土壤学授课全套讲义教案(大学期末复习资料）

绪论第一节土壤在人类农业和自然环境中的重要性第二节土壤及土壤科学的发展第三节土壤学科体系、研究内容和方法第一节土壤在人类农业和自然环境中的重要性一、土壤是植物生长繁育和生物生产的基地二、土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分（一）自然地理环境是指在地球陆地表面人类或生物生存的环境。（二）自然地理环境由五大要素组成即大气圈、生物圈、水圈、岩石圈、土壤圈土壤圈概念是指地球表层系统中处于四大圈（气、生物、水、岩石）交界面上最富有生命活力的土壤连续体或覆盖层。土壤圈在地球表层系统中的作用（1）与大气圈的关系土壤与大气间在近地球表层进行着频繁的水、气、热的交换和平衡。土壤庞大复杂的多孔系统，能接收大气降水以供生物生命需要。并能向大气释放CO2和某些痕量气体，如CH4、NO2和NOX。（2）与生物圈的关系支撑和调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理条件，决定自然植被的分布与演替。（3）与水圈的关系降水在陆地的重新分配、元素的生物地球化学行为和水分平衡、分异、转化及水圈的化学组成。（4）与岩石圈的关系具有一定的保护作用，以减少其受各种外营力破坏，与岩石圈进行物质交换与地质循环。三、土壤是地球陆地生态系统的基础生态系统生物环境（空气、水分、日光、热量、养分、土壤反应等）四、土壤作为自然资源具有特殊性（一）地力有再生性土壤资源与光、热、水、气资源一样被称之为可再生资源。但从其自然属性来看又是不可再生的，是有限的自然资源。（二）面积有限性地球表面的陆地面积相对固定，其影响因素主要是土壤形成的时间长；土地被占用的面积逐渐扩大；土地退化日趋严重；人口剧增。（三）质量的可变性土壤肥力在物质循环和平衡中不断获得发育和提高；高强度、无休止的向土壤索取，土壤肥力将逐渐下降和破坏。（四）位置固定性覆盖在地球表面各种不同类型的土壤，在地面空间位置上有相对的固定性，在不同生物气候带内分布着不同的地带性土壤。土壤资源的空间分布还受区域性地质地形、母质、水文等条件的影响。人类的耕作活动也改变了土壤的性状，从而影响土壤的空间分布。第二节土壤及土壤科学的发展一、土壤的概念（一）什么是土壤不同学科的科学家有不同的认识生态学家从生物地球化学观点出发生命层环境科学家认为土壤是重要的环境因素，环境污染物的缓冲带、过滤器。工程专家则把土壤看作承受高强度压力的基地或工程材料的来源。而土壤学家、农学家则认为土壤是指地球陆地上能够产生植物收获物的疏松表层。苏联土壤学家威廉斯质的特征、物理性状、位置二土壤物质组成一般讲，土壤固体体积约占整个土壤体积的一半，另一半为孔隙体积。二、土壤肥力的概念（一）土壤肥力土壤同时不断地供给和协调植物所需的水、肥、气、热的能力（二）类型1、自然肥力指自然因素作用下产生的。（肥力高低取决于自然植被的好坏）2、人为肥力人类开垦利用以后发展起来的土壤肥力。（肥力高低取决于劳动投入）3、有效肥力指当季或当年作物能吸收利用的部分。4、潜在肥力指当季或当年作物不能吸收利用的部分。有效肥力与潜在肥力可互相转化三生产力和土壤肥力的关系土壤的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所谓发挥肥力作用的外界条件是指土壤所处的自然条件和社会经济条件包括气候、日照、地形、排水供水条件、有无毒质或污染物质的侵入等，也包括人为耕作，栽培等土壤管理措施。三、近代土壤科学的发展及主要观点（一）农业化学土壤学派（二）农业地质土壤学观点（三）土壤发生学派（四）土壤学发展的新观点五我国土壤学的发展概况四、土壤学科体系（一）分支学科及研究内容1、土壤物理2、土壤化学3、土壤微生物4、土壤生物化学5、土壤地理（二）土壤学与相邻学科的关系在基础土壤的研究方面必须与地学、生物学、数学、化学、物理学等基础学科结合在应用土壤研究方面必与农学、环境学、生态学、气象学、区域自然地理以及社会经济学等多学科合作五、研究对象土壤SOIL六、研究内容土壤的基本组成、基本结构、基本性质、基本功能以及土壤分类和土壤类型。七、研究方法（一）宏观研究和微观研究宏观研究全球系统、土壤景观、土壤剖面层次（都是肉眼看得见的）微观研究原生矿物、次生矿物、有机质以及土壤微生物（借助现代仪器研究如显微镜，光谱仪等）（二）综合、交叉研究因农业可持续发展、粮食安全问题、环境保护区域治理和全球变化等到直接与土壤学有密切联系。如研究农业的可持续性问题首先必须考虑土壤肥力的永续利用性问题，因而就需要土壤学与农业科学、环境科学、生态学、社会经济学进行交叉、相互渗透（三）野外调查与实验室研究结合野外调查传统的调查制图通过遥感技术（航片、卫片）土壤解释判读转绘出土壤分布图等实验室研究室内理化定量化分析、实验室模拟研究等（四）新技术的应用遥感技术、数字化技术、地理信息系统技术应用于建立土壤信息技术、土壤数据库等。新仪器各种光谱仪、电子显微镜等。第一章土壤矿物质第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成第二节粘土矿物第三节我国土壤粘土矿物分布规律第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成土壤矿物质是土壤的主要组成物质，构成了土壤的“骨骼”。一、土壤矿物质的主要元素组成（一）主要元素O、SI、AL、FE、CA、NA、K等10多种，而O和SI分别占了47和29。（二）组成特点1）各种元素大部分以氧化态的形式存在。2）封闭在岩石中，处于分散状态。二、土壤的矿物组成（一）矿物的概念MINERAL矿物是指一类天然产生于地壳中且有一定的化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质化学元素。（二）矿物类型TYPESOFSOILMINERALS1、原生矿物1）定义直接来源于母岩的矿物。2）种类石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、磷灰石2、次生矿物1）定义由原生矿物分解转化而成的。2）种类粘土矿物、铁、铝氧化物、碳酸盐类、硫酸盐类目前发现的矿物大约三千多种，与成土有关的只有2030种左右第二节粘土矿物一、层状硅酸盐粘土矿物SILICATERCLAY（一）构造特征1基本结构单位构成层状硅酸盐粘土矿物晶格的基本结构单位硅氧四面体铝氧八面体（1）硅氧四面体（或简称四面体）四面体基本的结构是由1个硅离子（SI）和4个氧离子（O）所构成。（2）铝氧八面体（或简称八面体）八面体基本的结构是由1个铝离子（AL）和6个氧离子（O）（或氢氧离子）所构成。2单位晶片（1）硅片在水平方向上四面体通过共用底部氧的方式在平面两维方向上无限延伸，排列成近似六边形蜂窝状的四面体片。（2）铝片八面体在水平方向上相邻八面体通过共用两个氧离子的方式，在平面两维方向上无限延伸，排列成八面体片。3单位晶层（1）11型由一个硅片和一个铝片构成（2）21型由两个硅片夹1个铝片构成（3）211型是在21单位晶层的基础上多了1个八面体片水镁片或水铝片，由两个硅片、1个铝片和1个镁片（或铝片）构成。4同晶置换SOMORPHOUSSUBSTITUTION1）定义是指组成矿物的中心离子被电性相同、大小相近的离子所替代而晶格构造保持不变的现象。替代和被替代离子的大小要相近，只有这样才能保证替代后晶形不发生改变；替代和被替代离子的电性必须相同，电价可以同价或不等价。2结果使土壤产生永久电荷，能吸附土壤溶液中带相反电荷的离子，避免随水流失，可供植物吸收。（二）硅酸盐粘土矿物的种类及特性主要有高岭组、蒙蛭组、水化云母组和绿泥石组矿物。1高岭组又叫11型矿物包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等。具有以下特点（1）11型的晶层结构晶层由一层硅片和一层名铝片重叠而成,硅片和铝片的比例为11,故又称11型矿物。（2）无膨胀性（3）电荷数量少（4）胶体特性较弱2蒙蛭组又叫21型膨胀性矿物包括蒙脱石、绿脱石、拜来石、蛭石等具有以下特点（1）21型的晶层结构晶层由二层硅片夹一层铝片构成，硅片和铝片的比例为21型膨胀性矿物（2）胀缩性大（3）电荷数量大（4）胶体特性突出3水化云母组又叫21型非膨胀性矿物或伊利组矿物具有以下特征（1）21型晶层结构由两层硅片夹一层铝片组成，硅片和铝片的比例为21型。（2）无膨胀性（3）电荷数量大（4）胶体特性4绿泥石组这类矿物以绿泥石为代表，绿泥石是富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘土矿物。具有以下特性（1）211型晶层结构晶层由滑石和水镁石或水铝石片相间重叠而成。（2）同晶替代较普遍（3）颗粒较小二、非硅酸盐粘土矿物是指一类矿物结构比较简单、水化程度不等的铁、锰、铝和硅的氧化物及其水合物和水铝英石。（一）氧化铁（二）氧化铝（三）水铝英石（四）氧化硅第三节我国土壤粘土矿物分布规律一、风化和成土作用与粘土矿物组成的关系1、粘土矿物形成途径粘土矿物是在风化和成土过程中形成的次生矿物（1）原生矿物风化淋溶直接演变（风化递变学说）白云母经风化很容易形成水化云母，随着风化和淋溶程度的发展，云母类型矿物可能依次顺着伊利石、蛭石、蒙脱石、高岭石以至三水铝石的方向递变。（2）风化沉淀（自然合成）学说原生矿物彻底风化产物重新组合沉淀而成。SIO2NH2O土壤PH条件下带负电荷，酸胶基AL2O3NH2O，FE2O3NH2O带正电荷，碱胶基盐基离子CA2、MG2、K、NA等，决定溶液PH，并参与矿物形成正负电荷胶体相互中和沉淀组成新矿物2、粘土矿物的形成条件粘土矿物形成与气候等成土条件密切相关南方热带砖红壤、亚热带红壤矿物风化程度高，粘土矿物以11型为主，并有三水铝石，粘粒硅铝铁率为2左右，属铁铝土北方温带地区，粘粒矿物为各种21型伊利石、蒙脱石等，粘粒硅铝铁率多在3以上。风化度低，属硅铝土二、我国土壤粘土矿物分布规律全国分为7个分布区北方以水云母（伊利石）为主的1、2、3区秦岭、长江中下游水云母、蛭石、高岭石交错分布区4区南方西部蛭石和高岭石为主的分布区（5区）南方以高岭石为主的6、7分布区西北和青藏高原水云母区1区，土壤风化程度最低华南高岭区（7区）土壤风化程度最高第二章土壤有机质SOILORGANICMATTER第一节土壤有机质的来源、含量及其组成第二节土壤有机质的分解和转化第三节土壤腐殖物质的形成和性质第四节土壤有机质的作用及管理第一节土壤有机质的来源、含量及其组成一、定义是指土壤中所有含碳的有机化合物。二、来源动、植物残体和微生物落叶、死亡茎杆、根系、动物的排泄物、代谢产物等人工施入土中的有机肥料三、含量耕层含有机质20以上的土壤有机质土壤而含有机质20以下的土壤矿质土壤但耕作土壤中表层有机质的含量通常在5以下，一般在13之间。四、组成1、元素组成C5258O3439H3348N3741其次为P、S等，C/N比大约在10左右2、化合物组成类木质素蛋白质纤维素半纤维素乙醚和乙醇可溶性化合物第二节土壤有机质的分解和转化一、分解和转化过程DECOMPOSITIONOFORGANIC（一）矿质化过程1、定义指在微生物酶的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养料，这一过程称为有机质的矿化过程。2、各种化合物矿质化过程1）碳水化合物好气条件下分解速度快，中间产物有机酸不易积累，最终产物是CO2和水，并释放出大量的热量。嫌气条件下分解速度很慢，并有大量中间产物有机酸积累，最终产物中除有CO2外，还有大量还原性物质CH4、H2等出现，同时释放的热能也低些。2脂肪、树脂、蜡质、单宁等在好气条件下除生成CO2和水，并放出能量外，还常产生有机酸在嫌气条件下则可产生多酚类化合物,氧化可转化为酮类化合物，也可通过聚合、缩合等作用，形成土壤沥青。3木质素类不同植物的木质素，都含芳香核，是一类成分和结构都极复杂的有机化合物，是最不易分解的有机成分。在好气条件下主要通过真菌和放线菌的作用，先进行氧化和脱水，再缓慢分解，其芳香核变为醌型化合物在嫌气条件下分解极漫，在沼泽泥炭地木质素大量累积。4含硫和含磷有机化合物土壤中含硫有机化合物主要是含硫蛋白质在好气条件下最终产生硫酸盐，可供植物利用在嫌气条件下可形成硫化氢和硫醇类等有毒物质含磷化合物主要有核蛋白、磷酸酯等最后分解都产生磷酸，可供植物利用。5含氮有机化合物的分解土壤中的含氮有机化合物有蛋白质、核酸、氨基糖、酰胺及腐殖质等。以土壤的主要含氮化合物蛋白质为例蛋白质水解氨基酸氨化NH3硝化HNO3蛋白质通过水解、氨化、硝化等作用，分解转化为氮、硝酸，最后在土壤中主要呈铵盐和硝酸盐,成为土壤有效态氮，可供植物直接利用。A、氨化作用指含N化合物经分解后形成NH3或NH4的作用。B、硝化作用指NH3或NH4经微生物的作用氧化为硝酸盐的过程。2NH33O22HNO22H2OQ铵态氮（NH4N）、硝态氮（NO3N）是土壤无机态氮的有效形态。C、反硝化作用是指硝态氮在反硝化微生物作用下形成氮气分子（N2）逸散在空气中。发生条件1、通气不良、积水2、反硝化细菌存在3、PH7280（二）腐殖化过程1、定义指各种有机化合物通过微生物的合成或在原植物组织中的聚合转变为组成和结构比原来有机化合物更为复杂的新的有机化合物，这一过程称为腐殖化过程。2、腐殖化过程分两个阶段进行第一阶段产生构成腐殖质主要成分的原始材料醌、酚类，氨基酸类，糖类第二阶段原始材料缩合或聚合，缩聚成腐殖质分子二、影响土壤有机质分解和转化的因素（一）植物残体的组成（二）植物残体的C/N比（三）土壤温度（四）土壤水分和通气状况（五）土壤特性第三节土壤腐殖物质的形成和性质SOILHUMUS一、土壤腐殖物质的形成腐殖化作用最终的产物为高分子多聚化合物即腐殖物质腐殖化作用是一系列极端复杂过程的总称（一）腐殖质是土壤中一类性质稳定、成分、结构极其复杂的天然高分子聚合物。（二）土壤腐殖物质的形成有4条途径（三）土壤腐殖物质存在的状态游离态腐殖物质很少结合态腐殖物质5298二、土壤腐殖酸的分组（一）分离提取（图21）图21土壤有机质的分组土壤腐殖物质划分为胡敏酸、富啡酸和胡敏素3个组分三、土壤腐殖酸的性质土壤有机质微生物物质未分解或部分分解的动植物残体土壤腐殖质非腐殖物质可溶性腐殖物质不溶性腐殖物质、即胡敏酸溶液即富啡酸沉淀物即胡敏酸溶解物即吉马多美郎酸一元素组成主要元素C、H、O、N、S、P等大量,FE、CA、MG、SI等少量其中C5560O3238N36（二）结构、分子量、颜色、形状结构单体中有芳核结构，芳核上有许多取代基，含有多种功能团（OH、COOH、酚羟基、醇羟基、羰基等分子量几千到几万颜色整体呈黑色，因分子量的大小，发色基团组成不同呈黄、褐、黑等色形状短棒状或球状（三）性质1、具有较大的比表面，高达2000M2/G2、电性通常以带负电为主3、吸水性强是一种亲水胶体，吸水量可达5004、稳定性对微生物的分解有很强的抵抗能力，少则百年，多则几百几千年。自然土壤矿化率旱地粘重土壤轻质土壤木质化程度高木质化低的例如某土壤有机质含量2,设矿化率为2,则每年被矿化消耗掉的土壤有机质为多少施用含水量86的紫云英多少才能保持土壤有机质不变其中紫云英的腐殖化系数为025设紫云英用量为X,则X01402515000022X1714KG二提高土壤有机质含量的措施一是增加土壤有机质来源,即广辟肥源问题1种绿肥2养猪积肥3秸杆还田二是调节土壤有机质的转化条件1合理轮作2调节比3水气条件4酸碱度5免耕和少耕第三章土壤生物第一节土壤生物多样性第二节影响土壤微生物活性的环境因素第三节土壤微生物区系的发生和分布第四节土壤生物活性及表征第一节土壤生物多样性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。一、土壤生物类型的多样性（一）后生动物（二）原生动物（三）微生物二、土壤微生物种群的多样性（一）原核微生物1细菌土壤细菌占土壤微生物总数的7090，主要是能分解各种有机质的种类。2放线菌广泛分布在土壤、堆肥、淤泥、淡水水体等各种自然生境中，其中数量及种类最多。放线菌最适宜生长在中性、偏碱性、通气良好的土壤中，能工巧匠转化土壤有机质，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起着重要作用。（二）真核微生物1真菌真菌是常见的土壤微生物之一，尤其在森林土壤和酸性土壤中，往往是真菌占优势或起主要作用。2藻类土壤藻类是指土壤中的一类单细胞或多细胞、含有各种色素的低等植物。3地衣地衣是真菌和藻类形成的不可分离的共生体。地衣广泛分布在荒凉的岩石、土壤和其他物体表面，地衣通常是裸露岩石和土壤母质的最早定居者。三非细菌型生物即分子生物病毒病毒是一种活细胞内的寄生物,凡有生物生存之处,都有其相应的病毒存在。病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方面已显示出良好的应用前景。三、土壤微生物营养类型的多样性（一）化能有机营养型（二）化能无机营养型（三）光能有机营养型（四）光能无机营养型四、土壤微生物呼吸类型的多样性（一）好氧性微生物的有氧呼吸在有氧环境中生长，以氧分子为呼吸基质氧化时的最终电子受体（二）厌氧性微生物的无氧呼吸在有氧和无氧环境中均能进行呼吸的土壤微生物三）兼厌氧性微生物兼性呼吸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，并使之还原第二节影响土壤微生物活性的环境因素一、温度是影响微生物生长和代谢最重要的环境因素。微生物生长需要一定的温度，温度超过最低和最高限度时，即停止生长或死亡。二、水分及其有效性水是微生物细胞生命活动的基本条件之一。水分对微生物的影响不仅决定它的含量，更重要决定水的有效性。三、PH值酸碱度（PH值）对微生物生命活动有很大影响。每种微生物都有其最适宜的PH值和一定的PH值适应范围。大多数细菌、藻类和原生动物的最适宜的PH值为6575，在PH40100也可以生长。四、氧气和EH值通气状况或氧化还原电位（EH值）的高低对微生物生长有一定影响。因此，结构良好、通气的旱作土壤中有较丰富的好氧性微生物生长发育。五、生物因素1、土壤中微生物按照来源不同可分为土居性土生土长的和客居性外来的两种类型。2、土居性微生物EDAPHON由于长期生活在土壤中，对土壤环境有较强的适应性，当土壤环境变恶劣时，能存活下来，环境好转时又重新繁殖。六、土壤管理措施（一）土壤耕作（二）杀生剂和其他化学制剂第三节土壤微生物区系的发生和分布一、不同土壤类型、肥力水平，土壤微生物的数量和分布有很大差异。一般来说，我国不同土壤微生物总数，呈如下变化趋势黑钙土棕壤灰壤水稻土砖红壤二、土壤剖面中微生物的数量和分布在土壤的不同层次中，由于水分、养分、通气、温度、PH等因素的差异及不同微生物的特异性，致使微生物在土壤剖面中的分布不均。一般来说，表土层微生物数量最多，随层次加深，数量减少。三、土壤团聚体中微生物的分布各种团聚体CLUSTER是微生物在土壤中生活的微环境。团聚体内外的条件不同，微生物的分布也不一样。第四节土壤生物活性及表征一、土壤酶（一）土壤酶种类和功能在土壤中发现5060种酶，研究较多的有氧化还原酶、转化酶和水解酶。（二）酶在土壤中存在状态及特性1游离态较少2复合态二、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）多糖第四章土壤质地和结构第一节土壤质地第二节土壤结构第一节土壤质地TEXTUREOFSOIL一、土壤的粒级与性质（一）土粒分级1、分级指将大小、性质相似的土粒合并成一组，称为分级。土壤颗粒大小参差不齐，大的直径在数毫米以上，小的尚不足1NM，大小相差达百万倍。土粒大小不同，其组成与性质差异极大。通常根据土粒直径大小及其性质上的变化，将其划分为若干个粒级等级。2、各国的土粒分级各种土粒分级标准中，都将细土部分划分为砂粒SAND、粉粒SILT和粘粒CLAY三个粒级。其具体标准有差别1）国际制2）美国制3）中国制4）卡庆斯基制（见表41）卡庆斯基制将1MM的划为石砾，1MM的划为细土部分，其中1005MM的粒级称为砂粒，0050001MM的粒级称为粉粒，0001MM的粒级称为粘粒。除此还有一简制即1MM的为石砾STONE,001MM的为物理性砂粒。这种简化制的划分法，与我国农民所称的“砂”和“泥”的概念颇相近，因而应用广泛。表46卡钦斯基土壤质地基本分类（简制）不同土壤类型的001MM粒级含量（）质地组质地名称灰化土草原土壤，红土壤碱化土，碱土砂土松砂土紧砂土055100551005510壤土砂壤轻壤中壤重壤102020303040405010202030304545601015152020303040粘土轻粘土中粘土重粘土506565808060757585854050506565二粒级的矿物成分和化学成分砂粒和粉粒主要是由各种原生矿物组成的，其中以石英最多，此外，还有长石、云母等原生硅酸盐矿物，还有少量赤铁矿、针铁矿、磷灰石等。在粘粒粒级中，原生矿物很少，基本上是次生矿物，主要是次生硅酸盐矿物，如高岭石、水云母、蒙脱石等，以及铁、铝氧化物的水合物。图4土壤粗细颗粒的矿物组成示意图二、土壤质地分类一质地TEXTURE是指根据机械组成划分的土壤类型。质地分类与土粒分级一样，各国标准也不统,现就我国当前常用的质地分类标准，分别介绍于后（二）各国的质地分类1、卡庆斯基制质地分类苏联卡庆斯基提出的质地分类有简制和详制两种，其中简制应用较广泛。我国两次全国性土壤普查，在质地分类中都是应用卡氏简制分类标准。卡氏分类的特点是考虑到土壤类型的差别，主要是交换性阳离子如H、CA2、NA等对土壤物理性质的影响。因而对不同类型土壤划分质地类别时，采用的物理性粘粒含量水平不完全一样表42。2、国际制质地分类国际制将质地分为四大类、12种。国际制土壤质地分类还可用三角坐标图表示图423、我国土壤质地分类据1978年拟定的我国土壤质地分类试行标准，将我国土壤质地分为三组十一种。三、土壤质地与土壤肥力一砂土类土壤1、主要分布在平原河谷地区，丘陵山地也有分布。2、成分含砂粒极多，粘粒极少3、性质1）粒间多为大孔隙，土壤通透性良好，透水排水快2）缺乏毛管孔隙，蓄水保水抗早能力弱3）保蓄养分能力低，养分贫乏4）保肥耐肥性差，施肥时肥效来得快且猛，但不持久5）疏松，易耕，但耕作质量差砂质土水少气多，土温变幅大，早春土温上升快，称热性土,这类土昼夜温差大4、作物1）可选择耐早作物或品种2）特别适宜种块根块茎作物，以及花生等作物3）生长期短、早熟的作物，以及块根叶茎类作物和蔬菜5、施肥1）多施末腐熟的有机肥2）化肥施用则应少量多次，后期适时追肥并注意解决发小苗不发老苗，后期脱肥早衰、结实率低、籽粒轻等问题二粘土类土壤1、分布各种地形上都有分布在石灰岩、页岩、第四纪粘土沉积物、河湖冲积物等母质母岩上2、成分砂粒少，粘粒含量高3、性质1）大孔隙少，土壤透水通气性差，排水不良，不耐涝2）保水抗旱能力差3）土壤保肥能力强4）土壤含矿质养分较丰富，加之通气差，有利于腐殖质累积5）肥效来得馒，平稳而持久粘质土土温变幅小，早春土温上升缓慢，有冷性土之称。4、作物1）红薯在粘质土上质好味甜；谷类作物籽粒饱满2）其他管理措施相同条件下，产量比砂质土高3）果、桑、茶等多年生的深根植物，枝条粗壮，叶片肥厚5、施肥1）有机肥宜用腐熟程度高的2）化肥一次用量可比砂质土多粒质土后劲足，不早衰，结实率高，籽粒饱满，品质好。三壤土类土壤1、分布各种地形都有2、成分含砂粒、粘粒配比较恰当3、性质兼有砂土类土壤和粘土类土壤的优点，即它既有砂质土的良好通透性和耕性，又有粘土对水分、养分的保蓄性、肥效稳而长等优点。四、质地层次（STRAFICATIONOFTEXTURE）前面所说的各类质地的土壤肥力特点是指土体在单一质地的情况下的肥力特点，但实际上，有许多土壤，其质地层次往往不是单一的，而是上下层的质地差别很大，呈现出质地层次性，因而其肥力特点也就复杂多样。造成质地层次性的原因是多方面的，有自然因素，也有人为因素。如母质的原因引起的层次性，如河流冲积物形成的土壤，砂粘相间的质地层次特别明显。在平缓丘陵岗地及第四纪粘土母质上发育的土壤，由于侧流漂洗等原因，而形成一类白土、白散土等上壤下粘的质地层次。质地层次对土壤肥力的影响，应侧重在质地层次排列方式和层次厚度上，特别是土体1M内的层次特点。土壤质地及质地层次对土壤肥力、生产性能的影响是多方面的。五、不良质地的改良（一）客土法如“泥掺沙”，“沙掺泥”客土法（二）增加有机质含量（三）深翻改土（四）生物改良办法选种先锋作物以逐渐累积有机质第二节土壤结构（SOILSTRUCTURE一、土壤结构体是指土壤颗粒胶结成大小不一、形状不同的土团，称为土壤结构体。二、土壤的结构性就是指土壤中结构体的形状、大小及其内外孔隙排列状况情况。三、土壤的结构类型如图（一）块状和核状（二）团粒结构（三）柱状和棱柱结构（四）片状结构（五）单粒结构四、土壤结构与土壤肥力的关系土壤结构的功能主要在于调节热、水、气、肥四个肥力因素。良好的土壤结构团粒结构具有对土壤肥力因素协调供应的能力，具有良好的孔隙性有密切的关系。在团粒结构的土壤中，团粒内部是毛管孔隙，这与团粒之间是非毛管孔隙，两种孔隙配合适当，总孔隙也较大。（见表）五、土壤良好结构的培育（一）改良土质和施用有机质肥料（二）合理的土壤耕作（三）合理轮作与间套种（四）改良土壤的化学性质（五）应用土壤结构改良剂结构体肥力特性团聚体柱状、棱柱状、块状、核状单粒结构孔隙状况大、小孔隙比例适中小孔隙多、大孔隙少小孔隙少、大孔隙多水气状况协调，水气同在不协调，水多气少不协调，水少气多有机质的分解矿质化过程、腐殖化过程同时进行矿质化过程弱腐质化过程强矿质化过程强腐质化过程弱微生物好氧微生物、嫌氧微生物共存好氧微生物少嫌氧微生物多好氧微生物多嫌氧微生物少温度变化稳定不易上升，慢易上升，快、剧烈养分数量多，有效性高中等，有效性低少，有效性高抗旱强板结、积水，蒸发快抗旱性差漏气，抗旱性差耕性好中等难种子萌发整齐、全苗缺苗（霉烂）缺苗（干旱）肥力高低低第三节土壤孔性土壤的孔隙性与结构性是土壤两项重要的物理性状土壤是个复杂的多孔体。土壤孔隙性指土壤中的孔度、大小孔隙的分配比例及其孔隙分布状况。一、土壤的密度比重（SPECIFICGRAVITY）定义单位体积不含粒间孔隙的体积土壤固体部分的重量与同体积水重之比称土壤比重。水的密度为14OC时，所以可简单表示为单位体积土壤固体部分的干重单位以GCM3表示。（二）大小随所含固体成分的不同而异。土壤中各种矿物质和腐殖质的比重各不相同，土壤比重是所含固体成分比重的平均值。土壤中主要矿物的平均比重是26一27G/CM3。腐殖质的比重很小，只有125一L40G/CM3，甚至更低。一般土壤比重近于265G/CM3。二、土壤容重BULKDENSITY（一）定义单位体积自然状态下的土壤含粒间孔隙的体积的干重称容重。单位为GCM3由于把孔隙的容积包括在内，因此，土壤容重总是小于比重。（二）大小随土壤质地、结构和有机质含量及土壤松紧状况而异。一般来说，土壤容重变动在10一16G/CM3之间。水稻土浸水耕作之后，浸水容重常小于10G/CM3。许多研究者认为,对作物的生长发育最适宜的容重是1113GCM3左右。三作用1、计算土壤孔隙度孔隙度（）10）密度容重（2、计算单位体积内的重量EG土壤每亩耕层土重耕层厚20CM、容重115G/CM36671042011510315万公斤3、计算工程土方量EG2000M202M13T/M3520T4、估算各种土壤成分储量EG1000002130015390T5、计算土壤储量及灌水或排水定额EG一容重为1G/CM3的土壤，初始含水量为12，田间持水量为30，要使30CM土层含水量达田间持水量的80，需灌水多少（方/亩）解田间持水量的80为30802430CM土层含水达田间持水量80时水MM024012130036MM2/33624方/亩（四）浸水容重浸水容重它反映浸水条件下土壤结构状态和淀实程度的指标。三、土壤孔隙性一土壤孔隙度SOILPOROSITY土壤孔隙就是土粒或土团之间通过点面的接触所形成大小不等的空间。1、定义即在一定容积的土体内，土壤孔隙容积占整个土体容积的百分数亦称总孔隙度。土壤孔隙度通常不直接测定，而是通过土壤密度、容重的数值计算出来。2、类型1毛管孔隙定义是指细小土粒紧密排列而成的小孔隙。因而决定着土壤的蓄水性。粘土中以这种孔隙为主毛管孔隙的容积占土壤容积的百分数叫毛管孔隙度CAPILLARYPOROSITY。毛管孔隙还可以细分为毛管孔隙和无效孔隙非活性孔隙2）非毛管孔隙定义是由大土粒或土团疏松排列或经人为锄松而形成。常为空气所占据，故又称通气孔隙。它的主要作用是通气透水，决定着土壤的通气性和排水状况。砂土中以这种孔隙为主。非毛管孔隙容积占土壤容积的百分数称非毛管孔隙度或通气孔隙度。3土壤孔隙比定义是指土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。土壤孔隙的数量也可用孔隙比来表示。土壤孔隙比土粒体积孔度四、理想（适宜）的土壤孔隙性土壤总孔度在50左右或稍高一些毛管孔隙非毛管孔隙2141土壤通气孔度在10以上三相比为211密度容重土粒体积土重土壤体积土重土壤体积土粒体积土壤体积土壤体积孔隙体积土壤孔度密度容重土壤孔度1/110第五章土壤水第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定第二节土壤水的能态第三节土壤水的运动第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定一、土壤水分类型（一）吸湿水紧束缚水1、定义由于固体土粒表面的分子引力和静电引力对空气中水汽分子的吸附力而被紧密保持的水分。2、性质其厚度只有23个水分子层，无溶解力、不导电、不能自由移动，也不能为植物利用。3、大小决定于土壤质地、腐殖质等影响决定于大气的湿度和温度当空气相对湿度达95100时,土壤吸湿水量可达最大值，这时称为最大吸湿量。（二）膜状水松束缚水1定义指当吸湿状态土粒与液态水接触时，还可再吸附一层很薄的水膜，称其为膜状水。2性质其厚度可达到几十个水分子，部分可以被植物吸收利用，移动极为缓慢。3大小决定于土壤的比面以及土壤溶液浓度。膜状水达最大时的土壤含水量叫最大分子持水量。（三）毛管水1、定义由土壤毛管孔隙的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。2、类型1毛管上升水定义指地下水随毛管上升而被保持在土壤中的水分，称为毛管上升水。最大水量称为毛管持水量。毛管上升水与地下水位有水压联系地下水位适当作物吸收地下水位过深作物不能吸收地下水位过浅作物受湿害（2）毛管悬着水定义指在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管力保存在土壤上层中的水分称为毛管悬着水。当毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量叫田间持水量。性质毛管水是土壤中可以移动的、对植物最有效的水分，而且毛管水中还溶液解有可供植物利用的易溶性养分。大小与土壤质地、腐殖质含量及结构状况有关。（四）重力水定义指土壤含水量超过田间持水量时，多余水分受重力支配向下渗透，这部分水分叫重力水。土体全部孔隙都充满水，这时土壤含水量叫饱和持水量（全持水量）。二、土壤含水量的表示方法（一）质量百分数即土壤中水分的质量与干土质量的比值勤。（二）容积百分数即单位土壤总容积中水分所占的容操作分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数。（三）相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。毛管悬着水的饱和程度，有效性和水气的比例。（四）土壤水贮量即一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量,它主要有两种表达方式1、水深是指在一定厚度（H）一定面积土壤中所含水量相当于相同面积水层的厚度。2、绝对水体积（容量）即一定面积一定厚度土壤中所含水量的体积。三、土壤水分含量的测定（一）烘干法1、经典烘干法2、快速烘干法（二）中子法（一）TDR法（时域反射仪）第二节土壤水的能态土壤含水量虽然指明土壤水分数量的多少，但不能表明水分能为植物利用的程度，也不能指明水分运动的方向。所以早在1907年美国的白金汉BUCHNGHAM，E，就提出用能量观点研究土壤水能量水平的问题。近几十年来土壤水分的能量观点有了很大的发展。一、土水势水分进入土壤和土粒及其它成分接触就会受到各种力如分子引力、静电引力、毛管引力、渗透压力的吸持而消耗一部分能量。这样就使得土壤水所蕴藏的能量低于标准状态水即与土壤水等温、等压、等高的纯自由水。1、定义土壤水与标准状态水的自由能的差就叫做土水势或土壤总水势。可表达为土水势土壤水自由能标准状态水自由能因为土壤水自由能总是低于标淮状态水，所以土水势，一般都是负值，其最大值为零。土壤水总是从土水势负绝对值小处流向负绝对值大处。2、土水势是土壤水在各种力作用下的总效应,包括几个分势。1）基质势定义是由土壤基质引起的吸附力和毛管力所制约的土水势，称为基质势。不饱和土壤水的情况土水势取决于基质势土壤含水量愈低，基质势愈低；土壤含水量愈高，基质势愈高2）压力势定义指在土壤水饱和的情况下，由于受压力而产生的土水势。在不饱和土壤中压力势为0在饱和土壤中孔隙都充满水，并连续成水柱，土表土壤水压力势为0而土体内部土壤水除承受大气压外，还要承受其上部水柱的静水压力，其压力势大于参比标准为正值。3）溶质势定义是指由土壤水中溶解的溶质而引起的土水势，也称渗透势。溶质愈多，溶质势愈低溶质势只有在土壤水运动或传输过程中存在半透膜时才起作用。所以对植物吸水有重大影响，因为根系表皮细胞可视为半透膜。4）重力势定义是指由重力作用而引起的土水势。重力势大小决定于所选择的参考平面（地表、地下水面）在不同的土壤含水状况决定土水势大小分势不同在土壤水饱和状态下土水势重力势压力势在土壤水饱和状态下土水势重力势基质势考虑根系吸水土水势溶质势基质势3、土水势的定量表示法至少有三种（一）单位质量水的势能单位JKG焦尔公斤（二）单位容积水的势能单位压或PA巴、MP毫巴等（三）单位重量水的势能以水柱高度的厘米数表示二、土壤水吸力1、吸力是指土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态。2、吸力与土水势不同点1）吸力只表示土壤水受到基质力和渗透压力时所处的能态，相当于基质势和渗透势，而不包括土水势中的其它分势；2吸力用正值表示，免去了用负值的麻烦。对基质势与渗透势来说，吸力在数值上与它们相等，但符号相反。吸力单位多使用巴，也可以使用相当水柱厘米数或PF。三、土壤水分数量和能态的关系一一土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线土壤水的能量指标（水吸力）与数量指标（含水量）的关系曲线。由土壤水分特征曲线可以看到，总的说土壤含水量与土壤吸力呈反相关的关系，即土壤含水量越低，吸力越大；反之，含水量越高，吸力越小。如图但土壤含水量与吸力之间的关系受许多因素影响。由下图可见土壤水分特征曲线强烈地受土壤质地影响在相同能量水平,粘质土含水量比砂质土多许多倍。同样，相同含水量不同质地土壤说所代表的能量水平也有很大差异。此外,土壤结构状况、粒土矿物类型等也都对土壤水分特征曲线产生影响。土壤水分特征曲线还和土壤中水分变化的过程有关。对于同一土壤，即使在恒温条件下，由土壤脱湿（由湿变干）过程和土壤吸湿（由干变湿）过程测得的水分特征曲线也是不同的。这一现象称为滞后现象。（如图）产生滞后现象的原因可能是土壤颗粒的胀缩性以及土壤孔隙的分布特点。实用价值首先，可利用它进行土壤水力S和含水率之间的换算。第二，土壤水分特征曲线可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。第三，土壤水分特征曲张可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。第四，应用数学物理方法对土壤中的水分运动进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。第三节土壤水的运动一、土壤水的饱和流动在饱和流中土水势为零，其推动力主要是重力和静水压梯度。最常见的饱和流是水分垂直向下的渗透如图。根据达西定律QKDH/DXQ为单位时间通过单位断面水的容积DH/DX水压梯度“”表示水流方向K为导水率，即单位压力梯度下水的流量饱和导水率的大小主要决定于土壤孔隙状况二、土壤水的不饱和流动与土壤供水性能旱地土壤在多数情况下处在水分不饱和状态，其水分运动为不饱和流动。不饱和流动的推动力主要是基质势梯度吸力梯度。不饱和流的方向和速度达西定律也可以应用于不饱和流动。水流的方向总是由吸力低处流向吸力高处土壤水从较大孔隙流向较小孔隙从结构体外流向结构体中央从水膜较厚处流向水膜较薄处在不饱和流中，导水率K不再是恒量，而是吸力梯度和含水量的函数。三、土壤中的水汽运动土壤气态水的运动表现为水汽扩散和水汽凝结两种现象。（一）水汽扩散温度梯度是水汽运动的主要推动力所以水汽运动总是由水汽压高处向水汽压低处，由温度高处向温度低处扩散。（二）水汽凝结当水汽由暖处向冷处扩散遇冷时便可凝结成液态水,这就是水汽凝结。水汽凝结有两种现象值得注意一是“液潮现象”现象多出现于地下水埋深度较浅的“液潮地”。白天土壤表层被晒干，夜间降温，底土土温度高于表土，所以水汽由底土向表土移动，遇冷便凝结，使白天晒干的表土又恢复潮湿。二是“冻后聚墒”现象由于冬季表土冻结，水汽压降低，而冻层以下土层的水汽压较高，于是下层水汽不断向冻层集聚、冻结，使冻层不断加厚，其含水量有所增加，这就是“冻后聚墒”现象。四、入渗、土壤水的再分布和土面蒸发水进入土壤包括两个过程即入渗（也称渗吸、渗透）和再分布。（一）入渗1、定义指地面供销水期间，水自土表垂直向下进入土壤的过程。它决定着降水或灌溉水进入土壤的数量。2、决定因素一是供水速率一是土壤的入渗能力在供水速率小于入渗能力时，土壤对水的入渗主要是由供水速率决定；当供水速率超过入渗能力时，则水的入渗主要取决于土壤的入渗能力。土壤的入渗能力是由土壤的干湿程度和孔隙状况决定。如图土壤入渗能力的强弱通常用入渗速率来表示,即在土面保持有大气压下的薄水层,单位时间通过单位面积土壤的水量。单位毫米/秒、厘米/分、厘米/时、厘米/日等常使用的三个指标是最初入渗速率、最后入渗速率、入渗开始后1H的入渗速率一般只有最后入渗速率是一比较稳定的参数，常用其表达土壤渗水强弱。（二）土壤水的再分布1、定义指地面水层消失后，已进入土内的水分的进一步运动和分布的过程。土内水分在重力、吸力梯度和温度梯度的作用下继续运动，且这过程是在没有地下水出现的情况下。（三）土面蒸发1、定义指土壤水不断以水汽的形态由表土向大气扩散而逸失的现象。2、蒸发作用的强弱常以蒸发强度表示即单位时间内单位面积地面上所蒸发的水量。3、大小取决于两方面一是受辐射、气温、湿度和风速等气象因素的影响。二是受土壤含水量的大小和分布的影响。土面蒸发过程区分为3个阶段1、表土蒸发强度保持稳定的阶段2、表土蒸发强度随含水量变化的阶段如图3、水汽扩散的阶段五、田间土壤水分平衡WPIUETRINDW表示计算时段未与时段初土体储水量之差（MMP表示计算时段内降水量（MM）I表示计算时段内灌水量（MM）U表示计算时段内上行水总量（MM）E表示计算时段内土面蒸发量（MM）T表示计算时段内植物叶面蒸腾量（MM）R表示计算时段内地面径流损量（MM）IN表示计算时段内植物冠层截留量（MM）D表示计算时段内下渗水量（MM）降雨量和灌溉量可用雨量筒和水表定量，二者可合并，以P代表；田间蒸腾和蒸发很难截然分开，常合在一起，统称蒸散ET。不出现暴雨或必雨强度不太大时，R0，IN0，ETI0，所以土壤水分平衡式可简化为WPURTD六、土壤水分的调节途径一大力发展灌溉排水工程二最大限度的裁留防水，尽量减少水分的非生产性消耗三提高土壤水分对作物的有效性第六章土壤空气和热量状况第一节土壤空气第二节土壤热量第三节土壤热性质第四节土壤温度第一节土壤空气一、土壤空气的组成土壤空气成分与大气相比氧要少一些，二氧化碳要多一些表61。表61土壤空气与大气组成差异气体O2CO2N2其它气体近地表大气20940037805098土壤空气18020030150657888024098土壤空气与近地表大气组成，主要差别（1）土壤空气中的CO2含量高于大气（2）土壤空气中的O2含量低于大气（3）土壤空气中水汽含量一般高于大气（4）土壤空气中含有较多的还原性气体二、土壤的通气性1、土壤通气性是指土壤空气与近地层大气之间不断进行气体交换的过程。（是土壤的重要特性之一）2、土壤通气的机制土壤通气包括三个过程1）溶解于水中的02随雨水和灌溉水进入土壤2）气体的整体流动3）气体的扩散是引起土壤空气与大气进行气体交换的主要途径三、土壤通气性与土壤氧化还原状况（一）氧化还原体系并存土壤矿物质、有机质部分都合有一些易于氧化和还原的成分，它们在土壤通气良好氧气充足的情况下成氧化态，在通气不良、氧气不足的情况下成还原态见表。表62化合物形态与土壤通气性的关系一般都通过测定土壤溶液的氧化还原电位EH来衡量土壤的氧化还原状况。氧化还原电位公式可表示如下EHE00059/NLOGO/H由此可见，EH的大小决定于土壤中氧化态物质和还原态物质的性质与浓度。而氧化态物质与还原态物质的浓度直接决定于土壤溶液的氧压和溶解氧的浓度；氧压高低又决定于土壤的通气状况。因此氧化还原电位高低可以作为土壤通气性的个指标。早地土壤EH多在500700MM之间水田土壤EH变化较大，在排水种植早作物期间，其EH可达的500MV以上，在淹水期间可低至150MV以下第二节土壤热量SOILHEAT一、主要来源（一）太阳辐射能主要来源（二）生物化学能（三）地心内热二、土壤表面的辐射平衡及影响因素（一）地面辐射平衡地面辐射能的总收入，减去总支出，所得的差数为吸收的地面辐射平衡差额，用R表示之。R吸入的短波辐射支出的短波辐射收入的长波辐射支出的长波辐射（IH）（IH）A（GE）（IH）（IA）RR值的大小表示增热与冷却程度的强弱。一般是白天R为正值，地面增温；夜间R为负值，地面冷却。（二）影响地面辐射平衡的因素1、太阳的辐射强度主要取决于气候情况晴天大于阴天日照角越大，辐射强度越高（中午的辐射强度最高）2、地面的反射率太阳的入射角越大，反射率越低，反之越大。3、地面有效辐射影响地面有效辐射的因子有（1）云雾、水汽和风（2）海拔高度（3）地表特征（4）地面覆盖三、土壤的热量平衡除上述的辐射平衡影响土壤热量状况外，热量平衡对土壤热量状况的影响更为显著。土壤热量收支平衡可用下式表示SQPLERS为土壤在单位时间内实际获得或失掉的热量；Q为辐射平衡；L为水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加的量；P为土壤与大气层之间的湍流交换量；R为土面与土壤下层之间的热交换量。一般，白天S为正值，即土壤温度升高；夜晚S为负值，温度降低。第三节土壤热性质土壤的基本热性质包括热容量、导热性和热扩散率。一、土壤热容量SOILTHERMALCAPACITY1、定义是指单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）10C所需要（或放出的热量。一般以CV代表容积热容量或简称热容量单位（J/CM30C）以C代表重量热容量或简称比热单位J/G0CC与CV的关系CVCP容重2、影响因素由于土壤组成分的差异，不同土壤的三相物质组成比例是不同的。故土壤的容积热容量可用下式表示CV19VM25VO42VWJ/CM3OC所以的热容量的大小主要决定于土壤水分多少和腐殖质含量。土壤含水量增大，热容量增大。二、导热性1、定义指土壤传导热量的性能。其大小以导热率THERMALCONDUCTIVITYOFSOIL表示。2、导热率是指温度相差1OC时，在厚度为1CM，面积为1CM2的断面上每秒钟所通过的热量则为导热率。单位为CALCMSOC3、热的传导途径主要途径有二个一是通过把固相分开的空气或水分进行传导一是通过固粒之间接触点直接传导空气导热率很小，土壤水和固相的导热率都比空