环境土壤学复习要点.doc

土壤的定义：土壤是历史自然体，是位于地球陆地表面的和浅水域底部的具有生命力、生产力的疏松而不均匀的聚集层，是地球系统的组成部分和调控环境质量的中心要素。土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏松而不均匀的覆盖层及其相关的生态与环境体系；它是地球系统的重要组成部分，处于其它圈层的交接面上(中心位置)，即是它们长期共同作用的产物，又是它们的支撑物。 Sq=f(L,H,B,A,i)土壤污染是指人为因素有意或无意地将对人类本身和其它生命体有害的物质施加到土壤中，使其某种成分的含量明显高于原有含量、并引起现存的或潜在的土壤环境质量恶化的现象。环境土壤学的研究内容：土壤环境的现状及其演变、化学物质在土壤环境系统中的行为、土壤环境与人体健康、人为活动对土壤环境的冲击、土壤环境工程等环境土壤学的研究方法：基础研究与应用研究相结合；宏观研究与微观研究相结合；综合与交叉的方法；野外调查与实验室研究相结合；传统的研究方法与现代新技术相结合。生态系统：在一定时间和空间内，生物与其生存环境以及生物与生物之间相互作用，彼此通过物质循环、能量流动和信息交换，形成的一个不可分割的自然整体。土壤生态系统：土壤同生物与环境间的相互关系网络，或者说是物质流与能量流所贯穿的一个开放性网状系统。其结构组成包括：生产者、消费者、分解者、参与物质循环的无机物质和有机物质、土壤内部水、气、固体物质等环境因子。土壤的机械组成（质地）：土壤颗粒(土粒)，构成土壤固相骨架的基本颗粒。土壤粒级：土粒大小分成若干组，称土壤粒级(粒组）大小相近、性质相似的土壤颗粒划为一组。粒级制：石砾，砂粒，粉粒，粘粒。 土壤颗粒分级：(mm)直径 国际制 美国制 卡庆斯制 中国制（1987）石砾 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土壤质地分为：砂性土、壤性土、粘性土。1、砂质土壤主要特性：砂粒大于50%；通气透水；养分少，不保水肥；环境容量小；易耕；温度变化快，暖性土。2、粘质土壤主要特性：粘粒高于30%；通气透水不良；保水保肥、养分含量高；升温慢，冷性土；耕性差，适合于禾谷类作物。3、壤质土壤主要特性：粉粒大于30%；环境容量相对大；性质介于黏土与砂土之间。土壤的物质组成：土壤是由固相、液相、气相和土壤生物体四部分组成。适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成为土壤孔隙占50，内含水分和空气；土壤固体占50%，其中矿物质占45，有机质占5% ；土壤生物体均生活在土壤孔隙之中。适宜的土壤三相比为：固相率50%左右，容积含水率25-30%，气相率15-25%。土壤液相部分：土壤溶液包括土壤水分(来源于降水和灌溉)和水溶物(养分污染物)。土壤水分类型：吸湿水、膜状水、毛管水、重力水1、土壤吸湿水：干土从空气中吸着水汽所保持的水称为吸湿水。最大吸湿量：干土在近于水汽饱和的大气中吸附水汽，并在土粒表面凝结成液态水的数量。2、土壤膜状水：当土壤含水量超过最大吸湿量时，则在吸湿水层外，又形成一层液体状态的水膜，这层水膜叫土壤膜状水。土壤膜状水达到最大值时的土壤含水量称为土壤最大分子持水量。3、土壤毛管水：存在于土壤毛管孔隙中的水分，称为毛管水。包括毛管悬着水和毛管上升水。毛管悬着水量达最大值时的土壤含水率称为田间持水量。4、重力水：当土壤的含水量超过了土壤的田间持水量，多余的水分不能为毛管力所吸持，在重力作用下将沿非毛管孔隙下渗，这部分土壤水分称为重力水。土壤空气变化规律：1）随着土层深度的增加，土壤空气中CO2含量增大，O2含量减少，无论在膜地或露地均是如此；2）气温和土温升高，根系呼吸加强，微生物活动加快，土壤空气中CO2含量增加，夏季CO2含量最高；3）覆膜田块的CO2含量明显高于未覆露地，而O2则反之；4）土壤空气中的CO2和O2的含量相互消长，二者总和维持在1922%之间。 土壤矿物分布规律：1）继承性-氧和硅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）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。（3）在地壳中，植物生长必需的营养元素含量很低而且分布很不平衡。原生矿物：指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。小结：土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势；土壤中原生矿物类型和数量的多少在很大程度上决定于矿物的稳定性，如长石和石英；土壤原生矿物是植物养分的重要来源。常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石以及其它硅酸盐类和非硅酸盐类。次生矿物：是原生矿物经风化变质作用后，改变了其形态、性质和成分形成的新矿物。分类：1、简单的盐类2、含水（水化程度不等）的氧化铁、氧化铝、氧化硅等氧化物类3、次生层状铝硅酸盐如高岭石、蒙脱石和水化云母类等。次生矿物颗粒大小一般均淀粉半纤维素纤维素；糖类物质的分解是土壤中生物物活动的主要能源（生物热）。2、含氮物质的分解思考题：旱地和水田含氮化合物的转化结果会有何差异？3.含磷和硫化合物的分解矿化率（mineralization rate)：每年因矿化而消耗的有机物质量占土壤有机质总量的百分数。 矿化率作为土壤矿化快慢的指标。一般土壤年矿化率为1%左右。注意：在好氧条件下，微生物活动旺盛，分解作用可进行较快而彻底，有机物质-CO2和H2O，而N、P、S等则以矿质盐类释放出来。在嫌气条件下，好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物。 在极端嫌气的情况下，还产生CH4、H2等还原物质，其中的养料和能量释放很少，对植物生长不利。 影响土壤有机质分解转化的因素1.温度：在035范围内，随着温度升高，有机物质分解速率增加。每上升10 ，土壤有机质分解速率升高10倍。温度高于45 和低于0 微生物的活性都会降低，有机物质分解速率变慢。高于50 就是纯氧化反应。思考题：南方土壤有机质含量为什么低于北方土壤？2.水分（通气性）：微生物生命活动一切条件都需要一定的湿度条件和通气条件。如果适度湿润且通气良好，土壤中的好气微生物活动旺盛，有机物质进行着好气分解，分解速度快。分解完全，矿化率高。中间产物少。养料释放多。不会产生有毒物质。如果湿度过大，水分堵塞了土壤孔隙，使通气状况受阻，嫌气微生物活动旺盛，有机物质分解慢，不彻底，有中间产物累积，释放还原性气体，产生环境效应，也影响植物生长。水田不宜提倡秸秆还田。不能以牺牲环境为代价，换取增产。3.pH：各类微生物最适条件：细菌中性；放线菌偏微碱性； 真菌酸性（36）；土壤pH高于8.5和低于5.5，都不适宜微生物活动。绝大多数微生物最适pH条件为中性。4.植物残体的特性：物理状态：新鲜程度、破碎程度、紧实程度；C/N比：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比意义：1.具有较高C/N的植物残体进入土壤会引起微生物与植物争氮现象。C/N比作为秸秆还田的重要技术参数需要考虑。2.不同土壤有一个相对稳定的C/N比。土壤碳的保持决定于土壤氮的水平。有机体的含氮量越大，则有机碳累积的可能性也就越大。所以，C/N不仅与土壤氮的有效性有关，而且也跟土壤有机质的保持有关。在耕作土壤管理中，两方面都需要考虑。腐殖化：有机物质在分解转化过程中，又重新合成腐殖质的过程。腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程：腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。有机质的形成分为两个阶段：第一阶段：产生了合成腐殖质原始材料：（1）芳香核：主要由木质素降解所产生（相关分析表明，植物性物质的腐殖化系数与其木质素含量呈正相关）。酚类氧化成醌所产生。【多元酚理论（较为盛行）】（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。第二阶段：合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合作用合成结果复杂的腐殖物质。腐殖化系数（humification coefficient）：单位重量的有机物料在土壤中分解一年后的腐殖物质数量(残留碳量)占原来加入有机物料数量的比例。腐殖化系数大小不仅取决于有机物质品种本身，也取决于各种环境条件：旱地土壤腐殖化系数一般在0.200.30，而水田则为0.250.40之间。有机质在土壤肥力上的作用：1）提供植物需要的养分碳素营养：碳素循环是地球生态平衡的基础。土壤每年释放的CO2达1.351011吨，相当于陆地植物的需要量氮素营养：土壤有机质中的氮素占全氮的90-98%磷素营养：土壤有机质中的磷素占全磷的20-50%其他营养：K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。 2）改善土壤特性1、物理性质：促进良好结构体形成；降低土壤粘性，改善土壤耕性；降低土壤砂性，提高保蓄性；促进土壤升温。2、化学性质：影响土壤的表面性质；影响土壤的电荷性质，影响土壤保肥性；影响土壤的络合性质；影响土壤缓冲性3、生理性质：影响根系的生长；影响植物的抗旱性影响植物的物质合成与运输；药用作用。有机质在土壤生态环境中的作用：有机质与重金属离子的作用；有机质对农药等有机污染物的固定作用；土壤有机质对全球碳平衡的影响全球碳循环是指碳素在地球的各个圈层(大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈) 之间迁移转化和循环周转的过程大气中的CO2被陆地和海洋中的植物吸收, 然后通过生物或地质过程以及人类活动干预, 又以二氧化碳的形式返回到大气中碳源可以理解为向大气圈释放碳的通量、过程或系统碳汇可以理解为从大气圈中清除碳的通量、系统、过程或机制。大气圈与陆地生态系统之间碳的交换过程存在的未知问题最多, 受人类活动的影响最大, 是全球碳循环的研究重点CO2、CH4和CO三种气体的源与汇则是主要的研究对象，其中以CO2最为重要。化石燃料燃烧与土地利用变化产生的CO 2 超过同期大气CO 2 的增量及海洋的吸收量使得CO2的未知汇：CO2收支失衡，一部分CO2“失踪”, 导致所谓的碳的“未知汇”(“missing sink”) 问题自从1938 年Callendar 首先提出CO 2 收支不平衡这一问题以来, 近70 年过去了, 这个问题仍然是困扰科学界的一大难题。它所依据的确凿资料在于以下三个方面: 1957 年开始的大气CO 2 浓度监测数据 近200 年的冰芯CO 2 数据 化石燃料燃烧释放的CO 2数据。这一“未知汇”一般认为存在于陆地生态系统, 分布区域可能在北半球中纬度地带, 而土壤和植被是可能的汇土壤是陆地生态系统碳库的最大组成部分全球范围内土壤以有机质和植物残体形式贮存的碳量超过植被贮存碳量的2-3倍而森林土壤又占陆地土壤碳库的45%,森林土壤碳库在全球碳平衡研究中具有重要作用对中国来说，碳循环的研究十分重要也十分紧迫，尤其是搞清在全球碳循环中中国陆地是碳源还是碳汇以及如何增加土壤碳汇, 这关系到中国未来能源政策和农业政策的制定及怎样履行由192 个国家在联合国气候变化框架公约中所达成的共识稳定当前的大气温室气体含量一个碳原子的旅程：据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.42108土壤生物的生物量只占到土壤有机质量的5%，但是它确是土壤中最活跃的组分土壤生态系统的特点1、生产者占的比例很小：藻类是土壤中唯一能进行光合作用的生物。土壤中藻类的数量不多，不到微生物总数的1%，但分布却很普遍。一般生长在土壤表层，多为单细胞绿藻和硅藻。土壤生态系统中的有机物主要来自于地上部分的植物残体。2、分解者无论在数量和功能上都是十分重要的土壤生物有: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）广义上，土壤生物包括动物、植物和植物的根系。土壤动物：长期或一生中大部分时间生活在土壤或地表凋落物层中的动物。它们直接或间接地参与土壤中物质和能量的转化，是土壤生态系统中不可分割的组成部分。 作用：1、破碎土壤中的生物残体，为微生物活动和有机物质进一步分解创造条件2、改变土壤的物理、化学以及生物学性质，对土壤形成及土壤肥力发展起着重要作用原生动物：生活于土壤和苔藓中的真核单细胞动物，属原生动物门。原生动物（Protozoa）简称“原虫”。后生动物的相对词。动物界最原始的一门。由单细胞构成，故也称“单细胞动物”；也有由单细胞集成群体的。体形微小，一般须用显微镜观察。分布于淡水、土壤和海洋中，或营寄生生活。部分种类为重要的病原体。通常分鞭毛虫纲、肉足虫纲、孢子虫纲、纤毛虫纲四纲。 按运动形式可分为三类：变形虫类（靠假足移动）、鞭毛虫类（靠鞭毛移动）、纤毛虫类（靠纤毛移动）后生动物：土居性的多细胞动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓(kuo yu)、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫土壤线虫：线虫属线形动物门的线虫纲，是一种体形细长（1毫米左右,取食微生物和其动物）的白色或半透明无节动物。线虫一般喜湿，主要分布在有机质丰富的潮湿土层及植物根系周围。可分为腐生型线虫和寄生型线虫。蚯蚓：土壤蚯蚓属环节动物门的寡毛纲，是被研究最早和最多的土壤动物。 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。作用：蚯蚓通过大量取食与排泄活动富集养分，促进土壤团粒结构的形成，并通过掘穴、穿行改善土壤的通透性，提高土壤肥力。因此，土壤中蚯蚓的数量是衡量土壤肥力的重要指标。 土壤微生物：指生活在土壤中借用光学显微镜才能看到的微小生物。单体数量最多、生物多样性最复杂、生物量最大土壤微生物的营养类型 根据微生物对营养和能源的要求，一般可将其分为四大类型：化能有机营养型：又称化能异养型所需能量和碳源直接来自土壤有机物质，比如大多数已知细菌和全部真核微生物化能无机营养型：又称化能自养型无需现成的有机物质，能直接利用空气中的二氧化碳或无机盐类生存的细菌，比如：硝化细菌光能有机营养型：又称光能异养型其能源来自光，但需要有机化合物作为供氢体以还原二氧化碳并合成细胞物质，如： 紫色非硫细菌（处理酿酒废水）光能无机营养型：又称光能自养型利用光能进行光合作用，以无机物作氢供体以还原二氧化碳合成细胞物质，比如：蓝细菌土壤微生物的呼吸类型 根据土壤微生物对氧气要求的不同，可分为：好氧微生物：在有氧环境中生长，以氧分子为呼吸基质氧化时的最终电子受体 兼性微生物：在有氧和无氧环境中均能进行呼吸的土壤微生物 厌氧微生物：在嫌气条件下进行无氧呼吸，以无机氧化物（NO3-、SO42-、CO2）作为最终电子受体，通过脱氧酶将氢传递给其它的有机或无机化合物，并使之还原 土壤细菌是一类单细胞、无完整细胞核的生物。它占土壤微生物总数的70%90%。基本形态有：球状、杆状和螺旋状土壤中存在各种细菌生理群，其中主要的有纤维分解细菌、固氮细菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等。在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要的角色。 生态习性：纤维分解细菌适宜中性至微碱性环境，在酸性土壤中纤维素分解菌活性明显减弱；纤维分解细菌的活动也受到分解物料C/N的影响。自生固氮细菌是指独自生活时能将分子态氮还原成氨，并营养自给的细菌类群。主要有好气性、嫌气性和兼性三种。共生固氮细菌是指两种生物相互依存生活在一起时，由固氮微生物进行固氮的作用。根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用最为重要。 根瘤菌是指与豆科植物共生，形成根瘤，能固定大气中分子态氮，向植物提供氮营养的一类杆状细菌。微生物分解含氮有机化合物释放氨的过程称为氨化过程。氨化细菌生态习性：最适土壤含水量为田间持水量的50%75%；最适温度为2535；适宜pH为中性环境。 思考：物料C/N比对氨化细菌活动强度和氨化过程的影响微生物氧化氨为硝酸并从中获得能量的过程称为硝化过程。硝化细菌生态习性：属化能无机营养型，适宜在pH6.68.8或更高的范围内生活；好气性细菌；最适温度为30。微生物将硝酸盐还原为还原态含氮化合物或分子态氮的过程称反硝化过程。反硝化细菌生态习性：最适pH值为68；最适温度为25。放线菌是原核微生物，菌丝比真菌细，菌丝断裂为孢子。大部分均属好氧腐生菌；产生抗生素，对其他有害菌能起拮抗作用；高温型的放线菌在堆肥中对其养分转化起着重要作用。 土壤真菌：是指生活在土壤中菌体多呈分枝丝状菌丝体，少数菌丝不发达或缺乏菌丝的具真正细胞核的一类微生物森林土壤和酸性土壤中，往往真菌占优势土壤真菌A、酵母菌（土壤中很少）B、霉菌（土壤中最多）C、伞菌 生态习性：适宜酸性；好气性微生物；化能有机营养型 。 真菌在土壤中的作用：是土壤有机质如糖类、纤维类、果胶和木质素等含碳物质分解的积极参与者和主要降解者；某些真菌和植物的根系产生菌根；促进土壤结构的形成，菌丝的穿插对于促进土壤的凝聚有重要的作用。藻类为单细胞或多细胞的真核原生生物。土壤藻类主要由硅藻、绿藻和黄藻组成。肥沃土壤，藻类生长旺盛，土表常出现黄褐色或黄绿色的薄藻层，硅藻多则是土壤营养丰富的证明。地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。地衣在土壤发生的早期起重要作用影响土壤微生物活性的环境因素：一、温度；二、水分及其有效性：一般在土壤含水量为田间持水量的50-80%之间较好，只有少数微生物能在较高渗透压溶液中生长发育，这些微生物称为嗜渗菌或嗜盐菌，极端嗜盐菌甚至能在15%30%盐浓度时生活；三、pH：大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜的pH值为6.57.5，在pH4.010.0也可以生长。放线菌一般在微碱性即pH7.58.0最适宜。酵母菌和霉菌则适宜于pH5.06.0的酸性环境,而生存范围可在pH5.09.0之间；4、 氧气和Eh值：好氧性微生物需要在有氧气或氧化还原电位高，Eh值为100mv以上的条件下生长，最适Eh值为300400mv。厌氧性微生物必须在缺氧或氧化还原电位Eh值100mv以下的条件下生长。五、生物因素：土壤中微生物按照来源不同可分为土居性和客居性，土居性微生物本身也存在互生、共生、拮抗、寄生、猎食现象，它们间的互为生存、互相制约使土壤微生物多样性；互生：二种可以单独生活的生物，当它们生活在一起时，通过各自的代谢活动而有利于对方，或偏利于一方的一种生活方式。是一种“可分可合，合比分好”的相互关系共生：二种生物共居在一起，相互分工协作、相依为命，甚至形成在生理上表现出一定的分工，在组织和形态上产生了新的结构的特殊的共生体。拮抗关系：非特异性和特异性（放线菌产生抗生素）寄生关系：寄生物从寄主获取养料，多数是对寄主有害的。土壤管理措施：一）土壤耕作；二）杀生剂和其他化学制剂：杀菌剂、熏蒸剂及其杀伤力强的化学剂、重金属等可造成土壤微生物区系的破坏，应禁用或慎用。高等植物的根是生长在地下的营养器官，单株植物全部的根总称为根系。 植物根系的形态 林木根系有不同形态，概括起来可将其分成五种类型：垂直状根系、辐射状根系、扁平状根系、串联状根系、须状根系植物根系通过根表细胞或组织脱落物、根系分泌物（200多种，低分子量的如低分子量有机酸、氨基酸、糖类、酚类等；高分子量的如黏胶质类、外酶等）向土壤输送有机物质，这些有机物质：一方面对土壤养分循环、土壤腐殖质的积累和土壤结构的改良起着重要作用；另一方面作为微生物的营养物质，大大刺激了根系周围土壤微生物的生长，使根周围土壤微生物数量明显增加。根际是指植物根系直接影响的土壤范围。通常把根际范围分成根际与根面二个区，受根系影响最为显著的区域是距活性根12毫米的土壤和根表面及共其粘附的土壤（也称根面）。 根际效应：由于植物根系的细胞组织脱落物和根系分泌物为根际微生物提供了丰富的营养和能量，因此，在植物根际的微生物数量和活性常高于根外土壤，这种现象称为根际效应。根际微生物：根际微生物是指植物根系直接影响范围内的土壤微生物。数量：总的来说，根际微生物数量多于根外类群：由于受到根系的选择性影响，根际微生物种类通常要比根外少菌根：是指某些真菌侵染植物根系形成的共生体。已发现有菌根的植物有二千多种，其中木本植物数量最多。分为外生菌根、内生菌根、内外生菌根外生菌根：真菌的菌丝（真菌的营养体呈丝状）大部分着生在幼根的表面，少量菌丝侵入到皮层细胞间隙中，这样的根根毛不发达，菌丝代替了根毛的作用， 吸收养料和水分外生菌根对寄主植物的作用有：扩大寄主植物根的吸收面。菌根真菌能产生生长刺激素，促进植物生长。防御林木根部病害，起机械屏障，防御病菌侵袭。产生抑制病菌的抑菌物质和抗生素类物质。利用外生菌根可使树木提前45年成材, 木材的产量提高40%外生菌根菌的研究应用，对于发展林业育苗，促进林木生长发育以及绿化荒山、矿厂废地有重要意义内生菌根：特点是真菌的菌丝体主要存在于根的皮层细胞间和细胞内，共生的植物仍保留有根毛同植物的关系：植物光合作用为真菌的生长发育提供碳源和能源；丛枝菌根增加了根圏的范围，增加了根系对水分的吸收，提高植物的抗旱能力，改善植物营养条件；丛枝菌根在植物吸收养料中的作用：扩大根系吸收范围，提高了从土壤溶液中吸收养料的吸收率；促进根圈微生物的固氮菌、磷细菌生长，并对共生固氮微生物的结瘤有良好的影响；与植物病害关系：有好有坏，不清楚。内外生菌根：是外生和内生菌根的混合型。在这种菌根中，真菌的菌丝不仅从外面包围根尖，而且还伸入到皮层细胞间隙和细胞腔内，如苹果、草莓等植物具有这种菌根土壤酶是指在土壤中能催化土壤生物学反应的一类蛋白质。土壤酶来源于土壤微生物和植物根，也来自土壤动物和进入土壤的动、植物残体。 存在状态：胞内酶：存在于土壤中微生物和动、植物的活细胞及其死亡细胞内的酶 胞外酶：以游离态存在于土壤溶液中或与土壤有机、矿质组分结合的脱离了活细胞和死亡细胞的酶 一般土壤酶较少游离在土壤溶液中，主要是吸附在土壤有机和矿质胶体上，并以复合物状态存在。土壤酶的种类与功能：氧化还原酶类（脱氢酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、硝酸盐还原酶）；水解酶类（芳基酯酶、磷酸酯酶、纤维素酶、转化酶(蔗糖酶）、脲酶）；转移酶类（葡聚糖蔗糖酶、果聚糖蔗糖酶、氨基转移酶）；裂解酶类（天冬氨酸脱羧酶、谷氨酸脱羧酶、芳香族氨基酸脱羧酶）土壤酶活性是指土壤中胞外酶催化生物化学反应的能力。常以单位时间内单位土重的底物剩余量或产物生成量表示，是衡量土壤肥力的重要指标。 影响因素：土壤性质（土壤质地、土壤水分状况、土壤结构、土壤温度、土壤有机质含量）；耕作管理措施（施肥、土壤灌溉、农药）生物活性物质：一）植物激素；二）植物毒素；三）维生素和氨基酸；四）多糖胶体（Colloid）又称胶状分散体，是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同相态的物质，一种分散，另一种连续。分散相是由微小的粒子或液滴所组成，分散相粒子直径在1nm1000nm之间的分散系；胶体是一种分散相粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系。根据分散系中颗粒的大小，分散系可分为溶液、胶体和悬液。土壤胶体颗粒是指直径小于2微米（或1微米）的土壤颗粒。土壤胶体颗粒是土壤中最活跃的部分之一，对土壤的结构性，保水性和保肥性，土壤环境容量等，均有一定的影响。有机胶体颗粒主要为腐殖物质胶体，还有少量的蛋白质，多肽 、氨基酸及多糖。一般为非晶质的，亲水性强。无机胶体颗粒又叫矿质胶体颗粒，主要包括：各种层状铝硅酸盐粘土矿物；含水氧化物。 沙土的无机胶体的含量比粘土少得多。有机-无机复合胶体颗粒：有机胶体和无机胶体颗粒通过物理、化学或物理化学的作用，相互结合在一起形成的。绝大部分有机胶体是以这种形式存在的。土壤胶体包括：胶体颗粒（分散相）、粒间溶液（分散介质）胶体颗粒（胶粒）结构1 胶核 胶体的基本部分，由粘土矿物，含水氧化物和腐殖质及有机-无机复合胶体的分子群组成。2 双电层 一般由土壤胶核表面的电荷（主要是净负电荷）和交换性离子的正电荷所构成。双电层：当带电胶核分散在溶液中时，电中性原理，相反电荷的离子在带电胶核表面的液相中积聚。此时，反离子一方面受胶体表面电荷吸引，趋向于排列在紧靠胶体表面，另一方面，由于离子热运动，这些反离子又会向相反方向扩散，当静电引力与热扩散相平衡时，胶体表面与溶液界面上，形成了由胶体表面电荷层（决定电位层）和溶液中补偿离子层（非活动性离子层和扩散层）所组成的电荷非均匀分布的空间结构-双电层带电胶体表面对反号离子的静电引力与离子热运动平衡的结果；胶粒表面补偿离子的分布随着距胶核表面距离的增加而减少，具有扩散特征。这种双电层称为扩散双电层。离子价数越高，离子浓度越大，K值越大（参数，1/K称为扩散双电层的厚度），双电层的厚度越小，因此，增加离子的价数和浓度，可使双层压缩，促进胶体凝聚不分散。对土壤胶体而言，具有负的电动电位，胶粒之间因带有相同的电荷处于相互排斥状态，具分散性。土壤阳离子的增加，胶体表面负电荷被中和，从而加强了土壤的凝聚土壤溶液中常见阳离子的凝聚能力：Na+k+NH+H+Mg2+Ca2+AI3+M2+M+-当土壤溶液中含有相同浓度的不同价离子时,土壤胶体首先吸附高价阳离子离子土壤中常见离子的交换能力的大小Fe3+,AI3+H+Ca2+Mg2+K+Na+H+是特例，H+离子半径小,水化程度也极弱,运动速度快，活动能力强。-化合价相同的离子,则取决于离子的大小(水合离子半径)2 离子半径及水化程度hydration 对于同价离子而言，原子量越低，离子半径越小，单位面积上的电荷密度越大，对水的吸引力在增加，水化程度越高，在阳离子周围包被着相当厚度的水膜，增加了阳离子与胶粒表面的距离，减弱了胶粒与离子的引力，而离子半径大的，则相反凡离子本身半径愈大，重量愈大的离子，其代换力和结合强度也愈大。因其水化膜薄，易于胶粒接近，所以彼此的引力较大。3 离子浓度concentration离子浓度大，能增强离子的交换能力。互补阳离子的效应：当土壤中有对之具有更强的吸持力的互补阳离子存在时，可使一种阳离子对另一种阳离子的代换变得更容易。例如K+，如果它的互补离子是Ca2+，而Ca2+的结合强度和代换力均大于K+，则可促进K+的有效性。如果K+的互补离子是Na+，Na+的结合强度和代换力小于K+，则抑制了K+的有效性。为促进植物吸收K离子，可利用这一效应。思考：含水云母较多的土壤如何提高土壤K元素的有效性？在土壤胶体上各种交换性盐基离子之间的相互影响的作用互补离子效应（陪伴离子效应）阳离子交换量：在一定pH值下，单位质量土壤所能吸附的全部交换性阳离子的容量(cmol（+）/kg)。“一定pH值”，一般是pH值为7，对石灰性土一般采用pH8.5。影响阳离子交换量的因子：1）质地土壤中具有吸附能力的土粒主要是粘粒、腐殖质和小部分细粉粒。质地越粘重、含粘粒越多的土壤，阳离子交换量越大。2）腐殖质含量腐殖质分子量大，功能团多，具有很大的吸收表面，带大量负电荷，它的阳离子交换量远比无机胶体大。所以含腐殖质丰富的土壤，阳离子交换量大。3）无机胶体的种类4）土壤酸碱性引起阳离子代换作用的土壤胶体上的负电荷总量是由粘土矿物晶格中离子的同晶置换作用、水化氧化铁铝的羟基（-OH）解离作用及有机质的解离作用所产生的。酸碱性影响胶核表面羟基（-OH）群解离。一般情况下，pH升高会增大土壤阳离子交换量。在pH3-4直到pH8-9，代换量随pH增加而增加。我国土壤的阳离子交换量，由南向北，由西向东，呈逐渐增大的趋势。南北的差异主要是由于粘土矿物的组成不同所致，东西差异还与西部土壤的质地较轻有关。因素：矿物组成、土壤质地、有机质的积累（气候生物因素等）C20cmol(+)/kg 吸附力强的土壤C10-20cmol(+)/kg 吸附力居中的土壤C 10cmol(+)/kg 吸附力弱的土壤阳离子的专性吸附：主要土壤胶体:铁、铝、锰的氧化物及其水合物被吸附的阳离子：过渡金属：对铁、铝、锰的氧化物胶体上的氧原子具有很强的极化能力,其离子变形能力亦强，进入双电层的内层,取代氢离子,与氧共价键结合,形成内络合物反应的结果使体系的pH值下降，表面电荷向正值转变阳离子专性吸附的环境意义：氧化物胶体对重金属离子具有富集作用；土壤是重金属元素的一个汇,专性吸附可以控制其由土壤溶液向植物体迁移；被专性吸附的离子不能被通常的提取交换性阳离子的试剂所提取；但同时也有潜在污染的问题重金属超富集植物：植物的根系能直接把污染元素从土壤中吸走，从而修复被污染的土壤我国土壤的酸碱性反应，大多数在pH4.58.5之间。在地理分布上有“东南酸西北碱”的规律性。大致可以长江为界（北纬33），长江以南的土壤为酸性或强酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。我国土壤的酸碱性南北差异很大。长江以南(北纬33)的土壤,如华南、西南的红壤、黄壤pH4.5-5.5,有的低至3.6（如台湾省的新八仙山和广东省丁湖山、五指山的黄壤，pH值有的低至3.63.8）华中华东地区的红壤pH5.5-6.5长江以北的土壤一般为中性或碱性, pH7.5-8.5,少数高至10.5（如吉林、内蒙古、华北的碱土pH值有的高达10.5）土壤酸化：土壤中H+的来源：多雨的自然条件下,降水量大于蒸发量,淋溶作用强烈,+取代土壤胶体上的盐基离子在交换过程中,H+的补给途径:水的解离、碳酸解离、有机酸的解离酸雨、施肥，其它无机酸土壤中铝的活化： 随土壤胶体+上的增多,氢饱和度增加,超过一定限度时,胶体晶粒的结构被破坏铝八面体解体,AI3+释放出来,成为活性铝,交换性AI3+新制备的氢胶体上,0.5h后,交换性酸中52-58%转变为交换性铝离子;6h后,交换性AI3+增加至72-98%不同粘粒转变速度不同,蒙脱石快于高岭石土壤酸化的影响因素：1气候因素温度、湿度直接影响风化过程及物质转化迁移；同时