植物生长与土壤环境.ppt

第七章植物生长与土壤环境 第七章植物生长与土壤环境 第一节土壤的固相组成第二节土壤的理化性质第三节土壤环境的调控 第一节土壤的固相组成 一 土壤矿物质二 土壤有机质三 土壤微生物 概述 土壤土壤是指地球陆地上具有肥力特征 能够生长绿色植物的疏松表层 土壤肥力是指土壤供应和协调植物的生长所需的养分 水分 空气和热量等生活因素的能力 因此我们把水 肥 气 热 称为四大肥力因素 要点 要点 土壤肥力 根据土壤肥力的来源 土壤肥力分为自然肥力和人为肥力 自然肥力是指土壤在自然因素综合作用下发生和发展起来的肥力 人为肥力是自然土壤经过开垦耕种以后 在人类生产活动影响下创造出来的肥力 根据土壤肥力的经济效果 土壤肥力分为有效肥力和潜在肥力 有效肥力是指在农业生产 当季生产 中能表现出来 产生经济效果的那部分肥力 潜在肥力是指暂时不能被植物吸收利用 在当季生产中没有直接反映出来的那部分肥力 本节要点 土壤组成 矿物质占38 以上有机质仅12 以下 矿物质 占固体重量的95 以上有机质 占固体重量的5 以下 体积比 重量比 被土壤溶液 土壤空气充满 固相液相气相 孔隙占50 左右 本节要点 一 土壤矿物质 土壤矿物质是岩石矿物风化形成的矿物颗粒的统称 包括原生矿物和次生矿物 土壤矿物质的化学组成 氧 硅 铝 铁 钙 镁 钠 钾 钛 磷等10种元素占土壤矿物质总重的99 以上 以氧 硅 铝 铁为最多 称之为土壤的骨干部分 本节要点 1 土壤粒级 粒级 按照土粒直径 粒径 的大小及其性质分成的若干个等级 土粒一般分为石砾 砂粒 粉粒 黏粒四个基本粒级 常用的分级标准有 国际制 卡庆斯基制和中国制 特点 颗粒愈大 透气性愈好 保水保肥力愈差 本节要点 1 土壤粒级 表7 1常用粒级分类标准 本节要点 2 土壤质地 土壤质地是指各粒级土粒占土壤重量的百分数 也叫土壤的机械组成 质地分类标准 国际制 卡庆斯基制 中国制 本节要点 我国土壤质地分类标准 本节要点 土壤质地与肥力的关系 砂粒大于50 养分少 通气透水 不保水肥 温度变化快 暖性土 耕性好 发小苗不发老苗 砂土类土壤 黏土类土壤 粘粒含量 30 养分充足 通透性差 保水保肥力强 难升温 难出苗 有后劲 壤土类土壤 砂粘适中 养分充足 土壤孔隙适当 保水保肥力强 土温暖 耕性好 有后劲 本节要点 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 引洪放淤 引洪漫沙 5 种树种草 培肥土壤 本节要点 二 土壤有机质 土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质 耕层土壤有机质含量通常在1 6 本节要点 1 土壤有机质的来源及形态 来源农业土壤有机质的重要来源是每年施用的有机肥料和每年作物的残茬和根系以及根系分泌物 形态新鲜有机质 土壤中未分解的动 植物残体 半分解的有机质 有机质已被微生物分解 多呈分散的暗黑色小块 腐殖质 有机残体在土壤腐殖质化的过程中形成的一类褐色或暗褐色的高分子有机化合物 本节要点 2 土壤有机质的转化过程 1 有机质的矿化过程有机质在微生物作用下 分解为简单无机化合物的过程 其最终产物为CO2 H2O等 2 土壤有机质的腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程 一般分两个阶段 第一阶段是在有机残体分解中形成腐殖质分子的基本成分 如多元酚 含氮有机化合物 如氨基酸 等 第二阶段是在各种微生物群 细菌 霉菌 链霉菌等 分泌的酚氧化酶作用下 把多元酚氧化成醌3 影响土壤有机质转化的因素 有机质的碳氮比 土壤水 热状况 土壤通气状况 土壤酸碱性 本节要点 有机质的分解与合成示意图 本节要点 3 腐殖质的组成和性质 一 腐殖质的组成 本节要点 3 腐殖质的组成和性质 二 腐殖质的性质1 腐殖质不是一种纯的化合物 而是代表一类有着特殊化学和生物本性的 构造复杂的高分子有机化合物 2 腐殖质的元素成分 主要是C H O N P S Ca等 3 腐殖质是一种黑色或棕色的有机胶体 以芳香族核为主体 附以各种功能团 4 腐殖质带有电荷 并且是两性胶体 在通常情况下 它所带的电荷是负的 5 腐殖质的凝聚作用 可促进土粒胶结起来形成水稳性的团粒结构 本节要点 4 土壤有机质对土壤肥力的作用 1 土壤养分的主要来源 2 改善土壤物理性质 3 提高土壤的保肥性和缓冲性 4 促进作物生长发育 5 有助于消除土壤的污染 本节要点 三 土壤微生物 土壤微生物是土壤中最原始的活有机体 其作用是 分解有机质 合成腐殖质 转化土壤中难溶性的矿质养分及固氮 细菌 70 90 好气菌 厌气菌 兼性厌气菌 固氮菌 根瘤菌 放线菌 5 20 碱性土壤 真菌 土壤表层 原生动物 鞭毛虫类 根足虫类 纤毛虫类 藻类 蓝绿藻 硅藻 绿藻 本节要点 第二节土壤的基本理化性质 一 土壤孔性二 土壤结构性三 土壤耕性四 土壤吸收性能五 土壤酸碱性 一 土壤孔性 土壤孔性 是指能够反映土壤孔隙总容积的大小 孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合特性 土壤孔性包括孔隙度 孔隙数量 和孔隙类型 孔隙的大小及其比例 前者决定着土壤气 液两相的总量 后者决定着气 液两相的比例 本节要点 1 土壤孔隙度 孔隙度 单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数 土壤容重 单位容积土壤 包括孔隙在内的原状土 的干重 土壤密度 单位容积固体土粒 不包括粒间孔隙 的质量 孔隙比 土壤中孔隙容积与土粒容积的比值 结构良好的耕层土壤的孔隙比应 1 本节要点 2 土壤孔隙类型 根据孔隙的大小及作用将土壤孔隙分为三级 非活性孔隙 毛管孔隙和通气孔隙 非活性孔隙 土壤中最细微的孔隙 当量孔径一般小于0 002mm 土壤水吸力 1 5 105Pa 保持在这种孔隙中的水分不易运动 也不能被植物吸收利用 因此属于无效孔 毛管孔隙 当量孔径约为0 02 0 002mm 土壤水吸力约1 5 104Pa 1 5 105Pa 具有毛管作用 水分可借助毛管弯月面力保持贮存在该类孔隙中 可被植物吸收利用 通气孔隙 孔径 0 02mm 土壤水吸力 1 5 104Pa 这类孔隙中的水分主要受重力支配而排出 因而这部分孔隙成为空气的通道 本节要点 3 影响土壤孔性的因素 1 土壤质地 黏土的总孔隙度大 一般为45 60 但孔径小而均一 砂土总孔隙度小 一般为33 45 孔隙以大孔隙居多 壤土孔隙度居中 孔径大小比例适当 2 土壤结构 具有团粒结构的土壤 多土壤疏松 孔隙状况好 含有其它结构体的土壤颗粒排列紧实 土壤总孔隙度相应降低 特别是空气孔隙度降低 而无效孔隙度增加 3 有机物质 由于有机物质本身疏松多孔 又能促进土壤结构的形成 所以富含有机物质的土壤孔度较高 4 自然和耕作因素 降雨 施肥 灌溉及耕作等外界条件对土壤孔性也有影响 本节要点 4 土壤孔隙状况与作物生长的关系 理想土壤孔隙状况 30cm耕层 上松下紧 上部土壤 0 15cm 总孔隙度为50 60 通气孔隙度15 20 上部有利于通气 透水和种子发芽 出土 下部土壤 15 30cm 总孔隙度为50 通气孔隙度10 下部紧实有利于保水和根系深扎 本节要点 二 土壤结构性 土壤结构性 土壤中结构体的形状 大小及其排列情况 常见的结构类型块状结构核状结构柱状结构片状结构团粒结构 本节要点 一 常见的结构类型 块状结构体 结构体属于立方体型 其长 宽 高三轴大体近似 边面棱不甚明显 块状结构在土壤质地比较粘重 缺乏有机质的土壤中容易形成 特别是土壤过湿或过干耕作时最易形成 核状结构体 结构体长 宽 高三轴大体近似 边面棱角明显 比块状结构体小 核状结构体一般多为石灰或铁质作为胶结剂 在结构面上有胶膜出现 故常具水稳性 这类结构体在粘重而缺乏有机质的表下层土壤中较多 本节要点 一 常见的结构类型 柱状结构体 结构体呈立柱状 棱角明显有定形者称为棱柱状结构体 棱角不明显无定形者称为拟柱状结构体 其柱状横截面大小不等 柱状结构体常出现于半干旱地带的表下层 以碱土 碱化土表下层或粘重土壤心土层中最为典型 片状结构体 结构体呈扁平状 其厚度可5cm 这种结构体往往由于流水沉积作用或某些机械压力所造成 常出现于森林土壤的灰化层 碱化土壤的表层和耕地土壤的犁底层 此外 在雨后或灌溉后所形成的地表结壳或板结层 也属于片状结构体 本节要点 1 常见的结构类型 团粒结构体 通常指土壤中近乎球状的小团聚体 其直径约为0 25 10mm 具有水稳定性 对土壤肥力诸因素具有良好作用 农林业生产中最理想的团粒粒径为2 3mm 粒径 0 25mm者称为微团粒 是形成团粒的基础 团粒结构体一般存在于腐殖质较多 植物生长茂盛的表土层中 团粒结构是经过多级复合团聚而成 总孔隙度较高 团粒内部主要是毛管孔隙 团粒之间主要是空气孔隙 大小孔隙并存 搭配得当 本节要点 2 土壤团粒结构形成 1 形成过程 单粒初级复粒或小土团初生胶粒粘接结构体 2 形成条件 胶结物质 外力作用胶结物质 有机胶体 腐殖质多糖粘液无机胶体 粘粒铁铝的氢氧化物等钙及其它阳离子 凝聚负电颗粒外力作用 胶体凝聚作用干湿交替与冻融交替生物作用 本节要点 3 团粒结构与土壤肥力的关系 协调土壤水 气矛盾协调土壤有机养分消耗与积累矛盾能稳定土壤温度 使温度状况适宜改良土壤耕性 有利于根系伸展 团粒结构是改进土壤固 液 气三相比的一个重要因素 有团粒结构的土壤中 水 肥 气热比较相互协调 被称为土壤肥力调节器 本节要点 创造良好的土壤团粒结构的措施 精耕细作 增施有机肥料合理的轮作倒茬合理灌溉 适时耕耘施用石灰及石膏土壤结构改良剂的应用 本节要点 三 土壤耕性 土壤耕性是指土壤在耕作过程中 所表现出来的特性 本节要点 1 土壤物理机械性 土壤的物理机械性是土壤多项动力学性质的统称1 土壤粘结性 土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质 是土壤有耕作时产生阻力的主要原因之一 2 土壤粘着性 土壤在一定含水量的情况下 土粒粘着外物表面的性能 3 可塑性 土壤在一定含水量范围内 可被外力任意改变成各种形状 当外力解除和土壤干燥后 仍能保持其变形的性能 土壤在塑性范围内不宜进行耕作 因为不仅阻力大 而且耕后易形成坷垃 不易耙耢破碎 达不到松土的目的 本节要点 2 土壤耕性 土壤耕性的内容 1 耕作的难易 土壤在耕作时受阻力的大小决定耕作效率和耕作成本的大小 2 耕作质量 耕后土壤所表现的状况及对作物生长的反映 3 宜耕期长短 最适宜耕作时间的长短 即是指不同水量最适宜耕作的时间 所以 土壤耕性实际上是肥力的综合指标 也是人类调节土壤与作物供求之间矛盾的主要根据 本节要点 3 土壤耕性的改良 增施有机肥 形成良好的团粒结构 降低粘质土壤的粘结性 粘着性和可塑性 改良土壤质地 客土掺砂或掺粘 翻砂压粘或翻粘压砂 合理灌排适时耕作 合理灌排水 控制在土壤下限含水量以下 避免土壤可塑性与粘重性出现 本节要点 四 土壤的吸附性能 土壤吸收性能是指土壤能吸收和保持土壤溶液中的分子和离子及悬液中的悬浮颗粒 气体以及微生物的能力 本节要点 一 土壤胶体 土壤胶体是指颗粒直径在1 100nm范围内的带电的土壤颗粒与土壤水组成的分散系 1 土壤胶体的种类 无机胶体 包括含水氧化铁 含水氧化铝 含水氧化硅等及层状铝硅酸盐类 即粘土矿物 有机胶体 包括各种腐殖质 还有少量的木素 蛋白质 纤维素等 有机无机复合体 土壤中矿质胶体和有机胶体很少单独存在 大多互相结合成为有机无机复合胶体 本节要点 2 土壤胶体的结构 1 微粒核 胶核 它是胶体的核心和基本物质 2 双电层 微粒核表面的一层分子 通常解离成离子 形成符号相反而电量相等的两层电荷 所以称之为双电层 双电层由决定电位离子层和补偿离子层组成 胶体微粒的构造图示 本节要点 3 土壤胶体的特性 1 土壤胶体具有巨大的比表面和表面能胶体数量愈多 比表面愈大 表面能也愈大 吸附能力也就愈强 2 土壤胶体电荷土壤胶体一般带负电 分永久电荷和可变电荷两种 永久电荷 由于粘土矿物晶层内的同晶置换所产生的电荷 可变电荷 电荷的数量和性质随介质pH而改变的电荷 PH升高 带负电荷增多 3 土壤胶体的分散性和凝聚性 土壤中胶体处于凝胶状态 可以形成水稳性团粒 对土壤理化性质有良好的作用 本节要点 二 土壤吸收性能 机械吸收 对固体物质的机械阻留作用物理吸收 对分子态的保持作用五种类型化学吸收 易溶性盐转变为难溶性盐物理化学吸收 对可溶性物质中离子态养分的保持能力生物吸收 根系 微生物的吸收以上五种吸收类型不是孤立的 而是相互联系 相互影响的 都具有重要的意义 本节要点 三 土壤离子交换作用 土壤离子交换作用土壤中带电胶体所吸附的阳 阴 离子与溶液中的阳 阴 离子进行交换 分别称为土壤阳离子交换作用和阴离子交换作用 土壤离子交换作用对土壤中养分的保持和供应起着重要作用 当土壤溶液中离子吸附在胶体上时 表示离子养分的暂时保蓄 即保肥过程 当胶体上的阳离子解离至土壤溶液中时 表示养分的释放 即供肥过程 本节要点 1 土壤阳离子交换作用 阳离子交换作用特点 a 可逆反应 b 反应迅速 c 等量交换 阳离子交换能力 其大小的顺序为 Fe3 Al3 H Ca2 Mg2 NH4 K Na 影响阳离子交换能力的因素 a 离子电荷数量 b 离子的半径及水化程度 c 离子浓度 土壤的阳离子交换量 CEC 反映了土壤的保肥性 供肥性能和缓冲能力 胶体物质越多 则CEC越大 有机胶体和2 1型蒙脱石类矿物CEC较大 PH值越高 CEC越大 本节要点 1 土壤阳离子交换作用 土壤的盐基饱和度 与土壤酸碱度有关 盐基饱和度 交换性盐基总量 阳离子交换量 100 土壤肥力角度来看 以盐基饱和度70 90 的土壤较好 影响阳离子有效度的因素 a 交换性阳离子的饱和度b 陪补离子效应 c 阳离子的非交换性吸附 本节要点 2 土壤阴离子交换作用 阴离子吸附类型a 易于被土壤吸附的阴离子b 很少或根本不被吸附的阴离子c 介于上述两者之间的阴离子 影响土壤对阴离子吸收的因素a 阴离子的价数 b 胶体组成成分c 土壤pH值 本节要点 五 土壤酸碱性 土壤酸碱性是指土壤溶液的反应 它反映土壤溶液中H 浓度和OH 浓度比例 同时也决定于土壤胶体上致酸离子 H 或Al3 或碱性离子 Na 的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数量 土壤酸碱性是土壤重要的化学性质 是成土条件 理化性质 肥力特征的综合反应 也是评价土壤肥力的重要指标 本节要点 1 土壤酸性 土壤酸性的来源胶体上吸附的H 或Al3 CO2溶于水所形成的碳酸有机质分解产生的有机酸 氧化作用产生少量无机酸施肥加入的酸性物质 酸雨等 土壤酸度的类型1活性酸 2 潜在酸 1 交换性酸度 2 水解性酸度 本节要点 2 土壤碱性 土壤的碱性主要来源土壤中交换性钠的水解所产生的OH 弱酸强碱盐类 如Na2CO3 NaHCO3 的水解 土壤碱化度是指交换性钠离子占阳离子交换量的百分率 当土壤碱化度为15 20 时称之为碱化土 若碱化度大于20 时称为碱性土 本节要点 3 酸碱性对植物和养分的影响 土壤酸碱性对植物的影响不同的栽培作物适应不同的pH范围 大多数作物 以pH 6 0 7 5的近中性的土壤为宜 土壤酸碱性对土壤肥力的影响影响土壤养分的转化和供应影响粘粒矿物的形成影响土壤理化性质 本节要点 4 土壤缓冲性 土壤缓冲作用的机制 1 土壤胶粒上的交换性阳离子 2 土壤溶液中的弱酸及其盐类的存在 3 土壤中两性物质的存在 4 酸性土壤中铝离子起着缓冲碱的作用土壤缓冲作用的重要性 1 缓冲性提供了适宜的植物生活环境 2 缓冲性和酸碱度改良影响土壤缓冲性的因素 1 粘粒矿物类型 2 粘粒的含量 3 有机质含量 本节要点 第三节土壤环境的调控 一 培肥土壤二 中低产田改良 一 土壤培肥 一 高产稳产田的指标 1 良好的土体构造 2 适量协调的土壤养分 3 良好的物理性质 二 土壤培肥的基本措施 1 增施有机肥料 培育土壤肥力 2 发展旱作农业 建设灌溉农业 3 合理轮作倒茬 用地养地结合 4 合理耕作改土 加速土壤熟化 5 防止土壤侵蚀 保护土壤资源 本节要点 二 中低产田改良 1 中低产田的形成原因盲目开荒滥伐森林 造成水土流失 砂地扩大 灌水方法落后 灌溉系统不完善 掠夺性经营 导致土壤肥力日益下降 土壤污染 土地利用价值降低 本节要点 2 中低产田的改良和利用 1 盐碱土的改良利用盐碱对作物的危害影响作物吸收水分 影响土壤养分的转化和吸收 对作物有毒害 腐蚀作用 降低光合作用和影响淀粉的形成 破坏