第2章-土壤的基本组成、性质和分类.ppt

1、第2章 土壤的基本组成、性质和分类,1 土壤生态系统的基本组成 2 土壤性质 3 土壤的形成与分类,1 土壤生态系统的基本组成,一、土壤矿物质 二、土壤有机质 三、土壤生物 四、土壤水 五、土壤空气,一、土壤矿物质,1、土壤矿物质的主要元素组成,（一）土壤矿物质的矿物组成和化学组成,2、土壤的矿物组成,表 地壳和土壤的平均化学组成（重量%）,88.7%,1、土壤矿物质的主要元素组成,1、原生矿物,经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物，以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势，如长石、石英、云母等。,2、 土壤矿物组成,石英,黑云母,辉石,方解石,2、次生矿物 原生矿物在母质或土壤

2、的形成过程中，经化学分解、破坏（包括水合、氧化、碳酸化等作用）而形成次生矿物。 次生矿物的种类繁多，包括次生层状硅酸盐类、晶质和非晶质的含水氧化物类及少量简单盐类（碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐等） 次生粘粒矿物（层状硅酸盐类、含水氧化物）是土壤矿物中最活跃的组分。,（二）黏粒矿物,层状硅酸盐黏粒矿物一般粒径5um，X射线衍射结果揭示其内部构造由一千多个层组所构成，而每个层组由硅氧片和水铝片叠合而成。,1、构造特征, 硅片,硅片由硅氧四面体连接而成； 四面体结构由1个硅离子和4个氧离子组成，砌成一个三角锥形的晶格单元，共有四个面；,硅氧四面体（SiO4)4-可自聚合，在水平方向上四面体通过共用底部氧

3、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，即硅片n(Si4O10)4-, 铝片,铝片由铝氧八面体连接而成； 八面体结构由1个硅离子和6个氧离子组成，6个氧离子（氢氧离子）排列成两层，每层都有3个氧离子排成三角形，但上层氧的位置与下层氧交错排列，铝离子位于两层氧的中心孔穴内。其晶格具有八个面；,铝氧八面体可自聚合，在水平方向上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。,由于硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合，共用氧原子后，原子价达到中和，才能形成稳定的化合物。 两种晶片的配合比例不同，因而构成1:1型、2:1型晶层.,单位晶层（晶

4、格或层组）,2、同晶置换,定义：矿物形成时，性质相近的元素，在矿物晶格中相互替换而不破坏晶体结构的现象，称为同晶置换。,3、粘粒矿物种类及一般特性,高岭组 蒙蛭组 水化云母组 绿泥石组 氧化物组,硅酸盐粘粒矿物,热带土壤中含量较多，而华北、东北、西北以及青藏高原含量较少。,2）,3）,4）绿泥石组,这类矿物以绿泥石为代表，富含镁、铁及少量铬的硅酸盐粘粒矿物。具有2:1:1型晶层结构，同晶置换较普遍和颗粒较小等特征。,5）氧化物组,包括水化程度不等的各种铁、铝氧化物及硅的水化氧化物。有的是结晶型的，如三水铝石、水铝石、针铁矿、褐铁矿等，也有不少非晶质无定形物质，如不同水化度的SiO2nH2O F

5、e2O33H2O Al2O3nH2O MnO2nH2O以及它们相互复合所形成的凝胶。 电荷的产生由质子化和表面羟基中H+的离解。 铁铝氧化物，特别是凝胶态物质，都能与磷酸根作用固定大量磷酸,二、土壤有机质 (soil organic matter),概念： 土壤各含碳有机化合物的总称。 土壤有机质含量一般只占固相总重量的10%以下，耕作土壤大多在5%以下。,（一）土壤有机质的来源、含量及其组成,1、土壤有机质的来源 自然土壤（森林，天然草原，苔原）：来源于生长于其上的植物残体（地上部的枯枝落叶和地下的死根与根系分泌物）及土壤生物 农业土壤（农田，牧场，果园，菜地）：来源于人工施入的各种有机肥料

6、和作物根桩以及根的分泌物，其次是土壤生物,2、土壤有机质的含量,有机质的含量在不同土壤中差异很大，高的可达200g/kg，低的不足5g/kg, 土壤有机质化学元素组成 土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N（碳52%58%、氧 34%39%、氢 3.3%4.8%、氮 3.7%4.1%），其次是P和S，C/N比大约在1012之间。 主要的化合物组成是木质素和蛋白质；其次是半纤维素、纤维素以及乙醚和乙醇等可溶性化合物,3、土壤有机质的组成与性质, 土壤有机质的形态 新鲜的有机物质 指那些刚进入土壤不久，仍保持原来生物体解剖学上特征的那些动、植物残体，基本上未受到微生物的分解作用。 半腐解的有机物

7、质 指多少受到微生物作用的植物残体，已失去解剖学上的特征，多为暗褐色的碎屑和小块，如泥炭（草炭）。 土壤腐殖质 是经微生物改造后的有机物质，是一类特殊的有机化合物。通常与矿质土粒结合在一起，是土壤有机质的主要部分 。, 土壤腐殖质的分类 非腐殖物质是一些较简单、易被微生物分解、并具有一定物理化学性质的物质。如糖类、有机酸和一些含N的氨基酸、氨基糖等。约占土壤有机质的20%30%。 腐殖物质是经土壤微生物作用后，由酚类和醌类物质聚合由芳香环状结构和含N化合物、碳水化合物组成的复杂的多聚体，性质稳定、新形成的暗棕色的高分子化合物。它是土壤有机质的主体，也是土壤中比较难分解的物质。约占土壤有机质的6

8、0%80%。,腐殖物质是一类组成和结构都很复杂的天然高分子聚合物，其主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类，它与土壤矿物质部分密切结合形成有机无机复合体，因而难溶于水。,（二）土壤腐殖酸,1、腐殖酸的分组 土壤学中，主要依据腐殖质的颜色和酸、碱溶解性来进行分组，即分为富啡酸、胡敏酸和胡敏素三个组分，其分组方法如下图所示。,土壤有机质,动植物、微生物残体,土壤腐殖质有机质,腐殖物质,非腐殖物质,不溶性腐殖物质，即胡敏素,可溶性腐殖物质,沉淀物即胡敏酸,溶液即富啡酸,用比重液,用碱液提取,用酸酸化,胡敏酸：碱可溶、水和酸不溶，颜色和分子量中等；（淡黄色） 富啡酸：水、酸、碱都可溶，颜色最浅、分

9、子量最低；（棕褐色） 胡敏素：水、酸、碱都不溶，颜色最深、分子量最高。（黑色）,2、土壤腐殖酸的性质,（1）物理性质 （2）化学性质,（1）物理性质,腐殖酸分子量的变动范围为几至几百万之间。 腐殖酸分子为短棒形，芳香基和烷基结构使腐殖酸分子具有伸缩性，分子结构内部有交联结构，有物理性孔隙。结构不紧密，有较大的比表面积。 腐殖酸是一种亲水胶体，有强大的吸水能力。,（2）化学性质,含氧的酸性官能团 ：羧基（R-COOH）、酚羟基（酚-OH） 碱性官能团 ：胺（-NH2）、酰胺（-CONH2) 中性官能团：羰基、醌基、醇羟基、甲氧基等。,来源：分子表面的羟基和酚羟基的解离和氨基的质子化,腐殖酸是一种

10、两性胶体。即可以带负电荷，也可以带正电荷。而通常以带负电荷为主。腐殖质的负电荷数量随pH值的升高而升高。,带负电荷，可吸附土壤中的阳离子，阳离子代换量在2 0005 000mmol M+kg-1之间,(三) 土壤有机质的转化,土壤有机质矿质化过程,土壤有机质腐殖化过程,把复杂的有机物转变为简单的化合物，最后变成无机物CO2 H2O NH3 H2 H2PO42- SO42-等的过程。,把有机质矿化过程中形成的中间产物合成为比较复杂的有机化合物-腐殖质的过程,称为腐殖化过程.,1、土壤有机质转化的过程,“矿质化作用和腐殖化作用是对立统一的过程”,2、影响土壤有机质转化的因素,土壤有机质的周转,土壤有机质的矿化,土壤有机质的腐殖化,土壤生物的组成与活性 土壤动物促进植物残体的破碎和运输 真菌可促进木质素的分解 细菌和放线菌可促进碳水化合物的分解,2、影响土壤有机质转化的因素,土壤特性 1、