土壤学2ppt课件

第一章 土壤矿物质土粒 第一节 形成土壤母质的矿物、岩石 第二节 矿物岩石的风化作用与土壤母质 第三节 土壤矿物质土粒的组成和特性 第二节 矿物岩石的风化作用与土壤母质 一、风化作用的概念和类型 风化作用：指地壳最表层的岩石在空 气、水、温度和生物活动的影响下， 发生机械破碎和化学变化的过程。 正长石 高岭石 按照风化作用的因素和特点，分为 ： 物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用 1.物理风化作用 指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过 程。物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而 不改变其矿物组成和化学成分。 (1)主要是温度引起岩石的热力学变化-昼夜温差、冻结。 (2)盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀。 产物：颗粒较粗，多偏砂、石砾多，养分不易释放出来。 气温变化引起岩石胀缩不均而崩解过程示意图 a、b、c、d 表示风化过程 由于冰的冻结扩大了岩石的裂隙 张家界砂岩峰林奇观 2.化学风化作用 指岩石在水和空气（主要是氧气和二氧化碳） 的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、 氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶 体状微粒，使原生矿物成分发生改变，产生在地表 条件下比较稳定的次生矿物。 (1)溶解作用 CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3 (2)水化作用 CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O (硬石膏) （石膏） 2Fe2O3 + 3H2O 2Fe2O3 3H2O (赤铁矿) (褐铁矿) Fe2O3（赤铁矿）红色 2Fe2O3 H2O（赤褐铁矿）浅红棕色 Fe2O3 H2O（针铁矿）棕色 2Fe2O3 3H2O（褐铁矿） 棕黄色 Fe2O3 2H2O（褐铁矿）黄色 (3)水解作用最基本、最重要 (4)氧化作用 2KalSi3O8 + CO2 + 2H2O H2Al2Si2O8 H2O + 2SiO2 + K2CO3 (正长石) (高岭石) (含水二氧化硅) (钾盐) Ca2(PO4) + 2H2O + 2CO2 Ca(H2PO4)2 + 2CaCO3 (磷灰石) (磷酸二氢钙) 2FeS2 + 16H2O +7O2 2FeSO4 7H2O + 2H2SO4 (黄铁矿) (硫酸亚铁) 3.生物风化作用: 指动物、植物、微生物的生命活动及其 分解产物对岩石矿物的风化作用。 特点：植物营养元素在母质表层集中，同时累积了有机质， 发展了肥力。 (1)根系的挤压； (2)地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化； (3)呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。 植物根的机械破坏作用 二、土壤母质的形成及我国的主 要成土母质 （一）母质的形成 裸露的岩石经风化作用而形成的疏松的、 粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，是形 成土壤的母体，称为母质。 岩石、母质和土壤的区别与联系岩石、母质和土壤的区别与联系 联系： 土壤中的矿物质及其初始无机养分（P、 K、Ca、Mg等）主要来自于土壤母质。 土壤母质中的原生矿物均来自于岩石。 母质与岩石的区别：母质不单纯是岩石的由大 到小，而且产生了原来岩石所没有的新的特性 。主要表现在物理性质和矿物组成、化学性质 发生了改变。如母质有一定保水性能、吸附性 能和产生了新的粘土矿物等。 母质与土壤的区别：土壤具有完整的土壤肥力 ，其持水力更强，吸附能力更大，养分具有表 聚作用，适用于植物生长。 区别 （二）我国的主要成土母质 残积物 坡积物 洪积物 河流冲积物 湖积物 海积物 风积物 冰碛物 残积物:未经外力搬运迁移而残留于原地的风化产物， 多分布于山地与丘陵顶部较高的部位。 紫色页岩残积母质 河流冲积物 岩石的风化产物 ，受河流经常性 流水浸蚀、搬运 ，在流速减缓时 沉积于河谷地区 的沉积物。 洪积扇扇顶 洪积扇扇缘 由于山区临时性的洪水暴发，洪水夹带岩石碎屑、砂粒等沿山 坡下泻至山前平缓地带沉积而成。 湖积物 湖水泛滥沉积而成的沉积物，分布在大湖的周围。 风积物 黄土高原 经风搬运而堆积的物质 黄土状沉积物 滨海沉积物为海边的海相沉积物。 第三节 土壤矿物质土粒的组成和特性 一 矿物土粒的大小分级粒 级与粒级分类 土粒分土粒分矿质土粒矿质土粒和和有机质土粒有机质土粒 常指前者，因后者常复合存在且数量少常指前者，因后者常复合存在且数量少 单粒单粒：单独存在，如沙土；一般土粒是指单粒：单独存在，如沙土；一般土粒是指单粒 复粒复粒：单粒相互聚集，如粘土：单粒相互聚集，如粘土 (一) 粒级的概念 通常根据单粒直径大小及其性 质上的变化，将其划分为若干 组，称为土壤粒级（粒组）。 将土壤中各种粒径的固相颗粒假定为球形。 土壤中单粒的直径是一个连续的变量 问题：界限是人定的，最好问题：界限是人定的，最好定在理化定在理化 性质转折处性质转折处，不同土壤转折点不同；，不同土壤转折点不同； 不同分级制与分散处理方法有关，如不同分级制与分散处理方法有关，如 有人认为应包含有机质，如何做到完有人认为应包含有机质，如何做到完 全分散土粒？全分散土粒？ （二）粒级的分类 常用的标准有三种： 1. 国际制 2. 卡庆斯基制 3. 中国制 1、国际制 表15 国际制土粒分级标准 粒级名称粒径（mm） 石砾2 砂粒 粗砂粒 细砂粒 20.2 0.20.02 粉砂粒0.020.002 粘粒3 小圆砾 31 砂粒粗砂粒 中砂粒 细砂粒 10.5 0.50.25 0.250.05 粉粒粗粉粒 中粉粒 细粉粒 0.050.01 0.010.005 0.0050.001 粘粒粗粘粒 细粘粒 胶 粒 0.0010.0005 0.00050.0001 2 2 1 1 砂粒 2-0.02 2-0.05 1-0.05 1-0.05 粉粒 0.02-0.002 0.05-0.002 0.05-0.001 0.05-0.002 粘粒 0.002 0.002 0.001 0.002 物理性砂粒： 1-0.01mm 物理性粘粒： 0.01mm 划分粒级大小的标准不同，但在 名称上均可分为哪四个等级？ 1、石砾。多为岩石碎块。 2、砂粒。常以单粒存在。 3、粉粒：比砂粒的比表面积大，矿质营养较砂 粒高。 4、粘粒：多呈片状，常以复粒存在，具很强的 粘性、可塑性，但通透性差，保水保肥能力很 强，矿质养分含量丰富。 石砾、砂粒、粉粒和粘粒 二、粒径对矿物质土粒的矿物组成与化学组成的影响 土壤 土壤矿物质的化学组成 分布规律 （1）氧（O）和硅（Si）是地壳中含量最多的二 种元素，铁、铝次之，四者相加共占88.7的重 量。在组成地壳的化合物中，以硅酸盐最多。 （2）在地壳中，植物生长必需要的营养元素含 量很低而且分布很不平衡。 （一）矿物组成 岩石和母质的种类 的不同，风化和成土过程的不同，各种 土壤及其各粒级土粒的矿物组成会有很 大的差异。 图示土壤颗粒大小与矿物类型的关系 原生矿物 最难分化 正长石、白 云母等 硅、铁、铝等氧化物 土壤矿物的化学组成反映了成 土过程中元素的分散、富集特 性和生物积聚作用。 （二）化学组成 SiOSiO 2 2 含量随颗粒由粗到细逐渐减少。含量随颗粒由粗到细逐渐减少。 二氧化物、三氧化物和盐基逐渐增多二氧化物、三氧化物和盐基逐渐增多，也就是说铝 、铁、钙、镁、钾、磷等质量分数增高。 所以细土中养分含量多。所以细土中养分含量多。 三、矿物质土粒的机械组成和质地分类 （一）概念 机械组成：各种粒级土粒的配合比例， 或各粒级土粒占土壤重量的百分数，也 叫土壤的机械组成或颗粒组成 土壤质地：是根据机械组成划分的土壤类型 ，一般分为砂土、壤土和粘土三类。 （二）土壤质地分类 1. 国际制 2. 卡庆斯基制 3. 我国土壤质地分类 1. 国际制土壤质地分类 根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002 毫米)和粘粒(45%时， “粉质” ； 当砂粒含量在55%-85%时， “砂质” ， 当砂粒含量85%时，则称壤砂土或砂土 查三角图的要点 ：以粘粒含量为 主要标准， 25%者为粘土组 。 当土壤含粉 粒45%时， “粉质” 当砂粒含量 在55%-85%时 ， “砂质” 当砂粒含量 85%时，则 称壤砂土或 砂土 n2. 卡庆斯基制土壤质地分类（简制，1958年 ） n 分简制和详制两种，其中简制应用较广泛 。主要是根据物理性砂粒与物理性粘粒的相 对质量分数并按不同土壤类型（列表中五种 ）将土壤划分为砂土类、壤土类、粘土类等 三类9级。 3. 我 国 土 壤 质 地 分 类 我国将土壤质地分为砂土 sand、壤土loam和粘土clay三大 组，每组再细分。 一般常用的质地种类有： 砂土、砂壤土、轻壤土、 中壤土、重壤土、粘土 黏性土 壤性土 沙性土 1、砂质土壤主要特性： 1-0.05mm砂粒大于50%； 通气透水，但养分少，不保水肥； 易耕，温度变化快； 发小苗不发老苗，适合花生、西瓜等 块根、块茎作物。 四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良 2、粘质土壤主要特性： 0.001mm颗粒高于30%，通气透 水不良； 保水保肥，养分含量高； 耕性差，发老苗不发小苗，适 合于禾谷类作物。 3、壤质土壤主要特性： 0.050.01 mm颗粒大于30% 北方称为二合土； 性质介于黏土与砂土之间。 不同质地土壤的肥力特点 壤土 砂粒、粘粒比例较适宜，它的肥力特点 兼有砂土类土壤和粘土类土壤的优点， 即它既有砂质土的良好通透性和耕性， 发小苗等优点，又有粘土对水分、养分 的保蓄性、肥效稳而长等优点。 上砂下粘：保水保肥，质地好 上粘下砂：漏水漏肥，质地最差 砂粘相间：保水保肥，质地最好 (二)土壤质地层次 质地层次性产生的原因： 1. 自然条件产生的层次性 2.最常见的是冲积性母质上发育的土 壤质地层次性。所谓“紧出砂、慢 出淤，不紧不慢出两合（即壤土） ”。 2. 耕作的作用 经常不断地耕作，犁的重压使土壤形 成犁底层，不仅使这层土壤变得紧实， 而且土壤质地也发生变化，对水稻土的 作用更加突出。 (三)不同质地土壤的改良 客土法改良 人工量大 掺沙掺粘，达到3泥7沙或4泥6沙的壤土质地范围 深耕、深翻、人造塥 砂砾底的土壤，开辟为水田时，可以移开表土，再铺上一层 黄泥加石灰，打实后使成为人造塥以防止漏水漏肥，然后再 将表土覆回。 引洪漫淤法 将洪流中所夹带的淤泥或细沙有 控制地引入土壤 施用有机肥 土壤质地主要是继承母质的性质，很难改变。 但是，质地不是决定土壤肥力的唯一因素 本章重点： 一、重点掌握本章涉及的概念。矿物，岩石、母质 、风化作用、颗粒组成和土壤质地等 二、掌握三种风化作用的概念和特点 三、掌握土壤质地的类型以及与肥力的关系。不同 质地土壤的利用和改良。 四、掌握矿物质土粒的成分和性质，以及土壤中次 生矿物的类型、组成及特性 五、理解土壤母质的类型和特点。 第二章 土壤有机质 第一节 土壤生物多样性及其功能 土壤生物 土壤是生命的摇篮，生命是土壤的发动机！ 土壤是微生物的大本营被忽视的生物王国！ 土壤生态系统组分主要土壤生物图式 土壤生物类型的多样性 土壤生物有: 多细胞的后生动物 单细胞的原生动物 真核细胞的真菌（酵母、霉菌）和藻类 原核细胞的细菌、放线菌和蓝细菌 没有细胞结构的分子生物（如病毒） 土壤生物 土壤生物 土壤生物的种类： 土壤生物 微生物 动 物 植 物 一、土壤微生物的多样性及其功能 土壤中微生物 分布广 数量大 种类多 最活跃 （一）土壤微生物种群的多样性及其功能 土壤微生物： 土壤是微生物生活的大本营 单体数量最多 生物多样性最复杂 生物量最大 1克土壤可含： 5万个微小动物。 5亿个细菌， 近10万个真菌 100万个放线菌 主要作用： 调节植物生长的养分循环； 产生并消耗各种气体，影响全球气候 的变化； 分解有机废弃物， 是新物种和基因材料的源和库。 病原微生物。 土壤微生物： 病原微生物对植物的危害： 草原局部溃疡 根部瘿瘤 1.原核微生物 （1）细菌 土壤中重要的各种细菌生理群： 纤维分解细菌 固氮细菌 硝化细菌 亚硝化细菌 硫化细菌 氨化细菌 在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要的角色。 （2）蓝细菌 （3）粘细菌 （4）放线菌 2.真核微生物 （1）真菌 有170个属，690多个种， 分三个类群 A、酵母菌 土壤中很少 B、霉菌 土壤中最多 C、伞菌 （2）藻类 （3）原生动物 （4）地衣 3.分子生物即非细胞型生物病毒 病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种 病毒只有一种核酸 病毒是一种活细胞内的寄生物，凡有生物 生存之处，都有其相应的病毒存在。 病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方 面已显示出良好的应用前景。 二、土壤动物的多样性及其功能 土居性的多细胞动物： 线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、 轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫 蚯蚓对土壤肥力的影响： 增加土壤的通透性。 改善土壤结构 活化土壤养分 形成大量有机质 蚯蚓喜欢潮湿、肥沃、钙 质丰富的土壤 （一）蚯蚓 数量 大约有200余种。在肥沃的草地土壤中每平方米可达 500条。在一般耕地中，每平方米有30-300条。 土壤蚯蚓等动物 正在交配的蚯蚓 土壤生物 屎克郎推粪球 第二节 土壤有机质 (soil organic matter) 概念：土壤有机质(soil organic matter) 是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质， 它包括土壤中各种动、植物残体，微生物体 及其分解和合成的各种有机物质。 一 土壤有机质的来源 l微生物 l动物来源 l植物来源 l工农业副产品 自然条件下 动植物残体 微生物代谢产物及其残体 耕作条件下 施有机肥 作物根茬 废水废渣 微生物制品 有机农药 二 有机质含量 一般含量在0-5%之间。 泥炭土可高达20%或30%以上 漠境土和砂质土壤不足0.5% 4 极丰富 34 丰富 13 中等 0.11.0% 缺乏 0.6 极缺乏 耕层含有机质 20有机土壤 20矿质土壤 决定土壤有机质含量的因素： 进入土壤的有机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡 非特殊性有机质：未分解和半 分解动、植物残体及微生物体 腐殖质 非腐殖物质 腐殖物质 土 壤 有 机 质 三、有机质的组成 非特殊性有机质的组成和性质： 1、单糖和有机酸； 2、多糖类：淀粉、半纤维素、纤维素等。 3、蛋白质； 4、木质素； 5、单宁、脂肪、蜡质、树脂 6、灰分物质 即植物体经过灼烧后残留的无机物，主 要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。 非腐殖物质是指有特定物理化学性质、 结构已知的有机化合物。约占腐殖质 2030。主要有：碳水化合物、氨基糖 、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡质、木质 素、树脂、核酸、有机酸等。 腐殖物质是指经土壤微生物作用后，由 多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环 结构的，新形成的黄色至棕黑色的高分 子有机化合物。约占腐殖质6080。 矿化过程：复杂 简单 简单 复杂 四 土壤有机质的分解和转化 （一）矿化过程与腐殖化过程 腐殖化过程： 矿化作用(Mineralization) 土壤有机质通过微生物的作用分解为简单的化 合物，同时释放出矿质养分的过程。 R（C，4H，养分）+ 2O2 CO2 + 2H2O + 能量+养分 酶 氧化 成分简单的可溶物质： 单糖、双糖、氨基酸、有机酸 较复杂的物质： 半纤维素、果胶、脂肪、蛋白质 复杂的物质： 纤维素、木质素、蜡质 腐殖化过程:(Humification) 是指有机质在微生物的作用下，通过 生化和化学作用转化为腐殖质的过程 。 有机质的分解与合成示意图 在温度较高、湿度适中、通气良好时，矿化 过程快，养分释放快。如过快，养分会损失， 且腐殖质形成过少，对养地不利 温度低、湿度大、通气不良，以嫌气性微生 物活动为主，养分释放少，腐殖化过程快。 矿质化过程和腐殖化过程是有机质转 化的两个方向，同时进行的。 （二）影响有机质转化的因素 1、有机质的组成与状态 （内因） 2、土壤的环境条件 （外因） 1.有机质的组成与状态 （内因） 物理状态 化学组成： 有机残体的碳氮比 新鲜程度 破碎程度 紧实程度 （1）、物理状态 2.化学组成： 单糖、蛋白质等易降解。 纤维素，半纤维素较难降解。 而木质素，蜡质等很难分解。 如：降解时，阔叶比针叶快；叶片比残根快， 豆科比禾本科快。 有机物质组成的碳氮比（C/N）对其分解速 度影响很大。 以25或30：1较为合适。 C/N降至大约25：1以下，微生物不再利用土壤中 的有效氮，相反由于有机质较完全的分解而释放矿 质态氮， C/N太高的有机质，则很难分解。 （3）、有机残体的碳氮比C/N比* 2、土壤的环境条件 （外因） 主要是制约微生物的活动，而影响有机质的转化。 湿度与通气状况：在田间持水量的60%最好。 温度：2030度。 土壤pH：细菌最适PH 6.57.5，放线菌中性到为碱 性，真菌酸性到中性条件。 土壤特性，重金属、盐分等：由于土壤中的粘粒的 吸附可减弱土壤酶、土壤微生物的活性，对于粘重土壤 ，有机质不易分解。 1. 国际制土壤质地分类 1、含碳化合物：单糖、双糖、葡萄糖、 纤维素、半纤维素等。 单糖的分解：在有氧条件下彻底分解，形 成二氧化碳和水，在缺氧条件下，形成有 机酸类的中间产物，并产生还原性的甲烷 及氢气等。 纤维素的分解：首先分解为单糖，然后进 一步分解。 2、含氮有机质（氨基酸、蛋白质）的分解： 主要是蛋白质的分解，包括4个过程： （1）水解过程：蛋白质在水解酶作用下分解成简 单的氨基酸。 （2）氨化作用：在氨化细菌作用下，有机态氮变 成无机态氮即氨或铵的过程。 （3）硝化作用：有氧条件下,氨在微生物作用下， 经过亚硝酸的中间阶段，进一步氧化为硝酸。 （4）反硝化作用：在厌气条件下，硝态氮在反硝 化细菌作用下,转化为还原态氮如氨、NO、N2O、 N2等。 3、有机态P的分解： 含磷的有机物(如核蛋白、卵磷脂)在 磷细菌的作用下，经过水解过程形成磷 酸（H3PO4）。在嫌气条件下，许多微 生物引起磷酸还原，产生亚磷酸或次磷 酸。在有机质丰富时，进一步还原为磷 化氢。 4、含S有机物的转化 与有机含氮化合物的转化过程相似。 含S有机物(如胱氨酸)在腐解作用下产生 的硫化氢，在通气良好时，在硫细菌作 用下氧化形成硫酸。硫酸在不良通气条 件下发生反硫化作用，形成硫化氢，对 植物产生毒害。 （二）腐殖化过程 1、概念 是指有机质在微生物的作用 下，通过生化和化学作用转化 为腐殖质的过程。 2、腐殖质形成过程还不十分清楚， 但大体包括2个阶段 第一阶段：产生腐殖质分子的各个组 成成分。如多元酚、氨基酸、多肽等 有机物质。 第二阶段：由多元酚和含氮化合物缩 合成腐殖质单体分子。 腐殖质本身不是一种单一的化合