantgrowth.（America）

土壤肥力--在植物生活的全过程中，土壤同时不断地供给植物以最大数量的有效养料和水分的能力。

（前苏联）

土壤肥力--土壤同时地、不断地满足植物对水、肥、气、热等生活条件要求的能力。

（中国）

土壤肥力--土壤的体质和生命力。

（侯光炯）

（2）Variety（种类）

NaturalfertilityandArtificialfertility（自然肥力和人工肥力）

自然肥力—土壤在自然形成过程中产生和发展起来的肥力

人工肥力—人类生产活动、耕种熟化过程中发展起来的肥力

Effective（economical）fertilityandPotentialfertility（有效肥力和潜在肥力）

有效肥力—可以发挥出经济效益的这部分肥力

潜在肥力—暂时不能发挥出经济效益的那部分肥力

3Soilproductivity（土壤生产力）

Soilproductivity--Thecapacityofasoilinitsnormalenvironmentforproducingaspecifiedplantorsequenceofplantsunderaspecifiedsystemofmanagement.

（土壤在一定的环境条件和人类管理措施下所具有的生产能力）

*矿物、岩石及其风化作用

一、矿物的概念存在于地壳中具有一定的物理性质、化学成分和内部构造的天然化合物。

原生矿物：

由地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物。

次生矿物：

由原生矿物经过化学变化形成的新矿物。

二、岩石的概念一种或数种矿物的天然集合体。

岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三类

㊣不考试

岩浆岩：

地球内部呈熔岩状态的岩浆喷出地表面，或上升到接近地表的不同深度的地壳中，冷却、固化后形成的岩石。

2沉积岩：

各种地质作用的沉积物，在地表和地下不太深的地方，在常温常压下，经过压紧、硬结所形成的岩石。

3变质岩：

由原来的岩浆岩、沉积岩和部分早期形成的变质岩，在内力作用下，经过变质作用形成的岩石。

三风化作用：

地表的岩石矿物，遇到了和它形成时很不相同的外界条件而发生破坏，使其内部的构造、成分和性质发生变化的过程。

四土壤母质：

岩石矿物经各种风化作用使之成为疏松的、粗细不同的矿物颗粒，因为它是形成土壤的基础，故称之为~。

Chapter2SoilMineral--theSoilFramework第二章土壤矿物——土壤的骨架

第一节土壤颗粒及其分级

一、土壤粒级

1分级依据

（1）单粒

（2）相近特性

2概念土壤粒级：

当量直径在一定范围、性质相近的各组土粒。

当量直径（Equivalentdiameter）：

在沉降分析中，我们选定的非球形颗粒的直径，在数值上就等于与它沉降速度与密度相同的球形颗粒的直径。

二、粒级的基本特征*（作业:

比较总结三类颗粒的性质）

（一）砂粒（Sand）

1矿物成分主物理风化，原生矿物（石英、长石、云母等）为主。

2特征颗粒大，比表面小，粒间孔隙大；养分少，无可塑性等。

（二）粘粒（Clay）

1矿物成分主化学风化，次生矿物（粘粒矿物等）为主。

2特征颗粒小，比表面大，粒间孔隙小；养分多，有可塑性等。

（三）粉粒（Silt）

1粒径、性质介于砂粒和粘粒之间；

2粉粒易风化，可通过“代换风化”提供养分。

（四）砾石

第二节土壤的颗粒组成和质地分类

一、1土壤质地--在一种土壤中，不同粒级颗粒的相对比例。

Soiltexture--therelativeproportionsofthevarioussoilseparatesinasoil.

2表示方法

（1）百分数（sand%+silt%+clay%=100%）

（2）粒径累计曲线

3土壤质地分类（Texturalclasses）--根据土壤质地组成的近似性划分的土壤类别。

一般分为：

砂（质）土、壤（质）土、粘（质）土

应用Stokes定律的注意点:

1沉降颗粒必须是球形、光滑、非弹性的，所以土壤样品必须充分分散成单粒状态--分散剂（[NaPO3]6；NaOH）、去有机质（H2O2）、去碳酸盐（HCl）——盐酸洗失量（盐基不饱和土壤并入粘粒，碳酸盐含量高的土壤以盐酸洗后烘干土重为基础计算各级颗粒百分数）。

2颗粒在介质中必须是自由落体垂直沉降；故避免涡流、布朗运动。

3沉降土粒表面应无多层液合膜；沉降筒直径应为5~8厘米。

4保证土粒在介质中自由沉降而彼此互不影响；沉降筒内悬液密度以<3%为宜，不能>5%。

5温度的改变会引起介质粘滞系数变化；要恒温或减小温差。

6Stokes定律只适用于直径为0.02~0.002（0.05~0.001）毫米的颗粒；过大--沉降速度超过公式所允许，产生紊流现象，不是等速运动；过小--易产生布朗运动，而且，颗粒水合程度大，颗粒体积及密度因有液合膜而发生改变，从而改变了原沉降颗粒的特性。

第三节不同质地土壤的肥力特点和利用改良

一、不同质地土壤的肥力特点

1砂质土（Sandysoil）——水、肥、气、热、耕2粘质土（Clayeysoil）3壤质土（Loamysoil）

二、土壤质地层次性：

指土壤上下层之间不同质地层次的组合特性。

一般有：

上粘下砂；上砂下粘；砂粘相间。

•产生原因：

自然；人为

•对肥力的影响：

“蒙金土”；“漏砂层”。

三、不同质地土壤的利用改良P79

一）利用“土宜”：

土壤及其立地条件对特定栽培植物的生长发育和经济性状的适宜状况

1质地--种植植物类型的关系2质地--耕作的关系3质地--施肥（灌溉）的关系

二）改良1客土法；2引洪漫淤法；3翻砂压淤，翻淤压砂；4施用有机肥。

三、土壤矿物的化学组成

1元素组成的特点：

（1）骨干元素：

O、Si、Al、Fe

（2）各粒级的元素组成P21

2硅铝（铁）率：

土壤粘粒部分的SiO2/R2O3分子比率

意义：

1可以判断粘粒矿物的组成特征及大体类型；2与母岩（或母质）对照，说明成土过程的特征；3可表征土壤胶体（游离状）带正负电荷的强弱。

第五节粘土矿物

粘土矿物：

隐晶质和非晶质含水铝（或镁）硅酸盐矿物的总称

粘粒矿物：

土壤粘粒粒级所含的一切矿物，包括粘土矿物和非粘土矿物

一、铝硅酸盐粘粒（土）矿物的构造特征

（一）基本结构单位

1构成方式硅四面体（S.T.）SilicaTetrahedron铝八面体（A.O.）AluminumOctahedron

二、同晶置换

1同晶置换：

晶格中一个原子被大小相近、性质相似的另外一个原子置换，不改变矿物的晶格构造的现象

2特点

（1）置换的产生：

粘粒矿物形成过程中

（2）置换的性质：

“内置换”

（3）置换的规律：

Si-O片：

Al代SiAl-O片：

Mg代Al或Fe代Al

（4）置换的数量：

有限

3同晶置换与带电关系

（1）产生带电性的原因：

非等价置换

（2）带电特征的表示：

•荷电量：

净电荷/单位晶胞（Netcharge/Unitcell）

•电荷密度：

单位面积上的电荷数量

•电荷位置（荷电中心）：

在Si-O片还是在Al-O片

4同晶置换的意义

（1）有利于离子的吸附

（2）可改变SiO2/R2O3的比值

三、粘粒矿物种类及一般特性

（一）蒙脱石组：

蒙脱石、绿脱石、拜来石

高岭石组：

高岭石、埃洛石、地开（迪恺）石、珍珠陶土

水化云母（伊利石）组：

伊利石、海绿石、蛭石

间层型矿物：

绿泥石

氧化物组：

晶质、非晶质

（二）特性（Characteristics）

1Kaolinite（高岭石）

•A1:

1Claymineral（1：

1型粘土矿物）

•C.E.C.=3-5cmol（p+）/kg（阳离子交换量=3-5cmol（p+）/kg）

•Littleisomorphicsubstitution;negativechargeduetobrokenbondsatcrystaledge

（极少有同晶置换，负电荷主要来自晶体边棱的断键）

•Nonexpanding-lowamountofswellingduetohydrogenbondingbetweensheets

（非膨胀性—因为晶层间有氢键）

•Lowsurfacearea（7-30m2/g）（低表面积）

2Montmorillonite（蒙脱石）

•A2:

1Claymineral（2：

1型粘土矿物）

•C.E.C.=80-100cmol（p+）/kg（阳离子交换量=80-100cmol（p+）/kg）

•AlotofIsormorphicsubstitution,predominantlyMg2+,Fe2+andFe3+forAl3+inoctahedrallayer

（有大量同晶置换，主要为八面体中Mg2+,Fe2+或Fe3+置换Al3+）

•Expanding-highswellingcapacitybecausewatercangobetweensheets

（膨胀性—水分可以进入晶层）

•Highsurfacearea（600-800m2/g）（高表面积）

3HydrousMica（Illite）{水化云母（伊利石）}

•A2:

1Claymineral（2：

1型粘土矿物）

•C.E.C.=15-40cmol（p+）/kg（阳离子交换量=15-40cmol（p+）/kg）

•Isomorphicsubstitutionprimarilyintetrahedrallayer-Al3+substitutingforSi4+

（有大量同晶置换，主要为四面体中Al3+代Si4+）

·Nonexpandingduetobridgingeffectofpotassiumionsbetweensheets;Ksatisfiessomeofthenegativechargeduetoisomorphicsubstitution

（非（弱）膨胀性—因为晶层间有K+桥联效应）

•Mediumsurfacearea（65-120m2/g）（中表面积）

4.间层矿物（绿泥石）

构成：

2：

1型粘粒矿物+水镁石片Mg6（OH）12

特征：

①晶层间距约14Å；故也叫14Å矿物；

②荷电量、阳离子交换量、比表面都比蒙脱石和蛭石的小；③非胀缩性

5.氧化物组

种类：

晶态（三水铝石、水铝石、针铁矿、赤铁矿）、非晶态（胶膜态硅、铝、铁氧化物）

特点：

胶膜态氧化物---被覆于土粒表面---老化---晶态（胶结作用）；

除水铝英石外，其它矿物对阳离子吸附力很弱。

注意：

南方地区土壤中氧化物类多，对磷的吸附固定能力很强。

四、粘粒矿物的形成途径和影响因素

（一）形成途径1原生矿物风化（复杂---简单）2风化产物再合成（简单---复杂）

（二）影响因素1气候：

通过水分和温度影响2酸碱反应（pH）3母岩、母质和盐基

1当量直径是指非球形颗粒其直径在（数值）上与球形颗粒（相等或相当）。

2砂粒、粉粒其K+含量大于Ca2+,Mg2+含量，这是因为（主要由原生矿物组成）。

3蒙脱石的比表面大于高岭石是因为：

（蒙脱石颗粒小于高岭石—外表面大）和（蒙脱石有巨大的内表面）。

4高岭石的-OH分布于（边面）、（晶层间八面体上）和（八面体片与四面体片交界处）。

5高岭石的电荷密度大于蒙脱石是因为（高岭石的电荷主要靠断键产生—相对集中）和（边面的表面小）。

Chapter3SoilOrganicMatter

第三章土壤有机质

SoilOrganicMatter--Theorganicfractionofthesoil,includesplantandanimalresiduesatvariousstagesofdecomposition,cellsandtissuesofsoilorganisms,andsubstancessynthesizedbythesoilpopulation.

SoilOrganicMatter--Thewholeoftheorganicmaterialinsoils,includinglitter,lightfraction,microbialbiomass,water-solubleorganics,andstabilizedorganicmatter（humus）（Stevenson,1994）.

土壤有机质：

土壤中的有机部分；包括处于各种分解状态的动植物残体、土壤微生物细胞和组织以及它们的合成物质。

第一节土壤有机质的来源及其组成特点

一、土壤有机质的来源及存在形态

来源：

（1）最早来源——微生物

（2）基本来源——动植物组织

（3）农田——人为：

施用有机肥、废水废渣

形态：

非腐殖质部分：

包括半分解和部分分解的动植物残体

腐殖质部分为非腐殖质物质：

糖类、含氮有机化合物等

腐殖质物质：

微生物分解又合成--60~70%

二、土壤有机质组成特点（与外来有机物质比较）

相同：

元素组成大体相同——C,H,O,N骨干元素及其它元素。

差异：

1.C/N：

腐殖质（约10~12：

1）比新鲜有机体（大于40：

1）的低；

2.纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质：

按相对百分数--纤维素、半纤维素减少，木质素、蛋白质增加；

3.土壤有机质：

出现特殊性质的腐殖质；

4.存在状态：

新鲜残体可辨别、分离；可溶解部分（少）进入溶液，有机质与土粒紧密混合。

第二节土壤中植物残体的分解

一、矿化作用

（一）矿化作用：

一种元素的有机形态被微生物分解成矿质形态的过程。

（二）特点

1、是分解过程

2、不同组分的分解速度不同：

由大到小

①糖、淀粉、简单蛋白质②半纤维素、纤维素③木质素、蜡质、脂肪

3、矿化速度和分解产物的组成受到土壤条件的影响

（三）各类有机化合物的矿化特点

1、碳水化合物（C•H2O）

组分：

单糖、淀粉、半纤维素、纤维素

趋势：

多糖---单糖---简单化合物

好气：

最终产物CO2、H2O和矿质元素

厌气：

生成许多中间产物--有机酸、CH4,H2等

2蛋白质胺态氮（氨基酸NH2-N）氨化作用铵态氮（NH4+-N）

亚硝化作用亚硝态氮（NO2--N）硝化作用硝态氮（NO3--N）

3、脂肪、蜡质、树脂、单宁等

难分解，厌气条件产生酚类，继而氧化为醌类。

4、木质素（复杂芳香化合物）

好气：

可形成有机酸--甲氧基（-OCH3）可氧化。

厌气：

难分解--最后以泥炭形式积累。

（四）矿化意义及对植物生长的影响

意义：

提供矿质营养；提供微生物能源。

影响：

①CO2、CH4：

温室气体，水稻田毒害②有机酸毒害：

水田中乳酸、醋酸、丁酸。

。

。

。

③Fe2+及H2S毒害产生--毒害指标--毒害症状

④亚硝酸（根）中毒，反硝化产生N2O等。

第三节腐殖质的形成

一、腐殖化过程

Humificationprocess：

theprocessesinvolvedinthedicompositionoforganicmatterandleadingtotheformationofhumus（humicmatter）.

腐殖化作用：

动物、植物、微生物残体在微生物作用下，通过生化和化学作用而形成腐殖质的过程。

两个阶段：

（1）形成构成腐殖质的原始材料的阶段

（2）合成阶段

第四节腐殖质的组成和性质

Humus——thatmoreorlessstablefractionofthesoilorganicmatterremainingafterthemajorportionofaddedplantandanimalresidueshavedecomposed.Usuallyitisdarkcolored.

腐殖质：

土壤中的动植物残体被微生物分解后又合成的一类具有特殊性质的高分子有机化合物的混合物。

•Organicmatter（OM）有机质Humicmatter腐殖物质

•Humus腐殖质Humicacids腐殖酸Humicacid胡敏酸

一、非腐殖质物质

（一）碳水化合物：

约15~27%

种类：

单糖、多糖、糖醛酸、氨基糖等

来源：

主要是微生物合成

意义：

①团聚土壤颗粒②消除重金属污染③改善腐殖质性状

（二）含氮有机化合物：

约18%左右种类：

氨基酸、氨基糖、核酸

二．腐殖物质

（二）腐殖酸的元素组成及分子量

1、元素组成C、H、O、N、P、S含