第八章-农业与土壤环境VIP

第八章,农业与土壤环境,第一节土壤环境,土壤是一个独立的、复杂的、特殊的地球外壳所谓独立的，指具有独特的发生发展过程、组成特点和形态特征，特殊的指自然界中，处于大气、水、岩石的过渡地带，是联系有机界和无机界的中心，组成要素的枢纽。土壤是覆盖整个地球大陆外层的，但它还是一个与岩石、生物、水和大气各圈层相互依存、相互作用的特殊的圈层和历史自然体。,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。,成土母质,原始土壤,成熟土壤,土壤的形成和发育,微生物、低等植物,高等植物,少量有机质,大量有机质,有机质从无到有、由少到多的过程,岩石,风化作用,一、土壤环境,土壤是资源，土壤质量的优劣，表现为一定环境条件下，土地生产力水平的高低及其可持续性。同时，土壤是人类生存的外部条件，又是环境。从环境科学的角度，人们把连续覆盖于地球陆地表面的土壤圈层称为土壤环境。土壤环境是由植物和土壤生物及其生存环境要素，包括土壤矿物质和有机质、土壤空气和土壤水构成的一个有机统一整体，是一个开放系统。土壤环境包括土壤物理环境、土壤化学环境和土壤生物学环境。,二、土壤物理环境与植物生长,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,土壤组成,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。,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%。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。（各种动植物、微生物残体及人畜粪便）。,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。,1、土壤粒级,表7-1常用粒级分类标准,2、土壤质地,土壤质地：是指各粒级土粒在土壤中的相对比例或重量百分数，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,我国土壤质地分类标准,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。,3、土壤孔性,土壤孔性：是指能够反映土壤孔隙总容积的大小，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。大孔通气，小孔蓄水。土壤孔性良好的土壤，能够同时满足植物对水分和空气的要求，有利用养分状况的调节和植物根系的伸展。即一是要求土壤中孔隙的容积较多，而是要求大小孔隙的搭配和分布适当。,（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。,（2）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4560，但孔径小而均一。砂土总孔隙度小，一般为3345，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。,（3）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（015cm）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（1530cm）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。,土壤通气性：是指土壤空气与大气进行交换以及土体内部气体扩散和通气的能力。土壤通气性机制土壤空气与大气交换的机制有二：一是气体对流，二是气体扩散气体对流是指土壤空气与大气之间的整体交换。其驱动力是总气压梯度，对流迅速，但只占土壤空气与大气交换的10%。气体扩散指土壤空气各组分的分子由分压大处向分压小处的运动。是土壤空气与大气更新的主要形式，在土壤中经常进行。进行缓慢但经常进行。其驱动力是某一组分的分压梯度。,4、土壤通气性,土壤通气性的调节土壤通气性好坏主要取决于土壤通气孔隙的多少，调节土壤通气性就要通过各种措施改善土壤孔隙状况。维持土壤的适当通气性，是保证土壤空气质量、维持肥力不可缺少的条件。,1、土壤胶体,土壤胶体是指颗粒直径在1100nm范围内的土壤颗粒。（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。,二、土壤化学环境与植物生长,（2）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。,（3）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。,2、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。,（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。,（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。,（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=6.07.5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,四、土壤的生物学环境与植物生长,土壤生态系统有机体：植物、土壤动物和土壤微生物无机环境：太阳光和能、大气、母质、地表形态、土壤矿物质和有机质、土壤水分和土壤空气。以绿色植物为主体的地上生物层三个层次以植物根系和土壤生物群体为主体的土被生物群落层土被底层与风化壳生物群落层作为土壤生态系统的消费者和分解者，土壤生物参与了土壤中的各种物质和能量的转化过程，对土壤肥力的形成、养分供应状况以及植物的生长和健康有重要影响。,1、土壤背景值,土壤背景值：在理论上应该是土壤在自然成土过程中，构成土壤自身的化学元素的组成和含量。即未受人类活动影响的土壤本身的化学元素组成和含量。,即严格按照土壤背景值研究方法所获得的尽可能不受或少受人类活动影响的土壤化学元素的原始含量。,第二节土壤环境容量与缓冲性,第二节土壤环境容量与缓冲性,2.土壤净化（土壤自净）：污染物质进入土壤改变其物质组成，破坏物质原有的平衡，造成土壤污染。同时，土壤也显示出自净能力。即：通过在土壤环境中发生物理、物理化学、化学和生物化学等一系列反应过程，促使污染物质逐渐分解或消失。从外界环境进入土壤中的各种污染物质，被土壤胶体所吸附，使其毒性降低，或土壤微生物和小动物对污染物质的分解，使有毒变为无毒，这个过程称作土壤净化。,第二节土壤环境容量与缓冲性,3、土壤环境容量：土壤环境单元所容许承纳的污染物质的最大允许量或负荷量(土壤环境静容量).土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，既维持土壤生态系统的正常结构和功能，保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物的最大数量或负荷量(土壤环境动容量)。,第二节土壤环境容量与缓冲性,4、土壤环境容量的大小：既取决于土壤环境背景值和污染物本身的性质，也取决于土壤生态系统的抵抗力，自净能力及受害后系统的恢复能力。在一定区域的土壤特征和环境条件下，土壤环境背景值和土壤的自净能力是一定的，土壤环境容量的大小取决于土壤环境质量标准值的大小。土壤环境质量标准值越大，土壤环境容量也大，标准值越小，则容量亦小。,第二节土壤环境容量与缓冲性,4、土壤环境缓冲性指土壤对进入其内的污染物所具有的缓和污染的能力。包括下列过程：稀释和扩散降低其浓度，减少其毒性；转变为不溶性化学物沉淀；胶体吸附；生物和化学降解，转变为毒性小或无毒的物质；挥发和淋溶，从土体迁移至大气和水体。,第二节土壤环境容量与缓冲性,影响土壤环境缓冲性的因素土壤的物理性质（三相比，机械吸附和物理吸附）；土壤胶体的特性；土壤对污染物的配位和螯和作用；土壤的氧化还原反应（Cr,Cd,Cu,Zn在还原条件下呈难溶态，氧化条件下增加可溶性；As,Fe,Mn在还原条件下可溶性强，氧化条件下呈难溶态）；土壤酸碱性（影响吸附-解吸，氧化-还原，络和-解离，溶解-沉淀等一系列化学平衡）土壤的生物降解。,土壤缓冲作用的重要性,缓冲性和适宜的植物生活环境使土壤pH值在自然条件下不致于因外界条件改变而剧烈变化，有利于营养无素平衡供应，维持一个适宜的植物生活环境。缓冲性和酸碱度改良土壤的缓冲性能愈大，改变酸性土（或碱性土）pH所需要的石灰（或硫磺等）数量越多。,第三节农业对土壤环境质量的影响,土壤环境质量：是指土壤环境的优劣程度，或者说是土壤环境对植物和动物生长和生存的适宜程度。土壤污染：1、人类活动使土壤中有害物质增加；2、土壤中某些有害物质超过土壤背景值；3、当土壤中某些有害物质含量过高，超过了土壤净化的能力，造成土壤生态系统的破坏。,第三节农业对土壤环境质量的影响,农业对土壤环境质量的主要影响不合理开发利用土壤资源对土壤环境质量的影响农药对土壤环境质量的影响化肥对土壤环境质量的影响污水灌溉对土壤环境质量的影响棚膜覆盖及农用塑料薄膜对土壤环境质量的影响此外，土壤耕作、施用污泥、固体垃圾及人、畜粪做肥料都可对土壤环境产生影响。,第四节逆境土壤的改良与治理,逆境土壤：指存在着对植物生长有各种限制因素的土壤，即那些受干旱、盐碱、洪涝、污染、养分缺乏等因素胁迫，影响植物正常生长的土壤。盐