《土壤的基本组成》PPT课件

第二章土壤的基本组成,第一节土壤的形成,一：地壳的元素组成,a:主要成分是O（46.40%49.52%）、Si（25.75%29.50%）、Al（7.45%8.80%）、Fe（4.20%5.10%）这四种元素。,b：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。,矿物：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。,二：主要的成土矿物,绝大多数：化合物、结晶质、固态的。,少数：单质、非结晶质、液态的。,矿物,起源,原生矿物：起源于岩浆岩，存在于岩浆岩中的矿物。,次生矿物：原生矿物经过风化作用，其组成和性质发生改变而形成的新矿物。,(一)土壤中的原生矿物（1）硅酸盐类包括长石类、云母类、闪石类、辉石类。（2）氧化物类主要有石英类、其次是赤铁矿类、氧化钛类（3）硫化物类主要有黄铁矿类。（4）磷酸盐类主要有氟磷灰石、氯磷灰石。,(二)土壤中的次生矿物粘土矿物（1）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物土壤中粘粒的主体，主要有1：1型的高岭石组和2：1型的蒙脱石、伊利石组。（2）二、三氧化物类矿物有针铁矿（Fe2O3.H2O）、褐铁矿（2Fe2O3.3H2O）、三水铝石（AI2O3.3H2O）、水铝石（Al2O3.H2O）、水锰矿（MnO(H2O)）、软锰矿（MnO2）等，有结晶态的和非结晶态的。（3）简单盐类土壤中最常见盐类有碳酸盐、硫酸盐类、氯化物盐类等。,(三)主要成土矿物的性质,石英是最主要的造岩矿物，分布最广。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石中其它矿物风化后，石英仍然以粗粒壮保存下来，是土壤中砂粒的主要来源。,石英,正长石KalSi3O8,晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，硬度6.0。正长石易风化，风化后形成粘土矿物比如高岭石等，可为土壤提供大量K。正长石类矿物一般含氧化钾16.9。是土壤中K和粘粒的主要来源。,斜长石Na（AlSi3O8）Ca（Al2Si2O8）,常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，硬度6065。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。是土壤中K和粘粒的主要来源。,黑云母深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。是土壤中K和粘粒的主要来源,黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12,白云母：片状、鳞片状；无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2030。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。是土壤中K和粘粒的主要来源。,白云母KH2Al3Si3O12,角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，硬度5.06.0。，角闪石易风化，风化产物为含水氧化铁、含水氧化硅和粘土矿物。并释放出少量的Ca和Mg,角闪石Ca（Mg，Fe）3Si4O12,呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度55。较角闪石难风化，风化物基本同角闪石，但富含Fe。,辉石Ca（Mg，Fe）Si2O6,普通辉石,橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。风化产物有蛇纹石、滑石、褐铁矿、二氧化硅等。,橄揽石（Mg，Fe）2SiO4,方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。,方解石CaCO3,白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似。但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在于石灰岩中。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。,白云石CaCO3MgCO3,磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。,磷灰石Ca5（PO4）3（F，Cl）,石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度20，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。,石膏CaSO42H2O8,三：主要的成土岩石,岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。前者为单质岩后者为复成岩。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构形态。,1.岩浆岩又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝结晶而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩，等等。组成岩浆岩的主要矿物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、正长石石英等7种。岩浆岩根据二氧化硅含量分为：酸性岩浆岩65%中性岩浆岩52%65%基性岩浆岩45%52%超基性岩浆岩2砂粒粗砂粒20.2细砂粒0.20.02粉砂粒0.020.002粘粒干枯老化磨细、粉碎未磨细粉碎b：化学组成：单糖、淀粉、水溶性蛋白质半纤维素、果胶纤维素、木质素、脂肪、腊质,c：有机物的C/N比：指有机物中C总量与N总量的比。,N是组成微生物体细胞的要素，有机质中的C既是微生物生命活动的能源，又是构成体细胞的要素，所以微生物对C和N这两种元素的需要有一定的比例，才能满足微生物的生命活动和构成体细胞的需要。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2530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2530/1。,有机物的C/N2530/1：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，也有可能抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长要快得多，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2530/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80100：1远远大于2530/1，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。,（五）有机质在土壤肥力上的作用,1、能提供给作物需要的养分,a：OM能提供给植物有机态养分：OM在降解过程中能产生一些水溶性的有机分子，比如氨基酸、酰胺、易水解蛋白质、己糖磷酸脂、蔗糖磷酸脂等能够为植物直接吸收利用。,b：OM能提供给植物矿质态养分：在OM的元素组成中，含有各种各样的元素，既有大量元素也有微量元素，既有必需元素，又有有益元素。这些养分元素经过矿质化作用，就能分解释放出来供作物吸收利用。,c：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。d：有机质分解、合成过程中产生的各种有机酸及腐殖酸能与金属离子形成络合物，从而使这些离子保留在土壤中而不致于沉淀下来。,2、有机质能改善土壤的理化、生物、性质，从而改善土壤的肥力特性。,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。OM在土壤中主要以胶膜的形式包被在土壤颗粒上表面。粘结性、粘着性：砂粒30mm/h透水性不良土壤。2、水利工程上很有用的参考数据，如修水库、盐碱地排水渠道,（二）土壤中液态水的运动一般认为土壤水运动符合达西定律：土壤水通量是指在水压梯度方向上单位时间通过单位断面积的水的体积。dH为两点间的水势能差或压力差，x为流程，dH/dx为水压梯度或水势梯度，比例常数K是单位水压梯度下的水通量，称为导水率，-表示水流方向与压力势梯度方向相反。液态水运动分两种情况：一是土壤水的饱和流动，土壤孔隙全部充满水时土壤水的运动。二是土壤水的不饱和流动，只有部分孔隙有水土壤水的运动。,1、土壤水的饱和流动土壤中水已成为连续整体的运动，此种水运动特点：水的流动主要是由重力势和压力势推动，基质势为零，水的流速决定于粗孔的孔径与数量，饱和流的导水率K为常数且砂土壤土粘土。饱和流动又分三种情况：(1)垂直向下的饱和流动；(2)水平方向的饱和流动；(3)垂直向上的饱和流动。2、土壤水的不饱和流动指土壤中的孔隙在未被水全部充满时（不超过田间持水量时），土壤水在土壤中的运动。运动特点：推动力主要是基质势梯度，也有重力的作用，水的流速很慢，非饱和导水率低于饱和导水率，非饱和导水率K是一个变化量，它随土壤水吸力和含水量的变化而变化，是土壤水吸力或土水势的函数。,水汽扩散量水汽扩散系数即单位时间单位水汽压梯度下通过单位面积的水汽量。水汽压梯度主要受土壤湿度、温度及含盐量的影响。在土壤中，水汽是由暖处向冷处运动，夏天夜晚下层土温高，水汽由下层向上层运动，水汽扩散到表层凝结，出现夜潮现象。秋冬土壤表层温度低，下层土温度高，水汽也由下层向上层运动，水汽扩散到表层凝结并结冰，形成含水量较高的冻层。一年中由凝结补充水分约60-100mm。,（三）土壤中的水汽运动1、特点：土壤中的汽态水是土壤空气主要组成成分之一，一般处于饱和状态，当土壤中水汽压产生差别即产生水汽压梯度时，水汽便以扩散的方式进行运动。,2、水汽运动的方式（形式）（1）水汽凝结指汽态水变为液态水的过程。秋冬土壤表层温度低，下层土温度高，水汽由下层向上层运动，夏天夜晚下层土温高，水汽扩散到表层凝结并结冰，一年中由凝结补充水分约60-100mm之多，这种作用强烈的土壤称夜潮地。（2）土面蒸发土壤中的水分以水汽的形式扩散到大气中的现象即为土面蒸发，也称跑墒。因为土壤空气湿度大，地面空气湿度小。干旱半干旱地区蒸发损失水分占降雨量的1/21/3，是节水农业值得研究的问题。壤质和粘质的土面蒸发分三个阶段：,（1）大气蒸发力控制阶段下雨或灌溉停止蒸发开始阶段，蒸发速度快接近于水面蒸发，水分减少至田间持水量为此阶段，失去水为重力水。（2）土壤导水率控制阶段田间持水量以下蒸发到毛管断裂含水量，地面水分蒸发只能靠毛管作用从下层土壤传导水分到土面而蒸发，蒸发速度不断减小。（3）扩散控制阶段当土壤含水量减少到毛管水断裂含水量时，土面蒸发得不到毛管水上升的补充，地表开始形成干土层，水分只能靠干土层下面湿润的土层产生水汽，再通过大孔隙扩散到大气中，蒸发速度显著减小。,第四节土壤空气,一、土壤空气的组成和含量,土壤空气存在于无水的土壤孔隙中，它的含量取决于土壤孔隙度和土壤含水量，土壤空气与大气的组成相似，但是在含量上存在一些差异。,1、土壤空气中CO2含量比大气高十几倍甚至几百倍。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（土壤透气性）,土壤通气性：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。,（一）土壤通气性产生的机制：,1、土壤空气的扩散：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。土壤空气的扩散原理服从气体扩散公式：,2、土壤空气的整体交换（土壤气体的整体流动）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。,（二）土壤通气性的指标1、土壤通气孔隙度（%）一般非毛管孔隙度15-20%为良好，10通气不良，10-15中等。2、土壤氧扩散率(ODR)它是指每分钟扩散通过每平方厘米土层的O2的毫克数。一般要求在30-40mg/cm2.min3、土壤氧化还原电位当土壤通气好土壤空气中的O2多时，土壤溶液中O2就多，变价化合物就处于高价氧化态，Eh就大，反之Eh低。一般旱地土壤Eh值在200-700ml之间，养分供应正常；Eh700ml土壤处于完全氧化状态，有机质迅速分解，铁、锰等微量元素氧化析出，植物易患缺绿症；Eh200ml土壤进行强烈还原作用，硝酸盐开始消失，出现大量NO2-和Mn2+，严重影响作物生长。,三、土壤空气对作物生长的影响（一）土壤空气影响种子萌发和根系的发育种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；不同作物缺氧的忍耐力不同。（二）土壤空气影响土壤养分状况氧气多少影响矿化，影响养分供给；影响根对养分吸收，如玉米缺氧对养分吸收能力依下列次序递减：KCaMgNP；影响养分存在形态，一般氧化态养分易被作物吸收利用。（三）土壤空气影响植物抗病性通气不良产生还原性气体H2S、CH4、H2、PH3等会严重危害作物生长，CO2过多致使土壤酸度增高，致使霉菌发育，植株生病。,第五节土壤热量,一、土壤热量的来源,太阳辐射能：这是土壤热量的最主要来源，也是地球上一切能量的最初来源，太阳辐射能是极其巨大的，达到地球的只是太阳总辐射能的很小一部分，大约是20亿分之一。生物热：微生物分解有机质是一个放热过程，释放出的热量，一部分被微生物自身利用，大部分用来提高土温。地热：地球内部的岩浆通过传导作用达到地表热量，地热对土壤温度的影响极小，但地热异常地区，比如温泉、火山口附近，地热对土温的影响就比较大。,二、土壤热量