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指土壤生物与其周围环境相互联系相互作用形成统一体
3.土壤学科体系,研究内容和方法
1.学科体系
农学科学地球科学
2.分支学科及研究内容
国际土壤学会分的7个分支:
土壤物理土壤化学土壤生物学土壤矿物学土壤肥力和植物营养土壤发生分类和制图土壤技术
土壤物理:
是研究土壤物理现象和过程的分支
土壤化学:
化学组成性质及其土壤的化学反应过程的分支
土壤微生物:
微生物区系多样性及其功能恶化适应的分支
土壤的生物化学:
有机质组成结构级生物换血转化过程的分支
土壤地理学:
土壤的发生演变分类分布规律及其地理环境之间关系的分支
3.土壤学的研究方法
(1)宏观研究和微观研究
(2)综合交叉研究
(3)野外调查与实验室研究结合
(4)新技术的应用
第1章土壤矿物质
第一节土壤矿物质的矿物组成和化学组成
一矿物组成
1.矿物:
是单个元素或若干元素在一定的地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物是构成岩石的基本单元
2.原生矿物:
各种岩石受到不同程度的物理分化而未经过化学分化的碎屑物他原有的的花絮俄组成构造都未发生变化
以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势
原生矿物的类型数量主要决定于矿物的稳定性
原生矿物是植物养分的主要来源
3.次生矿物:
由原生矿物重新分化后形成的新矿物,他的化学组成构造均发生变化不同于原生矿物
粘土矿物:
次生矿物质中土壤物质中粒径(<
0.001)最小的部分称为粘土矿物
2.元素组成
1.地壳中的已知90多种元素,土壤中全部存在
2.前四种元素的占比例最多
3.土壤的颗粒物质越粗SiO2的含量越高
4.土壤矿物的化学组成在成土过程中发生了变化,继承了地壳的元素特点
第2节粘土矿物
1.层状硅酸盐粘土矿物
(1)构造特征
1.基本结构单位
(1)硅氧四面体
(2)铝氧八面体
2.单位晶片
(1)硅片硅氧四面体通过公用底部的氧在平面上无限延伸,排列成近似六边形蜂窝状的四面体
(2)铝片铝氧八面体通过共用俩个氧离子的方式在平面上无限延伸排列成八面体
3.单位晶层
(1)1:
1型单位晶层
(2)2:
(3)2:
1:
4.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。
条件:
大小相近电性相同
在硅酸盐粘土矿物中最普遍的同晶替代现象是晶体中的离子被低价离子所替代
同晶替代的现象在2:
1和2:
1型的粘土矿物中较普遍而1:
1型的比较少
(2)硅酸盐粘土矿物的种类及一般特征
1.高岭组:
高岭石珍珠陶土迪恺石
特点:
1:
1型晶层结构
非膨胀性
电荷数量小
胶体特性较弱
2.蒙蛭石:
蒙脱石绿脱石拜来石
2:
1型的
膨胀性大
点和数量大
胶体特性突出
3.水化云母组:
伊利石
2:
1型
电荷数量较大
胶体特性
4.绿泥石组:
1
非膨胀性
同晶替代交普遍
颗粒较小
2.费硅酸盐粘土矿物
氧化铁氧化铝水铝英石氧化硅
第2章土壤有机质
有机质:
是指存在与土壤当中所有含碳的有机质包括土壤当中各种动植物残体微生物体及其分解和合成的各种有机质。
1.含有植物生长所需的各种营养元素
2.是微生物生命活动的能源
3.对土壤的化学物理生物学性质有深刻的影响
4.对土壤污染物的行为有显著的影响
5.对全球谈平衡起着重要作用,被认为是影响全球温室效应的额重要因素
第1节土壤有机质的来源含量及其组成
一.来源
1对于原始土壤来说微生物是土壤有机质的最早来源
2.进化发展后动植物残体就成为土壤有机质的基本来源
3.自然植被条件下土壤中的有机物质大部分直接来自与植物的残体和根系的分泌物
4.在农业土壤当中,来源是作物的根荐还田的秸秆和翻压的绿肥
5.动物的废弃物,木屑轻工副产品城市生活垃圾的堆肥
二数量的表示
1.土壤的有机碳含量:
利用重铬酸钾氧化法测定的土壤中的有机炭素
2.土壤碳素的储量
3.土壤有机质含量
4.土壤碳密度:
单位面积碳素的含量
3.组成
1.未分解和半分解的动植物体
2.微生物体
3.土壤腐殖质(腐殖物质非腐殖物质)
4.土壤腐殖质
(1)腐殖物质:
土壤有机质在微生物作用形成的一类结构复杂性质稳定的特殊性质的高分子化合物,他是由多酚和多醌物质聚合而形成的含芳香环结构的新形成的黄色至棕黑色的非晶型的高分子有机化合物。
它的主体是各种腐殖酸及其与金属离子相结合的盐类。
1.特点:
在生物体内没找到
经过微生物作用下重新合成的棕黑色的小空隙的胶体物质
形成过程与微生物是分不开的
2.分组:
(依据:
颜色和酸碱的可溶性)
(1)富里酸(FA):
富啡酸黄腐酸
水酸碱都可溶
颜色最浅
构造单元是有苯羧酸和酚酸
(2)胡敏酸(HA):
褐腐酸
水酸不容碱可溶
颜色分子量居中
环状肽键芳香环
(3)胡敏素
水酸碱都不容
颜色最深分子量最大
与粘土矿物结合十分紧密
3.基本性质
(1)光学性质
(2)水溶性
(3)酸性
(4)电性
(5)胶体特性
(6)稳定性
(2)非腐殖物质
指一般的有机化合物
(糖类有机酸结构明确含N的有机)
第2节土壤有机质的分解和转化
1.有机化合物的分解和转化
(1)矿化过程:
在微生物酶的作用下发生氧化反应,彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量,所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后,释放成为植物可利用的矿质养料。
(2)腐殖过程;
是指进入土壤的动植物残体在土壤微生物作用下分解后在缩合或聚合成一系列黑褐色的有机物的过称
(形成的物质还可一继续转化)
2.影响有机物质分解和转化的因素
1.温度
2.土壤水分和通气状况
3.动植物残体的特性
4.土壤特性
第3节土壤有机质的作用
1.土壤有机质在土壤肥力上的作用
(1)营养元素矿化过程
(2)肥力特性
1.物性
2.化性
3.生性
2.有机质在生态环境上的作用
1.与重金属离子的作用
2.对农药等有机污染物的固定作用
3.对全球碳平衡的影响
第3章土壤生物
第1节土壤生物的多样性
1.类型的多样性
(1)原生动物
(2)后生动物
(3)微生物
2.土壤微生物的种群多样性
(1)原核微生物
(2)真核微生物
(3)非细胞型生物即分子生物病毒
3.土壤微生物营养类型的多样性
4.呼吸类型的多样性
第3节土壤生物活性及表征
1.土壤酶
1.酶
2.土壤酶:
他是土壤当中的聚集酶它包括游离酶胞内酶和胞外酶主要是源于土壤微生物的活动。
植物根系的分泌物,动植物残体腐解过程释放的酶。
是一类具有催化能力的生物活性物质。
3.分类
4.土壤中酶的存在形态;
(1)自由态游离在土壤溶液当中
易失活活性大
(2)吸附态:
吸附在土壤的有机质和无机胶体上
不易失活
(3)结合态:
与土壤有机质或粘粒相结合一腐殖质--酶合体酶---无极矿物胶体复合体等
较稳定活性持续时间较长
5.土壤酶的作用和特点
(1)是土壤的成分之一,是土壤当中生化反应的积极参与者
(2)土壤当中的酶促作用,是在土壤颗粒表面植物根系表面微生物胞内发生的
(3)是土壤具有与生物体相似的活性组织代谢能力,在陆地生态系统当中物质能量循环中扮演重要角色。
2.生物活性物质
1.植物激素
一些在植物体内合成的并从产生处送到别处对生长发育产生显著的影响的微量有机物。
生长素赤霉素细胞分裂素类乙烯类脱落酸
第4章土壤质地和结构
土壤质地:
(土壤基模)众多的土粒堆聚成一个多孔的松散体
第一节土壤的三相组成
一.土壤密度和容重
1.土壤密度(土粒密度)
(1)主要取决于组成土壤的矿物
(2)常用密度值2.65g/cm3
2.土壤容重
原状土单位容积的质量或重量。
3.土壤孔隙度
单位土壤容积内各种空隙所占百分数。
土壤质地越粗,土壤孔隙度越小
4.土壤空隙比:
空隙的容积与固相容积的比。
5.土壤含水率
(1)质量含水量:
干土在105度下烘干24小时的减少质量占干土质量的比
(2)容积含水量(容积湿度):
单位土壤当中水分所占的比例
(2)土壤的三相
实容积(固,液)
空隙容积(液,气)
1.三相组成指标
(1)气、液、固相率
(2)换算
(3)三相比
第2节土壤质地
1.土壤颗粒指岩石和矿物的分化过程及土壤成土过程中形成的碎屑物质。
矿质颗粒:
单粒复粒
有机颗粒
2.土壤颗粒大小的分级
1.当量粒径:
指一般用与某颗粒级颗粒(土壤颗粒)沉降速度相同的圆球直径代表土壤颗粒的大小。
2.分级(土壤的粒级(粗细))
石砾
沙粒
粉粒
粘粒
(1)沙粒(石砾)性质
1.土壤的粗骨部分以原生矿物为主
2.颗粒的比表面积小没有粘性没有可塑性
3.不吸水没有膨胀性对土壤肥力影响较大
(2)粘粒性质
1.土壤形成过程的产物
2.最细小的部分
3.主要是次生矿物它的比表面积大具有很强的表面能
4.有较强的粘性膨胀性胶体性质较强
5.是土壤养分的仓库
2.土壤的机械组成和质地
1.土壤的机械组成
各粒级的相对含量
2.分析:
测定
3.土壤质地:
根据土壤的机械组成来划分的土壤类型1
百分比组合
它是土壤的最基本的物理性质之一
它是评价土壤肥力和作物适宜性的指标
第3节土壤结构
1.土壤结构的含义;
(1)土壤结构体(形态):
指各级颗粒由于不同的原因相互团聚成大小形状不同的土块土片等土壤实体。
(2)结构性:
指土壤中单粒复粒(包括各种结构体)的数量、大小、性质及其相互排列孔隙状况等的综合特性。
2.土壤结构体的种类
(1)片状结构体
横轴远大于纵轴的土片
(2)片状结构体
长、宽、高三者大致相同
(3)柱状结构体
(4)团状结构体
腐殖质作用下形成近似球型,疏松多孔的小土团。
直径在0.25--10mm之间
具有一定大小、性状
具有较高的稳定性
孔隙搭配合理
3.土壤结构的稳定性
(一)水稳定性
经过水浸后不立即散开,保持土壤结构体的形态不破碎
(二)力稳性
在外力作用下,土壤结构体不至于受到完全破坏
(三)生物稳定性
指土壤结构体抗拒有机质使土壤破坏的能力
4.土壤结构体的形成
(1)俩个阶段
1.单粒-------复粒
2.复粒进一步团聚微团粒
大块粒破碎成团粒
(2)基本因素
1.各种各样的单粒复粒微团粒
2.连结以上土粒的各种胶结剂
3.动力
(3)机制
1.胶体的凝聚作用
2.水膜的粘结作用
3.胶结作用
常见胶结剂;
简单的无机胶体:
有机胶体:
高价阳离子:
4.干湿和冻融交替作用
5.生物作用
6.土壤耕作
第四节土壤孔性
一.土壤孔隙
(一)土壤的孔隙
指土粒与土粒,土团与土团,土团与土粒之间相互支撑构成弯弯曲曲粗细不同的,形状各异的各种间隙。
1.是水分和空气的空间
2.是土壤等重物质能量储存和交换饿场所
3.是众多微生物土壤动物活动的场地
4.是植物根系的延伸并获取养分水分的介质
(2)土壤的孔隙性质(孔性)
1.数量(总量)
2.类型(大小比例)
决定了气相和液相所占比例
2.当量量孔隙
(1)概念
指与一定水分吸力(张力)所对应的孔隙
当量孔隙(有效孔径)
(2)计算
(3)土壤孔隙类型
1.非活性孔隙
无效孔束缚水微孔
是靠土壤表面张力和分子力吸引静电荷作用
2.毛孔孔隙
3.通气孔隙
第5章土壤水
第1节土壤水的类型划分及土壤水分含量的测定
1.土壤水分类型划分及有效性
(一)划分
能量法----自由能
数量法:
1.吸附水(束缚水)
(1)吸湿水----紧束缚水密度1.5
(2)膜状水----松束缚水密度1.25
最大吸湿水:
特定条件下24度下湿度98%让干土壤充分所吸收的水
最大分子持水量:
膜状水达到最大厚度的持水量
2.毛管水(毛管力)
田间持水量:
在地下水埋藏较深排水条件良好充分供水地表覆盖地面蒸发让水入渗1-2天后,测的水
3.重力水(重力水)
饱和水量-田间持水量=通气孔隙=重力水
毛管水悬着水:
毛管水断裂量:
(2)土壤水的有效性
是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度
有效水
上限
下线
无效水
速效水(易效水)
迟效水(难效水)
2.测定
(一)表示方法
1.质量含水量
2.容积含水量
3.相对含水量
4.土壤贮水量
一定面积和厚度土壤中含水的绝对数量
(1)水深:
指在一定厚度一定面积土壤中含水量相当于相同面积水层的高度。
(2)绝对水体积(水容积)
(2)测定方法
1.烘干法
2.中子法
3.TDR法:
动态连续
第2节土壤水的能态
1.土壤水的保持力
(1)吸附力
1.分子力
2.极性力
(2)毛管力
2.土壤水势
(1)土壤水的能态:
指土壤当中的水受到各种力的作用后自由能的变化
(2)土壤水势:
土壤水在各种力的作用下其自由能同相同条件下自由纯水的差值
1.基质势由吸附力和毛管力
2.压力势
3.溶质势
4.重力势
5.总水势
土壤饱和状态,且不考虑半透膜下:
总=压力势+重力势
不饱和的情况下:
总=基质势+重力势
在考虑根系吸水时,一般忽略重力势,所总=基质势+溶质势若在饱和状态下总=溶质势
3.土壤水能态的表示方法
以单位数量土壤水的势能值为准,单位数量可以是单位质量,单位容积或单位重量
4.土水势的测定
5.土壤水分特征曲线
研究土壤的基质势、吸力、含水量之间的曲线
1.能量与数量之间的关系
2.研究土壤水分的基本特性曲线
3.因素:
不同质地的土壤其水分特征曲线各不相同差别很明显
受土壤结构的影响
温度对土壤水分特征曲线的影响
4.作用
可利用他进行土壤水吸力和含水率直接按的换算
反映出土壤孔隙大小的分布
可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性
应用数学物理方法分析是是必要的
第3节土壤水的运动
1.土壤液态水的流动
1.饱和流:
重力势和压力势
2.非饱和流:
基质势和重力势
2.土壤水分的入渗和再分布
1.水分入渗
考虑供水期间取决于供水速率矿入渗速率
2.渗透系数:
单位时间、单位面积通过水量
3.土壤水的在分布
入渗停止----水势----继续运动
4.土壤水的渗滤
3.土壤气态水的运动
1.土体内部的水汽运动
水汽压-------水汽运动
水汽压由水势梯度和温度梯度(决定)
2.土面蒸发
土壤水不断的一水汽由地表向大气扩散而逸失的现象
蒸发强度:
单位时间单位面积所蒸发的水量
(1)大气蒸发能力
(2)土壤蒸发能力
潜在蒸发强度:
当土壤供水充分由大气蒸散能力所决定的最大可蒸发强度
条件:
热能不断的到达地表
土壤表面水汽压大于大气水汽压
土壤表面的水能够不断的从下层提供补给
阶段:
大气蒸发能力控制阶段
土壤含水率变化阶段
水汽扩散阶段
4.土壤水分平衡
是指一定面积一定厚度的土体在一段时间内它的土壤含水量的的变化应等于来项水与去项水之差
5.土壤水的有效性
1.SPAC
(1)水流由高势向地势运动
(2)流量与水势差成正比
(3)与阻力成反比
(4)土水势》根水势》叶水势说明植物是正常运行
2.土壤水的有效性
第6章土壤空气和热量状况
第1节土壤空气
1.土壤空气的组成
1.CO2
2.O2
3.水汽
4.土壤当中含有较多的还原性气体
5.土壤空气的成分随时空而变化
2.土壤当中气体的运动
1.土壤空气的对流
2.土壤空气扩散
土壤呼吸:
是指土壤从大气中吸收氧气同时排除CO2的气体扩散作用
3.土壤通气性:
气体交换的能力
第2节土壤热量
1.土壤热量的来源
(1)太阳辐射
1.基本来源
2.太阳常数:
日地平均距离下,大气顶界垂直与太阳光线单位面积上每分钟接受的太阳辐射
3.短波辐射
4.一部分其他热
(2)生物热
(3)地热
2.土壤表面饿辐射平衡
1.直接辐射I
2.间接辐射H
a=反/总
3.大气辐射
返回宇宙
地面(大气逆辐射)G
地面辐射E
4.R=[(H+I)(1-a)+G]-E
第3节土壤热性质
1.土壤热容量
C质量热容量
Cv容积热容量
2.导热率
传与相邻土壤热的快慢
1.导热性
2.导热率:
在单元厚度土层温差为1度时每秒終经过断面通过的热量(焦耳数)
3.土壤的热扩散率
标准状况下,在垂直方向上每厘米距离内,1度的温度梯度下每秒流入1cm2土壤断面面积的热量,使单位体积土壤所发生的温度变化
第7章土壤的形成和发育
第1节土壤母质的来源及类型
1.土壤母质的来源
1.风化壳
被分化的岩石圈疏松表层
地壳表层的岩石经过分化变成疏松的堆积物
2.土壤母质或成土母质
地壳岩石经过分化搬运、堆积、等过程所形成的地质历史上最年轻的疏松矿物质层
3.类型
残积母质(残积物)
运积母质(运积物)
2.岩石的分化作用
1.风化作用
指地表的岩石在外界因素作用下所发生的一系列的崩解和分解的作用
(1)物理风化
因温度的变化和孔隙中水的冻融以及盐类结晶而产生的机械崩解过程
热力作用
冰劈作用
盐崩作用
(2)化学风化:
指岩石在水二氧化碳氧气等作用下发生的溶解水化水解碳酸化等一系列的化学反应
水解作用水化作用溶解作用碳酸化作用氧化作用
(3)生物风化:
生物及其生命活动对矿物产生的破坏作用
第2节土壤形成因素
1.土壤发生学理论及发展
2.五大成土因素
1.母质
(1)基本材料:
骨架养分最初来源
(2)母质机械组成:
土壤质地
(3)透水性:
成土作用
(4)母质层次
2.气候
(1)直接参与母质的风化,水热状况,直接影响矿物质的合成,分解以及物质积累和淋失
(2)控制植物的生长和微生物的活动影响有机质的积累和分解决定土壤的矿质养分循环的快慢
3.生物
(1)小循环
(2)影响母质形成
4.地形
再分配
5.时间
土壤年龄:
一般认为从陆地表面相对稳定土壤形成过程开始进行时直到目前形成该类型
绝对年龄:
相对年龄:
第3节土壤形成过程
1.土壤形成过程中的大小循环
1.地质大循环
2.生物小循环
2.物质迁移
溶迁作用还原迁移螯迁作用悬迁作用生物迁移
3.主要成土过程
1.原始成土过程:
指从岩石露出地表着微生物和低等植物开始到高等植物定居之前的形成土壤过程
2.有机质积累过程
3.淋溶-淀积过程
4.粘化过程
5.钙积与脱钙过程
6.盐化脱盐过程
7.碱化与脱碱
8.富铝过程
9.灰化过程
10.潜育化
11.白浆化过程
12.熟化过程
13.退化过程
第4节土壤发育
1.土壤的个体发育
2.土壤的系统发育
3.土壤剖面发生层和土体构型
1.土壤剖面
2.发生层
3.土体构型
第8章土壤的养分循环
第1节土壤中氮素循环
1.氮素的形态与性质
(1)含量
表层>
深层
1.
2.
(2)氮素的来源
1.分子氮生物固定
2.雨水和灌溉水
3.有机肥和化肥
(3)形态
1.无机态
铵态氮
亚硝态
硝态氮
氨态氮
2.有机态
(1)水溶性
(2)水解性
(3)非水解性
2.土壤中氮素的循环和转化
(1)大气中的氮循环
(2)土壤氮的内循环
土---植
1.矿化作用
氨化作用硝化作用反硝化作用
2.生物固持:
3.铵的矿物固定
3.土壤中的氮损失
1.反硝化
2.氨挥发
3.硝淋失地表径流
第2节土壤中的钾、钙、镁
1.钾的形态和含量
(2)形态
1.活动性(化学形态)
(1)土壤溶液中的钾
(2)交换性钾:
指胶体负电荷吸附;
能被中性盐在相当时间内交换下来;
速效钾的主要部分。
(3)非交换性钾:
在颗粒边缘存在,是强吸附的不能被置换是速效钾的储备库能转化为速效钾
(4)结构钾不溶于水
含钾矿物的风化难易程度:
黑云母》白云母》正长石》微斜长石
2.土壤中钾的转化
(1)释放
1.无机酸、有机酸下
2.生物活动下
3.自然和认为控制下
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