第三章 土壤的基本性质.pdf

第三章第三章 土壤的基本性质土壤的基本性质 物理性质物理性质 物理化学物理化学 性质性质 化学性质化学性质 土壤肥力土壤肥力 生物性质生物性质 生物生物 化学性质化学性质 生物生物 物理性质物理性质 第一节第一节 土壤孔隙性土壤孔隙性 小小 孔孔 隙隙 大大 孔孔 隙隙 一 土壤孔隙及孔性一 土壤孔隙及孔性 1 1 土壤孔隙 土壤孔隙 Soil pores 土粒之间相互连通 大小不等 形状各土粒之间相互连通 大小不等 形状各 异的空洞即为土壤孔隙 异的空洞即为土壤孔隙 2 2 土壤孔性土壤孔性 土壤孔性包括孔隙的数量 孔隙的大小及其比例 土壤孔性包括孔隙的数量 孔隙的大小及其比例 土壤孔隙的数量用孔隙度或孔隙比表示 土壤孔隙的数量用孔隙度或孔隙比表示 孔隙的多少决定着土壤孔隙的多少决定着土壤 液 气两相的总量 同时反映土壤协调水分和空气的能力 影响液 气两相的总量 同时反映土壤协调水分和空气的能力 影响 到土壤吸热 导热和土温的升降等 到土壤吸热 导热和土温的升降等 二 土粒密度 土壤容重 和孔度二 土粒密度 土壤容重 和孔度 1 1 土粒密度 土粒密度 Soil particle density 是指单位体积固体土粒 是指单位体积固体土粒 不包括粒间孔隙不包括粒间孔隙 的质量 单 的质量 单 位位g cmg cm3 3 与土壤组成有关 常用土壤密度值 与土壤组成有关 常用土壤密度值2 65 g cm2 65 g cm3 3 多数土壤矿物密度在多数土壤矿物密度在2 62 6 2 7g cm2 7g cm3 3 将 将2 652 65作为土壤作为土壤 矿物的平均值 矿物的平均值 表表 4 4 1 1 土壤中常见组分的密度土壤中常见组分的密度 克克 厘米厘米 3 3 石石 英英 正长石正长石 斜长石斜长石 白云母白云母 黑云母黑云母 角闪石角闪石 辉辉 石石 纤铁矿纤铁矿 2 60 2 68 2 54 2 57 2 62 2 76 2 77 2 88 2 70 3 10 2 85 3 57 3 15 3 90 3 60 4 10 赤铁矿赤铁矿 磁铁矿磁铁矿 三水铝石三水铝石 高岭石高岭石 蒙皂石蒙皂石 伊利石伊利石 腐殖质腐殖质 4 90 5 30 5 03 5 18 2 30 2 40 2 61 2 68 2 53 2 74 2 60 2 90 1 40 1 80 2 土壤容重土壤容重 soil bulk density 自然状态下单位体积原状土壤的自然状态下单位体积原状土壤的干土干土质量质量 g cm3 或或t m3 总小 总小 于土粒密度 于土粒密度 土壤容重的范围土壤容重的范围1 0 1 8 g cm3 土壤容重土壤容重 干土质量干土质量 土壤容积 自然状态 土壤容积 自然状态 容重表达的意义 容重表达的意义 1 表达土壤的松紧度及孔隙状况 表达土壤的松紧度及孔隙状况 2 计算耕层土壤重量 养分重量 水份重量和孔隙度 计算耕层土壤重量 养分重量 水份重量和孔隙度 耕层土壤重量 耕层土壤体积耕层土壤重量 耕层土壤体积 土壤容重土壤容重 耕层养分重量 耕层土壤重量耕层养分重量 耕层土壤重量 养分含量养分含量 耕层水份重量 耕层土壤重量耕层水份重量 耕层土壤重量 水份含量水份含量 例 土壤容重为1 45 g cm3 计算每亩耕层 15cm 的土重 667m2 0 15m 1 45t m3 153t 30万斤 万斤 影响土壤容重的因素 影响土壤容重的因素 1 土壤质地 沙土土壤质地 沙土 壤土壤土 粘土粘土 2 有机质含量 含量越高 容重越小 有机质含量 含量越高 容重越小 跟土壤含水量有何关系 跟土壤含水量有何关系 3 土壤孔度土壤孔度 Soil porosity 单位体积自然状态土壤中 所有孔隙体积占土壤总体积单位体积自然状态土壤中 所有孔隙体积占土壤总体积 的百分数 为土壤孔度 的百分数 为土壤孔度 孔隙容积孔隙容积 土壤孔隙度 土壤孔隙度 100 土壤容积土壤容积 土壤容积 土粒容积土壤容积 土粒容积 100 土壤容积土壤容积 容重容重 1 100 土粒密度土粒密度 土壤孔度与土壤容重成反比关系 土壤孔度与土壤容重成反比关系 影响土壤孔隙度的因素 影响土壤孔隙度的因素 质地质地 结构结构 有机质含量有机质含量 举例 举例 1 某土壤耕层容重为 某土壤耕层容重为1 33g cm3 土壤土粒 土壤土粒 密度为密度为2 65g cm3 求该土壤的总孔隙度 求该土壤的总孔隙度 将上述参数代入公式即得 将上述参数代入公式即得 土壤总孔隙度土壤总孔隙度 1 1 33 2 65 100 50 50 三 土壤孔隙类型三 土壤孔隙类型 通气孔隙通气孔隙 孔隙直径在孔隙直径在0 02mm0 02mm以上的大孔隙 孔隙中的水分在重力作以上的大孔隙 孔隙中的水分在重力作 用下排出 或为通气的通道 称通气孔隙 空气孔隙 旱地用下排出 或为通气的通道 称通气孔隙 空气孔隙 旱地 土壤通气孔隙在土壤通气孔隙在8 8 10 10 以上 植物正常生长 以上 植物正常生长 毛管孔隙 毛管孔隙 孔隙直径在孔隙直径在0 020 02 0 002mm0 002mm 土壤水吸力为 土壤水吸力为1 5 1 5 10104 4 1 5 101 5 105 5PaPa 具有毛管作用 孔隙中水的毛管传导率大 具有毛管作用 孔隙中水的毛管传导率大 易于被植物利用 易于被植物利用 非活性孔隙 非活性孔隙 当量孔径当量孔径 0 002mm1 5 10 1 5 105 5PaPa 特 特 点 最细的孔隙 束缚水 非活性 无效孔 移动慢 难被植点 最细的孔隙 束缚水 非活性 无效孔 移动慢 难被植 物吸收 粘质土中非活性孔隙多 耕性差 粘着力强 物吸收 粘质土中非活性孔隙多 耕性差 粘着力强 土壤总孔度 土壤总孔度 非活性孔度 非活性孔度 毛管孔度 毛管孔度 通气孔度通气孔度 其中 非活性孔度其中 非活性孔度 非活性孔容积非活性孔容积 土壤容积土壤容积 毛管孔度毛管孔度 毛管孔容积毛管孔容积 土壤容积土壤容积 通气孔度通气孔度 通气孔容积通气孔容积 土壤容积土壤容积 四 土壤孔性的影响因素及其调控四 土壤孔性的影响因素及其调控 质地的影响质地的影响 砂土砂土30 30 40 40 壤土 壤土45 45 52 52 黏土 黏土45 45 60 60 土壤结构的影响土壤结构的影响 有机质的影响有机质的影响 五 土壤孔性的生产意义五 土壤孔性的生产意义 土壤孔性与肥力土壤孔性与肥力 土壤孔性与作物生长土壤孔性与作物生长 土壤孔隙状况的调节土壤孔隙状况的调节 合理耕作合理耕作 增施有机肥增施有机肥 改良土壤质地改良土壤质地 一 土壤结构 一 土壤结构 Soil structure 土壤结构土壤结构指土粒的排列 组合形式 包含两重含义指土粒的排列 组合形式 包含两重含义 土壤土壤结构体结构体和和土壤结构性土壤结构性 土粒相互团聚成大小 形状和性质不同的团聚体 土粒相互团聚成大小 形状和性质不同的团聚体 称为称为土壤结构体土壤结构体 土壤结构性是由土壤结构的种类 数量 土壤结构性是由土壤结构的种类 数量 及结构体内外的空隙状况等综合性质 及结构体内外的空隙状况等综合性质 第二节第二节 土壤结构性土壤结构性 1 1 块状结构 块状结构 Blocky 形状 立方体型 纵轴和横轴大体相等 边面不明显 内部形状 立方体型 纵轴和横轴大体相等 边面不明显 内部 紧实 紧实 产生条件 熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的产生条件 熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的 底土多为块状结构 底土多为块状结构 大小划分 大块状结构大小划分 大块状结构 直径直径 10cm 10cm 坷垃 坷垃 小块状结构直小块状结构直 径径5 5 10cm10cm 二 土壤结构体种类二 土壤结构体种类 Soil structure types 2 核状结构核状结构 形状 立方体型 边面明显的多棱角碎块 内部紧实 泡形状 立方体型 边面明显的多棱角碎块 内部紧实 泡 水后不易散碎 水后不易散碎 产生条件 在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成产生条件 在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成 核状结构 核状结构 大小划分 大核状 直径大小划分 大核状 直径 1 cm 1 cm 小核状直径为 小核状直径为5 5 10 mm10 mm 蒜瓣土 蒜瓣土 3 柱状柱状 columnar 形状 侧面 横断面形状不规则 形状 侧面 横断面形状不规则 产生条件 柱状结构是碱化土壤的标志特征 常在干旱半干产生条件 柱状结构是碱化土壤的标志特征 常在干旱半干 旱地带的底土出现 旱地带的底土出现 大小划分 大柱状结构 大小划分 大柱状结构 5cm 柱状结构 柱状结构 3 5cm 小柱状 小柱状 结构 结构 5cm 5cm 棱柱状结构 棱柱状结构 3 3 5cm5cm 小棱柱状结构 小棱柱状结构 3cm5cm 5cm 1cm 1cm者为片状 者为片状 7 7 团粒结构团粒结构 granular structure 形状 近似于球形 疏松多孔的小土团称团粒结构 形状 近似于球形 疏松多孔的小土团称团粒结构 是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征 是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征 大小划分 一般为大小划分 一般为0 25 10mm 0 25mm者称微团粒者称微团粒 microaggregate 水稻土中多为微团粒结构 农业生产中 水稻土中多为微团粒结构 农业生产中 最理想的团粒径为最理想的团粒径为2 3mm 不良结构体 不良结构体 块状 核状 柱状 棱柱状和片状结构体主块状 核状 柱状 棱柱状和片状结构体主 要是小的非活性孔隙 结构体之间大的通气孔隙 往往成为要是小的非活性孔隙 结构体之间大的通气孔隙 往往成为 漏水漏肥的通道 植物根系很难穿扎 干裂时常扯断根系 漏水漏肥的通道 植物根系很难穿扎 干裂时常扯断根系 良好结构体 良好结构体 团粒结构体 团粒结构体 不仅总孔隙度大 而且内部有不仅总孔隙度大 而且内部有 多级大量的大小孔隙 团粒之间排列疏松 大孔隙较多 兼多级大量的大小孔隙 团粒之间排列疏松 大孔隙较多 兼 有蓄水和通气的双重作用 有蓄水和通气的双重作用 土土 壤壤 团团 粒粒 体体 团粒结构体的特点 团粒结构体的特点 团粒结构土壤的大小孔隙兼备 团粒结构土壤的大小孔隙兼备 团粒结构土壤中水 气矛盾的解决 团粒结构土壤中水 气矛盾的解决 团粒结构土壤的保肥与供肥协调 团粒结构土壤的保肥与供肥协调 团粒结构使土壤宜于耕作 团粒结构使土壤宜于耕作 四 改善与恢复土壤结构的措施四 改善与恢复土壤结构的措施 精耕细作 增施有机肥料精耕细作 增施有机肥料 精耕细作结合施用有机肥料是我国目前大多数地区创精耕细作结合施用有机肥料是我国目前大多数地区创 造良好结构的主要方法 造良好结构的主要方法 合理轮作倒茬 扩大绿肥及牧草的种植面积合理轮作倒茬 扩大绿肥及牧草的种植面积 各种作物本身的生物学特点和相应的耕作管理制度对各种作物本身的生物学特点和相应的耕作管理制度对 土壤团粒结构的形成具有很大的影响 土壤团粒结构的形成具有很大的影响 科学的土壤管理科学的土壤管理 酸性土施用石灰 碱性土施用石膏 酸性土施用石灰 碱性土施用石膏 土壤结构改良剂的应用土壤结构改良剂的应用 土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒 提高土壤土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒 提高土壤 肥力和固定表土 保护耕层 防止水土冲刷的矿物质制剂肥力和固定表土 保护耕层 防止水土冲刷的矿物质制剂 腐殖质制剂和人工合成聚合物制剂 它是根据土壤中团 腐殖质制剂和人工合成聚合物制剂 它是根据土壤中团 粒结构形成的客观规律 提取腐殖质 木质素等物质作为粒结构形成的客观规律 提取腐殖质 木质素等物质作为 团粒的胶结剂团粒的胶结剂 第三节第三节 土壤耕性土壤耕性 1 1 土壤的物理机械性土壤的物理机械性 指当土壤受到外力作用 如耕作 时发生形变 显示出指当土壤受到外力作用 如耕作 时发生形变 显示出 一系列动力学特性 它包括一系列动力学特性 它包括土壤黏结性 土壤黏着性 土土壤黏结性 土壤黏着性 土 壤可塑性壤可塑性 土壤土壤黏结性黏结性 指土粒间互相粘结在一起的性质 力学本质 指土粒间互相粘结在一起的性质 力学本质 范德华力 氢键 库仑力 水膜表面张力 范德华力 氢键 库仑力 水膜表面张力 它使土壤具有抵抗机械破碎的能力 增加耕 作阻力 并影响耕作质量 阻碍植物根系的发育 土壤的土壤的黏着性黏着性 指在湿润状态下土壤粘着于其它物体表面的 指在湿润状态下土壤粘着于其它物体表面的 能力 土壤粘着性实际上是土粒能力 土壤粘着性实际上是土粒 水分水分 外外 物相互吸引的性能 物相互吸引的性能 这种性质使土壤在耕作时粘着农具 增加摩擦阻力 这种性质使土壤在耕作时粘着农具 增加摩擦阻力 造成耕作困难 整地质量恶劣造成耕作困难 整地质量恶劣 土壤土壤可塑性可塑性 是指土壤在外力的作用下变形 当外力撤 是指土壤在外力的作用下变形 当外力撤 消后仍能保持这种变形的特性 也称可塑性 消后仍能保持这种变形的特性 也称可塑性 土壤过干或过湿都不表现可塑性 可塑性随土土壤过干或过湿都不表现可塑性 可塑性随土 壤水分增加而增强 达到田间持水量时 可塑壤水分增加而增强 达到田间持水量时 可塑 性最大 然后随水分含量增加减小 性最大 然后随水分含量增加减小 土壤的土壤的胀缩性胀缩性 土壤在其含水量发生变化时体积的变化称为 土壤在其含水量发生变化时体积的变化称为 土壤胀缩性 土壤胀缩性 土壤在可塑范围内不宜耕作 如果在此时进行耕作 阻力既土壤在可塑范围内不宜耕作 如果在此时进行耕作 阻力既 大 又会使土壤沿犁壁塑成泥块或长条 不能达到破碎土块大 又会使土壤沿犁壁塑成泥块或长条 不能达到破碎土块 的目的 的目的 2 2 土壤耕性土壤耕性 概念 指耕作中土壤表现出的各种性质以及耕作后土壤的状况 概念 指耕作中土壤表现出的各种性质以及耕作后土壤的状况 土壤耕性的好坏主要表现在三个方面 土壤耕性的好坏主要表现在三个方面 a a 耕作阻力要小 耕作阻力要小 b b 耕作质量要好 耕作质量要好 c c 宜耕期要长 宜耕期要长 土壤耕性良好的典型表现 无论干耕 湿耕 均不顶犁 不土壤耕性良好的典型表现 无论干耕 湿耕 均不顶犁 不 粘犁 耕后的土壤酥脆 能破碎成大小不同的团聚体 耕作阻力粘犁 耕后的土壤酥脆 能破碎成大小不同的团聚体 耕作阻力 小 宜耕期长小 宜耕期长 3 3 影响土壤耕性的因素 影响土壤耕性的因素 土壤质地土壤质地 土壤结构土壤结构 土壤有机质含量土壤有机质含量 土壤含水量土壤含水量 4 少耕和免耕少耕和免耕 耕作的基本目的 耕作的基本目的 改良土壤结构改良土壤结构 把作物残茬和有机肥料掩埋并掺和到土壤中去把作物残茬和有机肥料掩埋并掺和到土壤中去 控制杂草或其它不需要的植株控制杂草或其它不需要的植株 问题的提出 问题的提出 翻耕使土壤压板严重 翻耕使土壤压板严重 由于大型农机具的运用 土壤受到较重 荷载 时 容由于大型农机具的运用 土壤受到较重 荷载 时 容 重增大 孔隙度减小 水热气肥运转受阻 肥力大幅度下降重增大 孔隙度减小 水热气肥运转受阻 肥力大幅度下降 的现象 的现象 山区水土流失加剧 翻耕使表土层疏松 粗糙 水土流失加剧 山区水土流失加剧 翻耕使表土层疏松 粗糙 水土流失加剧 干旱地区水份蒸发损失加大 翻耕使下部土层土壤翻于表面 水干旱地区水份蒸发损失加大 翻耕使下部土层土壤翻于表面 水 份蒸发损失加快 份蒸发损失加快 少耕 或 免耕 的 少耕 或 免耕 的优点优点 1 1 避免土壤压板 节省劳力和燃料能源 避免土壤压板 节省劳力和燃料能源 2 2 增加地面覆盖 秸秆 绿肥 防止土壤冲刷 减少因翻耕增加地面覆盖 秸秆 绿肥 防止土壤冲刷 减少因翻耕 而散失的土壤水份 而散失的土壤水份 3 3 增加土壤有机质的积累 增加土壤有机质的积累 缺点缺点 1 1 随着免耕年限的延长 土粒结持紧密 通气孔隙不足 积累随着免耕年限的延长 土粒结持紧密 通气孔隙不足 积累 还原物质 根系生长不良 还原物质 根系生长不良 2 2 病虫害严重 其消除需要特殊药剂 病虫害严重 其消除需要特殊药剂 第四节第四节 土壤胶体土壤胶体 土壤胶体是土壤中最活跃的物质 土壤的理化性土壤胶体是土壤中最活跃的物质 土壤的理化性 质 如土粒的分散与凝聚 离子吸附与代换 酸碱度 质 如土粒的分散与凝聚 离子吸附与代换 酸碱度 缓冲性 粘结性和可塑性等都与土壤胶体性质有关 缓冲性 粘结性和可塑性等都与土壤胶体性质有关 土壤胶体性质的研究 对深入理解土壤理化性质土壤胶体性质的研究 对深入理解土壤理化性质 的本质 针对性改良土壤结构有重要意义 的本质 针对性改良土壤结构有重要意义 一一 土壤胶体的概念及种类土壤胶体的概念及种类 土壤胶体 土壤胶体 大小在大小在1 100nm 在长在长 宽和高三个方向上宽和高三个方向上 至至 少有一个方向在此范围内少有一个方向在此范围内 的土壤固体颗粒的土壤固体颗粒 分三种类型分三种类型 土壤无机胶体土壤无机胶体 层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土矿物 有有 1 1型如高岭石 型如高岭石 2 1型如型如 蒙脱石蒙脱石 氧化物及其水合物氧化物及其水合物 Al Fe Si Ca Mn Ti的氧化物及水的氧化物及水 合氧化物 常呈胶膜被覆于土粒表面 合氧化物 常呈胶膜被覆于土粒表面 土壤有机胶体土壤有机胶体 主要是腐殖质及其各种组分 此外还有少量的蛋白质或主要是腐殖质及其各种组分 此外还有少量的蛋白质或 氨基酸 多肽 多糖类化合物 氨基酸 多肽 多糖类化合物 土壤有机矿质复合体土壤有机矿质复合体 二 土壤胶体的构造二 土壤胶体的构造 土壤胶体是一种分散系统 土壤胶体分散系统由胶体微土壤胶体是一种分散系统 土壤胶体分散系统由胶体微 粒 分散相 和微粒间溶液 分散介质 两大部分构成 粒 分散相 和微粒间溶液 分散介质 两大部分构成 土壤胶体颗粒又叫胶胞或胶团 土壤胶体颗粒又叫胶胞或胶团 胶胶体微粒在构造上可分为微粒核 决定电位离子层和补体微粒在构造上可分为微粒核 决定电位离子层和补 偿电位离子层三部分 决定电位离子层与补偿电位离子偿电位离子层三部分 决定电位离子层与补偿电位离子 层共同组成胶体微粒的双电层 层共同组成胶体微粒的双电层 土壤胶团土壤胶团 土壤溶液土壤溶液 胶核胶核 双电层双电层 决定电位离子层决定电位离子层 内层 内层 补偿离子层补偿离子层 非活性层非活性层 扩散层扩散层 胶粒胶粒 1 1 微粒核 胶核 微粒核 胶核 微粒核是土壤胶体微粒的核心部分 它是由组成胶体微粒微粒核是土壤胶体微粒的核心部分 它是由组成胶体微粒 的基本物质的分子群所组成 的基本物质的分子群所组成 2 2 双电层双电层 双电层分以下两层 双电层分以下两层 1 1 决定电位离子层 内离子层 决定电位离子层 内离子层 是吸附在胶粒核表面 决定胶粒电荷正负及大小的是吸附在胶粒核表面 决定胶粒电荷正负及大小的 一层离子 一层离子 2 2 补偿离子层 外离子层 补偿离子层 外离子层 凭借内离子层所带电荷的静电引力 吸附土壤溶液中凭借内离子层所带电荷的静电引力 吸附土壤溶液中 与其相反电荷的离子 形成补偿离子层 与其相反电荷的离子 形成补偿离子层 分为两个层次 分为两个层次 非活性补偿离子层 扩散层非活性补偿离子层 扩散层 胶 体 微 粒 的 扩 散 双 电 层 构 造 图 式 胶 体 微 粒 的 扩 散 双 电 层 构 造 图 式 巨大的比表面积和表面能巨大的比表面积和表面能 单位质量物体的总表面积称为比表面积单位质量物体的总表面积称为比表面积 cmcm2 2 g cm g cm2 2 cm cm3 3 胶体表面可分内表面和外表面胶体表面可分内表面和外表面 内表面内表面 指膨胀性粘土矿物的晶层内部表面和腐殖质分子 指膨胀性粘土矿物的晶层内部表面和腐殖质分子 聚集体内部的表面聚集体内部的表面 外表面外表面 指粘土矿物 指粘土矿物 氧化物和腐殖质分子暴露在外的表氧化物和腐殖质分子暴露在外的表 面面 外表面可产生自由能 外表面可产生自由能 由于表面分子的四周不都是相同的由于表面分子的四周不都是相同的 分子分子 受到的力就不均衡受到的力就不均衡 使表面分子对外表现有剩余能量使表面分子对外表现有剩余能量 这种能量是由于表面的存在而产生这种能量是由于表面的存在而产生 所以叫做表面能所以叫做表面能 三 土壤胶体的特性三 土壤胶体的特性 土壤胶体的表面积土壤胶体的表面积 表表2 2 1 1土壤中常见粘土矿物的比表面积 土壤中常见粘土矿物的比表面积 m m2 2 g g 1 1 胶体成分胶体成分 内表面积内表面积 外表面积外表面积 总表面积总表面积 蒙脱石蒙脱石 蛭蛭 石石 水云母水云母 高岭石高岭石 埃洛石埃洛石 水化埃洛石水化埃洛石 水铝英石水铝英石 700 750 400 750 0 5 0 0 400 130 400 15 150 1 50 90 150 5 40 10 45 25 30 130 400 700 850 400 800 90 150 5 40 10 45 430 260 800 土壤胶体的比表面和表面积土壤胶体的比表面和表面积 我国几种主要土壤的比表面积我国几种主要土壤的比表面积 砖红壤砖红壤 60 80m2 g 1 红红 壤壤 100 150m2 g 1 黄棕壤黄棕壤 200 300m2 g 1 总之 总之 2 1型粘土矿物和有机质的含量越高 土壤型粘土矿物和有机质的含量越高 土壤 的比表面积越大 的比表面积越大 土壤胶体微粒都带有一定的电荷 带负电荷的称为土壤胶体微粒都带有一定的电荷 带负电荷的称为阴性阴性 胶体胶体 带正电荷的称为 带正电荷的称为阳性胶体阳性胶体 还有因环境条件不同而带 还有因环境条件不同而带 不同电荷的两性胶体 土壤胶体的正负电荷代数和 称为不同电荷的两性胶体 土壤胶体的正负电荷代数和 称为土土 壤净电荷壤净电荷 除少数土壤在强酸性条件下可能出现净正电荷外 绝大除少数土壤在强酸性条件下可能出现净正电荷外 绝大 多数土壤都带净负电荷 多数土壤都带净负电荷 带电性带电性 土壤胶体的分散性和凝聚性土壤胶体的分散性和凝聚性 1 1 土壤胶体溶液 溶胶 土壤胶体溶液 溶胶 胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态 称为胶体微粒均匀分散在土壤溶液中成为胶体溶液状态 称为溶溶 胶胶 2 2 土壤中无定形的凝胶体 凝胶 土壤中无定形的凝胶体 凝胶 微粒彼此相互联结凝聚在一起 呈无定型絮状凝胶体 称微粒彼此相互联结凝聚在一起 呈无定型絮状凝胶体 称凝凝 胶胶 3 3 分散和凝聚作用 分散和凝聚作用 由溶胶联结凝聚成凝胶的作用 叫做胶体的由溶胶联结凝聚成凝胶的作用 叫做胶体的凝聚作用凝聚作用 凝胶分散成溶胶的作用 叫做胶体的凝胶分散成溶胶的作用 叫做胶体的分散作用分散作用 当土壤干燥时 土壤溶液中的电解质浓度相应增大 当土壤干燥时 土壤溶液中的电解质浓度相应增大 土壤胶体易成凝胶状态 相反 当土壤水分增多土壤溶液土壤胶体易成凝胶状态 相反 当土壤水分增多土壤溶液 浓度相应降低 土壤胶体便会带有多余的负电荷 互相排浓度相应降低 土壤胶体便会带有多余的负电荷 互相排 斥而成溶胶状态 斥而成溶胶状态 凝聚凝聚的速度和强度与两个因素有关 的速度和强度与两个因素有关 1 1 电解质浓度电解质浓度 2 2 电解质种类电解质种类 一般地 离子的价数越高 离子半径越大 所产生的凝一般地 离子的价数越高 离子半径越大 所产生的凝 聚能力越强 常见阳离子凝聚力的排列顺序是 聚能力越强 常见阳离子凝聚力的排列顺序是 Fe3 Al3 Ca2 Mg2 K NH4 Na 田间管理措施 田间管理措施 石灰 石膏改善胶体性质 石灰 石膏改善胶体性质 排水 晒田 冰冻等方法提高土壤溶液浓度 排水 晒田 冰冻等方法提高土壤溶液浓度 深耕促进胶体脱水凝聚改善土壤结构 深耕促进胶体脱水凝聚改善土壤结构 使土壤有保持和供应植物所必需的养分和水分的能力 使土壤有保持和供应植物所必需的养分和水分的能力 使土壤中的离子浓度保持在比较稳定的范围内 使土壤中的离子浓度保持在比较稳定的范围内 使土粒互相凝聚 结合成团聚体 进而影响土壤物理使土粒互相凝聚 结合成团聚体 进而影响土壤物理 性质 性质 四 土壤胶体对土壤肥力的贡献四 土壤胶体对土壤肥力的贡献 第五节第五节 土壤的交换吸收性土壤的交换吸收性 一 土壤的吸收作用的类型一 土壤的吸收作用的类型 土壤机械吸收作用 具有多孔结构的土壤对进入土体的土壤机械吸收作用 具有多孔结构的土壤对进入土体的 的固体颗粒的机械截留能力 如过滤作用等 的固体颗粒的机械截留能力 如过滤作用等 土壤物理吸收作用 分子吸附作用 指土壤对分子态土壤物理吸收作用 分子吸附作用 指土壤对分子态 养分的吸收能力 土壤中的细土粒越多 吸收能力越强 养分的吸收能力 土壤中的细土粒越多 吸收能力越强 土壤化学吸收作用 可溶性的养分与土壤成分发生化学土壤化学吸收作用 可溶性的养分与土壤成分发生化学 作用 变成难溶性的化合物 被固定和保存在土壤中的作用 变成难溶性的化合物 被固定和保存在土壤中的 过程 过程 土壤生物吸收作用 植物和微生物等有机体对养分选择土壤生物吸收作用 植物和微生物等有机体对养分选择 性吸收 性吸收 离子交换吸收作用离子交换吸收作用 土壤溶液中的离子与土壤胶体扩散层土壤溶液中的离子与土壤胶体扩散层 的离子进行交换的作用 包括阳离子交换与阴离子交换两的离子进行交换的作用 包括阳离子交换与阴离子交换两 种作用 由于土壤胶体表面多带负电 因此在土壤胶体表种作用 由于土壤胶体表面多带负电 因此在土壤胶体表 面主要发生阳离子交换 称之为阳离子交换作用 面主要发生阳离子交换 称之为阳离子交换作用 土壤胶粒 Ca2 2 NH4 2SO4 土壤胶粒 NH4 CaSO4 K2SO4 NH4 K K a a 是一种可逆过程 能很快的达到动态平衡 是一种可逆过程 能很快的达到动态平衡 b b 离子间是等当量的代换关系 离子间是等当量的代换关系 c c 代换反应受质量作用定律的支配 代换反应受质量作用定律的支配 对可逆反应来说 化学反应的速度与反应物的浓度成正比 对可逆反应来说 化学反应的速度与反应物的浓度成正比 增加反应物的浓度 减小生成物的浓度 化学平衡向正方向移增加反应物的浓度 减小生成物的浓度 化学平衡向正方向移 动 动 土壤阳离子交换作用的土壤阳离子交换作用的特征特征 二 土壤阳离子交换量与盐基饱和度二 土壤阳离子交换量与盐基饱和度 土壤阳离子交换量土壤阳离子交换量 CEC Cation Exchange Capacity 定义 定义 每千克土壤胶粒能吸附交换性阳离子的总量 每千克土壤胶粒能吸附交换性阳离子的总量 表示方式 表示方式 当土壤在一定当土壤在一定pH值 值 pH 7 时 土壤对交换性阳离子的吸时 土壤对交换性阳离子的吸 收量 收量 单位 单位 cmol kg 实际意义 实际意义 表示土壤保肥供肥力的强弱 表示土壤保肥供肥力的强弱 土壤对肥料缓冲力的强弱 土壤对肥料缓冲力的强弱 分级指标 分级指标 CEC cmol kg 20 保肥供肥力保肥供肥力 弱弱 中中 强强 对肥料缓冲力对肥料缓冲力 弱弱 中中 强强 影响土壤阳离子交换量的因素有 影响土壤阳离子交换量的因素有 1 1 胶体类型胶体类型 不同土壤胶体阳离子交换量相差很大不同土壤胶体阳离子交换量相差很大 表表2 2 2 2 不同土壤胶体的阳离子交换量不同土壤胶体的阳离子交换量 胶休胶休 种类种类 腐殖质腐殖质 蛭石蛭石 蒙脱石蒙脱石 水云母水云母 高岭石高岭石 含水氧化铁 铝含水氧化铁 铝 CEC cmolkg 1 150 500 100 150 60 100 20 40 3 15 微量微量 比表面比表面 m2g 1 800 1000 700 800 100 200 5 20 2 1 1 1 有机 有机 无机无机 2 2 质地质地 质地越粘重 含粘粒越多的土壤 其阳离子交质地越粘重 含粘粒越多的土壤 其阳离子交 换量也越大 换量也越大 质质 地地 砂砂 土土 砂砂 壤壤 土土 壤壤 土土 粘粘 土土 阳离子交换量阳离子交换量 cmol kgcmol kg 1 1 1 5 7 8 7 18 25 30 表表2 2 不同土壤胶体的阳离子交换量不同土壤胶体的阳离子交换量 pH4 5 pH6 4 pH8 1 沼泽土胡敏酸沼泽土胡敏酸 170 0 286 3 400 0 灰化土胡敏酸灰化土胡敏酸 234 0 410 0 508 7 黑钙土胡敏酸黑钙土胡敏酸 292 2 432 9 590 5 pH2 5 6 pH7 高岭石高岭石 4 10 蒙脱石蒙脱石 95 100 3 3 pH值值 在一般情况下 随着在一般情况下 随着pH的的升高 土壤的可变升高 土壤的可变 电荷增加 土壤的阳离子交换量也增加 电荷增加 土壤的阳离子交换量也增加 表表2 2 4 4 阳离子交换量与阳离子交换量与pHpH关系关系 阳离子交换量和施肥的密切关系阳离子交换量和施肥的密切关系 施肥时不仅要了解作物的需要 同时还要考虑土壤交施肥时不仅要了解作物的需要 同时还要考虑土壤交 换量的大小 换量的大小 土壤交换量 土壤保肥能力 施肥次数 施肥量 土壤交换量 土壤保肥能力 施肥次数 施肥量 对于交换量小 保肥力差的土壤 可通过施用河塘泥 对于交换量小 保肥力差的土壤 可通过施用河塘泥 厩肥 泥炭或掺粘土 以增加土壤中的无机 有机胶体 厩肥 泥炭或掺粘土 以增加土壤中的无机 有机胶体 以及通过施用石灰调节土壤以及通过施用石灰调节土壤pH等来提高土壤的阳离子交换等来提高土壤的阳离子交换 量 量 二 土壤的盐基饱和度二 土壤的盐基饱和度 BSP Base saturation percentage 1 盐基饱和度 盐基饱和度 土壤胶体上的交换性盐基离子总量占交换性土壤胶体上的交换性盐基离子总量占交换性 阳离子总量的百分比阳离子总量的百分比 土壤交换性阳离子可分为二类 土壤交换性阳离子可分为二类 致酸离子致酸离子 H Al3 盐基离子盐基离子 K Na Ca2 Mg2 等等 盐基离子为植物所需的速效养分盐基离子为植物所需的速效养分 盐基饱和土壤 土壤胶体吸附的阳离子如绝大多数盐基饱和土壤 土壤胶体吸附的阳离子如绝大多数 80 以上 为盐基离子 以上 为盐基离子 盐基不饱和土壤 盐基饱和度在盐基不饱和土壤 盐基饱和度在80 以下 以下 H Al3 等离子含量较多 等离子含量较多 盐基饱和度与盐基饱和度与pH的关系的关系 从西北 华北到东南 华南逐渐降低从西北 华北到东南 华南逐渐降低 真正反映土壤有效速效养分含量的大小 若阳离子交换真正反映土壤有效速效养分含量的大小 若阳离子交换 量大 而盐基饱和度偏小 需要采取措施对土壤加以改量大 而盐基饱和度偏小 需要采取措施对土壤加以改 良 如施肥或用石灰中和 良 如施肥或用石灰中和 三 阳离子交换吸收的意义三 阳离子交换吸收的意义 协调土壤的保肥与供肥性协调土壤的保肥与供肥性 交换性阳离子组成影响土壤物理性质交换性阳离子组成影响土壤物理性质 为科学施肥和改良土壤提供依据为科学施肥和改良土壤提供依据 一 土壤酸碱性的概念一 土壤酸碱性的概念 土壤酸碱性土壤酸碱性是指土壤溶液的反应 它反映土壤溶液中是指土壤溶液的反应 它反映土壤溶液中H 浓度和浓度和 OH 浓度比例 同时也决定于土壤胶体上致酸离子 浓度比例 同时也决定于土壤胶体上致酸离子 H 或或Al3 或碱性离子 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 的数量及土壤中酸性盐和碱性盐类的存在数 量 量 二二 土壤土壤pH和酸碱性分级和酸碱性分级 pH 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 5 级别级别 强酸性强酸性 酸性酸性 弱酸性弱酸性 中性中性 弱碱性弱碱性 碱性碱性 强碱性强碱性 土壤反应就是土壤酸碱性土壤反应就是土壤酸碱性 土壤反应分为酸性土壤反应分为酸性 中性和碱性中性和碱性 其其 区分决定于土壤溶液中游离的区分决定于土壤溶液中游离的H H 与与OHOH 的浓度的比例的浓度的比例 第六节第六节 土壤酸碱性与缓冲性土壤酸碱性与缓冲性 二二 土壤酸碱性产生的原因土壤酸碱性产生的原因 气候因素气候因素 它决定成土过程的淋溶强度 气温高 降雨量大它决定成土过程的淋溶强度 气温高 降雨量大 的气候条件 母质 土壤中的盐基成分易于遭受淋失 使土的气候条件 母质 土壤中的盐基成分易于遭受淋失 使土 壤逐渐酸化 反之 干旱气候 降雨量远远低于蒸发量 盐壤逐渐酸化 反之 干旱气候 降雨量远远低于蒸发量 盐 基成分积累于土壤及地下水 使土壤向碱化方向演化 即基成分积累于土壤及地下水 使土壤向碱化方向演化 即 南酸北碱 南酸北碱 母质因素母质因素 母岩母质的组成性质对土壤酸碱度具有深刻的影母岩母质的组成性质对土壤酸碱度具有深刻的影 响 如酸性岩上发育的土壤容易向酸性发展 而基性岩相反 响 如酸性岩上发育的土壤容易向酸性发展 而基性岩相反 生物因素生物因素 生物产生的生物产生的CO2溶于水产生的溶于水产生的H 对于土壤酸化有对于土壤酸化有 重要作用 另外植被不同 残体成分不同 影响土壤酸碱性 重要作用 另外植被不同 残体成分不同 影响土壤酸碱性 施肥和灌溉的影响施肥和灌溉的影响 如酸性肥 如酸性肥 NH4 2SO4 KCl长期使用 长期使用 造成土壤酸化等 造成土壤酸化等 三 土壤酸性三 土壤酸性 土壤酸性的产生土壤酸性的产生 1 生命活动产生的碳酸和有机酸 生命活动产生的碳酸和有机酸 根系与微生物的呼吸作根系与微生物的呼吸作 用产生的用产生的CO2 和和H2CO3 有机物的分解产物有机酸 有机物的分解产物有机酸 2 土壤中的无机酸 土壤中的无机酸 3 土壤胶体吸附的铝离子水解 土壤胶体吸附的铝离子水解 4 土壤胶体吸附的氢离子 土壤胶体吸附的氢离子 土壤酸度的类型土壤酸度的类型 1 活性酸度活性酸度 active acidity 土壤溶液中游离的土壤溶液中游离的H 所引起的酸所引起的酸 度 用度 用pH表示 是土壤酸度的强度指示 对土壤的理化性质 表示 是土壤酸度的强度指示 对土壤的理化性质 作物的生长发育和微生物活动等有直接影响 因此也称实际作物的生长发育和微生物活动等有直接影响 因此也称实际 酸度 有效酸度 酸度 有效酸度 2 2 潜性酸度潜性酸度 potential acidity 指土壤胶体所吸附的致指土壤胶体所吸附的致 酸离子所造成的酸度 单位酸离子所造成的酸度 单位cmol kg 1 这些致酸离子只 这些致酸离子只 有被交换到土壤溶液中时 才能表现出酸性 有被交换到土壤溶液中时 才能表现出酸性 潜性酸度和活性酸度在土壤系统中潜性酸度和活性酸度在土壤系统中 吸附性吸附性H 和和Al3 土壤溶液中的土壤溶液中的H 四四 土壤碱度土壤碱度 soil alkalinity 土壤碱度的产生土壤碱度的产生 土壤的碱性主要来源于土壤中碱金属和碱土金属的水解所产生土壤的碱性主要来源于土壤中碱金属和碱土金属的水解所产生 的的OH 以及弱酸强碱盐类以及弱酸强碱盐类 如如Na2CO3 NaHCO3 的水解的水解 1 1 土壤中碱性盐的水解土壤中碱性盐的水解 Na2CO3 2H2O 2Na 2OH H2CO3 NaHCO3 H2O Na OH H2CO3 2 2 土壤交换性钠的水解土壤交换性钠的水解 Na H2O H NaOH 3 硫酸钠被还原硫酸钠被还原 Na2SO4 4RCHO Na2S 4RCOOH Na2S CaCO3 Na2CO3 CaS Na2CO3 2H2O 2Na 2OH H2CO3 土壤碱化度土壤碱化度 ESP Exchange Sodium Percentage 土壤土壤 交换性钠是土壤产生碱性的主要根源交换性钠是土壤产生碱性的主要根源 钠饱和度钠饱和度 交换性交换性 钠离子占阳离子交换量的百分率钠离子占阳离子交换量的百分率 叫做叫做土壤碱化度土壤碱化度 当土壤交换性钠饱和度为当土壤交换性钠饱和度为5 20 时称之为时称之为碱化土碱化土 5 10 为轻度碱化土为轻度碱化土 10 15 为中度碱化土为中度碱化土 15 20 为为 强碱化土强碱化土 而钠饱和度而钠饱和度大于大于20 时称为时称为碱土碱土 土壤胶体土壤胶体 土壤胶体土壤胶体 五 土壤酸碱度的肥力意义五 土壤酸碱度的肥力意义 影响土壤物理性质影响土壤物理性质 酸性土壤和碱性土壤的物理结构都较差 酸性过强 土壤酸性土壤和碱性土壤的物理结构都较差 酸性过强 土壤 铁 铝 氢离子使土壤胶结成大块 碱性土壤中的钠是胶体分铁 铝 氢离子使土壤胶结成大块 碱性土壤中的钠是胶体分 散 结构破坏 散 结构破坏 影响养分的转化和有效性影响养分的转化和有效性 在中性条件下 有机质矿化较快 土壤有效氮供应较好 在中性条件下 有机质矿化较快 土壤有效氮供应较好 pH6 7磷的有效性最大 磷的有效性最大 Fe Mn Zn Cu Co强酸性条件下强酸性条件下 溶解性强易对作物造成毒害 溶解性强易对作物造成毒害 Mo在碱性条件下有效性高 在碱性条件下有效性高 B在中性条件下有效性高 在中性条件下有效性高 直接影响植物生长直接影响植物生长 图 植物营养元素的有效性与图 植物营养元素的有效性与pH的关系的关系 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 N N Ca MgCa Mg P P K K S S FeFe MnMn ZnZn CuCu CoC