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第一章 土壤剖析1 【土壤】:地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松层。2 【肥力】:土壤为植物生长供应和协调营养因素(水分和养料)以及环境条件(温度和空气)的能力。3 【土壤剖面】:从地面垂直向下的土壤纵断面称为土壤剖面。4 【土层】:土壤剖面中与地表大致平行的层次,它是由成土作用而形成的,因此,称为土壤发生层,简称土层。5 【土体构型】:土壤发生层的数目、排列组合型式和厚度,统称为土体构型(或层次构型)。6 土壤剖面划分(ABC):凋落物层(O)、腐殖质层(A)、淋溶层(E)、淀积层(B)、母质层(C)、母岩(R)六个主要发生层,其中,凋落物层、腐殖质层、泥炭层(H)合称有机质层。7 【单个土体】:土壤剖面的立体化形式,体积最小。单个土体的横切面形态近似六边形,面积为110平方米。两个以上的单个土体组成的群体,称为聚合土体,又称土壤个体。第二节 土壤组成1 土壤是由固相(矿物质、有机质)、液相(土壤水分)、气相(土壤空气)等三相物质组成的。按容积计,矿物质约占38-45%,有机质约占5-12%,液相、气相共占50%2 土壤矿物质(土壤的“骨骼”):原生矿物、次生矿物。1) 【原生矿物】:各种岩石经物理风化后原来的化学组成和结晶构造均未改变的碎屑物。土壤原生矿物种类主要有:硅酸盐、铝硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物和磷酸盐类矿物。2) 【次生矿物】:由原生矿物经风化后重新形成的其化学组成和结晶构造构造都发生改变的新矿物,又常称之为粘土矿物(粒径小,有胶体性质)。包括简单盐类、次生氧化物类和次生铝硅酸盐类。以下是常见的次生硅铝酸盐类:* 11型矿物:高岭石。可塑性、粘结性、收缩性和膨胀性都很低,代换量也低,所以富含高岭石的土壤供肥、保肥能力差,造成植物养分不足。* 21型膨胀性矿物:蒙脱石和蛭石。蒙脱石可塑性、粘结性、收缩性、膨胀性高,代换量大;富含蒙脱石的土壤易造成植物缺水(蒙脱石吸水能力强),难于耕种(太高的收缩性和膨胀性)。蛭石层间的联结力较蒙脱石为大,膨胀性比蒙脱石小得多,属有限膨胀的粘土矿物。* 21型非膨胀性矿物:伊利石。其代换量、水化作用、膨胀、收缩和可塑性等性质介于蒙脱石和高岭石之间。* 22型矿物:绿泥石。不易膨胀,易风化。3) 土壤矿物质的迁移转化:* 土壤矿物质的风化过程:物理风化、化学风化、生物风化。其中,化学风化包括溶解作用、水解作用、水化作用、氧化作用。* 水解作用:包括脱盐基作用、脱硅作用、富铝化作用三个阶段。* 矿物分解的阶段性:碎屑阶段、钙淀积阶段、酸性硅铝阶段、富铝化阶段。(二)土壤矿物质的迁移转化1、土壤矿物质的风化过程 裸露在地表的岩石矿物在大气圈、水圈、生物圈的综合作用下,不仅改变了原有物理性状,而且也改变了原有的化学组成和性质,甚至形成新的矿物,这种复杂的变化过程,称为风化过程。根据风化的性质可把风化过程分为物理风化、化学风化、生物风化三种类型1)物理风化:物理风化又称机械崩解作用,主要是由于温度的变化、水分的冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素引起的,结果是使岩石矿物由大变小,由粗变细,矿物在化学性质和组成上均未发生变化,物理风化过程在温度变化剧烈的干燥地区较突出。2)化学风化: 参与化学风化的因子有水、二氧化碳和氧,其中以水的作用最为突出。(1)水的溶解作用(2)水化作用 岩石矿物的化学成分,可以与水分子结合在一起,成为含水的化合物;水化的结果往往使矿物膨胀失去光泽、变松,促进其风化作用的进行。(3)水解作用 这是水的最主要的作用,使矿物风化更为彻底。 在水解过程中根据其分解顺序可分为几个段。 1)脱盐基作用:H+交换出矿物中的盐基离子形成可溶性盐而被淋溶: 2)脱硅作用:矿物中硅以游离硅酸形式被析出,并开始淋溶: 3)富铝化作用:矿物被彻底分解,硅酸继续淋溶,氢氧化铝富集:4) 氧化作用 矿物质中的一些非氧化态矿物,最容易发生氧化,氧化促使矿物分解,同时使被氧化矿物活化,从而促进其发生迁移转化。3) 生物风化:在生物的参与下,矿物质发生的风化作用。4) 矿物风化程度的量度指标:* 硅铝铁率:通常采用风化壳、土体或胶体颗粒中的SiO2/R2O3的分子比率表示,反映风化产物与岩石相比的脱硅或富硅程度。计算式为:SiO2的摩尔数/(Al2O3的摩尔数+Fe2O3的摩尔数)* 迁移系数:任一土层或风化层的x/Al2O3除以母质层或母岩层的x表示所求的元素。迁移系数小于1,该元素x有淋溶;大于1,有积累;等于1,无淋溶,无淀积。3 土壤有机质:土壤中的各种含碳有机化合物,其中包括动植物残体、微生物体和这些生物残体的不同分解阶段的产物,以及由分解产物合成的腐殖质等。包括非特异性有机质和特异性有机质。1) 非特异性土壤有机质:碳水化合物、含氮化合物、木质素、含磷、含硫化合物、脂肪、蜡质、单宁、树脂。2) 特异性土壤有机质腐殖质:* 【腐殖质】:由微生物合成的和由原始植物组织变化而成的那些胶质的和稳定的分解产物叫腐殖质。腐殖质分为胡敏酸(肥力最好)、富里酸(酸性最强)、棕腐酸和胡敏素。3) 土壤生物:细菌、真菌、放线菌、藻类。4) 土壤有机物质的转化:矿质化过程和腐殖质化过程。* 矿质化过程:在生物的参与下,复杂的有机质分解为简单的化合物,最后变成无机化合物的过程。* 腐殖质化过程:进入土壤中的生物残体,在土壤微生物作用下,合成为腐殖质的过程。腐殖化过程目前存在下列几种学说:* 【木质素-蛋白质学说】(植物物质形成学说):腐殖质是由植物组织中不为微生物所分解的组分在稍经改变后形成的,是木质素和蛋白质的混杂物。* 【生物化学聚合学说】:生物残体中的复杂有机物首先在细胞外被降解成简单的小分子有机物,这些有机物被微生物吸收,在体内合成酚和氨基酸等,当它们被分泌至土壤中,并经过氧化作用和聚合作用后,就形成了腐殖质。* 【细胞自溶学说】:腐殖质的生物合成过程是在微生物体内进行的,微生物死亡后,细胞自溶的物质如糖、氨基酸、酚,以及其他芳香族化合物经过缩合和聚合作用而形成腐殖质。* 【微生物合成学说】:微生物以生物残体为原料在细胞内合成各种类似于腐殖质的高分子化合物。当微生物细胞死亡并发生自溶以后,这些高分子化合物便进入土壤成为土壤腐殖质。5) 【土壤有机质在土壤肥力中的作用】:* 土壤有机质是植物养料的源泉:提供各种营养元素(C、H、O、P、S、K、Ca);* 土壤有机质具有离子代换作用、络合作用和缓冲作用:保存养分,避免淋失;* 土壤有机质能改善土壤物理性质:使土粒形成良好的团粒结构,或使土壤保温;4 土壤水分和空气:1) 土壤水量的平衡:土壤水分的收入和消耗使土壤水含量相应变化的情况。根据水分的收支情况,将土壤水分平衡分为五种类型:淋溶型、非淋溶型、渗出型或上升型、停滞型或滞水型、冻结型。* 吸湿水:由土壤颗粒的表面张力吸附的水汽分子。* 膜状水:被吸附在吸湿水膜外层的水分。* 毛管水:毛管孔隙中毛管力吸附保存的水分。分为毛管悬着水和毛管上升水。* 最大吸湿量:当土壤空气相对湿度达到饱和时,土壤吸湿水含量达到最大值时的吸附量。* 凋萎系数:植物呈永久萎蔫时的土壤含水量。* 最大分子持水量:膜状水的最大含量。* 田间持水量:毛管悬着水达到最大时的土壤含水量。* 全蓄水量或饱和持水量:重力水(包括自由重力水和支持重力水)所饱和时的含水量。* 有效水分:凋萎系数与田间持水量之间的土壤水。2) :土壤空气:* 土壤通气性:土壤空气与大气间的气体交换,以及土体内部允许气体扩散和流通的性能。土壤通气性主要取决于土壤中非毛管孔隙的多少。* 土壤气体交换速率的指标:* RQ:土壤呼吸系数,是指土壤中产生二氧化碳的容积与消耗氧的容积的比率。* ODR:氧扩散率,是指植物吸收,微生物活动或为水所置换时氧的补充速率。通常以每平方厘米,每分钟所扩散氧的克数(或微克)来表示。ODR一般随土壤深度的增加而降低。* 土壤通气量:单位时间内在单位压力下,进入单位体积土壤中的气体总量,主要是氧气和二氧化碳。第二章 土壤性质第一节 土壤的物理性质1 土壤的物理性质包括:土壤质地、土壤结构、孔隙度等。2 土壤质地:1) 粒级:我们把大小相近、性质相似的土粒归为一类,称为粒级。2) 土壤质地:各粒级在土壤中所占的相对比例或重量百分数。3) 为什么说壤土是农业生产上最理想的土壤质地?* 如果砂质土砂粒占优势,大孔隙多,毛管孔隙少。通气性好,透水性强,作物根系易于发展,土温上升快,土壤中有机质矿化作用也快,然而保水保肥能力差,土壤容易产生旱象。发小苗,不发老苗。* 如果粘质土粘粒占优势,非毛管孔隙少,毛管孔隙多,通气透水性差,作物根系不易伸展,土温上升缓慢,土壤中有机质矿化作用缓慢,有机质比较易于积累,保肥能力较强。发老苗,不发小苗。* 壤质土既有一定数量的大孔隙,也有相当多的毛管孔隙。所以,通气透水性良好,保水保肥性较强,土温比较稳定,粘性不大,耕性良好,适耕期长,宜于多种作物生长,既发小苗,又发老苗。是农业生产上最理想的土壤质地。6) 土壤质地构型:上壤下砂(买卖地、大褂子地);上壤下粘(蒙金地)。3 土壤结构:土粒相互排列、胶结在一起而成的团聚体。1) 土壤结构类型:片状结构、棱柱状结构、柱状结构、角块状结构、团块状结构、粒状结构、团粒状结构。2) 土壤结构的形成:必须具有胶结物质和外力推动作用* 胶结物质:有机胶体物质(胶结作用)与无机胶体物质(凝聚作用)。* 外力作用:生物的作用、干湿交替作用、冻融交替作用、耕作的作用。3) 土壤结构的肥力意义(主要是指团粒状结构在土壤肥力中的意义):* 具有团粒状结构的土壤的总孔隙度大,解决了土壤透水与蓄水性的矛盾;* 在有团粒结构的土壤中,团粒内部充满着毛管孔隙,而在团粒之间存在着较大的非毛管孔隙,较好地解决了蓄水性与透气性的矛盾;* 由于水气协调,相应地使热量也得到了较好的调节,使温度变化比较稳定适度;* 在团粒结构土壤中,有机质和各种养分的含量都比较丰富;* 团粒结构的土壤,团粒之间接触点小,粘结性、可塑性均较弱,所以耕作性能较好。* 由于团粒结构能够比较好地协调水、肥、气、热的状况,而且耕性良好,因此,团粒结构是土壤肥力高的一种表征。4) 土壤结构的改良措施:增加土壤有机质含量;合理耕作和合理轮作,间作,套作或施加土壤结构改良剂。4 土壤的一般物理性:土壤的比重、容重和土壤孔隙性。1) 土壤的比重:单位体积固体的重量与同体积水的重量之比,有机质多、轻质矿物质多的土壤比重小。2) 土壤的容重:单位体积的原状土体(包括固体和孔隙)的干土重。有机质含量高,疏松多孔的土壤容重就小。3) 土壤孔隙和土壤空隙性:土粒与土粒,结构体与结构体之间,通过点、面接触关系,形成大小不等的空间,土壤中的这些空间称为土壤孔隙,包括毛管孔隙和非毛管孔隙。把土壤这种多孔的性质称为土壤的孔隙性。4) 土壤孔隙度:单位体积土壤内孔隙所占体积的百分比。=(1容重/比重)*100%5 土壤的物理机械性:土壤在各种含水状况下,受到外力作用时显示出一系列的动力学的性质,包括土壤的粘结性、粘着性、膨胀性和收缩性、可塑性等。1) 土壤粘结性:土粒与土粒之间互相吸引而结合在一起的性能。土壤含粘粒越多,粘结力越强。钠离子增加土壤粘结性,钙离子增加降低土壤粘结性。2) 土壤粘着性:土粒粘附于外物的性能。土粒愈小,土壤粘着性愈强。3) 土壤的可塑性:土壤在湿润状态下,能被塑造并保持其所取得形状的性能。当土壤开始呈现可塑状态时的水分含量,称为可塑下限;当可塑状态开始消失时的含水量,称为可塑上限。土壤粘粒愈多,土粒愈细,土壤可塑性愈强;钠离子增加土壤可塑性,钙离子增加降低土壤可塑性。4) 土壤的膨胀性和收缩性:土壤因吸水而膨胀,脱水干燥而收缩的性质。粘土或有机质含量多的土壤,则胀缩性较大,含蒙脱石多的粘土胀缩性最大。被吸收钠离子所饱和的胶体,具有强烈的胀缩性,被钙饱和的胶体则胀缩性很小。5) 土壤耕性:土壤在耕作时所表现的性状,包括耕作难易,宜耕期长短及耕作质量等。耕性好的土壤一般是耕作阻力小,质地轻,有机质含量多。第二节 土壤胶体的性质1 土壤胶体的种类:土壤矿质胶体、有机胶体、有机-无机复合胶体。2 土壤胶体的性质:巨大的比表面和表面能、土壤胶体的带电性(绝大多数胶体带负电,少数带正电)、土壤胶体的分散和凝聚。【补充:1.巨大的比表面和表面能 比表面是指单位重量固体颗粒的表面积。物体分割得愈细小,单体数愈多,总面积愈大,比表面也愈大。 由物体表面的存在而产生的能量,称为表面能。物体的比表面愈大,表面能也愈大,吸收性能也愈强。2.土壤胶体的带电性 绝大多数胶体带负电,少数带正电(氧化铁、铝)。Al(OH)3在酸性条件下解离OH-或吸附H+,本身带正电荷者,是酸胶基;在碱性条件下解离H+或吸附OH-,本身带负电荷者,称为碱胶基。由于它的电性随酸碱条件而变化,既可带正电又可带负电,因而把这种胶体叫两性胶体。3.土壤胶体的分散和凝聚 土壤胶体可以呈溶胶和凝胶两种形态存在,而且两者可以相互转化。由溶胶转为凝胶,称为凝聚作用;相反由凝胶分散为溶胶,称为消散作用。 土壤胶体分散发生的条件:(1)溶液碱性增强,OH-浓度增多,亦能促使胶体分散。(2)一价阳离子代换了二、三价阳离子,使凝胶遇水分而分散。(3)易溶盐的浓度减小到“絮凝阈”以下。 】3 土壤的离子交换:土壤胶体表面吸收的离子与溶液介质中其电荷符号相同的离子相交换,称为土壤的离子吸收和土壤的离子交换作用,分为分为阳离子的吸收和交换作用、阴离子的吸收和交换作用、土壤的其他吸收作用。1) 土壤中阳离子交换作用:土壤中带负电荷的胶粒吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子进行交换。其特点为:可逆反应并能迅速达到平衡;阳离子交换按当量关系进行;阳离子代换力(一种阳离子将其他阳离子从胶粒上代换下来的能力)不同。* 阳离子代换力的影响因素:阳离子代换能力随离子价数增加而增大;等价离子中代换能力随原子序数的增加而增大;离子运动速度愈大,交换力愈强;离子浓度愈大,交换能力愈强。* 阳离子交换量:每千克土中所含全部阳离子总量,受胶体种类、溶液PH值(pH值的增加,交换量增大)、土壤质地(质地愈细,交换量愈高)影响。* 土壤盐基饱和度:交换性盐基离子总量占交换性阳离子总量的百分比。2) 土壤中阴离子交换作用:土壤中带正电荷的胶粒所吸附的阴离子与土壤溶液中阴离子的交换作用,往往和化学的固定作用同时发生,很难区分,于是将两者混称为阴离子的吸收作用。3) 土壤的其他吸收作用:机械、物理、化学和生物吸收作用。* 土壤机械吸收作用:土壤作为一个多孔体,能把大于孔隙的物质留下来,这种作用称为土壤的机械吸收作用。* 土壤物理吸收作用:胶体借表面能,从溶液和空气吸附和保持一些分子物质(如CO2、H2O、H2、NH3等)的作用。* 土壤化学吸收:土壤溶液中可溶性物质生成难溶性物质的沉淀过程。* 生物吸收作用:生物有机体对土壤养分的选择性吸收,并以有机质形式在土壤中积累的过程。* 为什么说土壤的生物吸收作用的肥力意义最大?生物对养分的选择性吸收;随着生物的进化,养分在土壤中累积植物根系是一个分散集中系统。第三节 土壤溶液1 土壤溶液的组成:无机盐类、有机化合物、胶体、溶解气体、部分络合物。2 土壤的酸碱反应:1) 活性酸度:存在于土壤溶液中氢离子引起的酸度,用PH值表示。2) 潜在酸度:吸附在土壤胶体表面的H和Al所引起的酸度。分为代换性酸度、水解性酸度。【补充:1.活性酸度 存在于土壤溶液中氢离子引起的酸度,称为活性酸度(activity acidity),或有效酸度,逼常用pH表示。所谓pH值是土壤溶液中氢离子的负对数 。根据ph值的大小,可将土壤划分为酸性土,中性土和碱性土三种土壤。 2.潜在酸度 吸附在土壤胶体表面的H+和Al3+所引起的酸度,称为潜在酸(potential acidity)。在一般情况下,它并不显示其酸度,只有在被其他阳离子交换而转入土壤溶液后才显示其酸度。潜在酸度一般用厘摩尔每千克土表示。 】3 土壤的氧化还原作用:氧化还原能力常用氧化还原电位(Eh)表示。Eh值愈大,氧化性越强。当Eh高于700毫伏时,土壤接近完全好气性,即氧化状态。4 土壤的缓冲性:当加酸或碱于土壤时,土壤具有缓和酸碱度改变的能力。5 土壤热性质:1) 土壤热的主要来源是太阳辐射能。2) 土壤的热学性质包括土壤的吸热性、散热性、热容量及导热性等。* 土壤热容量:分为重量热容量(使1克土壤增温1所需的热量)和容积热容量(使1立方厘米土壤增温1所需的热量)两种。土壤热容量主要决定于土壤含水量。土壤热容量愈大,土壤温度愈稳定。* 土壤导热性:用导热率表示,即1厘米厚的土层,温度差1时,每秒钟经断面1平方厘米通过的热量的焦耳数。密度越大导热率越大。固体液体气体。* 土壤导温性:土壤传递温度变化及消除土壤不同部分之间温差的快慢和难易的性质。土壤导温率与导热率成正比,与容积热容量成反比。当土壤湿度过大时,由于热容量大为增加,导温率反而降低。第三章 土壤发生第一节 土壤发生与地理环境的关系1 道库恰耶夫成土因素学说:1) 土壤是成土因素综合作用的产物(道库恰耶夫把成土因素归为四个:气候、生物、母质和时间,少了地形);2) 成土因素的同等重要性和相互不可代替性;3) 成土因素的发展变化制约着土壤的形成和演化;4) 成土因素也是有地理分布规律的;2 成土因素学说的发展现状(对道库恰耶夫成土因素学说的补充):1) B.P.威廉斯提出了土壤形成的生物发生学的观点。2) B.P.威廉斯还提出了土壤是人类劳动的对象和劳动产物的观点。3) 美国土壤学者詹尼对成土因素做了补充:气候、生物、母质、时间、地形(省略号表示未知因素,前五个因素即常说的五大成土因素);4) 詹尼对生物因素起主导作用也作了补充,认为生物因素起主导作用并不是千篇一律的,可以是五大因素中任一因素。5) 柯夫达提出,除上述成土因素外,还有深层因素的作用。6) A.N.Whitead提出土壤本身也是一个成土因素,并对环境发生影响。3 土壤与成土因素的关系:1) 土壤发育与母质的关系:成土母质影响土壤的质地;母质的矿物组成、化学组成对土壤的形成、性状和肥力也有显著的影响;母质影响土壤的养分情况。2) 土壤发育与气候的关系: 气候直接影响着土壤的水热状况。气候影响岩石矿物风化强度; 气候对次生矿物形成具有影响;气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用;土壤中物质的迁移是随着水分和热量的增加而增加的。3) 土壤发育与生物的关系:* 植物对土壤的作用最为显著:* 有生物才有土壤发生:创造性(产生腐殖质)、集中性(使元素向土壤表层聚集)、累积性(植物通过时代更替和演化,使营养元素逐渐积累,使土壤具有肥力)* 不同的植被类型所形成的有机质的性质、数量和积累的方式各不相同:* 土壤动物对土壤的作用:土壤动物的有机残体是土壤有机质的一种来源;土壤动物还吞食有机质、翻动、搅动有机质。* 土壤微生物对土壤的作用:分解有机残体,释放能量和养分,供植物吸收利用;参与腐殖质的合成。4) 土壤发育与地形的关系:通过影响地表物质与能量的再分配,从而影响成土过程。不同地形影响地表水热条件的重新分配;地形支配着地表径流;不同地形部位的母质分配是不同的;地形发育深刻地影响着土壤发育(这种有规律的土壤组合,称之为土被结构,亦有人称之为土链)。5) 土壤发育与时间的关系:母质、气候、生物和地形等对成土过程的作用随着时间延续而加强。* 土壤的绝对年龄:从开始形成土壤时起,直到现在,这段时间称为土壤的绝对年龄。* 土壤的相对年龄:是指土壤的发育阶段或土壤的发育程度。4 土壤发育与人类活动的关系:1) 人类活动受社会制度、社会生产力和科学技术水平的影响,在不同的社会制度、不同的社会生产力和科学技术的发展水平,人类活动对土壤的影响及其效果是有很大差别的;2) 人类活动对土壤的作用较之其他自然因素更迅速、更强大;3) 人类活动对土壤形成与演化的作用可分为两个方面:一方面是直接作用于土壤本身,另一方面是通过改变成土因素间接作用于土壤的形成与演化;4) 人类活动对土壤的影响有其有利的一面也有其不利的一面。第二节 土壤的发生过程1 土壤形成的基本规律:即物质的地质大循环过程与生物小循环过程矛盾的统一。1) 物质的地质大循环过程:坚硬块状结晶岩出露地表,经风化作用形成疏松多孔体的母质,把大量矿质养分释放出来,它们经淋洗、搬运作用,成为各种海洋沉积物,当构造抬升等地质作用使沉积物露出海面时再次进行风化,以致成为新的风化壳母质。2) 物质的生物小循环过程:岩石矿物风化形成了疏松多孔的成土母质,为植物生长提供了基础。它们能利用太阳能合成大量有机质,植物死亡后以有机残体状态积累在土壤表层,在微生物作用下,一部分进行分解,另一部分有机质转化为特殊的腐殖质。根本地改变了母质的面貌,使母质转化成土壤。3) 地质大循环和生物小循环的关系:地质大循环是基础(物质的生物小循环是在地质大循环基础上发展起来的,没有地质大循环就不可能有生物小循环。没有生物小循环也就没有土壤);两种循环方向相反(地质大循环过程总的趋势是植物养分元素的释放、淋失过程,而生物小循环则是植物养分元素的积累过程)。2 土壤主要发生过程:1) 原始成土过程:形成了原始土壤,其特点是土层极薄 ,腐殖质含量很少,对人类无利用价值。2) 灰化过程:土体表层三、二氧化物及腐殖质淋溶、淀积而SiO2残留的过程。3) 粘化过程:土体中粘粒的生成、淋溶、淀积而导致粘粒含量增加的过程。4) 富铝化过程:盐基离子和硅酸大量淋失,铁、铝、锰在次生粘土矿物中相对积累。5) 钙化过程:碳酸盐在土体中淋溶、淀积的过程。6) 盐渍化过程;7) 碱化过程:即土壤吸收复合体上钠的饱和度很高。8) 潜育化过程:终年积水的土壤发生的还原过程。9) 潴育化过程:土壤形成中的氧化-还原过程。10) 白浆化过程:土壤表层由于上层滞水而发生的潴育漂洗过程(腐殖质层之下出现白色土层,称为白浆层)。11) 腐殖化过程:进入土壤中的生物残体,在土壤微生物作用下,合成为腐殖质的过程。以草原土壤最典型(由于气候、母质等因素作用,大量累积的有机质不能彻底分解)。12) 泥炭化过程:排水不良地方的有机物质的厚层聚集。13) 土壤的人工熟化过程:在人类的合理利用和定向培育下,土壤向着肥力提高的方向发展的过程。通常分为旱耕熟化过程和水耕熟化过程。第四章 土壤分类第一节 世界土壤分类概述1 土壤分类:依据土壤自身的发生发展规律,在系统认识土壤的基础上,对土壤所做的科学区分。2 以前苏联的土壤分类系统为代表的发生学分类:强调土壤与成土因素和地理景观之间的相互关系,以成土因素及其对土壤的影响作为土壤分类的理论基础,同时也结合成土过程和土壤属性作为土壤分类的依据。3 以美国的土壤分类系统分类为代表的土壤诊断学分类:分类所依据的具体指标是可以直接感知和定量测定的土壤属性,土壤类型的划分,主要根据诊断层和诊断特性。4 以西欧的土壤分类系统为代表的土壤形态发生学分类:土壤是一系列环境的产物,土壤分类应根据自然体的全部性状,并需与自然环境相联系;土类之间的差异是由形态(层次)发生发展的阶段性决定的;还按土壤水分渗透方向与程度、母质类型、土壤中物质特定动态等进行分类。第二节 中国的土壤分类1 中国土壤发生学分类1) 分类的基本原则:发生学原则(必须坚持成土因素、成土过程和土壤属性(较稳定的性态特征)三结合作为土壤发生学分类的基本依据,但应以土壤属性为基础)、统一性原则(在土壤分类中,必须将耕种土壤和自然土壤作为统一的整体进行土壤类型的划分)。2) 七级分类:以土类和土种为基本分类单元,共分为土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种、变种7级分类。2 中国土壤系统分类:以诊断层和诊断特性为基础的系统化、定量化土壤分类。1) 六级分类:中国土壤系统分类单元名称以土纲为基础,共分为土纲、亚纲、土类、亚类、土族和土系6级。3 土壤分类的发展趋势:今后的土壤分类应当以发生学原则为基础,以诊断属性为依据,以定量和计量化为手段。第五章 主要土壤类型第二节 灰化土4) 成土过程:灰化土最大的特点是具有灰化淀积层,因此其成土过程主要是灰化层形成过程和淀积层形成过程。* 灰化层形成过程大致可分为两个阶段:离铁作用(盐基淋溶的同时,土壤溶液逐渐由中性变为酸性,铁、锰被还原而淋溶,析出二氧化硅,形成灰化淋溶层)、灰化作用(在铁不断还原淋溶的同时,铝则不断因水解而析出淀积)* 淀积层的形成:铁、锰等被淋溶的盐类在下层土层中由于受到愈来愈丰富的盐基的中和而淀积,形成淀积层。第三节 弱淋溶土6 成土过程:弱淋溶土的降水量介于淋溶土和钙积土之间,所以,有着比淋溶土较弱的淋溶作用和比钙积土较弱的钙化作用。第四节 淋溶土4 成土过程:粘化过程和腐殖质累积过程。1) 粘化过程:分淋溶土分布的地区,夏季温暖多雨,冬季寒冷干燥,水分季节变化明显。在温暖多雨季节,原生矿物分解形成的粘土矿物一部分就地残积于土体层,成为残积粘化作用,另一部分粘粒随着季节性水分的变化,向下淋溶,在心土层淀积起来,同时铁、锰逐渐释放,并因氧化而淀积,使土体呈棕色,即淀积粘化。而这种颜色由高纬向低纬越来越鲜艳、醒目。2) 腐殖质的累积过程:淋溶土分布区的自然植被以针阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿阔叶-落叶阔叶混交林、草甸和草甸-沼泽类型的草本植物为主,生物量大,每年可生产较多的凋落物,腐殖质累积显著。第五节 富铝土5 成土过程:富铝化过程、生物富集过程。1) 富铝化过程:在雨季,原生矿物风化强烈,导致硅酸和盐基大量淋溶流失,而铁、铝氧化物相对积累,直至土层上部呈酸性反应时,铁铝氧化物开始溶解,并在酸度较低的下层发生凝聚沉淀作用;到了旱季,一部分的铁、铝氧化物又会随毛管水上升到达地表,在炎热干燥的条件下发生不可逆性的凝聚。这种现象的多次发生,遂使上层土壤的铁铝氧化物愈聚愈多。2) 生物富集过程:富铝土的生物富集作用表现出“强烈”的特点。该土纲下的植物不只生长量大,而且其残体的转化也极迅速,因此,它的生物自肥能力较强,并处于不断循环过程中。一旦植被受到破坏,将会引起强烈的水土流失,土壤肥力就会明显下降。第六节 钙积土5 成土过程:腐殖质积累过程和钙积过程并存。1) 腐殖质积累过程:土壤中的腐殖质积累主要靠草类地下发达的根系和残体的分解。草本植物夏季生长繁茂,由于冬季严寒漫长,土壤冻结,春季解冻,地表潮湿,微生物活动微弱,死亡的有机残体得不到充分的分解,年复一年腐殖质积累于土壤中,使土壤表层的颜色越来越变黑,形成明显的暗色表层。由于草类有机质含有丰富的盐基,养分在矿化过程中不断归还土壤,使土壤保持较高的盐基饱和度。2) 钙积过程:在半湿润和半干旱条件下,由于降水量不足,降水只能淋洗易溶性的氯、硫、钠、钾等盐类,钙、镁等盐类只部分淋失,而硅、铁、铝等基本上未移动。因此,土壤胶体表面和土壤溶液为钙、镁所饱和,钙积过程十分明显。 草原地区碳酸盐的移动和淀积,除受淋溶程度的影响外,还受土壤溶液中的二氧化碳含量制约。而二氧化碳的含量又取决于土壤水的温度,即水温愈低二氧化碳含量愈高。在夏季土壤温度自表层向下逐渐降低,二氧化碳的含量则逐渐增加,所以碳酸盐就愈来愈多地变为重碳酸盐向下淋洗。当重碳酸钙随水分下渗时,由于下层水分减少而使盐类淀积。第七节 荒漠土5 成土过程:1) 腐殖质累积作用微弱:荒漠地区的植被属小半灌木和灌木荒漠类型,有机物产量低,而且在干热的气候条件下,这些有限的有机质也迅速矿化,以致不可能形成明显的腐殖质层。荒漠土形成中,藻类、地衣等低等植物影响比较显著,低等植物在砾质戈壁上形成少量黑色腐殖质,它与可溶盐一起涂洒在砾石表面,形成荒漠岩漆,可在整个砾质戈壁的地表形成漠境砾幂,当地人们称它为黑戈壁。2) 石灰的表聚作用明显:在干旱的气候条件下,淋溶作用很微弱,在风化与成土过程中形成的石灰质未受淋失而就地聚积;同时土壤深层的石灰质,也以重碳酸钙形式随着水分的向上强烈蒸发移运到土壤表层,当土表增温干燥之后,重碳酸钙便迅速转化成碳酸钙,在表层产生聚积现象。气候越干旱,石灰表聚作用愈明显。棕漠土的石灰表聚作用最强,其次是灰棕漠土,灰漠土最轻。3) 石膏和易溶盐的聚积:在荒漠土中,无论母质粗细或成土年龄的大小,土壤剖面中都有不同程度的石膏和易溶盐的聚积,其累积的程度通常随着干旱程度的增加而增加,聚积量从灰漠土灰棕漠土棕漠土逐渐增加,而且聚积层位也按此顺序逐渐变浅。4) 砾质化:除黄土状母质上发育的荒漠土外,其他母质上发育的荒漠土一般表层都有厚薄不一的砂砾层覆盖。这些砂砾的来源,有的是岩石风化的残积层,有的是地质历史过程沉积的砂砾层。砾石含量由灰漠土灰棕漠土棕漠土递增。5) 弱铁质化作用:在荒漠砾幂的保护作用下,下层土壤细土物质显著增多,呈貌似“粘化层”的细土层,有氢氧化铁和氧化铁浸染或铁质化现象,并随着气温的增高而逐渐加强。第八节 盐渍土4 成土条件:1) “高、大、有”:地下水位高,矿化度高;降水量少,蒸发量大于降水量;母质中含有盐分。2) 地势低平,排水不畅。3) 分布特点:“高中洼(大范围),洼中坡(小范围)”。4) 耐盐植物可从深层吸收大量的可溶盐并留在表层,加速土壤的盐化5 成土过程:1) 盐化过程:地表水、地下水以及母质中含有的盐分,在强烈的蒸发作用下,通过土体毛管水的垂直和水平移动逐渐向地表积聚的过程。2) 碱化过程:交换性钠不断进入土壤吸收性复合体的过程,又称为钠质化过程。碱土的形成必须具备两个条件:一是有显著数量的钠离子进入土壤胶体;二是土壤胶体上交换性钠的水解。* 当土壤溶液含有大量苏打时,交换性钠进入土壤胶体的能力最强;* 当土壤中积盐和脱盐过程频繁交替发生时,促进了钠离子进入土壤胶体取代钙、镁的过程,使土壤发生碱化;* 碱土的形成往往与脱盐过程相伴发生。第九节 湿成土5 成土过程:1) 有机质累积过程:湿成土分布区水分充足,植物生长茂盛,有机质产量大,但分解速度缓慢(水多),因此,湿成土表层一般都有大量有机质累积。2) 潜育化过程:潜育化过程的发生应具备两个条件:一是渍水,二是有机质的嫌气性分解。沼泽土有机质在嫌气性微生物的活动下,产生还原性物质将铁还原,使潜育层呈现灰白色或蓝灰色。3) 氧化还原过程:地下水位升降频繁引起土体中的氧化还原作用交替进行,土壤中的铁、锰化合物随之迁移和局部淀积,在土壤剖面中出现锈纹、锈斑和铁锰结核。4) 归纳起来,沼泽土的形成过程包括泥炭化过程和潜育化过程两个基本过程。草甸土的形成过程包括腐殖质累积过程和氧化还原过程。潮土的形成过程包括旱耕熟化过程和氧化还原过程。黑土的形成过程包括腐殖质累积过程和氧化还原过程。6 主要性状:水分含量多,有机质含量丰富,土体中物质还原作用强,在土体一定部位显灰蓝色或灰色,有锈斑和铁子等新生体。第六章 植物类群特征与环境第一节 生物的起源与进化1 地球生命起源于地球上的化学进化过程。2 生物圈:地球上存在生命的部分称做生物圈,由大气圈的下层(对流层),水圈和岩石圈的上层(风化壳)组成。第二节 生物圈的生物构成1 主要生物类群(植物):原核生物类群、低等真核植物(菌藻类)类群、高等植物类(苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物)。2 植物的分类体系与命名:种是分类的基本单位。属名+种名+命名人。3 生物种:瑞典植物学家林奈提出(植物种志),种是形态相似的个体的集合,并指出同种个体可自由交配,能产生可育的后代,而不同种之间的杂交则不育,并创立了种的双命名法。第七章 生物与环境第一节 概述1 环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间,以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。对某个具体生物群落来讲,环境是指所在地段上影响该群落发生发展的全部无机因素(光、热、水、土壤、大气、地形等)和有机因素(动物、植物、微生物及人类)的总和。2 环境的类型:1) 按环境的主体分:以人为主体、以生物为主体;2) 按环境的性质分:自然环境、半自然环境(被人类破坏后的自然环境)和社会环境;3) 按环境的范围大小分:宇宙环境(或称星际环境)、地球环境、区域环境、微环境和内环境。* 区域环境:占有某一特定地域空间的自然环境。* 微环境:区域环境中,由于某一个(或几个)圈层的细微变化而产生的环境差异所形成的小环境。* 内环境:生物体内组织或细胞间的环境。3 环境因子分类:环境因子具有综合性和可调剂性。1) 以环境因子特点为标准:气候类、土壤类和生物类,包括七个并列的项目 :土壤、水分、温度、光照、大气、火和生物因子。2) 依据生物有机体对环境的反应和适应性:第一性周期因子、次生性周期因子及非周期性因子。3) 将非生物的环境因子分为三个层次。第一层:植物生长所必需的环境因子,如温、光、水等;第二层:不以植被是否存在而发生的对植物有影响的环境因子,如风暴、火山爆发、洪涝等;第三层:存在与发生受植被影响,反过来这些因子的发生与存在又直接或间接影响植被,如放牧、火烧等。4) 传统分类:生物因子(植物、动物和人)、非生物因子(气候、土壤和地形)。第二节 生态因素对生物的影响(生态作用)1 生态因子:环境中对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响的环境要素。所有生态因子构成生物的生态环境。具体的生物个体和群体生活地段上的生态环境称为生境。2 环境因子与生态因子的区别:环境因子指生物有机体以外的所有环境要素,是构成环境的基本成分。生态因子则指环境要素中对生物起作用的部分。3 生态因子的作用:1) 生态因子的综合作用:环境中各种生态因子不是孤立存在的,而是彼此联系、互相促进、互相制约,任何一个单因子的变化,必将引起其他因子不同程度的变化及其反作用。2) 直接作用和间接作用:如环境中的地形因子起间接作用,是通过影响光照、温度、雨水等因子的分布对生物产生作用的;而光照、温度、水分状况则对生物 类型、生长和分布起直接的作用。3) 主导因子作用:在诸多环境因子中,有一个生态因子对生物起决定性作用,称为主导因子,主导因子发生变化会引起其他因子也发生变化。4) 生态因子的阶段性作用:由于生物生长发育不同阶段对生态因子的需求不同,因此生态因子对生物的作用也具阶段性,这种阶段性是由生态环境的规律性变化所造成的。5) 生态因子的不可代替性和补偿作用:环境中各种生态因子对生物的作用虽然不尽相同,但都各具有重要性,尤其是作为主导作用的因子,如果缺少便会影响生物的正常生长发育,甚至生病或死亡。所以从总体上说生态因子是不可代替的,但是局部是能补偿的。6) 生态因子的限制性作用:* 限制因子:生物的生存和繁殖依赖于各种生态因子的综合作用,但是其中必有一种和少数几种因子是限制生物生存和繁殖的关键性因子,这些关键性的因子就是限制因子。任何一种生态因子只要接近或超过生物的耐受范围,它就会成为这种生物的限制因子。* 利比希最小因子定律:生物生长发育过程中,受最小量必须因子控制的规律称最小因子定律。7) 生态幅:每一个种对生态因子适应范围的大小即生态幅,分为生理生态幅和生态生态幅。生态幅主要决定于各个种的遗传特性。* 忍耐力:植物适应生态因子幅度和范围的能力。不同植物对同一种生态因子的忍耐力不同;同一种植物对不同的生态因子的忍耐力不同;同一种植物在不同的发育期忍耐力幅度不同;植物对环境的适应是表现在生态生态幅上,生理生态幅因竞争的原因很难达到4 各种生态因子的生态作用:光、温度、水、土壤、风、火、地形、生物。1) 光因子的生态作用及生物适应:* 光照强度对生物的生长发育和形态建成的作用:光照强度对植物细胞的增长和分化、体积的增长和重量的增加关系密切;光还促进组织和器官的分化,制约着器官的生长发育速度,使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。* 陆地上光的生态作用:* 光饱和点:光和效率达最大时的光照强度。* 光补偿点:光合作用率和呼吸作用率相等时的光照强度。* 按照植物对光照强度的适应性将植物分为阳地植物和阴地植物。* 水体中光的生态作用:只有在海洋表层的透光带内, 植物的光合作用量才能大于呼吸量。在水体中透光带的下部,植物的光合作用量刚好与植物的呼吸消耗相平衡之处, 就是所谓的补偿点。如果植物被带到补偿点以下而又不能很快回升表层植物会死亡。* 生物对光周期的适应:* 昼夜节律;* 植物的光周期:根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物和短日照植物。长日照植物通常是在日照时间超过一定数值(14h)才开花,否则便只进行营养生长。短日照植物通常是在日照时间短于一定数值(812h)才开花,否则就只进行营养生长。中等日照植物需要中等日照才能开花。还有一类中间性植物,其开花不受日照影响。2) 温度因子的生态作用及生物适应:节律性变温和极端温度。* 节律性变温:温度因子的周期性变化。* 温度与生物生长:生物生理过程所必须的酶都有它的最低温度、最适温度和最高温度,相应形成生物生长的“三基点”; 在一定的温度范围内,生物的生长速率与温度成正比(年轮)。* 温度与生物发育:如某些植物一定要经过一个低温“春化”阶段,才能开花结果。温度与生物发育的最普遍规律是有效积温。K = N(T-T0)上式中,K代表该生物所需的有效积温,它是个常数;T为当地该时期的平均温度();T0为该生物生长活动所需最低临界温度(生物零度);N为天数(d)。* 生物对极端温度的适应:* 生物对低温环境的适应:在形态方面,北极和高山植物的芽和叶片常受到油脂类物质的保护,有利于保持较高的温度,减轻严寒的影响。生活在高纬度地区的恒温动物,其身体往往比生活在低纬度地区的同类个体大(贝格曼规律),且身体的突出部分如四肢、尾巴和外耳等在低温环境中有变小变短的趋势(阿伦规律)。在生理方面,生活在低温环境中的植物常通过减少细胞中的水分和增加细胞中的糖类、脂肪和色素等物质来降低植物的冰点,增加抗寒能力。动物则靠增加体内产热量来增强御寒能力和保持恒定的体温。* 生物对高温环境的适应:就植物而言,形态上,有些植物生有密绒毛和鳞片,能过滤一部分阳光,叶片垂直排列减少光的吸收面积;生理上,靠旺盛的蒸腾作用降温;动物在行为上采取夏眠、穴居等方式。* 植物对温周期的适应:大多数植物在变温下发芽较好;植物的生长往往要求温度因子有规律的昼夜变化的配合。为了应对温度的周期性变化,植物具有冬眠和后熟作用的表现。* 温度与生物的地理分布:一般地说,温度暖和的地区生物种类多;反之,寒冷地区生物的种类较少。* 物候学:研究生物的季节性节律变化与环境季节变化关系的科学叫做物候学。* 休眠:生物的潜伏、蛰伏或不活动状态,是抵御不利环境的一种有效的生理机制。3) 水因子的生态作用及生物的适应:* 水是生物生存的重要条件。* 水影响植物种子的萌发、植物产品的质量和繁殖。* 水影响植物的种类、数量及地理分布。* 生物对水因子的适应:根据植物对水分的需求量和依赖程度,可把植物划分为水生植物和陆生植物。4) 土壤的生态作用及生物适应:* 植物与土壤之间发生着频繁的物质交换;生物的生长发育需要土壤经常不断地供给一定的水分、养料、温度和空气。* 植物对土壤因子的适应:根据植物对土壤酸度的反应,可以把植物划分为酸性土、中性土、碱性土植物生态类型;根据植物对土壤中矿质盐类(如钙盐)的反应,可把植物划分为钙质土植物和嫌钙植物;根据植物对土壤含盐量的反应,可划分出盐土和碱土植物。其中,根据植物对过量盐类的适应特点不同,又可将盐土植物分为聚盐性植物、泌盐性植物、不透盐性植物。5) 风、火、地形条件的生态作用及生物适应:* 风的生态作用及生物适应:形态上,形成旗形树;生理上,加剧蒸腾作用、传播花粉。作为对风因子的适应,有些植物根系发达,或果实或种子借助风来传播等。* 火的生态作用及生物适应:火灾可造成大面积植物死亡,同时释放大量矿质元素;火烧后的土壤结构变得疏松,蓄水能力和通气条件有所改善。而作为对火的适应,一些植物能经受住火烧胁迫,并利用火灾减轻植物间竞争的压力。它们进化为树皮很厚,导热性差;地下器官发达;萌蘖能力强;具有特殊的果实,火烧后才释放种子等。* 地形的生态作用及生物适应:通过改变光、热、水、土和风等自然条件间接地作用于植物,地形限制了植物分布,又促进了生态类群分异。作为对地形的适应,有些植物表现为耐旱、耐寒、耐瘠、抗紫外线等特征。6) 生物的生态作用及生物适应:* 动物对植物的生态作用:植食动物以植物为直接营养来源;动物帮助植物授粉;动物散布植物种子。* 植物之间的生态作用:* 营养关系:植物的营养方式可分为自养型与异养型。有些寄生植物完全依赖寄主的营养物质。* 机械性相互关系:根据植物之间的机械性相互关系,可将植物分为附生植物、藤本植物、绞杀植物。* 化学性相互关系:有些植物分泌刺激素,进入其他植物体内可以促进其生理机能;另一些植物分泌的有机物常抑制其他植物生长。* 竞争性关系:生境的物理-化学性质的影响是限制植物生长分布的基本条件,但在适宜某种植物生活的生态环境内,有时因受其他植物竞争的影响而实际分布有所改变。5 植物生活型和适应策略:1) 生活型:表示植物个体生活中能与外界环境和谐适应的形态。2) 生活型分类体系:休眠型、生长型两种生活型。* 休眠型:拉恩基尔认为植物延续生存的芽(更新芽)是对环境最敏感、最娇嫩和至关重要的部分,它对不利的恶劣条件的防御能力、防御特点可以做为植物适应环境特征的主

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