设施植物营养与肥料学.doc

绪 论一、植物营养与肥料学的基本任务（一）基本概念1.植物营养:植物从外界环境中吸取其生长发育所需的养分,并用以维持其生命活动,即为营养. 植物所需的化学元素成为营养元素。2. 肥料； （1）、基本概念肥料：是指直接或间接供给作物生长所需要的养分，改良土壤性状，以提高作物的产量和品质的物质。肥料: 凡是施入土壤或喷洒在作物体上，能直接或间接提供给作物养分、从而获得高产优质的农产品；或能改善土壤的理化生物性质，逐步提高土壤肥力、而不会对环境产生有害影响的物质统称为肥料。（2）、肥料的分类依据不同的目的，肥料可分为不同类型：a、按肥料来源分有机肥(农家肥)： 农民自己积制的和农业废弃物等。 化肥（无机肥）： 经过一定的工艺流程制造的，在市场上出售的肥料，如CO(NH2)2、NH4HCO3、过磷酸钙等。 生物肥料：含有益微生物的菌剂，主要作用在于促进所接种的微生物的繁殖、调整作物与微生物相互间的关系，利用后者的活动或代谢产物，改善作物营养状况或抑制病害，从而获得增产。 绿肥： 绿肥是翻埋入土做肥料的栽培或野生植物绿色体。b、按肥料的作用 直接肥料： 施用肥料能直接供应作物生长所需要的养分，如氮、磷、钾肥和微肥。 间接肥料： 施用肥料能改善外界环境条件，特别是作物生长的土壤条件促进作物的生长，如CaSO4. 2H2O、 CaO。c、按营养成分 单质肥料：仅含有一种营养元素。复合肥料：含有两种或两种以上主要营养元素。完全肥料：含有作物生长所必需的所有营养元素。我们把肥料分为直接肥料和间接肥料，只是一种相对的划分，两者之间没有截然的界线。比如有机肥料既是直接肥料，也是间接肥料。因为有机肥料中含有植物生长发育所需的各种营养元素，施入土壤后经过矿化作用能分解释放出来供植物利用，从这个方面讲它是直接肥料。另外，有机肥料还能改良土壤、改善植物的营养条件，从这个方面讲有机肥料又是间接肥料。又比如酸性土壤上施用的石灰，同样既是直接肥料又是间接肥料。石灰能提供植物Ca素营养，从这个角度讲它是直接肥料，另外，石灰能中和土壤酸度，改善植物的营养条件。从这个角度讲它又是间接肥料。(3)肥料在农业生产中的作用a、提高产量b，提高土壤肥力、改善品质c、改良土壤（二）、植物营养与施肥原理1、植物体的组成成分，植物正常生长发育需要的养育元素的种类，植物对养分的吸收及影响植物养分吸收的环境条件，介绍矿质营养学说、最小养分律等施肥原理2、肥料部分各种肥料的成分及其性质；肥料施入土壤中的变化、被吸收的形态；肥料的合理使用3、计量施肥与施肥技术（1）根据作物的养分平衡原理，土壤的肥力水平或者其肥料的效应函数，计算预计产量的施肥量（2）肥料的施用方法和有效施肥技术4.土壤学基本知识:土壤的基本组成和性质（三）、肥料在农业可持续发展中的地位和作用（四）、植物营养与肥料学的基本任务二、植物营养与肥料学的发展概况三、植物营养与肥料学的研究方法1、调查研究：总结科学施肥、积肥经验。科学解决存在的问题，指导生产。第一章 土壤基本知识第一节 土壤的基本物质组成小序部分：土壤、土壤肥力的概念及土壤的基本组成（一）土壤 土壤是地球陆地表面能生长植物收获物的疏松表层。陆地表层土壤的位置疏松土壤的物理状态，具有通气、透水性，以区别坚硬、不透气、不透水的岩石。能生长植物收获物土壤的本质，具有肥力，光秃秃的岩石，没有肥力，不能生长植物。（二）土壤肥力 什么是土壤肥力？长期以来，国内外的学者有着不同的见解：目前一般认为“土壤肥力就是土壤在植物生长发育过程中，同时不断地供应和协调植物需要的水分、养分、空气、热量及其它生活条件的能力，所以把水、肥、气、热称为四大肥力要素。土壤肥力按形成原因可分为: 土壤肥力受环境条件、土壤耕作、施肥管理等因素的影响，一部分在生产上表现出来，而另一部分未表现出来，从土壤肥力是否在生产上表现出来可分为：有效肥力：潜在肥力：按形成原因可分为：人为肥力：自然肥力：(三)土壤的基本物质组成土壤是一个存在于地表的自然体，不论其为农地、林地、草地甚至荒地，其基本物质组成都不外乎包括以下几个部分1、土壤的固体部分：包括颗粒大小不同的矿物质颗粒及无定形的有机质颗粒。 矿物质颗粒是土壤的骨骼，主要来源于岩石矿物的风化，占整个固体部分质量的95%以上。就整个土体容积而言，约占38%以上。(2) 有机质仅占固体部分的百分之几甚至千分之几，主要由生物残体及其腐败物质组成，它对土壤性质与肥力起着极大的作用，土壤中如果没有这一部分，就不能成为土壤。就土体容积而言,约占12%左右。2、液体部分：存在于土壤孔隙中或土粒的周围，主要是水分，但是土壤中的水并非纯粹的水分，而是含有溶解物质（包括多种养料）的土壤溶液。3、气体部分：这部分中一部分是由地上大气层进入，主要为O2，N2等，另一部分则是由土壤内部产生的，它在组成上和大气成分不同。 4、各种生物：包括各种原生动物和微生物，尤其是微生物。 一般来讲土壤主要是由固体、液体、气体这三相物质组成，但是这三部分并不是孤立存在的，它们在土壤中并不是混合物的关系，而是构成了一个及其复杂的生物物理化学的体系，土壤中的一切物理化学的，生物化学的变化，土壤和大气圈、水圈，岩石圈、生物圈之间物质和能量的转换都与这个体系有关。一、土壤矿物质 一土壤的形成土壤是由裸露在地表坚硬、巨大的岩石，经过风化作用和成土作用而形成：岩石（经各种风化作用）母质（经成土作用）土壤。生物的出现也就标志着成土过程的开始，一般来讲，成土过程是在风化过程的基础上进行的，但实际上这两个过程往往交织在一起，很难将其截然分开。土壤的形成是多种因素综合作用的结果。19世纪俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫，总结认为 成土因素主要有五个：母质、气候、生物、地形、时间。土壤是在这五大成土因素综合作用下形成的。土壤最初来源是岩石，而岩石又是由一种或多种矿物组成，所以我们对土壤的认识需要从认识岩石和矿物开始： 1：地壳的元素组成（1）地壳的元素组成中主要成分是O、Si、Al、Fe这四种元素。（2）某些植物生长的必需营养元素：比如：Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。2：主要的成土矿物矿物是指天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、内部构造的化合物或单质元素。 已经发现的自然界的3000多种矿物。矿物是岩石的组成部分，按照矿物的起源可分为：原生矿物 次生矿物 在自然界发现的矿物与土壤有关的不过十几种，这些矿物的组成和特性见P21表1-1。3：主要的成土岩石岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。常见的主要的成土岩石4：岩石的风化岩石的风化作用：地壳表面坚硬而巨大的岩石，在外界因素的作用下逐渐发生崩解破碎和分解作用，岩石由大块小块细粒，同时岩石的矿物组成和化学组成发生改变的过程。 按照风化作用的因素和特点可分为物理风化、化学风化、生物风化三种类型。（1）物理风化：岩石受物理因素作用而崩解碎裂的过程；物理风化的因素主要是：温度引起的热胀冷缩，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰川等自然动力的磨蚀、根系的穿插等。其结果使岩石由大块小块细粒，使岩石有了对水分和空气的通透性，为岩石的进一步风化，尤其是化学风化创造条件，但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。（2）、化学风化：岩石由于受到化学因素作用而引起组成矿物的化学成分发生分解和改变,甚至形成稳定的新矿物的过程；化学风化的结果：使岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石的矿物组成和性质，产生了一批新的次生粘土矿物，同时也释放了一些可溶性盐，是植物养分的最初来源。（3）、生物风化：矿物在生物影响下所引起的破坏作用；主要表现为植物根系的穿插作用，动物的穴居习性对岩石引起的机械破碎作用，以及生物生命活动产生的CO2、O2以及分泌的各种有机酸、无机酸能加速化学风化的进程。 生物风化的结果：一方面加速岩石的风化，更重要的能使风化产物中的植物营养元素能在母质表层累积和集中，同时累积了OM，发展了肥力，所以生物参与风化作用，也就意味着成土作用的开始。5：母质特性的发育总体上讲，母质初步具备了肥力要素中的水肥气热条件，但它还不是土壤，它还不具备完整的肥力，因为：a：作为土壤肥力要素之一的养分还不能得到充分保障，尤其是植物最需要的氮素，因为风化所释放出来的养分处于分散状态，会随水流失，母质微弱的吸附力，还不能将它们保存下来，更不能累积和集中。b：母质虽然初步产生了透气性、透水性、蓄水性，但它们还没有完整的统一起来，尤其是水分和空气在母质孔隙中是对立的，水多则空气少，两者还不能很好地协调，这远远不能满足植物生长的需要。所以母质与岩石相比，初步具备了水肥气热条件，但与土壤相比，水肥气热还不能很好地统一，它只是为肥力的进一步发展打下基础，为成土作用创造条件。6：成土母质的类型根据风化产物搬运动力和沉积特点的不同，可把成土母质分为以下几类：（1）残积物：未经外力搬运而残留在原地的风化产物，多分布在山地和丘陵的较高部位。特点：a：没有层次性，母质层薄；b：颗粒成分不均匀，既有大小岩石碎块也有砂粘粒；c：由于直接来源于其下的基岩，母质的理化性质深受基岩影响。（2）坡积物：在重力和雨水冲刷作用下，将山坡上的风化物搬运到坡脚或谷地堆积而成。特点：a：层次稍厚，但无分选性，大小石块混杂，粗粒、细粒混存。b：由于承受了来自上部的养分、水分及较细的土粒，所以水分、养分较丰富。（3）洪积物：由于山区临时性洪水爆发，洪水夹带岩石碎屑、砂粒、粘粒等物质沿山坡下泻到平缓地带沉积而成的堆积物，形状扇形。特点：扇形顶端沉积物分选性差，石砾、粘粒、砂粒混存，而边缘多为细砂、粉砂、粘粒，水分、养分丰富。（4）冲积物：岩石风化产物受河流经常性流水的侵蚀和搬运，在流速减缓时沉：a：成层性b：成带性（5）湖积物：湖水泛滥沉积而成的沉积物。特点：a：由于水流较缓，所以质地较细；b：水分、养分多，OM高肥沃土壤。(6)海积物：积于河谷地区的冲积物，如长江中下游、珠江三角洲地区。特点由于海岸上升或江河入海回流的淤积物露出水面形成。特点：各地的海积物质质地不一，有的为全砂粒的砂堆，有的全为粘细沉积物。质地粗的养分含量低，质地细的养分含量高。(7)风积物：风力吹来的泥砂堆积而成。特点：质地粗，砂性大，水分、养分缺乏，形成的土壤肥力低。(8)黄土：是第四纪沉积物，成因复杂，有的说是风力堆积而成，有的说是流水搬运堆积而成。特点：a：颗粒成分以粉砂粒为主，土壤质地疏松、通透性好。b：风化程度低，含盐基丰富，是肥沃的土壤母质。(9)红土：又称第四纪红色粘土，分布在我国南方，多呈红色、红棕色，质地粘重，养分少。二 土壤矿物质(一)土壤粒级 土壤的固相部分称土壤颗粒简称土粒。按照土粒的成分可分为矿物质土粒和有机质土粒。矿物质土粒在数量上占绝对优势，而有机质土粒，所以通常所说的土粒实际上专指矿物质土粒。1、土粒大小的等级 土粒的分级实际上是根据单粒的大小和性质来进行划分的，而不是以复粒为标准。土壤学上把土粒的大小级别称为粒级，粒级的划分标准各个国家所采用的标准也很不一致，但无论什么标准都要遵守一定的原则：同一粒级的土粒在成分和性质上要基本一致，不同粒级的土粒在成分和性质上要有明显差别。尽管各种分级制具体标准不同，但都把土壤单粒均分为四个基本粒级：石砾、砂粒、粉粒、粘粒。(1)国际制：石砾2；砂粒20.02（粗砂粒20.2；细砂粒0.20.02）；粉粒0.020.002；粘粒0.002。(2)卡庆斯基制（前苏联制）：前苏联土壤学家1957年修定而成。大体把1称为石砾；10.01称为物理性砂粒（物理性状类似砂粒：可塑性、粘结性、粘着性小）；0.01物理性粘粒（物理性状类似粘粒：可塑性、膨胀性、粘着性大）。 (3)中国制：2、各级土粒的组成和性质 不同级别的土粒在矿物组成和分配仍有一些共同规律。 (1)各粒级的矿物组成在原生矿物中最难风化的是石英，硅酸盐矿物中的正长石、白云母也比较难于风化，是构成砂粒和粗粉粒的主要矿物。其它的硅酸盐矿物斜长石、辉石、角闪石、黑云母等较易风化，是构成细粉粒的主要矿物。而粘粒中的矿物几乎都是风化和成土过程中新形成的矿物层状硅酸盐矿物，Fe、Al、Si等氧化物或氢氧化物。(2)各级土粒的化学组成各级土粒在矿物组成上不同，化学组成和化学性质也不同。一般来讲，颗粒由粗到细养分含量：细土粒粗土粒，不同类型的土壤中各粒级的化学组成有所不同，但大体上都符合这一规律。二、土壤质地把土壤中各粒级土粒含量（质量）的百分率的组合称为土壤质地。土壤质地的类别一般可分为砂土、壤土、粘土这三类。（一）土壤质地的分类1、国际制质地分类标准：国际制土壤质地分类标准是根据砂粒（2-0.02）、粉粒（0.02-0.002）、粘粒（0.002）三粒级的含量来确定土壤质地。划分为十二个质地名称。要点：2、卡庆斯基制土壤质地分类标准（前苏联制）卡庆斯基制土壤质地分类制有简制和详制两种。其中以简制应用最为广泛，这里我们只介绍简制，在我国的两次土壤普查中都采用了卡庆斯基简制作为质地分类标准。卡庆斯基简制是根据物理性砂粒（0.01）和物理性粘粒（0.01的含量来划分土壤质地类别。划分为三组9个类别。在分析结果中不包括1的石砾，这部分需另行计算。3、我国的质地分类制还处在试用阶段，还没有得到广泛的应用。纵观各种质地分类制，尽量存在着一些差别，但大体上还是把土壤质地分为砂土、壤土、粘土三类。（二）土壤质地与土壤肥力的关系1、砂质土总体上砂质土的肥力特征表现为： （1）蓄水力弱、保肥能力差; （2）养分含量少; （3）通气性、透水性好; （4）土温变化快; （5）易耕作。“热性土：2、粘质土总体上讲粘质土的特点表现在： （1）保水、保肥性好，（2）养分含量丰富，（3）通气性、透水性差，（4）土温比较稳定，（5）耕作比较困难。“冷性土”3、壤质土是介于砂质土和粘质土之间的土壤类别，在性质上兼有砂质土和粘质土的优点，是比较理想的土壤类别，许多肥力性质都介于砂质土和粘质土之间。总体上讲土壤质地对土壤肥力和性质有着重要的影响，但它不是决定土壤肥力的唯一因素，一种土壤在质地上的缺点，可以通过改良土壤结构和调节土壤颗粒组成而得到改善。（三）土壤质地的改良1、增施有机肥料2、掺砂、掺粘，客土调剂 3、翻淤压砂、翻砂压淤4、引洪漫淤、引洪漫砂5、根据不同的土壤质地采用不同的耕作管理措施。思考题1.什么叫土壤、土壤肥力、土壤质地？2. 从物理风化、化学风化、生物风化的结果出发，比较母质与岩石、土壤在性质上的差异。3.比较粘质土壤与砂质土壤的肥力特征？4.什么叫土壤母质？说出几种土壤母质的类型?5.岩石的风化作用分为哪几种类型?其各自风化的结果如何?二、 土壤有机质【一】 土壤有机质的来源、类型和组成土壤有机质（SOM）：是指存在于土壤中的各种含碳的有机化合物。 单位： % g/kg土壤OM的含量差异很大，高的可达20-30%20%称为矿质土壤，在耕作土壤中表层（比如泥炭土、一些森林土壤），低的不足0.5%（比如一些漠境土和砂质土），在土壤学上一般把OM20%称为有机质土壤，OM OM的含量一般都在5%以下，很少有超过5%的。（一）土壤有机质的来源和类型1.土壤有机质的来源（1）对于原始土壤：微生物体是土壤OM的最早来源，因为在风化和成土过程中，在母质中最早出现的是微生物，所以微生物是原始土壤OM的最早来源。（2）对于自然土壤：动植物残体、微生物及其代谢产物等有机物质。（3）农业土壤：轮作换茬、施用各种有机肥料，它不仅包括动植物残体和各种排泄物，还包括各种有机肥料、微生物制品、有机农药、工农业生活废水、废渣等有机物质。2.土壤有机质类型土壤有机质包括各种动植物残体，微生物体及其分解合成的有机物质。包括以下几种类型：(1) 新鲜的有机质 (2) 半分解的有机残余物 (3) 腐殖质：是有机质经微生物分解再合成的褐色或暗褐色的大分子胶体物质。（二）土壤有机质的组成及性质1、化合物组成及性质主要有碳水化合物（包括一些简单的糖类及淀粉、纤维素和半纤维素等多糖类）、含氮化合物（主要为蛋白质）、木质素等物质。此外，还有一些脂溶性物质（如树脂，蜡质等）。2、元素组成：主要是C、H、O、N，其次是P、S。此外还有K、Ca、Mg、Si、Fe、Zn、Cu、B、Mo、Mn等灰分元素。3、灰分元素： 植物残体燃烧后所留下的灰。占植物体干重的5%。二 土壤有机质的转化土壤微生物： 土壤大多数进行有氧呼吸的微生物称之为好氧性微生物，如固氮菌的固氮作用。2、进行无氧呼吸的称之为厌氧性微生物，脱硫弧菌可使硫酸盐还原产生H2S。3、既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸的称之为兼厌氧性微生物。但在两种环境中呼吸产物不同。细菌、放线菌：最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好的土壤中真菌：适宜生长在偏酸性的土壤中。土壤微生物是土壤中最活跃的部分，它们参与土壤有机质分解，腐殖物质合成，养分转化和推动土壤的发育和形成。二 土壤有机质的转化归纳起来讲就是两个相互对立而又统一的过程，一个是有机质的矿质化过程，一个是有机质的腐殖化过程。（一）土壤有机质的矿质化过程土壤有机质的矿质化过程（mineralization）：是指复杂的有机物质，在微生物的作用下，分解为简单的化合物，同时释放出矿质养料和能量的过程。土壤有机质的矿质化作用，主要是靠微生物的酶来完成。整个过程往往是分阶段进行的，在分解过程中，可以产生各种类型的中间产物。1.含碳的有机物质的矿化： 在氧气充足的条件下，最终产物为CO2和水，并放出大量的能量。 在通气不良条件下，分解的速度很慢，释放出的能量也少，并形成一些有机酸、乙醇等，在极嫌气的情况下，还产生H2、CH4等还原性物质。2.含氮有机化合物的分解 土壤中含氮有机化合物，主要是蛋白质等化合物，这类化合物较易分解，其分解转化过程如下：（1）水解过程 蛋白质在微生物分泌的蛋白水解酶的作用下，逐步分解成各种氨基酸。（2）氨化过程 氨基酸在微生物分泌的酶的作用下，进一步分解产生氨。氨化过程只要温度、湿度适宜，不论是在好气或者是在嫌气条件下均能进行。氨化过程可以通过以下几个途径进行。氨化过程可以通过以下几个途径进行：水解：氧化：还原：（3）硝化过程:在通气良好的条件下，通过微生物的作用将NH4+-N氧化为NO3-N的过程。（4）反硝化过程3.含磷、硫有机物的分解土壤中含P的有机物主要是核酸、核蛋白、磷脂、植素等。在好气条件下通过微生物的作用，含磷和硫的化合物可分别氧化为磷酸盐（H2PO4-、HPO42-）和硫酸盐（HSO4-，SO42-）。在嫌气条件下，含硫蛋白质分解为硫醇类（含-SH基的化合物）和硫化氢（H2S）等有毒物质。 综上，有机物质矿化的结果，不仅对植物提供了营养物质，也对微生物提供了营养物质和能量，而且在矿化过程中同时也改变了一些有机物的结构特征和组成，为腐殖物质的形成提供原料。（二）土壤有机质的腐殖化过程 腐殖化过程：是有机物质在微生物的作用下，分解再合成复杂稳定的腐殖质的过程。 关于腐殖化过程，目前还不是十分清楚，一般认为腐殖化作用可分为两个阶段：第一个阶段：产生构成腐殖质分子原始材料第二阶段：上述原始材料通过缩合等酶促反应和纯化学反应合成腐殖质单体分子。土壤种有机残体的矿化作用与腐殖化作用是同时发生的两个过程。生物残体的矿化过程是进行腐殖化过程的前提；而腐殖化过程是生物残体矿化过程的部分结果。 （三）影响土壤有机质转化的因素1、土壤的水分(湿度)和通气状况：微生物的活动需要一定的湿度和通气条件。2、温度 在0-35范围内，增高温度能促进OM分解，一般土壤中微生物活动最适宜的温度大约在25-35，当温度45时，一般来讲微生物的活动就会受到抑制，温度50时，有机物可能会发生纯化学的氧化分解而导致挥发。3、土壤特性 （土壤反应）1）质地2）pH：各种微生物都有最适宜的pH范围和可以适应的pH范围，大多数细菌最适宜在pH6.5-7.5的中性环境中活动，而放线菌最适宜的pH可能要偏碱一些，真菌最适宜pH3-6的酸性条件下活动。4、有机残体特性1） 有机残体本身的物理状态 直接影响转化的速率。多汁、幼嫩比干枯老化的植物残体易分解，而且还能活化已衰弱的微生物。粉碎或切细比大块的植物残体易分解。2） 有机残体组成中的C/N比 ： 指有机质中碳素总量和氮素总量的比值，是影响转化速率的根本原因。同一类植物的C/N比亦随植物的组织老嫩而不同。不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样。一般认为微生物每分解25份的C，大约需要1份的N，也就是说微生物对C/N的要求是25/1。C/N25/1时，有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。C/N25/1时，有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长也要快得多，有利于矿质化作用的进行。实际上大多数有机残体的C/N远远大于25/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80-100：1远远大于25/1，为了促进它的分解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。三 土壤腐殖质 腐殖物质，是有机残体进人土壤后，经微生物的作用在土壤中新形成的一类特殊的（化学机构未知）多相分布的高分子有机化合物。它不同于动植物残体组织和微生物的代谢产物中的有机化合物，而是土壤中特有的有机化合物。（一）腐殖质在土壤中的存在形态1、游离态的腐殖质，只占极少部分2、有的与矿物中的强盐基化合形成稳定盐类，主要腐殖酸钙、镁盐。3、有的与含水三氧化物，比如Al2O3xH2O、Fe2O3yH2O化合形成复杂的凝胶体。4、与粘粒结合形成有机无机复合体。腐殖质在土壤中主要是与矿物质部分结合成有机无机复合体，也就是说第四种常占腐殖质中的大部分。（二）腐殖质组分的分离及各组分的特性目前所用的方法一般是先把未分解、半分解的动植物残体分离掉，然后用不同的溶剂浸提土壤，进行腐殖质的分组。（三）腐殖酸的性质1.腐殖质的组成（1）化学组成：腐殖质的化学组成中主要是C、H、O、N、P、S，还有少量的Ca、Mg、Fe、Si等灰分元素。（2）功能团组成：腐殖质组分中有许多的功能团，其中最主要的是含氧功能团，比如：羧基RCOOH、酚式羟基（OH）、醇羟基（ROH）、甲氧基OCH3，醌基，正是由于这些功能团的存在，使腐殖质表现出多种活性，比如离子交换，对金属络合作用，氧化还原性及生理活性等。2.腐殖质分子的结构特征3.腐殖质的带电性腐殖质是两性胶体，既带负电荷又带正电荷，通常以带负电荷为主，电性来源主要是分子表面羧基、酚羟基的解离以及胺基的质子化。4.溶解性胡敏酸（HA）不溶于H2O，但它与K+、Na+、NH4+、形成的一价盐溶于H2O，而它与 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等多价离子形成的盐，溶解度就大大降低。富里酸（FA）有相当大的水溶性，溶液呈酸性，它与一价二价金属离子形成的盐也都溶于H2O。 5.吸水性 腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最大吸水量可超过500%，从饱和大气中的吸水量可达到自身重量的一倍以上，比矿质胶体要大得多。6.稳定性 腐殖质不同于土壤中动植物残体的有机组分，它的化学稳定性强，对微生物分解的抵抗能力大，分解周转的时间长，在温带条件下，一般植物残体的半分解周期少于三个月，植物残体新形成的土壤OM半分解周期为4-9年，而胡敏酸的平均停留时间为780-3000年，富里酸为200-630年。四 土壤有机质的作用及调节 （一）土壤有机质的作用1、营养作用1）提供作物所需养分2）活化土壤养分：有机质分解、合成过程中产生的有机酸和腐殖酸，能促进矿物质的溶解，促进矿物风化，从而释放出养分供植物吸收利用。2、增强土壤的保水保肥能力和缓冲性a.腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力，最大吸水量可超过500%，从饱和大气中的吸水量可达到自身重量的一倍以上，比矿质胶体要大得多。b.腐殖质能吸附离子，增加土壤保肥性c. 腐殖质中有许多弱酸性功能团，能提高土壤对酸碱变化的缓冲性能。3. 有机质能改善土壤的物理性质a：有机质能促进土壤团粒结构的形成，增加团粒结构的稳定性。 b：腐殖质对土壤的热状况也有一定影响，主要是因为腐殖质是暗褐色物质，包被在土粒的表面使土壤颜色加深，使土壤吸热增温快。C:改善土壤耕性b：在酸性土壤上，通过OM与Al3+的结合，能降低Al3+对作物的毒害。c：OM分解所产生的有机酸，能减少P的固定，增加土壤中有效P的含量。 b：腐殖质对土壤的热状况也有一定影响，主要是因为腐殖质是暗褐色物质，包被在土粒的表面使土壤颜色加深，使土壤吸热增温快。C:改善土壤耕性b：在酸性土壤上，通过OM与Al3+的结合，能降低Al3+对作物的毒害。c：OM分解所产生的有机酸，能减少P的固定，增加土壤中有效P的含量。4.促进微生物的活动a：对微生物来讲，OM是微生物生命活动所需要的养分和能量来源，土壤中微生物的数量与OM的含量呈正相关。b：对动物来讲，土壤OM是它们的食物来源。5促进植物的生理活性，腐殖酸6、土壤有机质减轻或消除土壤中农药的残毒和重金属污染 三、 土壤水分、空气 一 土壤水分一)、土壤水分的类型和性质（陆欣89页）根据土壤水分的受力状况，可以把土壤水分分为吸湿水、膜状水、毛管水和重力水等几种类型。1吸湿水1）概念：吸湿水：是指固体土粒借助其表面的分子引力保持在土粒表面的气态水分。2）移动性：吸湿水以若干水分子层形成的膜包裹在土壤颗粒表面，受到土壤颗粒的吸附力很大，最内层可达10002000 MPa，外层约为3.1 MPa，其密度为1.22.4 gcm-3，平均为1.5 gcm-3，表现出固态水的性质，不能自由移动。3）有效性：吸湿水是植物不能吸收利用的无效水分。4)存在：5）影响因素：吸湿水的含量称为吸湿量，其大小与土壤比表面积、有机质含量及大气的相对湿度有关。土壤质地愈细，比表面积愈大，吸湿量愈大，有机质含量高的土壤，吸湿量也大。2膜状水1）概念：土壤水分达到最大吸湿量时，土粒表面还有剩余的吸附力，可以吸收一部分液态水，在吸湿水外层形成连续水膜，称为膜状水。 2）移动性：膜状水所受的分子引力比吸湿水小，内层与最大吸湿水相连，所受吸力达3.1 MPa，外层的吸力约为0.625 MPa，分子引力仍大于常态水。其平均密度为1.25 gcm-3，溶解溶质的能力较弱，冰点约为4；能缓慢地从水膜厚处向薄处移动，速度只有0.20.4mmh-1。膜状水的含量与吸湿水一样，也决定于土壤的比表面；此外，还受土壤盐分浓度的影响，浓度大时，膜状水的含量增高。3）有效性：一般植物根系的吸水力为12 MPa，平均为1.5 MPa，。由于膜状水所受的分子引力在3.10.625 MPa范围内。4）膜状水含量达最大量的土壤含水量称为最大分子持水量。最大分子持水量一般相当于最大吸湿量的24倍。随着土壤膜状水减少，植物出现因缺水而凋萎又不能复原的现象称为永久萎蔫，此时土壤含水量称为萎蔫系数或凋萎系数，一般是吸湿系数的1.52倍。 3毛管水当土壤含水量达到最大分子持水量并继续增加时，水分开始填充毛管孔隙，靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中，称之为毛管水。毛管水是土壤所能保持得最理想的水分类型，其作用和重要性在于：（1）毛管水所受的毛管力约为0.6250.008 MPa，远小于一般植物根系的吸水力，因此是土壤既能保持又能被植物全部吸收利用的主要水分。（2）能在土壤中向各个方向运动，而且运动速度快，大约在10300mm/h，能迅速供给植物吸收利用。（3）毛管水不但能溶解多种养分，而且能携带养分一起运输到植物根际，供植物吸收利用。是植物养分的溶剂和携带者。根据毛管水与地下水有无关联，将它又分为毛管悬着水和毛管上升水。（1）毛管悬着水： 指地下水位较深时，降水或灌溉水等地面水进入土壤，借助毛管力保持在上层毛管孔隙中的水分。田间持水量：毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称为田间持水量。即：在自然状态下，土壤所有孔隙都充满水，经过一段时间排完重力水后，土壤所能保持的最大含水量。它作为土壤蓄水保墒能力的指标，是确定土壤灌水定额的参数。（2）毛管上升水 在地形低洼地区，地下水借助于毛管力上升并保持在土壤中的水分称为毛管上升水。 4重力水如果进入土壤的水量超过田间持水量，则多余的水分便在重力的作用下，沿通气孔隙向下流动，这部分不被土壤保持而受重力支配向下运动的水，称为重力水。饱和持水量：当重力水达最高量时的土壤含水量称为饱和持水量。重力水在水田是完全可以利用的，但在旱地，不能被植物持续利用，属多余水。如果土壤质地黏重透水性差，重力水会暂时滞留在大孔隙中，妨碍土壤空气供应，有害于植物生长。三）、土壤含水量的表示方法（陆欣P83）土壤中所含水分的数量即为土壤含水量，也称土壤湿度，根据不同的用处和研究需要，可以用不同的方法表示。 1. 质量含水量指单位质量土壤中水分所占的比例，无量纲，常用m表示。 土壤质量含水量m（g/）=水分重/烘干土重1000比如某土壤样品质量为100g，烘干（105）后的土壤质量是80g，则质量含水量=20/801000=250g/ 而1000=200g/ 2. 容(体)积含水量指单位容积土壤中水分所占的比例，无量纲，常用v表示。容积含水量可以表示土壤水分占据土壤，尤其是土壤孔隙的容积比例，克服了质量含水量的不便之处。孔隙容积含水量也可以用小数或百分数形式表示，若用百分数表示，计算公式如下：3.相对含水量：指土壤的自然含水量占田间持水量或土壤饱和含水量的百分数。在农业生产中多以田间持水量为基数，即：一般认为，田间持水量是土壤保持作物有效水分的上限，因此，相对含水量可以反映土壤水分的有效程度。一般农作物适宜的相对含水量为田间持水量的70%80%， 4.土壤水贮量1）水层厚度为了使土壤实际含水量与降雨量、蒸发量进行比较，将一定厚度土层中所含的水分换算成水层厚度来表示，单位多采用。2）土壤水分贮量指一定面积一定厚度土层水分的总贮量，可用体积或重量表示。四）、土壤水分的能态（一）土水势 1.概念:土水势是指土壤水分在各种力的作用下（吸附力、毛管力、重力等）与标准状态相比，自由能的变化。2.利用土水势研究土壤水的优点：1)可作为判断各种土壤水分能态的统一标准和尺度；2)水势的数值可以在土壤-植物-大气之间统一使用，把土水势、根水势、叶水势等统一比较，判断它们之间的水流方向、速度和土壤水的有效性；3)对土壤水分的研究还能提供一些更为精确快捷的测定手段。3.土水势是作用于土壤水分的各种力的综合效应，它包括几个主要的分势： 1)、基质势：土壤基质的吸附力和毛管力所产生的土壤水分自由能变化基质势。 2)、溶质势：由于溶解在土壤水分中的溶质所引起的土壤水分自由能变化。 3)、重力势：由作用于土壤水分的地心引力而产生的自由能变化。 4)、压力势：由于受到压力作用而产生的自由能变化。 （二）土壤水吸力指土壤水承受一定吸力情况下所处的能态，它不是指土壤对水的吸引力，它的意义与水势一样，但有以下两点区别:A：土壤水吸力只表示土壤水分受到基质力（吸附力、毛管力）和渗透压力时所处的能态，分别称为基质吸力和渗透吸力。土壤水吸力=基质吸力+渗透吸力B：基质吸力和渗透吸力在数值上分别等于基质势和渗透势，但符号相反。五)、土壤水运动(一) 土壤水分的运动土壤水分的运动包括液态水运动和水汽（气态水）运动，液态水运动又分为饱和流和非饱和流运动两种。1. 土壤水分的饱和流动土壤中所有孔隙始终充满水时的水分运动称为饱和流动。土壤水分总是由水势高处向低处运动，在水分饱和时土水势主要为重力势和压力势，所以重力势和压力势梯度是水分饱和流动的主要推动力。 2. 土壤水分的非饱和流动土壤中部分孔隙充满水时的水分运动称为非饱和流动。在土壤水分不饱和的情况下，土水势主要是基质势和重力势，而重力势对水分运动的影响较小，所以，土壤水分非饱和流动的推动力主要是基质势。 3. 气态水运动土壤中的气态水来源于土壤中液态水的汽化和大气中的气态水的补充，一般存在于土壤通气孔隙(非毛管孔隙)中，是土壤空气的组成部分，其运动表现为两种现象：水汽扩散和水汽凝结。水汽由湿度大处向湿度小处运动； 在夏、秋季节，天气晴朗时，昼夜温差较大的情况下，夜间表土温度低，含水量小，而下层土壤温度高，水汽压大，引起水汽向表土层运动，并在温度较低的地表凝结，形成凌晨的露水，使表土潮湿，这种现象称“夜潮”现象，在干旱地区一昼夜能增加48水分，对缓解干旱的危害有很大的作用。冬季土壤表层冻结，水汽压急剧下降，下层土壤水汽不断向冻层运动、冻结，使表层土壤含水量不断增加，这各现象称为“冻后聚墒”，对于缓解春旱、及时春播提供了必要条件。土壤水分以气态的形式由土表扩散到大气而损失的过程称为土面蒸发。 二 土壤空气一）土壤空气的组成和含量与大气比较土壤空气的组成的特点：1、土壤空气中CO2含量比大气高。2、土壤空气O2含量比大气低。3、土壤空气相对湿度比大气高。4、土壤空气中含有较多的还原性气体。5、土壤空气的组成不是固定不变的，而大气的组成相对比较稳定。二)、土壤通气性指土壤空气与近地层空气之间进行气体交换以及土壤内部允许气体扩散和流动的性能。土壤通气性产生的机制主要有两个方面：1.气体扩散土壤空气的扩散是指土壤中某种气体成分的分压梯度与大气不同而产生的移动， 2.整体交换是指土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而引起的气体交换，是土体内外部气体的整体相互流动。土壤空气的整体交换主要受温度、气压、刮风、降雨、灌溉水的影响。第二节 土壤基本性质一、 土壤的孔性和结构性【一】土壤的孔性 土壤是一个多孔体系，它是由土粒和粒间孔隙组成，土壤孔隙是土壤空气、水分存在的场所，是物质和能量交换的场所，也是植物根系伸展的空间，土壤动物和微生物活动的场所。土壤的孔隙性质简称孔性，它包括以下一些内容：1)土壤孔隙的数量2)类型(孔隙的大小)3)分配(即大小孔隙的比例)等。（一）土壤的密度和容重土壤密度：单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙容积）的质量（干重）。单位：g/cm3 Mg/t 多数土壤的密度在2.62.7 g/cm3，一般来讲含Fe、Mn 较高的土壤密度值较大，富含腐殖质的土壤密度较小，在土壤剖面层次中，表土密度较小，而心土层、底土层密度较大。土壤容重：单位容积土体（包括孔隙在内的原状土）的质量（干重）。单位：g/cm3 ，t/m3 d=m土/V土壤一般旱地土壤的容重在1.0 1.8 g/cm3之间，一般的说旱地土壤容重在1.11.3 Mg /m 3较为适宜。土壤容重是一个很重要的数据，它的应用很广泛，比如： 1、计算土壤孔隙度土壤孔隙度=（孔隙容积/土壤容积）*100 =（1-容重/比重）*1002、计算土壤各级孔度3、反映土壤的松紧度。 4、计算土壤质量 在生产和科研工作中，常常需要知道一定面积的耕层土壤的重量，在计算土壤重量的过程中就需要利用土壤的容重值。5、估算土壤养分储量例1： 一亩地（667m2）耕层厚度20cm，容重为1.20Mg/m3其耕层土壤总重为：6670.21.20=160.08( Mg)例2: 已知耕作土壤容重为1.2 Mg/m3，耕层厚度20cm。土壤有机质为2g.kg-1，求每亩耕层有机质数量为多少公斤？根据例1可算出耕层土壤重量为160080公斤，其中有机质只占20g.kg-1，每亩耕层中有机质数量是：160080kg20g.kg-1 = 3201.6kg6、计算土壤三相比（二）土壤孔隙度 土壤孔隙是土壤固相部分所占容积以外的空间，也就是液相和气相在土壤中所占的空间。 由于土壤孔隙容积很难直接测定出来，所以孔隙度需要根据土壤容重和密度来计算。（三）土壤孔隙的类型按照当量孔径的大小可以把土壤孔隙分为三种类型：1、非活性孔：土壤孔隙中最细微的部分，大体上是指土壤水吸力1.5105 Pa以上，当量孔径0.002以下的孔隙，这样小的孔隙中几乎总是充满着土粒的吸附水（束缚水），给毛管水和空气的空间极少或没有，水分移动慢而且极难被植物吸收利用，通气性差，所以这种孔隙也称无效孔或束缚水孔。2、毛管孔隙：大体上是指土壤水吸力为1.51041.5105 Pa，当量孔径在0.020.002的孔隙，这样的孔隙毛管作用强，水分可以借助毛管弯月面力，保存在孔隙中。毛管孔隙中的水分（毛管水）活动强烈，传导率大，易被植物吸收利用，所以毛管孔隙也称活性孔隙3、通气孔隙：指土壤水吸力1.5104 Pa以下，当量孔径0.02以上的孔隙，这种孔隙中的水分在重力的作用下而排出成为通气过道，所以称为通气孔或非毛管孔隙。（四）土壤各级孔隙度的计算总孔隙度=非活性孔度+毛管孔度+通气孔度二、土壤结构性 自然界的土壤中，土壤固体颗粒很少以单粒形式存在，一般都会胶结成大小、形状、性质不一的团聚体。 土壤结构体：土壤中各级土粒相互排列，团聚而形成的大小、形状、性质不一的团聚体。 土壤结构性：土壤结构体的数量、大小、形状、性质、相互排列方式以及相应的孔隙状况等综合特性。1、块状结构、核状结构：近似立方体，长宽高三轴大体相近，直径3块状结构，直径3核状结构，这类结构体多出现在OM缺乏，质地粘重、耕性不良的土壤中。2、柱状结构、棱柱状结构： （一）土壤结构体的类型3、片状结构： 4、团粒结构体：大体上近似球形，大小在小米粒蚕豆般大 直径0.2510团粒， 0.25微团粒。（四）团粒结构对土壤肥力的作用1、团粒结构总孔度大，大小孔隙分配适当2、能协调土壤水分和空气的矛盾3、能协调土壤有机质中养分消耗与累积的矛盾4、能稳定土壤温度，调节土壤热状况5、改良耕性以及有利于根系的伸展总之团粒结构使土壤孔性良好，协调土壤水、肥、气、热的能力强。（五）创造团粒结构的措施1、深耕结合使用有机肥2、正确的土壤耕作3、合理的轮作制度4、合理灌溉、晒垡和冻垡5、改良土壤的酸碱性，调节土壤阳离子组成6、应用土壤结构改良剂补充内容：土壤的耕性（陆欣74页）：土壤耕性是指土壤在耕作时所表现出来的特性。它是土壤物理性质和物理机械性质的综合反映。（一）土壤耕性的内容主要包括三个方面1、耕作的难易程度：良好的土壤耕性要求耕作时，阻力要尽可能地小，以使节约劳力和能源。2、耕作质量的好坏：良好的土壤耕性要求耕作后土质要疏松，以有利于根系的穿插、保温、保墒、通气和养分转化。3、宜耕期的长短：良好的土壤耕性耕作要求土壤的宜耕期尽可能地长。（二）土壤物理机械性质土壤的物理机械性质是土壤动力学性质的统称，它主要包括粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性以及其它受外力作用后而变形的性质。1、粘结性和粘着性a：粘结性：土粒与土粒之间相互吸引而粘结在一起的性质。其中的粘结力主要有分子引力、静电引力、水膜的表面张力等物理引力，也有氢键及其它化学键能的参与。土壤的粘结性使土壤具有抵抗外力破碎的能力，也是耕作时产生阻力的主要原因之一。b：粘着性：土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着于外物表面的性质。土壤粘着性是由土粒水外物，相互之间的分子引力引起的，这种性质会使土壤在耕作时粘着农具，增加摩擦阻力，造成耕作困难。影响粘结性和粘着性因素：a：土壤质地：土壤质地越细，接触面积越大，粘结性、粘着性越强，所以粘质土壤的粘结性、粘着性比砂质土壤强，粘质土壤比砂质土壤难耕作。b：土壤含水量：土壤含水量对粘结性、粘着性都有很大的影响，但是影响不同。粘结性：土壤含水量越小，土粒之间的距离越近，分子引力越大，粘结性愈强，所以干燥的土块破碎比较困难，随着土壤含水量的增加，水膜使土粒之间的距离加大，分子引力减弱，粘结力减弱。粘着性：土壤干燥时，没有粘着性。随着水分含量的增加，由于土粒与外物表面有水膜的生成，粘着性增加，但当土壤含水量增加到饱和持水量的80%以后，由于水膜太厚，又会降低粘着性，到土壤呈现流体状态时，粘着性逐渐消失。c：土壤结构：团粒结构土壤由于土粒与土粒的接触面积小，粘结性、粘着性小，易于耕作。d：土壤腐殖质含量：腐殖质能覆盖在土粒表面，改变土粒接触面的性质，而且腐殖质的粘结性、粘着性比粘粒小，但比砂粒大，所以腐殖质既能改善粘质土的粘结性、粘着性大、坚硬板结的缺点，又能改善砂土的松散无结构状态。e：粘土矿物的类型：蒙脱石、伊利石的比表面比高岭石大得多，粘结性、粘着性也比高岭石大。f：土壤代换性阳离子的组成：阳离子的种类会影响