土壤肥料学(土壤学部分)

土壤肥料学（土壤部分）土壤学是研究土壤的形成演变、组成性质、开发利用及其培肥改良的一门科学。一、土壤在农业生产中的地位和作用（1）土壤肥料是农业生产的基本生产资料

农业生产全过程包括三个紧密联系的环节：1、植物生产2、动物生产3、土壤管理上述过程说明土壤是农业生产的基础，是物质和能量转化的场地，是进行农业生产的基本条件。土壤作为农业生产的基本生产资料，不仅给农业生产提供了基地，也给人们提供了数量庞大的生活资料和生产资料。要促使农业生产持续发展，达到农业高产、高效、优质、低耗，必须正确利用土壤，认真保护土壤，努力改造以土壤为中心的农业生产条件，提高土壤肥力，增强土壤对各种自然灾害的抗逆能力，这是实现农业现代化的重要保证！绪论(2)土壤是制定农业技术措施的依据

农作物栽培的多项技术措施包括：耕作、施肥、灌水、品种选择、种子处理、种植密度、植物保护、农机具使用以及日常田间管理等。土壤是这些技术措施的基础，任何措施都要考虑土壤的性质，要“因土制宜”。这也是我们为什么学习土壤学的原因。认识土壤了解土壤才能更好地学好专业知识，让我们把所学的土壤学知识应用到生产实践和专业研究中去，互相促进。

（3）土壤是人类社会的重要自然资源

土壤作为人类生存的最基本的自然资源，不同于其他资源，它在农业生产上发挥其资源作用是长期的，不受时间限制。只要治之得宜，就能千古地力常新。土壤又是珍贵的，马克思曾经说过“土壤是世代相传的人类所不能出让的生存条件和再生产条件”。土壤虽能再生但也能破坏，世界范围内在土地资源利用上出现的问题非常严重：1、乱占土地2、土壤侵蚀3、土壤沙化4、土壤盐碱化5、土壤污染6、土壤变质退化等，对土壤资源构成严重威胁。（4）土壤是陆地生态系统的主要组成部分生态系统是指生物群落与其环境互相联系互相制约的自然整体。土壤不只是农业生产的基本资料，还是陆地生态系统的重要组成部分，土壤利用上存在的严重问题无一不影响整个生态环境。因此对土壤的利用不但要根据国民经济和农业生产发展的要求，结合考虑土壤本身的性质特点，还应从环境科学角度，考虑自然界中生态系统的平衡问题，宜农则农，宜林则林，宜牧则牧，防止三废及农药和滥用化肥对土壤的污染，防止水土流失，防止由于土壤状况恶化而影响整个环境和生态系统的协调。我们要为子孙“留一块绿地，留一片蓝天”。二、土壤和土壤肥力的基本概念1、土壤是地球陆地上能够生产植物收获物的疏松表层。

“陆地表层”说明土壤的位置，“疏松”指其物理状态，经区别于坚硬整块的岩石。又分：自然土壤——未经人类开垦自然形成的土壤。农业土壤——在自然土壤的基础上经过人类开垦耕种的土壤。土壤之所以“能够生产植物收获物”，主要由于土壤具有肥力。2、土壤肥力——是指在植物生长期间，土壤能持续不断地、适量地提供并协调植物生长所需要的水分、养分、空气、热量等因素及其他生活条件的能力。肥力是土壤的基本属性和质的特征。土壤学中把水、肥、气、热——称为四大肥力因素。3、土壤的基本物质组成

土壤固体土壤（约占土壤总容积的50%）粒间孔隙（约占土壤总容积的50%）土壤生物体——土壤动物和土壤微生物等。矿物质—来自岩石的风化，包括原生矿物和次生矿物，约占固体重量的95%以上。有机质—动物残体及其转化产物，约占固体重量的5%以下。土壤空气—一部分由地上大气层进入，主要为O2

、

N2

等，另一部分由土壤内部产生，主要为CO2、水汽等。土壤水分—主要由地上进入土中，其中含有溶质，包括离子、分子、胶体颗粒等，实际上是浓度不同的溶液（土壤溶液）。土壤是四（或五）种物质组成的三相多孔体自然肥力和人为肥力根据土壤肥力的来源不同，土壤肥力有自然肥力和人为肥力的区别。自然肥力是指土壤在自然因子即五大成土因素（气候、生物、母质、地形和年龄）的综合作用下发育来的肥力，它是自然成土过程的产物。人为肥力是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作用下所产生的结果。因此只有从来不受人类影响的自然土壤才具有自然肥力。潜在肥力与有效肥力从肥力的实际经济效益分为：有效肥力和潜在肥力。有效肥力是指在当季生产上发挥出来并产生经济效果的那一部分肥力。潜在肥力是指在当季生产上未能产生经济效果的那一部分肥力。有效肥力和潜在肥力是可以相互转化的，两者之间没有截然的。土壤肥力的发展与转化自然土壤只具有自然肥力，但一切农业土壤则兼具自然肥力和人为肥力，它们具有综合效应，作物在利用肥力因素时，二者是不能区分的。潜在肥力与有效肥力之间没有截然界限，在一定环境条件下，可以相互转化。三、土壤学的发展概况及面临的任务1、土壤科学发展中的几个代表性学派（一）农业化学派和农业地质学派

1840年德国化学家李比希在《化学在农业及植物生理上用应用》中提出了植物的矿质营养学说，主要观点为植物生长需吸收土壤中的矿质营养，创立了农业化学派，开创了土壤科学的新纪元。19世纪后半叶西欧盛行农业地质学派，，他们认为土壤是岩石的风化堆积物，土壤的形成过程只是岩石风化淋溶过程，土壤肥力呈递减曲线下降，忽略了生物因素对土壤肥力的积极作用。（二）土壤发生学派19世纪末俄国的道库恰耶夫提出了“成土因素”学说，他认为土壤及其肥力的形成是母质、气候、生物、地形和成土年龄五大成土因素共同作用的产物，但对农业生产中的具体问题没有足够的注意。（三）美国Ritchre提出“作物—环境综合系统”（CERES系统)2、土壤科学在我国的发展

我国是四大文明古国之一，对土壤的认识较早，在世界上最早提出使用有机肥和种豆科植物肥田，写出了世界上最早的一本关于土壤分类的书《禹贡》。解放后我国土壤科学发展大大加快，先后进行了两次全国土壤普查，取得了显著的成绩，得到了全世界的高度重视，也为我国农业的发展作出了巨大的贡献。3、土壤肥料工作面临的主要任务主要有是：

1、与环境生态相结合，继续进行基础理论研究，

2、进行土壤普查和土壤普查成果应用

3、重点搞好中、低产田的利用改良

4、采取有力措施坚决制止滥占耕地

5、防止土壤侵蚀保持生态平衡

6、合理施肥，增辟肥源，调整氮、磷、钾比例

思考题

1.土壤肥力四因素是什么？2.什么是自然土壤、农业土壤、有效肥力、潜在肥力？3．土壤学的任务是什么？

4土壤的基本物质组成有哪些？

第一节土壤的无机矿物质颗粒第二节土壤有机质

第一章组成土壤的固相物质第一节土壤的无机矿物质颗粒一、土壤无机矿物质颗粒的来源土壤中的无机矿物质颗粒是陆地表层的岩石、矿物风化的产物。由地壳深处的岩浆直接冷凝和结晶而成的矿物称为原生矿物。在地壳中或地表面，由原生矿物经风化和变质作用后，改变了原来的形态、性质和成分而形成的新的矿物，称为次生矿物。岩石矿物经过物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用后，一部分难风化的或是尚未风化的原生矿物残留下来，成为形成土壤母质的一部分。还有一部分岩石矿物在风化过程中生成了结晶质的层状硅铝酸盐次生矿物和硅、铁、铝的氧化物，即土壤次生矿物或黏土矿物。

二、土壤无机矿物质颗粒的矿物组成

土壤矿物质包括原生矿物和由原生矿物经过风化重新形成的次生矿物，它们的成分和性质对土壤的形成过程和理化性质均有极大影响。

(一)土壤中的原生矿物土壤原生矿物是指那些在风化过程中末改变化学成分和结构的原始成岩矿物。主要类型有：（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）粘土矿物1、层状硅酸盐粘土矿物层状硅酸盐粘土矿物从外部形态上看，是一些极细微的结晶颗粒。从内部构造上看，是由两种基本结构单位构成的，并含有结晶水，只是化学成分和水化程度不同而已。层状硅酸盐矿物的性质与矿物的化学组成和结晶构造关系十分密切。

（1）构造特征基本结构单位

构成层状硅酸盐粘土矿物晶格的基本结构单位是硅氧四面体和铝氧八面体。①硅氧四面体（简称四面体）四面体的基本结构是由一个硅离子和四个氧离子所构成。其排列方式是以3个氧离子构成三角形为底，硅离子位于底部3个氧离子之上的中心低凹处，第四个氧则位于硅离子的顶部，恰恰把硅离子盖在氧离子的下面。像这样的构造单位，如果连接相邻的3个氧离子的中心，可构成假想的4个三角形的面，硅离子位于这4个面的中心，所以称为硅氧四面体。硅氧四面体：由一个硅离子和四个氧离子所构成的四面体结构。②铝氧八面体（简称八面体）八面体的基本结构是由1个铝离子和6个氧离子（或氢氧离子）所构成。由6个氧离子（或氢氧离子）排列成两层，每层都由3个氧离子（或氢氧离子）排成三角形，但上层氧的位置与下层氧的位置交错排列，铝离子位于两层氧的中心孔穴内。像这样的构造单位，如果连接相邻的3个氧离子的中心，可构成假想的8个三角形的面，铝离子位于这8个面的中心，所以称这种单位为铝氧八面体。铝氧八面体：由1个铝离子和6个氧离子（或氢氧离子）所构成的八面体结构。单位晶片

从化学上来看，四面体为(SiO4)4-,八面体为（AlO6）9-,它们都不是化合物，在它们形成硅酸盐粘土矿物之前，四面体和八面体分别各自聚合，聚合的结果。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（简称硅片）。硅片的顶端的氧仍然带负电荷，硅片可用n(Si4O10)4-表示。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（简称铝片）。铝片两层都有剩余的负电荷，铝片可用n（AlO6）9-。

单位晶层由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才能形成稳定的化合物。硅片和铝片以不同的方式在C轴方向上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层。两种晶片的配合比例不同，而构成1：1型、2：1型和2：1：1型晶层。

1:1型单位晶层由一个硅片和一个铝片构成。硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层。这样1:1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角型孔穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。2：1型单位晶层由两个硅片夹1个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。这样2：1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。2：1：1型单位晶层在在2：1单位晶层的基础上多了1个八面体片水镁片或水铝片，这样2：1：1型单位晶层由两个硅片、1个铝片和1个镁片（或铝片）构成。同晶替代同晶替代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。替代和被替代的离子大小要相近，只有这样才能保证替代后的晶形不发生改变。

替代和被替代的离子的电性必须相同，电价可以同价或不等价。a、如果替代的两个离子是同价的，互换的结果不仅晶形不变而且晶体内部仍保持电性中和。b、如果替代的离子电价不等，互换的结果使晶体带电，其电性或正或负，如果晶体中心离子被电价低的阳离子所替代，则晶体带负电荷；反之晶体带正电荷。在硅酸盐粘土矿物重，最普遍的同晶替代现象是晶体中的中心离子被低价的离子所代替，如四面体中的Si4+被Al3+离子所替代，八面体中的

Al3+被Mg2+所替代，所以土壤粘土矿物一般以带负电荷为主。同晶替代现象在2：1和2：1：1型的粘土矿物中较为普遍，而在1：1型的粘土矿物中相对较少。

同晶替代的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，被吸附的离子通过静电引力被束缚在粘土矿物的表面，避免随水流失。被吸附的离子可通过交换作用被植物吸收。土壤粘土矿物以带负电荷为主，吸附的离子以阳离子为主。土壤中粘土矿物的类型和数量与土壤肥力的关系很大。

2、硅酸盐粘土矿物的种类及一般特性土壤中层状硅酸盐粘土矿物的种类很多，根据其结构特点和性质，可归纳为4个类组，主要有高岭组、蒙蛭组、水化云母组和绿泥石组矿物。㈠高岭组又叫1：1型矿物，是硅酸盐粘土矿物中结构最简单的一类。包括高岭石、珍珠陶土、迪恺石及埃洛石等。高岭石组粘土矿物是南方热带和亚热带土壤中普遍而大量存在的粘土矿物，在华北、西北、东北及西藏高原土壤中含量很少。具有一下特点：

（1）1：1型的晶层结构

单位晶胞的分子式可表示为Al4Si4O10(OH)8（2）非膨胀性（3）电荷数量少

晶层内部硅片和铝片没有或极少有同晶替代现象，其负电荷的来源一个是晶体外表面的断键，二是晶体边面OH基在碱性及中性条件下的离解。（4）胶体特性较弱

㈡蒙蛭组又叫2：1型膨胀性矿物，包括蒙托石、绿托石、拜来石、蛭石等。蒙托石在我国东北、华北和西北地区的土壤中分布较广。蛭石广泛分布于各大土类中，但以风化不太强的温带和亚热带排水良好的土壤中最多。其具有一下特点：

（1）2：1型的晶层结构（2）膨胀性大（3）电荷数量大

同晶替代现象普遍，蒙托石主要发生在铝片中，一般以Mg2+代Al3+，而蛭石的同晶代换主要发生在硅片中。（4）胶体特性突出

㈢水化云母组又叫2：1型非膨胀性矿物或伊利组矿物，伊利石广泛分布于我国多种土壤中，尤其是西北、华北干旱地区的土壤中含量很高，而南方土壤中含有很低。具有一下特征：（1）2：1型晶层结构（2）非膨胀性（3）电荷数量较大（4）胶体特性㈣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，土壤的绿泥石大部分是由母质遗留下来的，但也可能由层状硅酸盐矿物转变而来。沉积物和河流冲积物中含较多的绿泥石。具有一下特性：（1）

2：1：1型晶层结构（2）

同晶代换较普遍（3）颗粒较小，胶体性质居中3、非硅酸盐粘土矿物土壤粘土矿物组成中，除层状硅酸盐外，还含有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。氧化物矿物既可呈结晶质状态存在，也可非晶质状态存在。无论是结晶质还是非结晶质的氧化物，电荷的产生都不是通过同晶替代获得的，而是通过质子化和表面羟基H+的离解。既可带负电荷，也可带正电荷，决定于土壤溶液中H+离子浓度的高低。

㈠氧化铁

土壤中常见的氧化铁矿物是针铁矿和赤铁矿。针铁矿（α-FeOOH）在温带、亚热带的土壤中大量存在，一般晶体都很小，比较大的带黄色，较小的带棕色，常呈针状、故称针铁矿。天然针铁矿中有一部分Fe3+被Al3+所代替。一般来说，含有Al3+替代的针铁矿其结晶程度都较差。赤铁矿（α-Fe2O3）在高温、潮湿、风化程度很深的红色土壤中存在，在黄色或棕色的土壤中很少存在，即使土壤中的氧化铁以针铁矿为主，少量的赤铁矿的存在也会使土壤看起来呈红色。赤铁矿常呈六角形的板状。赤铁矿和针铁矿在土壤中都可以呈胶膜质包被在土壤颗粒

的表面，在热带地区的土壤中可进一步转化为似岩石般坚硬的物质－铁盘。

（二）氧化铝

土壤中常见的铝氧化物是三水铝石Al(OH)3,主要分布在热带和亚热带高度风化的酸性土壤中，其含量可作为脱硅作用和富铝作用的指标。土壤中三水铝石的形成和含量的高低与水热条件和矿物风化有着密切关系。就水平地带性土壤而言，我国北方石灰性土壤中不含三水铝石，大致在北纬30°以南地区的土壤中才出现三水铝石。在同一地区，花岗岩发育的土壤中的三水铝石含量较千枚岩发育的土壤高。

土壤中各种形态的铁、铝可按离子态←→无定形态←→晶态进行转化。铁铝氧化物对土壤理化性质的影响主要是表面作用。其影响强弱与表面积大小密切相关。结晶很好、颗粒大大的在土壤中转化作用较弱。非晶质（无定形）的铁铝氧化物转化作用强。非晶质的铁铝氧化物可以吸附阴离子，如对土壤中磷酸根离子的吸附，使磷被固定，失去其有效性。

㈢水铝英石

水铝英石(xAl2O3ySiO2nH2O)是由氧化硅、氧化铝和水组成的非晶质硅酸盐矿物，Si/Al比在1～2之间变化。水铝英石具有较高的阳离子交换量，为10－15cmol(+)/kg，其大小决定于土壤溶液中pH和水化程度。水铝英石具有较大的表面积，一般为70×103～300×103。水铝英石是火山灰土壤中的主要粘土矿物。温带半湿润和湿润地区以及热带地区玄武岩和火山灰发育的有年土壤中，因铝、硅氧化物溶胶的共同沉淀而生成水铝英石。那些高海拔、低温、中高雨量条件下的土壤也常存在水铝英石。

水晶白云母黑云母方解石金属自然金

三、土壤无机矿物质颗粒的化学组成

成土矿物的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素，主要元素约有10余种，包括氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳，占土壤矿物质总质量的99%以上，其中以氧、硅、铝、铁4种元素所占的比例最多。土壤中主要的原生矿物所含化学成分有一定规律如表，石英、长石、白云母这些矿物的SiO2及K2O、Na2O含量高，含SiO2愈多的矿物颜色愈浅，愈抗风化。而黑云母、辉石、橄榄石、磁铁矿等深色矿物SiO2含量少，而Fe、Ca、Mg含量高，这些矿物易风化分解。矿物质颗粒愈粗，SiO2含量愈多，颗粒愈细SiO2含量愈少，但A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、P2O5、K2O等养分元素的含量变化趋势正相反。在总的含量中如用氧化物的形态来表示仍以SiO2、A12O3、Fe2O3三者为主要成分，如表：表：土壤中主要原生矿物的近似化学组成(％)矿物SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O3石英100－－－－－－－正长石62－6618－20－0－3－9－159－4－钠长石61－7019－26－0－9－0－46－11－钙长石40－4528－37－10－20－0－20－5－白云母44－4634－370－2－0－38－110－2－黑云母33－3613－303－110－22－206－9－－辉石45－553－100－616－266－20－－－橄榄石25－43－0－3－27－51－－－磷灰石－－－54－55－－－40－42磁铁矿－－69－－－－－表:土壤中主要次生矿物的近似化学组成(％)矿物SiO2A12O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O伊利石50-5618－312－50－0.80－21－44－70－1蒙脱石42-450－280－300－0.50－30－250－0.50－3高岭石31-3338－40－－－－－－绿泥石－18－20－－－35－38－－褐铁矿－－75－90－－－－－水铝石－85－－－－－－三水铝石－65－－－－－－四、成土岩石岩石的概念

岩石—一种或数种矿物组成的集合体。前者为单质岩后者为复成岩。岩石的类型

根据成因分三类：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<45%2.沉积岩又称次生岩是裸露于地表的各种类型的岩石经风化作用而破坏，经各种地质动力作用搬运后沉积，再经压力胶结作用重新固结成岩，也有由生物遗体、残骸堆积沉积而成。沉积岩分为：机械性沉积岩

指砂粒、粉粒、粘粒等物质机械堆积而成的岩石。化学性沉积岩

指原先为水溶性物质，后因外界条件改变结晶析出而形成的岩石，如石膏岩、部分石灰岩。生物性沉积岩

指水中生物的介壳及微生物遗体堆积成岩，如大部分石灰岩、白云岩、珊瑚岩、硅藻岩等。沉积岩的特征是有层理，常可见化石。3.变质岩

指各类岩石受高温作用或受岩浆侵入发生接触变质，使原来岩石中的矿物重新排列，重新结晶而成的岩石。特征是构造上具有定向排列，常见的有大理岩、片麻岩、片岩、板岩、石英岩等。岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩火山爆发意大利庞贝城被岩浆吞噬后人们的遗体五、岩石矿物的风化、母质的形成及类型1、风化的概念与类型风化作用是指地壳表层的岩石、矿物,在大气和水的联合作用以及温度变化和生物活动影响下,所发生的一系列崩解和分解作用.风化过程是形成土壤母质的先决条件

,分为物理风化、化学风化、和生物风化。（一）物理风化

指在物理因素作用下,岩石,矿物破碎崩解成大小不同的颗粒而不改变其化学成分的过程.它为进一步风化提供了条件。影响物理风化的因素有如下几种:(1)

温度（2）结冰

(3)

风

（4）流水

（二）化学风化指在化学因素作用下,岩石、矿物等发生的一系列化学分解的过程.化学风化的结果使岩石、矿物的化学成分、性质发生变化,并释放盐基、磷、铁、硫等养分,同时生成新的次生矿物.1.溶解作用

滴水穿石,1份滑石可溶于110000份水中2.水解作用

由于水是弱电解质，更因为水中总是或多或少溶解空气中的二氧化碳，因此这种由于水的电离作用和溶于水的二氧化碳所产生的碳酸对岩石的分解破坏作用称水解作用。例：钾长石的水解

2KAlSi3O8+H2CO3KHAl2Si6O16+KHCO3

钾长石酸性铝硅酸盐KHAl2Si6O16+H2CO3H2Al2Si6O16+KHCO3

进一步风化，脱硅富铝形成高岭石：

H2Al2Si6O16+H2CO3H2Al2Si2O8·H2O+4SiO2+CO23.水化作用

矿物与水化合成含水矿物造成体积膨大，硬度降低。CaSO4+2H2OCaSO4`2H2O4.氧化作用

空气中的氧在湿润的条件下，对矿物的氧化作用促使矿物风化。例：

2FeS2+2H2O+7O22FeSO4+2H2SO42FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2OFe2(SO4)3+6H2O2Fe(OH)3+3H2SO4Fe(OH)3脱水可形成褐铁矿：

4Fe(OH)32Fe2O3·3H2O+3H2O化学风化使矿物岩石得到化学分解产生了盐基养分，同时生成了粘土矿物。（三）生物风化

指岩石在生物作用下进行的崩解和分解。包括直接引起的风化如地衣苔藓、植物根对岩石的直接破坏，间接引起的风化如生物放出CO2光合作用产生O2

在自然界，三种风化同时并存互相影响互相促进各有侧重。2、母质的形成与类型（一）母质的概念母质是指经各种风化作用形成的疏松、粗细不同的矿物颗粒.它是岩石的风化产物,是形成土壤的基础物质.（二）母质的形成与类型由于母质在形成时所受的地质动力不同，沉积部位不同，因而类型有区别，分为几种类型：母质残积母质（残积物）指岩石经风化后的碎屑就地堆积而成。运积母质

指风化的碎屑经过地质动力作用的搬运，在它处重新沉积而成。

崩积和坡积母质洪积母质冲积母质湖积母质海积母质风积母质黄土及黄土性母质冰碛母质1母质的层次性

岩石由于所处的地理位置、气候、离地表远近等不同,在各种风化作用及不同风化强度下,从地表至母岩间产生了一定的差异.通常第一层风化强烈,细小的矿物质、腐殖质多；第二层矿物质分解较差,腐殖质较少,第三层为半风化岩石,岩石外貌尚可辨认,但已开始风化。2母质中元素的迁移

随着风化程度的加深,母质的进一步形成,矿物中的元素逐渐释放出来,但由于各种元素的化学性质及生物活动选择吸收等原因,使各种元素在母质中迁移不一样.(见表)(三)风化作用与母质的形成

元素迁移序列迁移的元素强烈移失的

Cl.(Br.I).S易移失的

CaMgNaK可移失的

SiO2.PMn略可移失的

FeAlTi不可移失的

SiO2(石英中)母质中元素迁移情况3.母质形成的阶段性

据上述元素迁移序列,母质形成大致经过下列四个阶段:(1)

碎屑阶段

岩石风化的最初阶段,物理风化占优势,化学划分不明显,只有氯,硫发生移动,母质中主要是粗大的碎屑(2)

钙积阶段

所有的氯,硫已淋失,钙镁钠钾等大部分保留下来,并且一些钙游离出来,形成碳酸钙,沉积在碎屑孔隙的内母质呈中性或碱性反应,灰钙土,漠钙土,黑钙土,栗钙土

即发育停留在此阶段.(3)

酸性铝硅阶段

母质中钙镁,钠钾都受到淋失,同时硅酸盐与铝硅酸盐中的硅酸也部分淋失,母质呈酸性反应,颜色为棕或红棕色为主,黄棕壤及部分棕色成土母质发育至此阶段.（4）铝阶段

盐基及硅酸全被淋失,残留的只是铁和铝的氧化物，形成鲜明的红色,母质呈酸性及至强酸性.我国华南的红壤,砖红壤成土母质发育至此阶段.六、土壤矿物质的颗粒组成（土壤粒级）土壤的固体颗粒简称为土粒。在自然状况下，这些大小不一的土粒有的单个地存在于土壤中，称为单粒；有的则相互黏结成为集合体，称为复粒。

根据土粒的有效直径把土粒由粗粒到细粒划分成几组，同组的土粒性质基本相近即为粒组或粒级。（土壤颗粒的大小分级简称粒级）

常用的划分标准：国际制、卡庆斯基制、美国制和中国暂拟分类制，如下所示。国际制土壤粒级分级标准：

表2—2国际制土壤粒级分级标准

粒级名称 单粒直径（mm）

石砾

>2

砂粒粗砂粒

2—0.2

细砂粒

0.2—0.02

粉砂粒

0.02—0.002

粘粒

<0.002卡庆斯基制

表2—3卡庆斯基土壤粒组分类表美国制土壤粒级分级标准

附表：美国制土壤粒级分级标准石块>10石砾粗石砾10－3细石砾3－1砂粒粗砂粒1－0.25细砂粒0.25－0.05粉粒粗粉粒0.05－0.01细粉粒0.01－0.005黏粒粗黏粒0.005－0.001黏粒<0.001中国制土壤粒级分级标准（暂拟方案）1978(二)各粒级的基本特征

不同的粒级都有其不同的特性，对土壤肥力有重要的影响：

1．石砾及砂粒

它们是风化碎屑，其所含矿物成分和母岩基本一致，粒径大，抗风化，养分释放慢，比表面积小，无可塑性、黏结性、黏着性和吸附性。无收缩性和膨胀性。氧化硅含量在80％以上，有效养分贫乏。

2．粉粒颗粒较小，容易进一步风化，其矿物成分中有原生的也有次生的，有微弱的可塑性、膨胀性和收缩性；湿时有明显的黏结性，干时减弱。粒间孔隙毛管作用强，毛管水上升速度快。氧化硅含量在60％一80％之间，营养元素含量比砂粒丰富。

3．粘粒颗粒极细小，比表面积大，粒间孔隙小，吸水易膨胀，使孔隙堵塞，毛管水上升极慢。可塑性、黏着性、黏结性极强，干时收缩坚硬，湿时膨胀，保水保肥性强．氧化硅含量在40％一60％之间，营养元素丰富。

七、土壤质地及质地分类在土壤学上把土壤颗粒的不同粒级所占的重量百分比组合即粒级大小及组成比例称为土壤质地，也简称为颗粒组成。

土壤中的矿物质颗粒的大小及含量多少即土壤的颗粒组成不同，对土壤的肥力性质影响很大，在颗粒组成基本相似的土壤中，常常具有类似的肥力特征。因此土壤学家根据肥力特征相近与否，把土壤颗粒组成划分成若干组，每组为一个质地类别，这种分类办法就叫土壤质地分类。

现介绍3种常用的质地分类标准：

1．国际制土壤质地分类标准

2．卡庆斯基土壤质地分类

3．我国土壤质地分类

4.美国土壤质地分类

1．国际制土壤质地分类标准

将土壤质地划分为砂土、壤土、黏壤土和黏土

4类12级

特点：(1)砂土及壤土类以黏粒含量在15％以下为其主要标准；黏壤土类以黏粒含量在15％一25％为其主要标准；黏土类以含黏粒25％以上为主要标准。

(2)当土壤含粉粒达45％以上时，在上述4类质地名称前加“粉质”字样。

(3)当砂粒含量在55％一85％时，则在各类名称前加“砂质”字样。如砂粒大于85％，则称壤质砂土，其中砂粒达90％以上者称为砂土。国际制土壤质地分类表

2．卡庆斯基土壤质地分类卡庆斯基土壤质地分类可分为3个部分：(1)土壤质地基本分类（见附表1）根据物理性砂粒与物理性粘粒的相对含量将土壤划分为砂土类、壤土类、粘土类等三类九级(2)土壤质地详细分类将六个粒级组按照其含量最多及第二多的以砾质、砂质、粉质、黏质冠于基本质地名称前(3)按石块含量的补充分类土壤中若含有＞3mm的石块，则在基本质地名称或详细质地名称前再加石块含量的分类名称（见附表2）卡庆斯基土壤质地分类表石块(＞3mm)含量(％)石质程度

<0.5非石质土

0.5－5弱石质土

5－10中石质土

>10强石质土

3．我国土壤质地分类我国土壤质地分类制共分3大组11种质地，如附表1。我国的砾质土壤的分类，如附表2附表1：中国土壤质地分类（1978）质地组质地名称颗粒组成（％）（粒径：mm）砂粒（1－0.05）粗粉粒（0.05－0.01）粘粒（<0.01）砂土粗砂土>70－

<30细砂土60－70－面砂土50－60－壤土砂粉土>20

>40粉土<20粉壤土>20

<40黏壤土<20砂黏土>50>30黏土粉黏土－－－

30－35壤黏土

35－40黏土>40附表：中国暂拟土壤石砾含量分类（1978）石砾（10－1mm）含量（％）分类<1无砾质（质地名称前不冠）1－10少砾质>10多砾质美国制土壤质地分类4、土壤质地与肥力的关系及其改良将砂质土、壤质土、粘质土基本肥力性状比较如下：（一）砂质土农民称白土、白塘土，广泛分布于我国北方，它通气透水性强，保水保肥性差，养分含量少，耕性好，春天升温快，是暖性土。适种抗旱耐瘠作物，保证水源，及时灌溉，多施有机肥，少施勤施化肥，保证养分、水分供给。（轻、薄、暖）（二）粘质土农民称红土、红淤土红泥头等，广泛分布于平原洼地、山间盆地、湖洼地区，南方分布较广。它的特性与砂土相反，通气透水性差，保水保肥性强，养分含量高，土温比较稳定，但春天土温转暖慢是冷性土，耕性差。由于它肥劲稳、肥效长，因此适种粮食作物。（重、壮、冷）（三）壤质土农民称两合土、连合土，砂粒粘粒含量适中，集砂土粘土优点于一身，适种作物广，肥力较高。（柔、沃、温）（四）砾质土（粗、贫、浅）八、土壤质地改良对不同质地的土壤，首先要强调因土制宜地耕作和管理。

对过砂或过黏的无法种植的土壤也可以通过以下几种途径进行改良：1、客土法2、放淤改良3、多施有机肥4、翻淤压砂，翻砂压淤5、种绿肥1、客土法

搬运别的土壤（客土）掺在过砂或过粘的土壤中（本土），使之相互混合，以改良土壤质地的方法，称为客土法。2、放淤改良

在有条件的大河中下游地区，可利用不同河流不同季节所携带泥沙的粗细不同，分别将河水引入过砂或过粘的土壤上，使之沉积下来，对本土进行改良的方法。

3、多施有机肥

过砂过粘的土壤结构不良，有机肥中含有大量的腐殖质，腐殖质的粘结力和粘着力比砂土强而比粘土弱，可以改良砂土或粘土的不良物理性状，使土壤松紧度、孔隙状况、吸收性能得到改善，从而提高土壤肥力。4、翻砂压淤和翻淤压砂

有的土壤耕层质地过砂或过粘，但其底层有淤泥层或砂土层，可以通过深翻，把下层的砂土或粘土翻上来，与表土掺混，以达到改良土壤质地的目的。5、种植绿肥

种植田菁、绿豆、沙打旺、苜蓿、紫云英、草木樨等增加有机质，创造良好的土壤结构。

第二节土壤有机质

一、土壤有机质的来源与组成二、土壤有机质的转化三、土壤腐殖质的分离提取和性质四、土壤有机质在肥力上的作用五、土壤有机质的调节土壤有机质—泛指土壤中以各种形态存在的一切有机物质的总称。土壤有机质在自然土壤中差异很大，高的可超过20%，称为有机质土壤，低于20%以下的土壤称为矿质土壤，矿质土壤占绝大多数，有些低的不足0.5％，主要为一些漠境或沙漠土壤。土壤有机质对土壤肥力和植物生长起到良好的作用，在农业上常把保持土壤有机质平衡和逐步提高有机质含量作为土壤培肥的中心环节。我国土壤除了某些草甸土、东北黑土和某些自然土壤外，有机质含量一般占土壤固相重量的5%以下，由南至北由西至东呈递增趋势，水田高于旱田，我省有机质含量较低，平均在1%左右，土壤培肥任务艰巨。一、土壤有机质的来源与组成和存在形态（一）土壤有机质的来源1、来源于死亡的动植物、微生物残体。2、施入的农家肥。3、工业及城市垃圾废水废渣。自然土壤有机质的主要来源是死亡的动、植物，微生物残体及植物的枯枝落叶，但基本来源是它上面生长的绿色植物。耕地土壤有机质的来源可概括为两个方面：（1）栽培作物的残留物（2）施用的有机肥。其中后者其主导作用。（二）土壤有机质的元素组成土壤有机质组成复杂，元素组成为：含C、H、O、N、S、P、Ca、Mg、Fe、Si等,平均含碳为58%,实验室测有机质中的含碳量,再乘以100/58=1.724即土壤有机质总量。土壤中的含氮量与土壤有机质含量具有相关性，土壤有机质碳氮比平均12：1，因此，土壤有机质/氮=1.724·C/N=1.724×12/1=20：1，即土壤中的含氮量为土壤有机质含量的5%。土壤有机质还与磷、硫含量具有相关性，土壤有机质中C:N:P:S=100-120:10:1:1（三）土壤有机质的化学组成（成分）1、非腐殖物质（非特异性物质）指土壤中动植物微生物残体和它们不同阶段的分解产物。包括：a、碳水化合物有单糖、多糖（淀粉纤维素木质素果胶质）等b、含氮化合物蛋白质、多肽、氨基酸等c、含磷化合物植素、核酸、磷脂等d、含硫化合物e、脂溶性物质和木质素2、腐殖质（特异性物质）是指有机生物残体经土壤微生物分解和再合成作用重新形成的一类特殊的高分子有机化合物。占土壤有机质总量的70%以上，有资料说每公顷土壤每天可以产生500千克的这种物质，它对植物的生长极为重要。（三）土壤有机质的存在形态1.机械混合态2.生命体3.溶液态4.有机无机复合态（主体）二、土壤有机质的转化（一）矿质化作用——土壤有机质在微生物的作用下，最终分解为简单化合物，同时释放出矿质养料的过程，称为有机质的矿质化作用。矿化分两个阶段：①有机物质在微生物分泌出的体外酶的作用下将较复杂的有机物先分解成构成该物质的基础有机化合物。②微生物吸收第一阶段的降解产物，一部分作为建造自身的原料，一部分则被彻底转化为最终分解产物，如CO2、H2O并释放出无机盐（如NH4+、SO42－、HPO42－等）。土壤有机质的分解程度常用矿化率来表示：土壤有机质的矿化率——土壤每年因矿质化作用所消耗的有机质数量占土壤有机质总量的百分数。一般农业土壤有机质矿化率在2—5%之间，自然土壤＜1%。可计算土壤有机质的消耗，例：一亩地表土重150000公斤，土壤有机质含量为1%，土壤有机质矿化率为3%，则矿化量为150000×1%×3%＝45公斤。影响土壤有机质矿化率大小的因素：1、有机残体的化学组成糖类、淀粉、简单蛋白质>粗蛋白>半纤维素、纤维素>木质素、脂肪、蜡质（从左到右矿化率降低）。2、有机残体的物理状态及残体的C/N比鲜的比老的易分解,细碎的比整的易分解,更重要的指标是生物残体的C/N比,C/N比是指有机物质或土壤有机质中碳与氮的重量比,一般说来,土壤微生物每分解25份C需吸收1份N,C/N比为25~30/1左右，而作物秸杆C/N比一般为60-80，高于25/1，因此较难分解,或吸收土壤中的速效氮,造成和植物争氮现象发生,影响作物生长。3、温度

25-35℃生物残体分解速度最迅速。4、水气条件

要求一定的湿度和氧气有利于矿质化，水分在田间持水量的60%-100%、通气良好有利于矿质化。

5、土壤酸碱度

土壤微生物大多在pH4-10范围内生存。pH小于4.9，有机物质不易被分解。另外质地也影响矿质化，粘土中粘粒含量高，与有机质密切结合，不利于有机物质的分解。（二）腐殖质化作用土壤微生物将生物残体矿化的过程中产生的中间产物合成更为复杂的腐殖质的过程，称为有机质的腐殖化作用。对于腐殖质形成的研究已有二三百年的历史，但整个作用机制并不清楚，各国土壤学家提出了多种腐殖质形成假说，有植物物质形成说、化学聚合说、细胞自溶说、微生物合成说，以原苏联Kononove的化学聚合说较普遍获得公认，腐殖质的形成过程可分为两个阶段：

第一阶段产生构成腐殖质主要成分的原始材料，如多元酚、氨基酸、多肽、氧化物醌和糖类物质。第二阶段是合成阶段，微生物将上述原始材料通过某种化合机制（包括缩合等多种酶促反应和可能的纯化学反应），进一步合成为腐殖质的单体分子。进入土壤的有机物究竟有多少能够转化为腐殖质可用腐殖化系数来表示：单位质量的有机物料在土壤中分解一年后，残留下来的量占施入量的百分数。不同有机物料的腐解残留率是不同的，同一有机物料在不同土壤上的腐解残留率也不相同，耕地土壤一般为0.2~0.4之间。影响腐殖化作用的因素有：（一）植物物质的化学组成（二）气候条件（三）土壤质地（四）土壤反应（五）土地利用方式

三、土壤腐殖质的分离、提取和性质（一）土壤腐殖质的分离与提取土壤腐殖质其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类。经处理的矿质土壤黑色沉淀物胡敏素（黑腐素）溶液褐色沉淀胡敏酸（褐腐酸）黄色透明溶液富里酸（黄腐酸）稀NaOH浸提过滤稀HCI过滤用乙醇溶解溶解物即吉马多美郎酸胡敏酸和富里酸是土壤腐殖质的主要部分，胡敏素是与土壤矿物颗粒紧密结合而不能被稀碱液所提取的腐殖酸，由于与土壤颗粒结合牢固，对土壤性质和土壤肥力影响不大。（二）土壤腐殖酸的性质1、腐殖酸的元素组成

主要是由C、H、O、N、P、S等元素组成。平均含碳为58%,含氮平均5.6%，土壤腐殖质C/N比12/1，其中胡敏酸与富里酸比较，前者含碳、氮高而富里酸含氧、硫高，富里酸酸性较强。

2、腐殖酸含有多种含氧功能团并带有电荷含有多种含氧功能团如羧基、酚羟基、羰基、甲氧基、醌基和醇羟基、胺基、硫醇基等，由于这些官能团存在，使腐殖酸具有生理活性，能发生许多生化反应如离子交换、络合、氧化还原等；另外腐殖酸还是两性胶体，在不同酸碱度的介质中电性不同，可以解离使腐殖质分子表面带有电荷。（如—COO－、—NH3＋）3、腐殖酸的分子结构特征与分子量

腐殖酸分子结构复杂，分子结构以芳核为主体，芳核上连接多肽、酚酸、金属离子、糖和许多功能团和杂环氮，分子内部有许多非晶体的交联结构，形状为棒状或球形，分子量巨大，从几百到几万，胡敏酸分子量一般n×10000，富里酸分子量为n×1000。4、腐殖酸的颜色

整体呈黑色，不同腐殖酸颜色有差别，与分子量和发色基团组成比例有关，胡敏酸颜色深富里酸颜色黄

5、腐殖酸的溶解度

胡敏酸微溶于水，其一价盐溶于水，多价盐不容于水富里酸溶于水，其一、二三价盐均溶于水。6、腐殖酸的络合能力能与铁、铝、铜锌等高价金属离子形成络合物，其中羧基与酚羟基是主要参与络合金属离子的功能团，络合物的稳定程度随pH升高而增大。

7、腐殖酸的吸水性

是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量超过本身重量的5倍，干腐殖质从饱和大气中吸水可达本身重量的1倍。8、腐殖酸的稳定性

其化学稳定性强，抗微生物分解能力强，因此分解周期长，在温带植物残体的半分解期为3个月，而新形成的土壤有机物质的半分解期为4.7-9年，胡敏酸在土壤中平均停留时间780-3000年，富里酸为200-630年。四、土壤有机质在土壤肥力上作用

土壤有机质含量高低是评价土壤肥力高低的一个重要指标，它对于创造良好的土壤结构、调节土壤养分、水分、空气和热量具有重要意义。它的作用：（一）土壤有机质可为植物生长提供养分（二）可以促进微生物的活动（三）土壤有机质可改善土壤的物理性状（四）可调节土壤的化学性质（五）可提高土壤保水保肥能力（六）土壤有机质有利于加速土壤矿物的风化（七）提高土壤有机质有利于土壤增温（八）土壤有机质有助于消除土壤中的农药残毒和重金属污染。

五、耕地土壤有机质的调节（一）提高土壤有机质的途径1、增施有机肥，我国历来有施有机肥的习惯，肥源广阔，有厩肥、堆肥、沤肥等对提高土壤的肥力作用极大，吨良田有机质含量不少于1.1%。有机肥工厂化生产是未来发展趋势。2、秸杆还田是增加土壤有机质简单易行的措施主要方式有：（1）与厩肥混合堆腐沤制后还田。（2）秸杆粉碎就地还田；（3）高留茬收割，高度20~30cm；（4）将秸杆作饲料，过腹还田。3、粮肥轮作，做到用地养地相结合。（二）土壤有机质的动态平衡由于有机质的矿质化与腐殖化，所以：土壤有机质含量年变化=年加入土壤的有机质量－年分解的有机质量土壤有机质“得”、“失”平衡的一例：思考题1、谈谈土壤的机械组成和土壤的质地分类2、土壤质地和结构对土壤水、肥、气、热的状况的影响有哪些？3、不同质地土壤的肥力特点是什麽？分别如何改良？4、矿质化与腐殖化过程的概念、过程。5、影响有机质转化的因素有哪些？6、土壤有机质的性质与土壤肥力的关系及有机质的作用第二章第一节土壤孔性与结构性第二节土壤耕性第三节土壤通气性第四节土壤的热性质第五节土壤水分的保持与运动土壤基本物理性质和过程第一节土壤孔性与结构性

土壤孔性——指土壤孔隙的状况土壤中大小、形状不同的复杂孔隙的状况好坏由两方面衡量：①孔隙的量，以孔隙度表示②孔隙的质，即大小孔隙分配，上下土层分布。孔隙状况必须保证作物对水分和空气的需要，有利于根系的伸展和活动，因此一是要求土壤中孔隙的容积要较多，二是要求大小孔隙的搭配和分布较为恰当。一、土壤比重（土壤相对密度）固体土粒单位容积的重量与同体积水的重量比。无量纲，水密度1g/cm3

所以土壤比重又常用土壤密度表示，固体土粒单位体积的重量，单位为g/cm3、t/cm3

。土壤物质组成有差别，土壤比重也就不同，土壤比重数值的大小主要与两个因素有关：①土壤矿物组成和含量有关，书上见矿物比重：石英2.65，正长石2.57，高岭石2.6-2.65，蒙脱石2.00-2.20。②与土壤有机质含量有关，表土层有机质含量高，比重小于心土、底土，有机质比重1.2-1.4g/cm3，由于土壤比重差别较小，一般2.6-2.7，通常用2.65作为土壤比重。二、土壤容重单位体积自然土壤的重量（干重）称为土壤容重。单位为g/cm3、t/cm3，土壤之间差别较大，受五个因素影响：①是土壤的矿物组成和含量有关;②是与土壤有机质含量有关;③与土壤质地有关;④与土壤结构有关;⑤与土壤松紧度有关。所以容重必须测定获得，容重值砂质土1.2~1.8，粉质土1.0~1.5，容重用处很大，不仅在农业上建筑、筑路、桥梁工程常用，也是十分重要的基本数据。<一>、计算孔隙度，<二>、判断土壤熟化程度1.1~1.3较疏松，1.5以上紧实，<三>、利用它计算土壤重量、水分、养分、盐分含量。例已知土壤容重为1.15g/cm3，求亩（666.7m2）耕层0-20cm土壤土重。解：666.7×0.2×1.15=153t=153000kg因此过去常说每亩耕层土壤约30万斤，即每公顷耕层土重225万kg。2、已测得有机质含量1%，求亩耕层土壤有机质重量？W有=W±×1%=666.7×0.7×1.2×1%=1.6t=1600kgN、P、K等都可计算出，如测得N含量0.05%，则亩含N80kg，如测得盐含量0.3%，则亩含盐480kg。三、土壤孔性（一）土壤孔性的数量指标1、土壤孔隙度土壤孔隙的容积占整个土壤容积的百分数。

2、孔隙比指土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。

(二)土壤孔隙的大小分级土壤孔隙度只能说明土壤孔隙的数量，还不能说明大小孔隙在土壤中的比例分配，即土壤孔隙的质，因此应对土壤孔隙的大小级别进行研究。土壤孔隙大小形状非常复杂，难以按其真实的孔径来研究，因此提出了当量孔径的概念：1、土壤的当量孔径（又称实效孔径）：指与一定土壤水吸水相当的孔径叫当量孔径。用茹林公式计算：

d=当量孔径，单位为mm，T=土壤水吸力,单位为kPa有了这个指标我们就可确定土壤孔隙的大小。2、土壤孔隙的类型（1）非活性孔隙（无效孔隙）土壤最细小的孔隙当量孔径﹤0.002mm，土壤水吸力＞1.5bar，该类孔隙充满无效水，根毛难以进入，微生物亦难进入，在粘质土壤中此孔较多，板结土壤此孔也较多。（2）毛管孔隙该孔隙直径d=0.002mm~0.02mm，具毛管作用，土壤水吸力1.5~0.15bar,壤土和结构好的土壤此孔较多。（3）通气孔隙（非毛管孔隙）孔隙直径d＞0.02mm，此类孔隙中的水分可在重力作用下短时间内排出而成为通气孔隙，土壤水吸力＜0.15bar

。（三）影响土壤孔性的因素1、土壤质地

粘质土孔隙度45—60%之间，以毛管孔和非活性孔为主；砂质土孔隙度33—45%，通气孔较多；壤质土孔隙度45—52%，有适量通气孔又有较多毛管孔，水气协调，利于作物生长。2、土壤有机质有机质多的土壤易形成团粒结构而孔度较高。3、自然因素和土壤管理等（四）土壤三相组成的计算1.土壤的固相率=1－土壤孔隙度2.土壤液相率（容积含水率）=土壤含水量（质量%）×土壤容重3.土壤气相率=土壤孔隙度－土壤容积含水率4.土壤三相比=固相率︰液相率︰气相率适宜旱地土壤要求固相率50%左右，容积含水量在25—30%之间，气相率10%~20%，土体还应“上虚下实”。四、土壤结构性

（一）土壤结构性的概念通常所说的“土壤结构”实际包含两个方面，土壤结构性和土壤结构体，土壤结构体是指土壤中的土粒相互黏结团聚成大小形状和性质不同的聚合体称之为土壤结构体。土壤结构性是指土体中土壤结构体的大小、类型、数量、品质及其相互排列方式和相应的孔隙状况等的综合特性。它是土壤的重要物理性质（二）土壤结构体的类型1、片状结构体农民称卧土，，水平轴发育大大超过纵轴，呈扁平状，厚度1-5mm。常出现与犁底层和雨后或灌溉结壳。2、柱状、棱柱状结构体在结构体形成时纵轴发育大于水平轴，在土体中直立，边面不明显称柱状结构体。边面棱角明显称棱柱状结构。它常出现于北方干旱半干旱，富含粉砂或粘重质地、干湿交替明显的心底土中，群众称之为立土、竖土。表面有铁质、锰质胶膜形成棱柱状结构，内部紧实。3、块状结构体、核状结构体，农民称之为“坷垃”，纵轴与水平轴大体相等，边面不明显，分大块状、块状和碎块状。表土中多见块状与碎块状。常出现于有机质缺乏瘠薄而粘重的土壤，土壤过干过湿耕作最易形成块状结构。核状结构表面有褐色胶膜，由石灰质铁质胶膜胶结而成，常出现于缺乏有机质的心、底土中，农民称之为“蒜瓣土”。4、团粒结构有机质丰富的自然土壤与耕作土壤中，为近似球形疏松多孔的小土团。0.25-10mm之间，<0.25mm称微团粒,是形成团粒的基础,在提高水稻土和农业土壤肥力具重要作用。（三）土壤结构体与土壤肥力1.团粒结构与土壤肥力对土壤肥力尤其是粘土的肥力起良好的作用，原因如下：（1）团粒结构具有较适宜的孔性；（2）团粒结构较多的土壤具有蓄水抗旱作用；（3）团粒结构较多的土壤可以协调水气矛盾、保肥和供肥的矛盾；（4）团粒结构可提高土壤耕作质量；2、其它结构与土壤肥力有这些结构的土体中水肥气热极不协调，因此为不良结构体。（四）土壤结构形成土壤结构体形成大体经历两个阶段：第一阶段是由原生土粒（分散的单个土粒）黏结形成为初级的次生土粒（复粒）或较大的土体；第二个阶段则是由初级的复粒在各种胶结物的作用下进行团聚或由土粒粘结成的土体沿一定方向破裂而成。重点介绍几个作用：

1、凝聚作用单个细小土粒是胶体，它们相互碰撞时，当电荷斥力小于分子引力时就相互碰撞凝聚在一起。促胶粒发生凝聚作用的措施如下：（1）改变土壤中交换性阳离子种类各类交换性阳离子离子对胶体的凝聚力大小顺序是Fe3+＞Al3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+

（2）增加电介质浓度农业生产中采用耕翻晒田，冻垡等措施提高土壤电介质浓度，促使粉粒相互凝聚形成团粒微团粒结构。

（3）土壤中加入多价阳离子促进不可逆凝聚作用的进行2、水膜的粘结作用粘粒表面一般带负电，可以吸引极性水分子，使土定向排列成水膜，即粘粒—水膜—粘粒连接在一起。3、胶结剂的胶结作用促进形成结构的胶结剂三类：＜1＞无机胶体铁、铝、锰氧化物和二氧化硅等，它们以胶膜状包破于土粒表面失水，把土粒胶结在一起，通过脱水形成具有水稳性的结构。一般形成不良结构体。＜2＞粘粒本身是形成结构的物质基础又是胶结剂。＜3＞有机物质它们与粘粒结合形成有机无机复合物，促进团粒结构形成，且稳定性强。4、外力作用①根系与掘土动物在土壤中活动②干湿交替与冻融交替③耕作等土壤管理措施。五、土壤孔性和结构性的调节良好结构创造了良好的作物生长环境，但良好结构并不易形成也不易保持，大雨漫灌，土壤压板，有机质减少等都造成结构破坏，所以不良结构需改良，常见措施有：（一）精耕细作，增施有机肥（二）扩种绿肥实行合理轮作；（三）改良土壤酸碱性质（四）注意灌溉方法（五）施用土壤结构改良剂有天然和合成改良剂两类，都具很好效果

第二节土壤耕性

一、耕性的概念指土壤在耕作时反映出来的特性。从三方面评价：（一）耕作的难易；（二）耕作质量的好坏；（三）适耕期长短；不是任何时间都可耕地，湿润、酥软是旱田适耕时期，砂土、壤土、粘土适耕期长短不同。二、影响土壤耕性的因素（一）土壤粘结性土粒间由于分子引力而相互粘结在一起的性质，它使土壤具有抵抗破碎和分散的能力。粘结性的强弱用粘结力表示，单位kg/cm2

，不同土壤粘结力的大小不同，同一土壤粘结力也会变化，影响因素有：①土壤质地；②土壤含水量；③交换性阳离子种类；④有机质含量。

（二）土壤粘着性指土壤在一定含水量范围内粘附外物的性能。用粘着力表示。影响因素为：①土壤质地；②含水量；③有机质含量；④代换性离子种类。（三）土壤可塑性指土壤在一定含水范围内受外力作用而发生变形，当外力消失后土壤继续保持变形的性状。原因：片状粘粒当外围水膜到一定厚度时，施一定外力，原来杂乱排列的土粒，借水膜的滑动作用，使土粒定向排列成相互平行状，干燥失水后，由于土粒间的粘结力而保持了塑形。影响土壤可塑性强弱因素：①土壤含水量塑性值（塑性指数）=上塑限－下塑限；②质地砂土无塑性；③粘土矿物种类，蒙脱土＞高岭石；④有机质。（四）土壤松紧性直接影响土壤耕作难易和耕作质量松紧性用坚实度表示坚实度是指土壤抗压缩的阻力，用压缩单位土体所需的力来表示，单位kg/cm3。（五）土壤结持性土壤在不同含水量时所表现出来的性状。当土壤含水量由少至多时，土壤结持状态由坚硬→酥软→可塑→粘韧→浓浆→薄浆。与土壤耕性的关系如下：

三、土壤耕性的调节调节土壤的耕性可从以下几个方面进行：

(一)增施有机肥

(二)客土改良质地

(三)合理灌排，适时耕作第三节土壤通气性

一、土壤空气的组成二、土壤空气与作物生长三、土壤通气性及其调节一、土壤空气的组成与特点：与近地面大气成分近似但又有其自己的特点。（一）土壤空气中O2的数量较大气为少，CO2的数量较大气为多;（二）土壤空气中水汽含量比大气高;（三）土壤空气中含有少量还原性气体;（四）土壤空气的组成不稳定;（五）土壤空气存在的形态与大气不同;土壤空气存在形态按其物理性质分为：1、自由态气体；2、吸附态气体；3、溶解态气体。二、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①种子萌发需水分与氧气、氧气不足烂种；②根系生长需一定氧气，氧气含量低不长新根，氧气少烂根；③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①氧气多少影响矿化，影响养分供给；②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：K＞Ca＞Mg＞N＞P；③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。三、土壤通气性及其调节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。（一）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。（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30-40[mg/cm2.min]

3、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；Eh＞700ml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；Eh＜200ml土壤进行强烈还原作用，硝酸盐开