土壤肥料学-土壤的基本物质组成

岩石风化形成的矿物颗粒统称为土壤矿物质。土壤是由固相、液相和气相三种物质组成的疏松50%381250%为土壤孔隙，孔隙中分布着液相的土壤水和可溶性物质，还有气相的土壤空气。土壤三相物质直接影响土壤肥力，是土壤肥力的物质基础。95%“骨架”自然界的矿物岩石经风化作用及外力搬运形成母质(parentmaterial)，母质经成土作用形成土壤。成土的主要矿物矿物是一类产生于地壳中具有一定化学组成、物理性质和内部构造的单质或2-12-1种类石英不易风化,风化后是土壤中磷素的主要来源易风化，是土壤中红色的来源源物成土的主要岩石岩浆岩由岩浆冷凝而成。岩浆岩的共同特征是没有层次和化石。当岩浆侵入地壳在深处沉积岩由各种先成的岩石经风化、搬运、沉积、重新固积而成或由生物遗体堆积而成的变质岩在高温高压下岩石中的矿物发生重新结晶或结晶定向排列而形成的岩石称为变2-22-252%~65%，为中性岩。较含二氧化硅42%~52%，为基性岩（2mm的碎石砾0.1~2mm多多易风化,形成土壤土层薄,质地粘重,物理风化(physicalweathering)指外力作用使岩石、矿物发生崩解破碎，但不改变其化学化学风化(chemicalweathering)指岩石、矿物在水、二氧化碳等因素作用下，发生化学变生物风化(biologicalweathering)指岩石矿物在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用残积物(residualdeposit)指岩石经过风化后残留在原地未经搬运的风化物，多分布在山地坡积物(slopdeposit，slopwash)指风化物在重力或流水的作用下，被搬运到山坡的中、洪积物(diluvialdeposit)指山洪搬运的碎屑物在山前平原形成的沉积物。形状如扇，所以冲积物(alluvialdeposit)河水中挟带的泥沙，在中下游两岸与入海口沉积而成。它的分布湖积物(lacustrinedeposit)由湖泊的静水沉积而成。其特点是一般质地偏粘，夹杂有大量海积物(marinedeposit，neriticdeposit)是海边的海相沉积物。由于海岸上升，海退或江河风积物(aeoliandeposit)是由风力将其它成因的堆积物搬运沉积而成，其特点是质地粗，黄土(loess)黄土为第四纪沉积物。其成因有的认为是风力搬运堆积而成，也有的认为是红土(Quaternaryredclay)又称第四纪红色粘土，分布在我国南方，多呈红色、红棕色，土壤矿物质来自土壤母质,原生矿物(Primarymineral)在风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物次生矿物(Secondarymineral)原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物称次生矿物。1099%75%以上。因此人们常把它们看成为土壤的骨干成分(2-3)。2-3我国表层土壤的主要化学组成（g成 土 -(摘自《土壤学（南方本）》，1980年版土壤粒级分类土粒分级一般是将土粒分为石砾、砂粒、粉砂粒和粘粒四级，每级大小的具体1930年第二届国际土壤学会提出的，其特点是十进位制，以定刚好在这个界限(2-4)。2-4粒径石砾,砂粒粗砂粒(coarse细砂粒(fine粉砂粒粘粒苏联制土粒分级苏联制又称卡庆斯基制，是以粒径1mm为土粒的上限，以粒径小于0.001mm为土粒的下限。先把所有颗粒分为石砾（1mm）物理性砂粒（1~0.01mm）、物理性粘(3)我国制土粒分级中国科学院南京土壤研究所等单位根据中国的土壤情况，拟定了我国的土粒分级标准（2-6）。2-5苏联制土粒分级标准粒径2-6粒径(引自《中国土壤（第二版）》，1987年版矿物组成由于岩石中的各种矿物抵抗风化的强弱不同，造成各粒级土粒的矿物组成有较化学组成各个粒级的矿物组成不同，它们的化学组成也不同。砂粒和粉粒以石英和长石土壤质地（soil土壤质地分类根据土壤中各粒级含量的百分率进行的土壤分类，叫做土壤的质地分类。现就国际制土壤质地分类国际制土壤质地分类是一种三级分类法，即按砂粒、粉粒、粘粒三种粒级所占百分数划分为四类十二种（2-7）。15%作为砂土类和壤土类同粘壤土类的划分界限；85%55%~85%时，作为“砂质”土壤定国际制土壤质地分类还可用三角座标图表示(2-2)。其用法及举例说明如下：以等边三角形2-7质地分 所含各级土粒（重量砂土1.壤土

类(clay

12苏联制土壤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。详制在我国未广泛采用，简制也叫“基本质地分类”制（2-8）。苏联制是一种二级分类法，即根据物理性粘粒和物2-8苏联制土壤质地分类标准质地分 物理性粘粒(<0.01mm)含量 物理性砂粒(>0.01mm)含量灰化土草原土及砂土壤土粘50~土12-9标准，定2-91mm的石砾含量<0.(3)大组十二种质地名称(2-10)。我国北方寒冷少雨，风化较弱，土壤中的砂粒、粉粒含量较多，细粘粒含量较少。南方气候温以其含量最多的粗粉粒作为划分壤土的主要标准，再参照砂粒和细粘粒的含量来区分。颗粒组成（组颗粒组成（组 名砂粒 粗粉粒细粘粒砂 粗砂 壤 砂粉 粘 粉粘－－－－(引自《中国土壤》第二版，1987年版2-113~1mm石砾含量 分

(引自《中国土壤》第二版，1987年版土壤的固、液、气三相组成中，液相和气相状况是由固体颗粒的特性和组合状况决定的，也就砂土类(sandsoil)由于粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内部排水通畅，不易积砂质土因含水量低，热容量较小，易增温也容易降温，昼夜温差较大，这对于某些作物是不利的，如小麦返青后容易因此而受冻害，但种植甘薯类及其他块根块茎作物时，则有利于淀粉的累积。“热性土”粘土类(claysoil)粘质土由于粒间孔隙很小，多为极细毛管孔隙和无效孔隙，故通气不良壤土类(loam)好，宜耕期较长，适宜种植各种作物，“既发小苗又发老苗”。有些地方群众所称的“四砂六泥”或“三砂七泥”土壤就相当于壤质土。各种作物因其生物学特性上的差异，加之对耕作和栽培措施的要求也不完全一样，所以它们所（2-12）（（如蔬菜等2-12梨桃砂壤土-粟砂壤土-砂壤土-茶桑(2)掺砂掺粘、客土调剂。如果砂土地（本土）附近有粘土、河沟淤泥（客土），可搬来掺混；（本土（客土土壤生物(soil土壤微生物(soil的，它们个体小(0.2~0.5μm3)1/10000左右，与土壤接触放线菌(actinomycetes)土壤中放线菌的数量也很大，仅次于细菌，一克土壤中放线菌的孢子真菌(fungi)真菌是土壤微生物中的第三大类，广泛分布于耕作层中。土壤真菌有藻状菌、子藻类(algae)土壤中存在着许多藻类，大多数是单细胞的硅藻或呈丝状的绿藻和裸藻。藻类细CO2合成为有机物。它们多发育于土面或近地面的表土层中。光照和原生动物(protozoon)土壤中的原生动物，包括纤毛虫、鞭毛虫和根足虫等类，它们都是单细土壤动物蚯蚓（earthworm）蚯蚓是最重要的土壤动物，通过蚯蚓体内的土壤，不但其中的有机质可线虫(nematode)线虫是多细胞生物，它们几乎在所有的土壤中都可以发现。线虫体呈扁薄纺0.5~1.0mm，分为以下三群：0.1~1.0mm之间，在土壤中的数目十分庞大，②蚂蚁蚂蚁是营巢居生活的群居昆虫，它们在土壤中挖孔打洞的活动，对改善土壤通气性和③蜗牛蜗牛大多在土壤表面觅食，出没于潮湿土壤中，是典型的腐生动物。蜗牛肠胃中含有④啮齿类动物鼠类在森林土壤和湿草原土壤中具有相当的数量。由于挖穴筑巢，常将大量亚⑤其它昆虫在土壤中还栖息不少的昆虫，虽然对疏松土壤有一定的作用，但大多是咬食根部土壤有机质（soilorganic在土壤固相组成中，除了矿物质之外，就是土壤有机质，它是土壤肥力的重要物质基础。土壤200.555。土壤有机质含量虽新鲜有机质半分解的有机质腐殖质指有机残体在土壤腐殖质化的过程中形成的一类褐色或暗褐色的高分子有机化占有机质总量的85%~90%，对土壤物理、化学、生物学性质都有良好作用。通常把土壤腐殖质含量糖类化合物包括单糖、双糖和多糖类，它是广泛的分布在植物中的一类化合物。单糖在水H2CH4等还原性的有毒物质。纤维素和半纤维素纤维素用较强的酸或碱溶液处理才能水解；半纤维素在稀酸或稀碱溶液木质素木质素是复杂的有机化合物，不容易被细菌和化学物质分解，但在土壤中可不断地含氮化合物有机态含氮化合物主要为蛋白质，各种蛋白质经水解后，一般可产生多种不同脂肪、树脂、蜡质和单宁这类有机化合物属于复杂的化合物，不溶于水，而溶于醇、醚及Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn等，还少有机质的矿化过程（mineralizationCO2、H2ON、P、S等以矿质盐类释放出来，同时放出热量，为植物和微生物提供养①糖类化合物的转化多糖类化合物首先通过酶的作用，水解成为单糖，单糖再进一步分解成CH4、H2等。②含氮有机质的转化土壤中含N有机物只有一小部分是水溶性的，绝大部分是呈复杂的蛋白N有机质的转化：第一步水解作用：在微生物好气和厌气细菌分泌的蛋白水解酶作用下，水解成氨基酸。第三步硝化作用：在通气良好条件下，铵态氮通过亚硝化细菌和硝化细菌的相继作用，逐级NO3-NNO2、NON2而逸散pH值，pH7.0~8.2。反硝化过程是造成氮损失的途径之一，应加以控制。③含磷、含硫有机化合物的转化土壤中的磷绝大部分是以植物不能直接利用的难溶性无机和含磷有机化合物的转化磷主要存在于核蛋白、核酸、磷酯和植素等有机化合物中，它们在土含硫有机化合物的转化硫主要存在于蛋白质类物质中，在土壤酶的作用下，含硫的有机化合植物吸收利用。这些过程进行的具体情况取决于土壤的组成、pH、Eh和土壤的水、气、热状况。土土壤有机质的腐殖化过程（humification述三组腐殖质中，对胡敏酸研究较多。其元素组成是：C52%~62%H3.0%~4.5%、O30%~39%、N3.5%~5.0%PS，其分子上含有许多活性官能团。一般认为胡敏酸300~500me/100克之间。③与含水三氧化物，如(-OH)、甲氧基(-OCH3)、甲基(-CH3)、醌基OO等能与外界进行反应的官能团，使腐殖质具有多种------

3-NH3-

150~450me/100克。500%15%~20%。因此，具体的半分解期少于三个月，新形成的有机质，其半分解期为4~9年，而胡敏酸的平均存留时间为780~3000200~630年。有机质的碳氮比(C/N)C/N为65~85:1C/N25~45:1C/N15~20:1C/N40:1251份氮素以获取分解时所需要的能量C/N25:1NH3供硝化过C/N10:1C/NC/N较大的植物残体则相反，C/N大的有机残体直接施植物和不同的腐解条件，腐殖化系数有一定差异(2-13)。2-13植物物 旱 水紫云 紫云英+稻C/N大的枯老植物残体更CH4、H2H2S等有机质在改善土壤物理性质方面具有多种功能，首先是促进土壤团粒结构的形成。因为腐殖质H+OH-过多时，通过离子交换作用，可降低土土壤吸湿水（Soilhygroscopic单分子或多分子层，称为吸湿水。因其受到土粒的吸力大，该层水分子呈定向紧密排列，密度1.2~2.4g/cm31.5g/cm3，无溶解能力，不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。因此，它94%~98%时，吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做最大吸湿量。2-13吸湿水最大吸湿量—膜状水（Soilfilm3.1MPa；外0.625MPa1.5MPa，因此，2~4倍。2-14 壤土 凋萎系数 土壤毛管水（Soilcapillary0.625~0.01MPa范围内，远小于作物根系的平均吸水力（1.5MPa），因此它既能保持在土壤中，又可被作物吸收利用。毛管水毛管支持水（Soilcapillarysupportingwater）是指地下水层藉毛管力支持上升进入并保持在土壤毛管悬着水（Soilcapillarysuspendingwater）是指当地下水埋藏较深时，降雨或灌溉水靠毛管力毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量(Fieldwaterholdingcapacity)。它是农田土160~220g/kg220~300g/kg280~350g/kg。土壤重力水（Soilgravitational土壤重力水是可以被作物吸收利用的，但由于它很快渗漏到根层以下，因此不能持续被作物吸土壤重量含水量（Gravimetricwatercontentof1g/kg表示。（也曾用百分指 W2为干土重量（g）土壤容积含水量（Volumetricwatercontentof尽管土壤重量含水量应用较广泛，但要了解土壤水分在土壤孔隙容积所占的比例，或水、气容Qcm3/c3。用百分率表示时，称为容积百分率（Q）。其计算公式如下：Q*=土壤重量含水量（g/kg）容重*200g/kg1.2g/cm24%。若该土50%26%50∶24∶26。土壤相对含水量（relativeSoilwater例如，某土壤田间持水量为300g/kg，现测得其重量含水量为200g/kg，则其相对含水量为价不同土壤供给作物水分的统一尺度。通常旱地作物生长适宜的相对含水量是田间持水量的70%~80%60%左右。以水层厚度（mm）土水势（Soilwater土水势表示土壤水分在土水平衡体系中所具有的能态。它是指将单位水量从一个土-水系统移w表示。若完成此过程，土壤水对环境做了功，土-水系统处于相同大气压力和同一高度的参比系统。由于土壤水分受到各种吸力的作用，有时还存以下几个分势组成。基质势（Matricpotential）通常用ψm表示，它是指将单位水量从一个平衡的土-水体系移到另压力势（Pressurepotential）通常用ψp表示，它是指将单位水量从一个土-水体系移到另一个下水位与待测点的垂直距离（h）ψp=-gh。溶质势（Osmoticpotential）通常用ψs表示，是指将单位水量从一个平衡的土-水系统中移到重力势（Gravitationpotential）又称引力势，它是指由于重力场位置不同于参比状态水平面而ψg表示，ψg=ρghρ为水的密度，g为重力常数，h为高度。若规定某特定海拔高度的重力势为零，则超过这一高度，地心引力下降，ψg增加；低于这一高度，地心引力增加，ψg下降。土壤水吸力（Soilwater这是指土壤水的负压力。土壤水因受到土壤基质的吸附作用和毛管作用，其表面通常形成一个土壤水分特征曲线（Soilwatercharacteristic水分是作物的重要组成部分。一般作物体内含水约60%~80%，蔬菜瓜果的含水量高达2-15最低含水量（gkg-谷 高 小 玉 棉 一般作物出苗最适含水 40%25%即可发芽2-16土壤空气与大气组成（容积气氮 氧 二氧化碳 1 1CH4、H2S、H2土壤通气性（Soilaeration）土壤空气扩散（SoilairF=-D·dc/式中：Fdc/dxD土壤空气整体交换（Soilair土壤空气的整体交换常受温度、气压、刮风、降雨或灌溉水的影响，例如白天土壤温度升高，土壤空气受热后体积膨胀，部分气体被挤压出土体；夜间土壤温度下降，土壤空气冷却后体积缩小，70%10%40%。此外，土壤通气性对根系吸收养分的影响还因养分的种太阳辐射能这是土壤热量最主要的来源。太阳辐射能是极其巨大的，到达地球的仅是其中的极小部分。在北半球阳光垂直照射时，每分钟辐射到每平方厘米土壤表面的太阳辐射能为8.12土壤热量平衡是指土壤热量的收支情况。土壤表面吸收的太阳辐射能，部分以土壤辐射形式返土壤热量平衡可用下式表示：W=S-W1-W2-式中：WSW1W2W3SW1W2、W3等方面的支出减少，土壤温度将增加；反之，土壤热容量（Soilheat1℃时所吸收或放出的热量。可分1cm31℃时所需要吸收或释放的热量，CvJ/cm3·K1℃时所需吸收或释放的Ci表示,J/g·K。两者之间的关系式为：Cv=Ci×d（d为土壤容重）。土壤热容2-17可见土壤水分的热容量最大；土壤空土壤导热率（Soilthermal1K度时，每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。其单位为：J/m·K·s。表2-17J/cmJ/J/土壤空 土壤水 矿质土 土壤有机 0.2932.18J/m·K·s；干、湿粘土（400g/kg）0.251.59J/m·K·s25倍，另一方面干土中导热仅仅依靠土粒间的接触点，而湿土中土粒间还因土壤导温率（Soiltemperature11m2的热量，使单位体积（1m3）土壤所发生的温度变化。K式中：KλCv多（2-17），35m2/s7012m2/s110m2/s1~26~812~1410~12℃。棉一般作物根系在2~41030~35℃，2425~3025~3022~2418~19℃。成年苹果树的根系在20~2412~16℃为好，832℃424℃以上虽能抽穗，但不25~302030~32℃最好。土壤水分平衡是指在一定时间和一定容积内，土壤水的收入和支出。土壤水分的收入以61570mm，然后（70+55-81）/（25-15）=4.4118mm58mm，玉米的日耗水量为（118-58）/4=土壤水分调节土壤水分调节就是要尽可能地减少土壤水分的损失，尽量地增加作物对降①改良表土质地和结构表土质地粘重、结构不良又缺乏孔隙的土壤，其蓄墒能力强，但往往透②中耕除草通过中耕既可消灭杂草，减少其蒸腾对水分的散失；又可切断上下土层之间的毛管免耕覆盖技术与保水剂的施用大力推广少、免耕技术，降低土壤水分的非生产性消耗；使用高合理灌溉当土壤水分供应不能满足作物需要时，根据作物需水量的多少及土壤水分含量状提高土壤水分对作物的有效性通过深耕结合施用有机肥料，不仅可降低凋萎系数，提高田2-18有机无机配施对土壤水分状况的影响项目 对照 化肥 猪粪 秸秆 多余水的排除对于旱地作物而言，土壤水分过多就会产生涝害、渍害。因此必须排除土