第2章 第1节 土壤理化性质及生态效应 环境土壤学.ppt

1、第二章：土壤理化性质及其生态环境效应。O层：半分解或未分解的有机残留物，主要是植物残留物(枯枝落叶层)；层甲：生物气候或人类活动形成的有机质积累和物质淋溶的表层。有机质含量高，颜色深；(腐殖质层)E层：是一个漂白淋溶层，硅酸盐粘土、铁和铝明显地被淋溶；(淋溶层)乙层：硅酸盐粘土、氧化铁、氧化铝、碳酸盐、其他盐类和腐殖质聚集的层；(沉积层)c层：与土壤发育密切相关的岩石风化层；r层(母质层):硬块基石，它不是土壤生成层，而是土壤剖面的重要组成部分和土壤形成的基础。(母岩)，目录，第1节土壤基本物质组成和生态功能，第2节土壤质地、结构和生态功能，第3节土壤水分、空气及其生态功能，第4节土壤吸附和交

2、换及其生态功能，第5节土壤酸碱度、氧化还原反应及其生态功能，气相：土壤空气，液相：土壤水分、固相、土壤，第1节土壤物质组成和生态功能，矿物质(95%)，有机质(5%)，生物， 土壤矿物是土壤的主要物质组成，约占土壤固相总重量的95%。 矿物的大小和组成比例、矿物的结构特征和土壤的矿物组成在一系列土壤性质中起着决定性的作用。1.土壤矿物质、硅和氧是地壳中最丰富的两种元素，分别占29%和47%。它们是两种元素，单独存在，其他元素的事故较少，以不同的方式结合在一起，形成了一系列的矿物。土壤中的矿物元素主要由氧、硅、铝和铁组成，其他元素的含量相对较少。1.土壤矿物的主要元素是氧、硅、铝、铁。氧硅=76

3、%，氧硅铁铝=88.7%；2.土壤形成过程中，由于元素的分散富集和生物聚集的特点，土壤矿物的化学组成与地壳不同；3.地壳中植物生长所必需的营养元素很少，其中磷硫含量为0.1%氮0.001%，分布不均匀。土壤矿物基本组成原生矿物：化学结构和组成在风化过程中没有变化的矿物，如应时、正长石、斜长石、白云母、黑云母、辉石、角闪石和橄榄石。次生矿物：母质或土壤形成过程中化学分解破坏形成的原生矿物，包括次生层状硅酸盐、水合氧化物和少量残留的简单盐、应时、正长石、斜长石、白云母，(1)原生矿物、黑云母、辉石、角闪石、橄榄石，(2)粘土矿物，次生层状硅酸盐粘土矿物主要包括高岭石、伊利石和蒙脱石，其中高岭石主要

4、分布在南部强风化土壤中，伊利石和蒙脱石主要分布在北部中弱风化土壤中。如果在显微镜下观察，这些类型的矿物主要是片状小晶体颗粒，每个片状颗粒由许多稳定的晶体层组成，每个晶体层由某些晶片组成；有两种晶片，一种是氧化硅晶片，另一种是氢氧化铝晶片。粘土矿物结构特征，SiO4-4，化学结构式，硅氧四面体，粘土矿物结构特征，铝氧八面体，AlO6-9，化学结构式，硅氧四面体si44-每单位晶片和铝氧八面体AlO69-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聚合，聚合的结果，形成四面体片(硅晶片)和八面体片(铝片)分享1氧、分享2氧、单位晶体层不稳定，因为硅片和铝片都带负电荷，所以有必要通过

5、重叠组合形成稳定的化合物。硅晶片和铝晶片以不同的方式堆叠以形成层状铝硅酸盐的单位晶体层；两种薄片的配比不同，它们形成1:1、2:1和23360133601晶体层，1:1粘土矿物单元晶体层结构，高岭石、高岭石(1:1型矿物)。少量的电荷可以使高岭石外表面的氢离子解离，表面带负电荷，可以吸收一些阳离子；胶体性质弱，颗粒大，只有外表面，没有内表面，粘附性、可塑性和吸湿性弱。这些矿物主要分布在中国南方的热带和亚热带土壤中，而在华北、东北、西北和青藏高原的土壤中较少。见：这里有氢键(牢固)、单元晶体层、内表面(无)、外表面、高岭石、硅四面体片、铝八面体片、高岭石、非膨胀10 cmol ()/kg、1:1

6、粘土、233601型单元晶体结构、蒙脱石、蒙脱石(2:1型膨胀收缩矿物)-。大的膨胀和收缩，因为晶体层之间只能形成小的分子引力；电荷量大，同构置换普遍，矿物带有大量负电荷；胶体性质突出，具有外表面和丰富的内表面，具有很强的粘附性、可塑性和吸湿性。这些矿物主要分布在东北黑钙土和华北栗钙土中，少量分布在华北褐土和西北石灰性土壤中。Si Tetra。阿尔10月，斯利乐。2:1粘土、蒙脱石、膨胀土、100 cmol()/kg、H2O、H2O、H2O、H2O、H2O、伊利石(2:1型非膨胀矿物)-。非膨胀的钾离子被吸附在晶体层之间，对相邻的两个晶体层有很强的结合作用；电荷数量大，同构取代更为常见；高岭石

7、和蒙脱石之间具有胶体性质、粘附性、可塑性和吸湿性；这些矿物主要分布在我国西北干旱半干旱土壤中，富含钾，但在我国南方降雨多、淋溶强的土壤中含量较少。k，层间k，k，k，k，k，2:1粘土，伊利石，非膨胀性，40 cmol ()/kg，三种次生层状铝硅酸盐矿物的区别，2:133601型矿物，代表性矿物有：绿泥石在我国土壤中很少见，主要存在，水镁石或一水硬铝石，滑石，非硅酸盐粘土矿物，1:1型粘土矿物，2:1型粘土矿物，胶体矿物在主要土壤中的分布表粘土矿物的形成与环境条件密切相关，在碱性条件下，如果有丰富的碱离子，特别是较多的镁离子，则有利于蒙脱石粘土颗粒的形成。 如果钾离子特别丰富，所形成的粘土矿

8、物可能主要是伊利石，在南方有很强的土壤淋溶作用，而碱离子很少。形成的粘土矿物主要是高岭石，其次是氧化物矿物。潮湿和半潮湿热带地区排水良好的土壤往往以各种水合铁和铝氧化物为主。高岭石通常是这些土壤中的主要硅酸盐矿物。和含水氧化粘土一起存在于热带土壤中。蒙脱石、蛭石和伊利石在寒冷地区更为突出。寒冷地区的风化强度弱于热带和亚热带地区。粘土矿物具有很强的吸附特性和可塑性，广泛应用于环境修复、制药工业、陶瓷工业和工程建设。目前，改性粘土矿物用于纺织和造纸工业。粘土矿物广泛存在于土壤中，成为一系列决定土壤性质的因素。土壤有机质土壤有机质是土壤固相的一个组成部分，是指土壤中所有含碳的有机物质，包括土壤中的各

9、种动物、植物和微生物残体及其分解合成的各种有机物质。土壤有机质含有植物生长所需的各种营养元素，是土壤微生物能量的来源。同时，土壤有机质与重金属、农药等多种有机和无机污染物具有络合作用，在全球碳平衡中发挥着重要作用。土壤有机质一般占土壤总重量的5%左右。在土壤学中，表土中有机质含量高于20%(200克/千克)的土壤称为有机土壤，有机质含量低于20%的土壤称为矿物土壤。中国表层土壤大部分有机质低于5%，东北土壤较多，华北和西北地区约为1%，部分荒漠土壤不到0.5%，华中和华南水稻土为1.53.5%，旱地较少。然而，土壤有机质对土壤性质影响很大，是土壤肥力的主要指标。目前，土壤有机质含量的标准计量单

10、位是g/kg。其次是土壤有机质，土壤有机质与土壤肥力的关系，(1)土壤有机质的来源和组成，(1)高等植物(地上和地下部分)，(2)土壤中的动物，(3)土壤中的微生物，(4)施用的有机肥，(1)高等植物林植被下的有机残留物草地植被下的有机残留物主要来自根系，黑土区达到9.3吨/公顷(风干根重)；在耕作土壤中，植物残留物的主要来源是残茬，达到2-3吨/公顷。由于不同地区不同的气候条件、植被类型和耕作管理，进入土壤的植物残体的数量和化学成分存在很大差异。(2)土壤动物按体型分为：小型、中型和大型土壤动物；大型：(体长2mm)蚯蚓、蚂蚁、甲虫、马鹿、蜈蚣等。中等：(体长0.2-2毫米)螨虫和跳虫；小：

11、(体长0.2毫米)原生动物和线虫。(3)微生物(1)微生物群：细菌、放线菌和真菌。(2)微生物营养型：有机营养型(异养型):腐生和寄生无机营养型(自养型):化学能自养和光能自养；(4)有机肥的施用非常重要；(2)土壤有机质组成；(1)物质组成可分为：1)未分解的动植物残渣(原料)2)根据有机物的分解阶段和物理形态化学组成1)碳水化合物：单糖、多糖、淀粉、纤维素、果胶等2)木质素：相对稳定。它是形成腐殖质核心的原始物质。3)含氮化合物：蛋白质、肽、氨基酸。4)脂溶性物质：如树脂、蜡、单宁等。(1)土壤有机质的来源和组成。(3)元素组成：碳(52.58%)、氧(34.39%)、氢(3.34.8%)

12、、氮(3.74.1 %)、磷、钾、钙、镁、铁、硅、锌、铜、硼、钼、锰等。其中，(4)土壤有机质组成的基本特征a .土壤有机质中木质素和蛋清的含量比植物组织中的高；b .纤维素和半纤维素的含量降低；c .土壤中形成腐殖质。(1)土壤有机质的来源和组成，植物组织与土壤有机质组成的比较，(1)土壤有机质的来源和组成，有机质的残留、矿化、腐殖化，(2)土壤中有机质的转化，(1)有机质的矿化，(1)矿化：在土壤生物的作用下，在土壤水分和空气的参与下，复杂的有机质逐步分解为简单的有机化合物，最终产生简单的无机物质如CO2、H2O和无机盐。(2)矿化的意义1)释放作物生长所需的营养元素2)为腐殖质的形成提供

13、基础物质，成为腐殖化的前提。1.有机物的矿化；(3)有机物的化学组成在很大程度上决定了分解的难度，糖、淀粉和蛋白质容易分解，纤维素、半纤维素和脂肪分解缓慢，木质素、单宁和树脂更难分解。有机残留物的分解速率不仅取决于化学成分，还取决于通风和酸碱条件。1。有机质的矿化，(3)矿化过程(1)糖类、多糖、单糖、有机酸的矿化，热(少)和半厌氧条件，CH4、H2、H2S热(很少)，水解酶、蛋白质、多肽、氨基酸、氨氨化细菌、硝化细菌、水解、氨化、硝化，在任何条件下，需氧条件、思考问题：旱地和水地含氮化合物的转化结果有什么不同？1。有机质的矿化，(3)矿化过程，(2)含氮有机质的矿化，含磷和含硫化合物，正磷酸

14、盐，H2PO4-，HPO42-，PO43-，正磷酸盐，HSO4-，SO42-，偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3，H3PO2，H3P正磷酸盐H2S(黑根)1。有机物的矿化；(3)矿化过程；3)含磷和硫的有机物的矿化；1.有机物的矿化；(3)矿化过程；4)有机物在好氧条件下分解时，产生CO2、水和无机盐，分解速度快、彻底，无有毒物质；在通风不良的情况下，减少有毒物质，如有机酸、酒精、H2S、Fe2等。并且速度慢且分解不完全。矿化率每年矿化消耗的有机质占土壤有机质总量的百分比。作为土壤矿化速度的指标，土壤年矿化率约为1%。土壤有机质分解转化的影响因素土壤有机质的分解转化是在微生物的作用下进行的，属于生化反应。1)在035范围内，有机物的分解速率随着温度的升高而增加。土壤有机质分解速率每10年增加23倍。当温度高于45低于0时，微生