土壤学1.绪论课件

土壤学,生命科学系：梁娟2009年9月8日,绪论第一篇土壤组成和性质土壤矿物质、土壤有机质、土壤生物、土壤质地和结构、土壤水、土壤空气和热量状况第二篇土壤环境过程土壤形成和发育、土壤胶体化学和表面反应、土壤酸碱性和氧化还原反应、土壤养分循环第三篇土壤管理和保护土壤分类和调查、土壤耕作和管理、土壤污染与防治、土壤退化与土壤质量,绪论,土壤在人类农业和自然环境中的重要性土壤及土壤科学的发展土壤学科体系、研究内容和方法,一个国家的财富在于她的土壤及其智力的发展RichardsGordonMoores土壤是每个国家最有价值的自然资源之一。,第一节土壤的重要性,Soilisourmostimportantresource.Theworldpopulationwilldoubleinamerefortyyears,butagriculturaloutputisnotkeepingupwithdemand.Intheprocess,precioussoilislost,waterwaysandcoastalseaspolluted.Humansobviouslyneedtobemuchmoreknowledgeableaboutthisproblem.Whatissoil?Wheredoesitcomefrom?Whatkindsofsoilexist?Areallsoilsfertile?Howdoessoilwork?Canallplacesontheplanetbefarmed?Howmuchfoodcantheplanetmake?Howdowelosesoil?Howcanwepreventerosion?Whatdamageiscausedbyerosion?Whatissustainability?Cansoilbefarmedsustainably?Whatcanwedo?,一土壤是人类农业生产的基地“民以食为天，食以土为本”农业是人类生存的基础土壤是农业的基础,1、土壤是植物生长繁育和生物生产的基地,植物要良好地生长要求：“吃的饱、喝的足、站的稳、住的舒服”,空气,日光,热量,水分（土壤提供）,养分（土壤提供）,营养库的作用植物需要的营养元素除CO2主要来自空气外，氮、磷、钾及中量、微量元素和水分则主要来自土壤，土壤是陆地生物所必需的营养物质的重要给源。,养分转化与协调作用主要靠土壤中时刻进行的物理、化学和生物变化进行不断的调整与平衡作用，如有机物质的矿化与腐殖化作用（生物）、土壤的吸附与解吸（物理化学）、氧化与还原（化学）、固定与释放、养分形态的转化、养分间的协同与拮抗等。,雨水涵养作用土壤接纳天然降水，解决了保水与供水的问题，使得“天旱而地不旱”。植物枝叶对雨水的截留和对地表径流的阻滞，根系的穿插和腐殖质层形成，能大大增加雨水涵养、防止水土流失的能力。,4m,10米以下,生物支撑作用根系的伸展一方面能获得土壤的机械支撑，能保证绿色植物地上部分稳定站立，另一方面有利于植物进行光合作用。,稳定与缓冲环境的变化抗温度、湿度、酸碱、氧化与还原等剧烈变化的缓冲能力，土壤条件保证了植物能够适应环境因素的剧烈变化要求。,2、植物生产、动物生产与土壤管理间的关系,土壤管理,动物生产,植物生产,农业生产,土壤管理是关键，是基础，是农业生产两大部门生产的关键环节！用养结合，地力可以常新。,土壤管理与植物生产、动物生产之间的关系,当前土壤管理方面存在的问题：土壤退化（soildegradation）：1土壤侵蚀soilerosion2土壤沙化soildesertification3土壤盐渍化soilsalinization4土壤肥力退化soilfertilitydiminution5土壤污染soilpollution全国已有20多万失地农民。改良低产田是土壤管理的重要内容和任务,质量退化,数量退化,二、土壤是自然地理环境的重要组成部分,土壤圈：地球系统的重要组成部分，处于地球各圈层的界面,是地球各圈层中最活跃、最富生命力的圈层,土壤与大气圈的关系与大气进行着频繁的水、气、热交换，土壤接纳了大气的降水，吸收大气中的氧气，供给土壤中植物根系、微生物和其它土壤动物。同时，土壤释放气体到大气中，成为大气中温室气体的来源，如CH4，CO2，N2O，H2S等，稻田不再提倡秸秆还田技术注意：土壤与全球环境变化关系：温室效应、厄尔尼若现象（海平面升迁），酸雨对土壤质量影响。,土壤与生物圈的关系土壤是陆生植物、动物和微生物生存的环境和条件；土壤是生命物质,如根系和陆生无脊椎动物的主要贮藏室；是代谢产物和生物残体的容器；是植物和其他许多有机体的水分、营养物质的源泉。土壤类型多样性，决定了生物资源多样性，为人们提供了丰富多彩的生活。研究热点问题：生物资源多样性、生态环境建设理论基础研究、土壤条件与农产品品质研究、土壤生物资源开发研究（微生物资源）、碳循环、氮循环。,土壤与水圈的关系陆地上土壤承受大气降水，并通过蒸发和植物蒸腾,将它归还与大气。所以，土壤圈影响降水在陆地的重新分配。土壤水分管理与江河湖泊的富营养化有很大关系。我国黄土高原水土流失严重，危害流域环境，治理核心在于土壤水分管理。农业是用水大户，但利用效率低仍是未得到解决的问题，因此，土壤的水循环与自然水资源关系研究（黄河水断流问题）、提高土壤水分高效利用的理论与技术体系研究、土壤水径流产生的面源和点源污染问题、土壤水对地下水的污染（硝态氮淋溶）是当今研究的重点。,土壤与岩石圈的关系土壤是岩石风化的产物，土壤圈作为地球圈层的“皮肤”，对岩石圈具有一定的保护作用，以减少其遭受各种外营力破坏。,三、土壤是陆地生态系统的基础,生态系统：在一定的空间内生物成分(生物群落)和非生物成分(物理环境)通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位,生物成分,非生物成分,生产者：绿色植物、蓝绿藻、光合细菌,分解者：细菌、真菌等,无机物质：氧、氮、二氧化碳、水、各种无机盐等,有机物质：蛋白质、糖类、脂类、腐殖质等,气候因素：温度、湿度、风、雨雪等,生态系统,消费者：食草动物、食肉动物、杂食动物、寄生动物等,人们依据生物主体不同，将生态系统分为农田生态系统、森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统等许多类型。无论是哪类型生态系统，土壤始终是生物与环境进行物质与能量交换的场所、媒介。土壤在生态系统中功能有:保持生物活性，多样性和生产性对水体和物质流动起调节作用对有机物质、无机物质起过滤、缓冲、降解、固定和解毒作用具有储存养分、水分功能,三、土壤是陆地生态系统的基础,土壤是生态系统中极为重要的因素，土壤质量的破坏，会影响生态系统的平衡，土壤质量也同时受环境与生物的作用，各项指标不断地发生着不同方向和强度的变化。人类对生态系统的影响往往是通过土壤管理的手段进行的。如沙漠绿洲，盐碱土良田，开沟排水将低湿田变为高产田。相反，也可以向反方向发展。毁林开荒水土流失洪、旱灾害，土壤过渡开荒土壤沙化。过渡灌溉次生盐碱化。土壤污染无植被。人们已经有多次自然惩罚的极为惨痛教训，也有丰富的管理经验。维护生态平衡，进行生态建设关键必须以土壤管理为基础，因地制宜，宜林则林、宜牧则牧，宜农则农。,四、土壤是最珍贵的自然资源,土壤资源（soilresource）：具有生产生物产品能力的各种土壤类型的总称人类消耗的80%以上的热量来源于土壤，75%以上的蛋白质、大部分纤维都直接来源于土壤。土壤资源和水、大气资源一样是维持人类生存与发展的必要条件，是社会经济发展最基本的物质基础。,土壤资源的特点1整体性：土壤与生物、环境始终构成一个完整的整体，一方遭到破坏都会导致其他变更与毁灭。2有限性：从数量上讲，土壤是极为有限的资源，显示出了珍贵性。在地球上形成1cm厚的土壤，约需要300年或更长的时间，我国土地资源由于受海陆分布、地形地势、气候、水分配和人口增加、工业化扩展等影响，土地资源短缺，中国用占世界7%土地养育世界1/4的人口。当今存在的问题：土壤数量退化和质量退化严重。3地域性：土壤资源数量和质量分布及不平衡，地域性非常强，地区差异大。这是不同区域土壤形成因素和条件不同，水、热分配不平衡。人们按照土壤资源分成了许多区域，如红土区、黑土区、黄土区等等,4动态性：土壤质量和数量时刻在进行着变化许多复杂过程，质量演化时刻进行着。人类一切活动都影响着土壤资源可利用价值。5多用性：作物生长、建材、路基、垃圾归宿、微生物富集，食品、医药菌种的源。6国际性：一般讲，自然资源的开发、利用和保护、管理属于国家主权，应有各个国家自己去解决，但由于人类对自然资源的影响愈来愈大，一个国家一个地区对自然资源的破坏所产生的后果往往超出国家范围与界限，还可能产生难民危机其他国家安全。,第二节土壤及土壤科学的发展,植物地上部分,土壤表层,植物根系,底层土壤,土壤发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔的结构表层。,土,气相,液相,固相,土壤,土壤物质组成,土壤剖面,土层：由成土作用形成的层次土壤剖面：完整的垂直土层序列土壤剖面是由不同层次按照不同次序叠加而成，这些层次分别叫土壤发生层。土壤发生层次分为O层、A层、E层、B层、C层。,（1）O层：有机层（organichorizon）：枯枝落叶和苔藓地被物或草本植物活体层次，有机物未遭到分解或分解程度很差，基本上没有矿物质。（2）A层：腐殖质层（humushorizon）：有机物彻底分解成黑色腐殖质，与矿物结合在一起。特征黑色，这一层几乎每个土壤都有，普遍存在。（3）E层：淋溶层（eluvialhorizon）：淋溶作用形成的土层。（4）B层：淀积层（illuvialhorizon）：在A层以下淀积着上层淋溶下来的粘粒、CaCO3和铁、猛等物质，形成了独特的特征。（5）C层：母质层（parentmaterialhorizon）。,岩石经过漫长的风化作用，形成土壤母质，再经过成土作用形成的土壤。但是，土壤与岩石有着本质区别：1.有机物质含量高，由没有到有，由少到多，由简单到复杂；2.有大量的高等植物根系和低等微生物以及动物，生物活动成为主要区别；3.有强烈的物质风化、淋溶与淀积过程；4.出现了特殊的层次组合。,土壤是一个独立的历史自然体，是由气候、母质、生物、地形、时间等5大自然因素联合作用下形成的产物。每个土壤类型有各自的形成发展历史，构成了形态、组成、结构与功能不同的可以剖析的物质实体。土壤在垂直方向上具有明显的异质性，形成各自的形态特征土壤形态学研究的内容，也是在野外进行观察的主要内容。我们在野外所看到的土壤都是由不同物理特性、颜色、外形特征和层数的层次组合成一个完整整体,土壤肥力,自然肥力：土壤在自然因子即五大成土因素的综合作用下发育而来的肥力，它是自然成土过程的产物；人为肥力：耕作熟化过程发育而来的肥力，是在耕作、施肥、灌溉及其它技术措施等人为因素影响下所产生的结果。,有效肥力：受土壤性质、环境条件和技术水平的限制，土壤肥力只有其中部分能在当季生产中表现出来，产生经济效益潜在肥力：没有直接反映出来的那一部分,土壤生产力,土壤生产力是由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定的，肥力只是生产力的基础，而不是生产力的全部；土壤肥力因素的各种性质和土壤的自然、人为环境条件构成土壤生产力；为实现农业生产的高产、高效、优质，就必须十分强调农田基本建设，以改造土壤环境，包括平整地块、保证水源、修建渠道、开沟排水、筑堤防洪等农业工程项目和营造防护林等生物工程。,近代土壤科学的发展及主要观点,农业化学土壤学派农业地质土壤学观点土壤发生学派土壤学发展的新观点,第三节土壤学科体系、研究内容和方法,农业科学：农学学位地球科学：理学学位,土壤学,分支学科：土壤物理、土壤化学、土壤微生物、土壤生物化学、土壤地理,土壤学与其他学科关系密切,土壤学研究方法,宏观研究与微观研究土地系统区域土壤景观土壤剖面土壤结构颗粒土壤组成成分分子、原子综合交叉研究农业可持续发展、粮食安全问题、环境保护、区域治理和全球变化等野外调查与实验室研究结合传统的调查制图、土壤解译判读、田间试验观