《环境土壤学》讲义

1、PAGE PAGE 57环境土土壤学讲讲义SATEELLIITE第一章 绪论第一节 土壤与与生态系系统1.土壤壤的概念念定义1： 存在在于地球球表层的的含有生生命物质质，植物物可以生生长的自自然集合合体。定义2：土壤壤是能产产生植物物收获物物的地球球陆地的的疏松表表层，是是岩石圈圈，水圈圈，大气气圈和生生物圈相相互进行行物质循循环和能能量转换换的产物物，是在在母质（岩岩石及其其风化物物）、气气候、生生物、地地形、时时间等因因素相互互作用下下形成的的自然体体。土壤圈PPedoosphheree：地球球陆地表表层由所所有土壤壤所构成成的具有有重要特特征的圈圈层。土土壤圈是是地球圈圈层结构构中具有有

2、重要作作用的一一个圈层层，界于于岩石圈圈和大气气圈、生生物圈、水圈之之间。成土条件件Siool FFormmingg Coondiitioon：s = f(ccl,oo,r,p,tt) 式中： ss 土土壤 soiil ccl 气气候 cliimatte oo 生生物 orgganiism (Veegettatiion) rr 地地形 reelieef p 岩石或或母质 roock or parrentt maaterrialls tt 时间(年龄) ttimeeThe typpe oof ssoill deevellopeed ddepeendss onn thhe aamouunt of

3、timme aa paarennt mmateeriaal oon aa sppeciificc toopoggrapphy is expposeed tto tthe efffectts oof cclimmatee annd vvegeetattionn. WWhy do I hhavee soo maany diffferrentt sooil serriess onn myy laand? TThe ansswerr iss quuitee siimplle. If youu haad tthreee ppareent matteriialss onn fiive toppogrrap

4、hhiess deevellopeed uundeer ttwo veggetaatioons, onne cclimmatee, aand twoo peerioods of timme, youu woouldd haave thee foolloowinng nnumbber of soiil sseriies: 3 parrentt maaterrialls 5 toppogrraphhiess 2 vvegeetattionns 1 cliimatte 2 timme iinteervaals = 660 ssoill seeriees（土土系）.土壤的作作用Roole of Soi

5、il:Theyy heelp suppplyy ouur ffoodd, ssuppportt ouur hhomees aand higghwaays, acct aas bbuilldinng mmateeriaals forr ouur cconsstruuctiion, abbsorrb oour wasste matteriialss, aand givve uus mmanyy beeauttifuul aand sceenicc arreass foor rrelaaxattionn annd rrecrreattionn. TThe weaalthh off a nattion

6、n liies in herr sooilss annd ttheiir iinteelliigennt ddeveeloppmennt. Riccharrd GGorddon我国主要要的土壤壤类型：砖红壤，红红壤，黄黄壤，暗暗棕壤，黑黑土，紫紫色土，水水稻土，荒荒漠土。2.土壤壤学 SSoill Scciennce研究土壤壤的形成成、发生生分类、基本性性质与功功能、土土壤分布布规律、土壤资资源利用用与管理理和土壤壤调查技技术的专专门学科科。派生的分分支学科科主要有有：土壤壤生态学学、土壤环环境学、土壤生生物学、土壤物物理学、土壤化化学、土土壤胶体体化学、土壤地地理学、土壤微微生物学学、土壤壤

7、肥料学学、土壤壤改良学学、土壤壤发生与与地理学学和土壤壤调查与与制图学学等一系系列学科科体系。3.土壤壤和生态态系统土壤是农农业生态态系统中中不可缺缺少的部部分。土土壤以其其肥力(Ferrtillityy)养育育着陆地地上的植植物，通通过植物物又养育育着动物物和微生生物。“万万物土中中生”：植物(plaantss)、动动物(aanimmalss)、微微生物(miccrooorgaanissms)土壤生态态系统是是整个生生态系统统中最基基础、最最关键的的。 土壤壤提供物物质循环环的基础础：光合合作用和和代谢作作用； 植被被是土壤壤生态系系统良性性循环的的保障。植物物生物量量的增加加为整个个生物界

8、界的生存存繁育提提供物质质能量基基础。一一旦植被被破坏，不不仅直接接使土壤壤生态受受损，导导致各种种生物的的能量匮匮乏，同同时整个个生态系系统也因因物质和和能量的的收支改改变而导导致平衡衡失调，以以致最终终被破坏坏。这就就是土壤壤与生态态系统的的关系，也也是为什什么要重重视土壤壤生态环环境保护护的原因因。第二节 环境土土壤学的的兴起土壤环境境问题EEnviironnmenntall Prrobllem of Soiil存在数量量（quualiity）和和质量（gguanntitty）两两个方面面的问题题。 人人口爆炸炸式增长长，资源源（矿藏藏、森林林、草原原）过度度开发(粮食数数量供应应的安全

9、全)，人人工合成成化学物物质加速速发展，土土壤被过过度的集集约化经经营都直直接或间间接地损损害和污污染着土土壤，构构成对土土壤生态态环境的的危害（影影响粮食食质量的的安全）。直接影响响：“三三废”排排放，导导致土壤壤污染、酸化、次生盐盐渍化。 间间接影响响：森林林、草原原植被的的破坏导导致土壤壤冲刷、侵蚀与与沙化。土壤污染染Soiil PPolllutiion进入土壤壤的污染染物超过过土壤的的自净能能力，而而且对土土壤、植植物和动动物造成成损害时时的状态态。与大气污污染、水水体污染染相比，土土壤污染染更隐蔽蔽，其危危害的后后果也更更深远。污染物在在土壤中中能与土土壤成分分相结合合，它被被土粒所

10、所吸收、吸附和和固定，也也受到微微生物分分解转化化作用的的影响。保存下下来的污污染物能能逐渐为为植物和和微生物物所吸收收，再通通过食物物链向人人、蓄体体内输送送。由于于土体比比水体对对污染物物的容量量要大，其其危害的的过程就就缓慢得得多，从从而也增增加了人人们对此此认识的的难度。（第第五章）土壤环境境研究 Stuudy on Soiil PProbblemm20世纪纪50-60年年代“三三废”治治理与综综合利用用，城市市污水进进行农田田灌溉； 220世纪纪70年年代进行行农田污污水灌溉溉利弊与与监测评评价，部部分城市市郊区土土壤污染染与背景景值研究究； 220世纪纪80年年代关注注农药、化肥污

11、污染，引引起部分分地区土土壤的酸酸化、板板结，深深入开展展土壤背背景值、环境容容量及酸酸沉降危危害研究究； 220世纪纪90年年代注意意污染土土壤排放放的甲烷烷对环境境的影响响，同时时开展污污染土壤壤生物修修复研究究，并逐逐步成为为研究的的热点。第三节 环境土土壤学任任务与内内容1.环境境土壤学学的任务务 Maain Dutty oof tthe Couursee研究人类类活动引引起的土土壤环境境质量变变化及由由此对农农业生产产、生态态环境和和人体健健康等产产生的影影响，并并探索调调节、控控制和改改善土壤壤环境质质量的优优化途径径、有效效防治技技术和治治理方法法等。主线是土土壤的环环境功能能（

12、土壤壤与环境境的质能能交换）和和土壤环环境行为为（背景景值、环环境容量量、污染染与修复复机制、生态优优化）。 从土壤壤生产力力的角度度研究土土壤是农农业土壤壤学的任任务；从从生态环环境的角角度研究究土壤是是环境土土壤学的的主要任任务。2.环境境土壤学学的重要要内容MMainn Coonteent of thee Cooursse土壤的基基本特性性及其主主要功能能； 土土壤环境境背景值值与土壤壤环境容容量； 土土壤中污污染物的的迁移转转化与土土壤修复复； 土土壤生态态优化、污染治治理、质质量评价价。第四节 环境土土壤学与与相关学学科环境土壤壤学的基基本学科科Bassic Sciiencce oo

13、f tthe Couursee环境土壤壤学是建建立在土土壤学、生态学学和环境境学之间间的边缘缘学科，它它是随着着环境问问题的出出现在土土壤学基基础上发发展起来来的新学学科。 土土壤学、生态学学和环境境学以化化学、物物理学和和数学为为基础，特特别是化化学。环境土壤壤学以生生物学、气候学学、地学学和经济济学为原原理揭示示其规律律，并通通过工程程技术（生生物工程程）和区区划方法法达到分分区规划划和治理理目的。环境地学学的概念念Envviroonmeentaal GGeoggrapphy环境地学学包括环环境地质质学、环环境地球球化学、化学地地理学、污染气气象学和和海洋环环境学等等。环境地质质学 以以人

14、类活活动与地地质环境境的关系系为研究究对象。人类活活动会诱诱发环境境地质问问题，如如地震、废弃矿矿床、地地下水质质恶化、地面沉沉降。而而地质作作用产生生的地震震、火山山爆发、海啸、山崩、泥石流流等又深深刻影响响着土壤壤的生态态环境。环境地球球化学 以化学学物质在在地表环环境中的的分布、迁移和和转化规规律为研研究对象象。化学学物质从从土壤到到植物再再影响食食物链和和整个生生态系统统。污染气象象学 研研究大气气污染和和大气运运动的科科学，大大气运动动对污染染物质在在大气中中扩散，气气象因素素对污染染物的化化合和分分解的影影响。环境海洋洋学 主主要研究究物质在在水体中中的运动动规律，底底泥对水水生生

15、物物的影响响。第二章 土壤的的形成与与功能第一节 土壤的的形成过过程1.形成成土壤的的矿物和和岩石MMineeralls aand Roccks研究土壤壤首先要要认识形形成土壤壤的母质质材料（ppareent matteriialss）。 母母质是最最重要的的成土因因素和土土壤形成成的条件件。按照风化化物不同同搬运动动力与沉沉积特点点可分为为八大类类型： 残残积物（就就地风化化堆积，未未经搬运运）； 坡坡积物（流流水、重重力搬运运和就地地堆积）； 洪洪积物（洪洪水、搬搬运距离离远和分分选性差差、磨圆圆度不佳佳）； 冲冲击物（水水搬运，河河流相沉沉积）； 湖湖积物（水水搬运，湖湖相沉积积）； 浅

16、浅海沉积积物（水水搬运，海海相沉积积）； 风风成物（风风搬运和和堆积： HYPERLINK /hjtlx/环境土壤学网络课件/Chapter2/c2j1.htm#huangtu#huangtu l huangtu#huangtu 黄土）； 冰冰积物（冰冰川搬运运和沉积积）。需要很好好理解和和掌握以以下三个个基本概概念： 岩石（rrockk）:各种种矿物大大多以集集合体的的形式存存在于地地壳（音音：Qiiao；earrths ccrusst）中中，这种种矿物的的集合体体就是岩岩石。 根根据岩石石的成因因，可以以分为三三大类： 岩岩浆岩（igneous rock）: 火山喷发（未喷出）的岩浆冷凝而

17、形成。根据二氧化硅的含量多少区分为酸性岩（65%）、中性岩（52-65%）、基性岩（45-52%）和超基性岩（ 2Fee2O3-3HH2O (赤赤铁矿) （褐褐铁矿）生物作用用与风化化（biioloogiccal weaatheerinng） 生物物所参与与的风化化过程。物理风风化和化化学风化化都直接接或间接接地与生生物作用用有关。 直接方方面：根根系对岩岩石的挤挤压、穿穿插而使使岩石崩崩解。 间间接方面面：生物物呼吸作作用是大大气二氧氧化碳的的主要来来源；绿绿色植物物在光合合作用中中放出氧氧气。而而氧气和和二氧化化碳都是是化学风风化作用用的重要要因素。2.土壤壤的主要要形成过过程Maain

18、Proocesssess off Sooil Forrminng各种土壤壤的成土土过程是是多种多多样的；不同土土壤的成成土过程程是不一一样的。一般来来说，任任何土壤壤都必须须经历三三个基本本的成土土过程：原始成成土过程程，有机机质积累累过程和和粘化过过程，而而象脱硅硅富铝化化过程只只有南方方红黄壤壤上才具具有，盐盐碱化过过程只有有盐碱土土上才有有。这就就是说土土壤的成成土过程程可区分分为共有有成土过过程和专专有成土土过程。 原始成土土过程PPrimmaryy Sooil Forrminng PProccesss母质具有有疏松多多孔的特特点和具具有初步步的透水水透气性性、持水水性，以以及释放放供

19、应部部分养分分的能力力，使生生物生长长发育具具有了可可能。首首先是对对养分要要求不高高的低等等生物（如如化能自自养性微微生物）。低等生物物（化能能自养型型微生物物）的出出现，抑抑制营养养元素的的淋溶（从从氧化母母质的无无机物种种取得合合成有机机物的能能量），开开始了最最初的土土壤形成成过程（母母质上开开始产生生有机物物，营养养元素得得以初步步在母质质表层集集中和积积累）。有机质积积累过程程Orgganiic MMattter Acccumuulattionn有机营养养性微生生物大量量生长使使有机质质和营养养元素得得到进一一步的积积累和集集中，特特别是固固氮细菌菌的发育育使土壤壤氮素进进一步积积

20、累，肥肥力（水水、肥、气、热热）水平平进一步步提高，生生物群落落也相应应交替和和发展。接着出出现地衣衣、苔藓藓，直到到高等绿绿色植物物生长。一方面有有大量以以有机质质为能量量和养分分来源的的微生物物不断分分解有机机质。有有机质在在微生物物作用下下一部分分分解供供植物再再利用，另另一部分分有机质质转化为为特殊的的腐殖质质（huumuss），积积累在土土壤的表表层，保保存了植植物需要要的营养养元素。粘化过程程Claay MMineeralls FFormmingg固相部分分是构成成土壤的的基本骨骨架，包包括土壤壤矿物质质和土壤壤有机质质。土壤壤矿物质质与成土土母质有有关，区区分为原原生矿物物和次生

21、生矿物（粘粘土矿物物）。这这部分是是作为重重要的基基质，它它影响着着土壤的的物理机机械性和和养分供供应类型型、水平平以及土土壤的保保水保肥肥性能等等，也影影响土壤壤的液相相及气相相的状况况。在土土壤的发发生发育育过程中中经历着着不断粘粘化的过过程，表表现为土土壤中次次生粘土土矿物逐逐步占主主导位置置。主要要是由风风化作用用所致。所以有有“南酸北北碱”的土壤壤分布规规律。 第二节 土壤的的基本功功能1.土壤壤功能的的概念 Connceppt oof SSoill Fuuncttionn土壤能为为植物提提供支撑撑的场所所，调节节土壤水水、肥、气、热热等植物物所需的的生活环环境，即即土壤肥肥力（ss

22、oill feertiilitty）功功能。土壤还具具有吸附附、固定定和转化化有毒有有害物质质的效用用，即土土壤净化化（sooil sannitaatioon）功功能。作为农业业生产基基本的物物质资料料主要在在于土壤壤具有肥肥力功能能。 污污水土地地处理系系统、有有毒有害害物质（农农药）在在土壤中中的降解解即体现现土壤的的净化功功能。土土壤养分分只代表表狭义的的肥力概概念，仅仅仅是肥肥力的一一部分。土壤肥肥力包括括土壤水水分、土土壤养分分、土壤壤通气和和土壤热热状况四四个肥力力因素。2.土壤壤的基本本功能组组成 CCompponeent of Soiil FFuncctioon土壤的基基本功能

23、能体系是是由土体体、土层层、土壤壤结构与与土粒成成分的功功能组成成的。 一一般来说说，各土土壤在土土体、土层、土壤结结构与土粒成分分上的不不同就导导致它们们功能的的差异。土体的功功能 FFuncctioon oof SSoill Boody土体是立立体的土土壤基质质总体。 由由于界面面接触环环境的程程度不同同，以及及土体内内重力和和张力以以及溶解解、沉淀淀等作用用的影响响，使其其在垂直直方向上上发生了了自然的的质、能能分配及及其传递递的差异异，从而而形成土土层。土层的功功能 FFuncctioon oof SSoill Laayerr土体的一一级结构构（土体体是由土土层构成成的）。 在在土壤剖

24、剖面上我我们能清清楚的看看到土壤壤的层次次性。这这是土壤壤形成过过程的产产物。 层层次性说说明土层层与土层层的不同同，与肥肥力有密密切关系系。层次次本身就就意味着着三相共存存的状态态。土层层具有上上层和下下层的传传递作用用，对于于因种种种原因导导致传输输不畅或或速度过过快的情情况即会会产生物物质（营营养成分分或污染染物）和和能量的的“滞留留层”或或“漏层层”，即即生产上上所说的的障碍层层。土壤壤层次及及其组合合方式将将影响整整个土体体的抗逆逆性和缓缓冲力。 这这儿所讲讲的传导导主要是是指对水水、气等等物质的的传导当当然也包包括对能能量的传传导。土壤结构构的功能能 Fuuncttionn off

25、 Sooil Strructturee土壤共有有六种不不同的土土壤结构构：块状、单粒状状、柱状状、片状状、团粒粒和团聚体体结构以以及微团团聚结构构。 结结构是土土壤肥力力的核心心，没有有结构的的土壤或或结构不不良的土土壤是肥肥力低下下的土壤壤。结构构通过孔孔隙影响响水气的的运动和和分布，调调节水汽汽矛盾，控控制土壤壤微生物物的活动动。影响响到土壤壤中养分分的释放放、保存存以及土土壤形成成则主要要受土粒粒成分及及其功能能的影响响。土壤颗粒粒的功能能 Fuuncttionn off Sooil Parrticcle基本成分分包括土土壤矿物物质（990995）、土壤有有机质（115）、土土壤微生生物

26、（真真菌、细细菌和放放线菌，影影响生物物化学过过程：降降解合成成、硝化化反硝化化）和酶酶（是生生物化学学过程的的活化剂剂，很多多生物化化学过程程都是在在特定的的酶作用用下进行行的，以以及是有有机残体体的分解解及其合合成，同同时它还还是土壤壤有机胶胶体的主主要成员员）。土壤胶体体颗粒（ssoill coollooid）是是土粒成成分中最最细小部部分，它它们具有有凝聚能能力使水水分、养养分得以以保存；与微生生物和酶酶相结合合，成为为载体，使使它们得得以栖身身并发挥挥各种生生物物理理与生物物化学的的作用，推推动土壤壤中的物物质与能能量流动动。第三节 土粒的的基本功功能与原原理1.土粒粒的基本本功能

27、Bassic Funnctiion of Parrticcless土粒的基基本功能能体现为为：吸（吸收收 abbsorrb）、保（保持持 hoold）、供（供应 supply）、调（调节 regulate）。这些功能能是由土土粒的组组成、结结构和行行为规律律所决定定的。土土粒的成成分首先先继承了了岩石和和母质的的特点，其其次包含含了生物物活动的的产物，同同时也反反映地区区水、热热条件所所带来的的物质迁迁移、转转化与富富集的特特点。 土土粒的基基本组成成：土壤壤矿粒包包括一系系列大小小形状不不同的物物质，有有的成片片状，有有的成粒粒成尘，在在土壤学学上称为为土壤的的机械组组成。具具体是通通过质地

28、地类型来来反映。国际上把把土壤颗颗粒分成成四级：砾石石 粒径径大于22mm，比比表面最最小，其其功能主主要构成成土壤的的粗骨架架和大孔孔隙。调调节土壤壤通气性性。砂粒粒 粒径径0.002-22mm，功功能基本本同上。粉粒粒 粒径径0.002-00.0002mmm，比表表面较砂砂粒大，有有一定的的表面吸吸附作用用，其集集合体具具有微弱弱的毛管管力，能能保持一一定的水水分。粘粒粒 粒径径小于00.0002mmm，比表表面最大大，具有有强烈的的吸水膨膨胀和可可塑性。（1）土土壤的颗颗粒大小小不一样样，其矿矿物成分分也有差差异。（2）不不同的矿矿物抗风风化的能能力不一一样，原原生矿物物大于次次生矿物物

29、。原生生矿物中中的石英英是最难难风化的的矿物。2.土粒粒的矿物物组成 Commponnentt off Sooil Parrticcless根据矿物物的成因因划分为为原生矿矿物和次次生矿物物。 HYPERLINK /hjtlx/环境土壤学网络课件/Chapter2/c2j3.htm#yuansheng#yuansheng l yuansheng#yuansheng 原原生矿物物：形成成于高温温高压下下的矿物物，例如如：石英英、长石石、云母母等等。 HYPERLINK /hjtlx/环境土壤学网络课件/Chapter2/c2j3.htm#cisheng#cisheng l cisheng#cis

30、heng 次生生矿物：是原生生矿物在在风化和和成土过过程中经经化学蚀蚀变或由由分解产产物重新新组合而而成的矿矿物。土土壤中的的主要次次生矿物物有高岭岭石、蒙蒙脱石、水云母母、次生生云母等等等。在在土壤的的形成过过程中，原原生矿物物以不同同的数量量与土壤壤的次生生矿物混混合存在在，成为为土壤矿矿物质。也就是是说土壤壤矿物质质中同时时包括原原生矿物物和次生生矿物。原生矿物物 Prrimaary Minneraals长石类：是地壳壳岩石中中分布最最广的矿矿物，占占地壳重重量的550660。其中钾钾长石是是土壤钾钾素的重重要来源源。花岗岗岩中就就含有较较多的长长石类矿矿物。 角角闪石和和辉石类类：钙、

31、镁、铁铁的铝硅硅酸盐。 云母类类：含钾钾和铁、镁的铝铝硅酸盐盐。有黑黑云母和和白云母母。 石英英（SOO2）：最最难风化化，在各各种岩石石和土壤壤中分布布很广。 橄榄石石：土壤壤中极少少见，因因为是易易风化矿矿物。 磷磷灰石：为含磷磷矿物，是是制造磷磷肥的基基本原料料，这种种矿物在在土壤中中风化以以后也是是磷素营营养的来来源。次生矿物物 Seeconndarry MMineeralls土壤中细细小的粘粘粒和胶胶粒的主主要组成成部分，故故又称粘粘土矿物物。具有有吸收性性和可塑塑性，从从而使土土壤具有有保水保保肥能力力，并增增加土壤壤的粘着着力、团团聚力，对对土壤的的理化性性质影响响很大。 主要要

32、的土壤壤次生矿矿物类型型：高岭岭石、蒙蒙脱石、水云母母、水铝铝英石、含水氧氧化硅等等等，为为原生矿矿物风化化后产生生的次生生硅酸盐盐矿物。 不不同的土土壤由于于成土条条件（主主要是母母质和气气候条件件的差异异）的不不同，矿矿物的组组成和矿矿物的数数量差异异很大。 原生生矿物的的颗粒较较大，土土壤中大大于0.0011毫米的的粗粒部部分主要要是有原原生矿物物组成的的。因此此，土壤壤质地越越粗，原原生矿物物也就越越多。 土壤中中最普遍遍的次生生矿物是是粘土矿矿物和次次生石英英以及铁铁铝氧化化物。他他们的颗颗粒细小小，土壤壤中小于于0.0001毫毫米的颗颗粒主要要是次生生矿物。因此，土壤越粘，次生矿物

33、就越多。 3.土壤壤有机质质与生物物 Orrgannic Mattterr annd OOrgaanissms土壤有机机质是土土壤的重重要组成成成分之之一（土土壤固相相包括土土壤矿物物质和土土壤有机机质）,前者995999，后后者15。 土土壤有机机质的状状况（数数量和质质量）是是反映土土壤肥力力的重要要指标之之一。土土壤有机机质的含含量，耕耕作土壤壤一般每每10000克中中含100500克有机机质（115）。 有机体进进入土壤壤后经过过一系列列的变化化最后变变成土壤壤有机质质，可区区分为两两大类： 1、非非特殊的的土壤有有机质（占占1015，以动动植物体体的组成成分和有有机质分分解的中中间产

34、物物），如如糖类、氨基酸酸、蛋白白质、有有机酸、有机碱碱、树脂脂等； 22、特殊殊的有机机化合物物（土壤壤腐殖质质 sooil hummus），为为土壤所所特有，占占8590，主要要成分是是胡敏酸酸、富里里酸和胡胡敏素。动物的作作用 动物物的类型型很多，我我们重点点介绍土土壤中的的蚯蚓。它是最最具代表表的土壤壤小动物物，作用用是把有有机残体体捣碎或或嚼细，对对有机物物质进行行又一次次加工处处理。研研究资料料表明：农业耕耕地上每每年中每每亩地通通过蚯蚓蚓身体的的土壤（干干重）约约25000公斤斤，其中中富含有有机质、细菌、N、PP、K、代换性性Ca、Mg。 现现在环境境科学研研究领域域利用蚯蚯蚓

35、进行行生物修修复(BBiorremeediaatioon)。微生物作作用微生物在在对土壤壤有机质质分解中中的作用用是十分分巨大的的。因为为： （1、种种类多：有细菌菌、真菌菌、放线线菌，细细菌中又又分好气气性、 厌气性性和好气气兼厌气气性的不不同种类类。他们们各自可可以在不不同的条条件下起起作用（总总有其适适合的条条件）。 （2、数数量大：每克土土壤中大大约1亿亿个以上上，最多多可达几几十亿个个；以重重量计每每公顷可可达58吨（相相当于每每亩40005500公公斤） （3、繁繁殖能力力强：只只要条件件适宜就就能很快快地繁殖殖。 环境境微生物物工程是是目前环环境科学学研究热热点之一一。4.土壤壤

36、胶体 Soiil ccollloidd分散系的的概念（按按颗粒大大小划分分）： 大大于1000纳米米为粗分分散系悬浮浮液 11000纳米为为胶体分分散系胶体体溶液 小小于1纳纳米为分分子分散散系分子溶溶液（真真溶液）注意：胶体是大小在1100纳米范围的物质存在的一种状态，与溶液的概念不同（溶质与溶剂）。土壤胶体可以大于500纳米或小于1纳米。土壤的主主要胶体体类型： 11、矿质质胶体 实际际上就是是粘土矿矿物。分分两类：层状硅硅酸盐类类和氧化化物类。 22、有机机胶体 包括括各种高高分子有有机化合合物，主主要有多多糖、糖糖醛酸、腐殖物物质和腐腐殖酸，分分子量有有上千到到数十万万。 土土壤中很很

37、少有单单纯的矿矿质胶体体或有机机胶体存存在，绝绝大部分分是相互互结合而而形成复复合胶体体的形式式存在。 重点掌握握以下内内容： 土土壤胶体体结构 土土壤胶体体性质 土土壤胶体体的行为为和指标标土壤胶体体的结构构 Sttruccturre oof SSoill Coollooid胶核：其其主要成成分为二二氧化硅硅、氧化化铁、氧氧化铝、次生硅硅酸盐、腐殖质质等分子子团所组组成。双双电层:胶体结结构中，胶胶核外面面由决定定电位离离子层（负负电层）和和补偿离离子层（正正电层）所所构成胶胶体的双双电层结结构。土土壤胶体体的带电电性就是是由决定定电位离离子层决决定，土土壤胶体体一般带带负电荷荷（净负负电荷

38、）。电荷的的大小决决定土壤壤胶体的的阳离子子吸附和和代换能能力的大大小。补补偿离子子层可以以进一步步分成内内外二层层：内层层为非活活性补偿偿离子层层，受到到决定电电位离子子层的较较强的吸吸引力。胶团间间溶液：胶体分分散体系系中的分分散介质质。土壤壤中实际际上就是是土壤溶溶液。土壤胶体体的性质质 Prropeertiies of Soiil CCollloidd(1)、表面性性质极大大的比表表面:（单单位土体体的表面面积，ccm2/g） 土土粒比表表面22.266/D（颗颗粒直径径）D是个很很小的数数字（毫毫米），因因此比表表面的数数值就很很大。 巨巨大的表表面能：表面分分子受到到内部和和外部两

39、两种不同同的吸引引力而具具有多余余的自由由能。这这种自由由能就是是胶粒与与周围介介质接触触界面上上的表面面能产生生的原因因。(2)、电学性性质 土土壤胶体体一般带带净的负负电荷。不同类类型的土土壤是不不一样的的，取决决于土壤壤胶体的的种类和和数量以以及土壤壤溶液反反应（ppH）的的状况。有永久久电荷和和可变电电荷的区区分。永久电荷荷：土壤壤中不受受介质ppH、离离子强度度的变化化而变化化的电荷荷叫永久久电荷（又又叫内电电荷，由由于同晶晶置换产产生的电电荷一般般为永久久电荷，呈呈电荷荷不平衡衡，AAL被FFe、Mgg取代代）。同同晶置换换：结晶晶矿物结结构中某某中离子子或原子子部分地地被直径径大

40、小、电价相相近的其其它离子子或原子子取代，但但晶体结结构形式式基本不不变的现现象，又又称类质质同象替替代。可变电荷荷：土壤壤中有部部分电荷荷随pHH值的变变化而变变化，这这种电荷荷称为可可变电荷荷，又叫叫外电荷荷。土壤胶体体的行为为和指标标 Acctioon aand Inddex of Soiil CCollloidd(1)、胶体的的吸胀作作用 土壤胶胶体吸附附水分发发生体积积膨胀的的作用。 粘土矿矿物膨胀胀能力顺顺序：蒙蒙脱石贝得石石伊利利石高高岭土氧化物物 低价阳阳离子形形成的水水膜大于于高价阳阳离子水水膜。但但对于不不同粘土土矿物来来说由于于其结构构特征的的影响也也存在某某些差异异。

41、(2)、胶体体凝聚 由于于胶体表表面带电电，与带带有相反反电荷的的胶体或或离子相相互吸引引结合，若若这些离离子的浓浓度达到到足以中中和胶体体表面电电荷而压压缩双电电层厚度度时，便便发生胶胶体凝聚聚现象。 对对一般负负电性土土壤胶体体，电解解质阳离离子的凝凝聚力大大小排序序为： Fe33+AAl3+Ca2+Mgg2+HH+K+NHH4+NNa+ (3)、粘结性性和粘着着性粘粘结性：由于细细小土粒粒间的分分子引力力的作用用，表现现出土粒粒间的相相互吸附附与紧密密结合的的作用。粘结性性是土粒粒相互结结合为土土团的基基础。粘粘着性：粘粒通通过一个个附着层层而粘附附于外物物的性质质。 土壤从从干燥状状态

42、开始始吸附水水分，粘粘结性由由强变弱弱，而粘粘着性由由弱变强强。当土土壤继续续吸水到到粘着性性超过粘粘结性时时的含水水量称为为粘点。当土壤壤继续吸吸水到粘粘着性刚刚刚消失失是的含含水量称称为脱粘粘点，也也叫粘限限。这一一点又是是土壤的的流限。土壤可可塑性范范围就在在粘点到到脱粘点点之间。 (4)、吸附作作用 土壤壤胶体表表面对离离子或化化合物的的吸附。包括：物理的的、化学学的（沉沉淀吸附附和配位位吸附，其其机理尚尚不清楚楚）和物物理化学学的（交交换吸附附，其机机理比较较明确） (5)、离子交交换吸附附作用 土土壤胶体体表面的的电荷从从溶液中中吸附反反号离子子（），同同时胶体体上吸附附的离子子又

43、重新新被其它它同号离离子（）交换换下来，这这一过程程称为土土壤胶体体离子吸吸附交换换作用。交换是是有条件件的，以以交换力力大小来来排序，HH排在第第三位。 重重要的概概念： 土土壤阳离离子代换换力：一一种阳离离子将其其它阳离离子从胶胶体上代代换下来来的能力力。 其大大小取决决于：离离子价和和水化半半径；阳阳离子相相对浓度度；陪拌拌离子的的类型。不同价价阳离子子的代换换力符合合离子吸吸附价效效应，其其代换力力顺序为为： M+ M+ M+ 同同价离子子代换力力和结合合强度的的大小取取决于离离子的大大小和质质量。凡凡离子本本身半径径很大，重重量俞大大的离子子其代换换力和结结合强度度也俞大大。 AAL

44、+ Fee+ Mgg+ Caa+综合合各种因因素，阳阳离子代代换力的的大小排排序为： Fee3+AAl3+Caa2+MMg2+H+K+NHH4+NNa+ 在在这个排排序中，特特别要注注意的是是H ，这这主要是是因为氢氢离子水水化很弱弱，通常常H 只只带一个个水分子子，以HH3O的形式式参加代代换，水水化半径径很小，与与胶粒间间的距离离短，吸吸引力就就大，故故具有较较大的代代换能力力，处在在特殊的的位置上上。 (6)、配位体体交换 土土壤胶体体对阴离离子吸附附时，通通过胶粒粒的结晶晶配位体体（离子子）与溶溶液中的的离子进进行交换换而被吸吸附的现现象称为为配位体体交换。通常是是不可逆逆的过程程:

45、氧化化物-MM-OHH2】X+F- 氧化物物-M-F】（1-xx）-H2O交换换条件：交换的的双方离离子具有有相同的的半径。F-、SOO42-、OOH- H3SO4- 、HH2PO4- 、CCL-都能参参与此类类交换，而而且比交交换反应应更牢固固地被胶胶体所吸吸持。 (7)、沉淀吸吸附 土壤壤中有些些物质与与土粒表表面的一一些成分分发生沉沉淀作用用称为沉沉淀吸附附。例如如：许多多金属离离子被土土壤中的的OH- 、HH2PO4- 、SSO42-、 CO332-沉淀淀于土粒粒表面，经经过反复复沉淀与与表面覆覆盖成为为封闭状状态。土土壤中铁铁的失效效就是这这一原理理。 (8)、络合作作用 腐殖殖质的

46、功功能团、羧基（COOOH）、酚羟基基（OOH）以以及可能能的酞基基（CCO）和和氨基（-NH22）都能能与金属属离子相相络合或或螯合，从从而使金金属离子子失去活活性的作作用称为为络合作作用。第四节 土壤结结构的功功能与原原理土壤结构构的功能能概述 Funnctiion of Soiil SStruuctuure主要功能能是使土土体中同同一空间间里同时时存在固固、液、气三相相，并且且实现调调节水、肥、气气、热的的作用。 土土壤结构构是土粒粒有规律律性的结结合体。结构体体内部与与结构体体之间有有着截然然不同的的孔隙（pporoositty）状状况，土土壤结构构的功能能就是靠靠它形成成不同的的孔隙

47、及及其分布布密度的的差异来来实现的的。土壤结构构的指标标 Inndexx off Sooil Strructturee(1).土壤密密度单位体积积土壤固固相物质质（不包包括孔隙隙）的质质量，其其单位以以g/ccm3表示。 土土壤比重重： 土壤壤密度与与4时同同体积的的水的密密度的比比值。（4时水的密度为1g/cm3）。所以，土壤比重在数值上与土壤密度相同，但是，密度有单位而比重没有单位。 密度影响因素：矿物类型、有机质含量。一般来说，土壤密度是稳定的数值，如果不作特殊说明，是以常数出现（ds=2.65g/cm3）。（2）.土壤容容重单位体积积自然状状态土壤壤（包括括孔隙在在内）的的干重，单单位

48、为gg/cmm3。显然，密密度、容容重在数数值上是是不一样样的，两两者之差差值正是是孔隙的的影响。（3）土土壤孔隙隙度 土土壤密度度土壤壤容重 容重重土壤孔孔隙度1100 （11- ）1000 (%) 土壤密密度 密度度 公公式说明明：土壤壤孔隙度度是通过过密度和和容重来来求算的的，而一一般情况况下土壤壤的密度度是作为为常数，所所以只需需测定出出土壤的的容重后后即可以以算出土土壤孔隙隙度。容容重的测测定一般般采用 HYPERLINK /hjtlx/环境土壤学网络课件/Chapter2/c2j4.htm#huandao#huandao l huandao#huandao 环环刀法。 土壤容容重一

49、般般在0.81.66 g/cm33之间。 11.6时时，土壤壤则过于于紧实，这这是建筑筑土夯土土标准； 2mmm）可能能存在不不稳定的的缺点。另外也也应根据据地区的的特点，湿湿润地带带以100200mm为为好，干干旱地带带0.553mmm为好好。干旱旱地区需需要过多多地保水水，结构构体粒径径小，利利于毛管管孔隙发发育而保保持水分分，但过过细则易易受风蚀蚀或加速速蒸发损损失。（5）土土壤结构构的稳定定性 土壤壤结构的的稳定性性主要是是指水稳稳性。实实际上是是土壤中中孔隙状状况的稳稳定性。具有良良好结构构的土壤壤含有适适量的大大小孔隙隙，当其其孔隙状状况稳定定，大孔孔隙以渗渗入外来来水分，小小孔隙

50、可可将渗入入的水分分吸收并并保存，从从而减少少地表径径流，因因而提高高了抗冲冲刷能力力。 结构构体类型型不同，稳稳定性是是有差异异的。3.土壤壤结构对对空气调调节 AAir Conndittionn byy Sttruccturre(1)、土壤空空气的特特点 其其成分与与大气存存在差异异，高CCO2，低OO2(2)、土壤空空气的运运动 大大气中气气体成分分的浓度度与土壤壤之间以以及土壤壤内部两两点之间间各气体体成分浓浓度的差差异是构构成气体体相互扩扩散的主主要原因因。大气气成分相相对稳定定。 扩散散的过程程符合扩扩散定理理： qqd=-Ddcc/dxx 气气体扩散散通量与与扩散系系数和浓浓度梯

51、度度成正比比。等式式右边的的负号表表示扩散散方向由由高浓度度向低浓浓度移动动。4.土壤壤结构对对水分调调节 WWateer CCondditiion by Strructturee土壤结构构制约着着土水势势，结构构中的毛毛管孔隙隙的张力力吸持着着水分。而毛管管在土壤壤中的情情形是因因结构和和组合状状况而定定的。 土土水势的的概念:土壤中中水的势势能。假假定纯自自由水的的势值为为零，那那么土壤壤水的自自由能与与它的差差值用势势值来表表示就是是土壤水水分的势势值简称称土水势势。国际际土壤学学会的定定义：在在一定高高度和大大气压条条件下，从从一个纯纯水池向向已知点点土壤水水可逆等等温地输输出无限限少

52、量的的水，每每单位数数量纯水水所必须须做的有有用功称称为土水水势。 土土水势基质势势渗透透势压压力势重力势势 土土水势概概念的用用途：衡衡量土壤壤中水分分的移动动。土壤壤水分总总是从土土水势高高处向土土水势低低处移动动,而不不是取决决于土壤壤含水量量。(实实例)土壤结构构保持 Soiil SStruuctuure Maiintaancee主要取决决于土壤壤的利用用方式（适适时耕作作、精耕耕细作）、控制土土壤水分分和维持持土壤结结构的形形成条件件，其中中特别是是有机质质状况。第五节 土层的的功能土壤层次次的概念念 Coonceept of Soiil LLayeer土壤物质质状态在在垂直方方向上

53、产产生的分分异。例例如土壤壤的淋溶溶作用；土壤的的不同形形成过程程（水稻稻土）；植物根根系分布布的区域域性；枯枯枝落叶叶分布层层等作用用而形成成特定的的土层。 研研究土壤壤的层次次性是认认识土壤壤的基本本途径。土壤层层次表现现为质地地层次性性和结构构层次性性。补充内容容： 自然然土壤剖剖面的发发生层：（土壤壤层包括括A和BB） 覆盖盖层 AAo 有时有有疏松的的枯枝落落叶层，未未分解，为为Aooo； 淋溶层层 A 有有时在下下部有AAB层出出现，向向B层过过渡，多多似A层层； 淀积积层 BB 有时也也表现为为不同过过渡层次次； 母质质层 CC 有时会会出现特特殊层次次，如CCaCOO3、Caa

54、SO44 基 岩 D 耕作作土壤的的剖面层层次：区区分旱地地和水田田 旱地地： 耕作层层 A + 梨梨底层 P + 心土土层 BB + 底土层层 C 水田田： 耕作作层（淹淹育层） A + 梨底底层 PP+ 斑纹层层（潴育育层）WW+ 青泥层层 （潜潜育层）GG土层的功功能： 对对内，调调节与缓缓冲层次次之间水水气热的的容量与与传递速速度； 对对外，调调节与缓缓冲外界界环境所所给予土土壤的水水热空气气条件。土壤质地地层次 Soiil TTextturee Laayerr质地层次次的主要要类型：（1）上上砂下粘粘型 称其为为“蒙金金土”的的质地层层次，其其上部的的砂层有有利于渗渗水透气气，下部部

55、的粘层层有利于于保存进进入土壤壤的水分分。原则则上是良良好的，但但有时雨雨季会出出现问题题，尤其其是当粘粘土层质质地太粘粘时会滞滞水。（2）上上粘下砂砂型 上部孔孔隙细小小而下部部孔隙大大，是不不良的质质地构型型。（3）粘粘砂间杂杂型 原原则上以以表层为为砂的比比粘的更更好。土壤质地地短时间间不易改改变，但但它形成成的孔隙隙状况是是可以通通过形成成结构来来加以改改造和产产生影响响。土壤结构构层次 Soiil SStruuctuure Layyer结构的形形成： 植植物根系系和有机机质残体体与耕作作措施在在创造良良好结构构层次方方面起着着决定性性的作用用。 结结构层次次的功能能： 调节土土壤的孔

56、孔隙状况况和物质质传递。第六节 土体的的功能土体的概概念 CConcceptt off Sooil Peddon土体是土土壤性质质侧向变变化的最最大均一一性为界界限的土土壤地理理个体，它它是土壤壤在空间间上一个个立体的的单元。 在土体体内由于于物质的的重力和和张力以以及溶解解和沉淀淀等影响响，在垂垂直方向向上产生生了自然然的质地地分异即即形成土土层。土体的功功能 FFuncctioon oof SSoill Peedonn土体的功功能包括括了土壤壤各级功功能的总总和，而而且是通通过在立立体上表表现出来来。 实际际应用：管理土土壤时强强调“宽一尺尺不如深深一寸”。因为为所加深深部分在在垂直方方向

57、上，表表面积没没变，不不增加水水分散失失的机会会，但改改善了上上下土层层之间的的物质交交换和传传递。 “深深耕”的作用用：改善善土体内内部物质质循环的的条件（土土壤水分分及养分分）。第三章 土壤与与环境质质能交换换第一节 土壤养养分及其其平衡土壤养分分的形态态 Foormss off Sooil Nuttrieent基本概念念1、土壤养养分：土土壤形成成和发育育过程中中积累的的能满足足植物生生长需要要的各种种 营营养元素素。土壤壤有机质质和土壤壤养分供供应有着着密切的的关系。2、必需营营养元素素（ 种）：所有作作物都是是不可缺缺少的;其他元元素不可可 代替的的;对作作物起直直接营养养作用。3、

58、大量元元素：CC、H、O、NN、S、P、KK、Caa、Mgg、Fee，含量量在百分分之几。4、微量元元素：CCu、ZZn、BB、Moo、Mnn、Cll、Nii,含量量在十万万分子几几或以下下。土壤氮素素的基本本形态土壤中的的氮素有有哪些形形态？ 主要要分成有有机态和和无机态态。土壤壤中的氮氮素含量量一般在在0.1%，江江苏土壤壤在0.020.55%,土土壤氮素素含量与与有机质质含量成成正相关关（5%）。有有机质含含量高的的土壤全全氮量也也高。不同形态态的氮是是如何转转化的？氮素矿化化： 从从有机态态转化为为无机态态的过程程 N0=KKNtt/tt1/22N0为矿矿化氮增增量Nt为为时间tt时矿

59、化化氮的增增量K值为66.5公式说明明：矿化化氮的生生成速度度并非常常数，而而是随着着时间的的进展而而逐步降降低，但但反应速速度下降降的比例例一致。土壤中不不同氮素素形态转转化的影影响因素素？微生生物活性性（取决决于养分分状况，主主要是有有机物质质的C/N,思思考和比比较三种种不同比比例的有有机质CC/N的的不同微微生物分分解的结结果）和和土壤水水热条件件。土壤氮素素研究 既既是土壤壤肥料领领域的热热点，又又是环境境科学研研究的热热点。土壤磷素素的基本本形态 土壤壤中磷素素含量一一般在00.0330.35。 无机态态磷包括括钙的磷磷化合物物，其中中一钙、二钙易易被作物物吸收，高高钙的磷磷化合物

60、物溶解度度降低；铁、铝铝磷化合合物，为为难溶性性的。南南方酸性性土壤上上由氧化化物的胶胶膜包被被着这些些化合物物，专业业上称为为“闭蓄态态磷”，占无无机磷的的90，一般般很难被被作物利利用，必必须研究究其释放放机理。 有机态态磷，占占1015，主要要物质成成分为核核蛋白、植素、核酸。土壤钾素素的基本本形态土壤中的的钾素平平均含量量在2左右，地地壳中氧氧化钾的的平均含含量在22.3。从总总量上看看，土壤壤钾素比比氮、磷磷要多得得多。钾钾从土壤壤中的淋淋失量也也较磷多多。土壤钾素素主要有有三种形形态：矿矿物态钾钾、缓效效性钾、速效性性钾（水水溶性和和代换性性） （1）矿矿物态钾钾 为为相对无无效性