1、土壤学Chap.1 绪论1 基本概念土壤：陆地表面具有肥力特征、能够生长植物的疏松表层。土壤肥力：土壤从营养条件和环境条件方面，(soil fertility) 供应和协调植物生产的能力。土壤肥力：土壤具有供应与协调植物生长发育所需的水分、养分、空气和热量的能力。2 土壤在人类农业和自然环境中的重要性1. 土壤是人类农业生产的基地2. 土壤是地球表层系统自然地理环境的重要组成部分3 土壤质量(soil quality)和土壤健康(soil health) 土壤在生态系统界面内维持生产，保障环境质量，促进动物与人类健康行为的能力。(Doran&Parkin,1994) 在自然或管理的生态系统边界
2、内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高水、气质量及支撑人类健康与生活的能力。(美国土壤学会，1995)植物生产 土壤与农业 动物生产 全球环境土壤 土壤与环境 地球表层生态系统 可持续发展 食物安全 土壤与人类 人类健康4 土壤的物质组成 土壤三相组成：固相、液相和气相5 土壤研究单元1. 农化混合样2. 土壤剖面和土体Chap.2 岩石、矿物的风化与土壤的形成1 形成土壤的主要岩石类型 岩石：矿物的集合体。根据岩石的成因分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩岩浆岩又可根据二氧化硅的含量分为：酸性岩、中性盐、基性岩和超基性岩沉积岩（在地表常温常压下，先生成的岩石风化剥蚀的产物、以及生物作用与火山作用的
3、产物在原地或经外力搬运形成沉积层，再经固结成岩作用而成的岩石。虽占地壳重量5%，占大陆面积75%）砾岩（颗粒直径2毫米）砂岩（颗粒直径0.05-2毫米）粉砂岩（颗粒直径0.005-0.05毫米）粘土岩（颗粒直径2mm）蚯蚓、蚂蚁、甲虫、马陆、 蜈蚣等；中型：（体长0.2-2mm）螨类、弹尾虫；小型：（体长0.2mm）原生动物、线虫。2）土壤动物根据在土壤中滞留时间区分：全期土壤动物：周期土壤动物：部分土壤动物：暂时土壤动物：过度土壤动物：交替土壤动物：2）土壤动物根据在土壤中栖息层次区分：真土居动物：半土居动物：地表土居动物：上方土居动物：2）土壤动物根据食性区分：根食者：枯食者：尸食者：粪食
4、者：菌食者：捕食者：杂食者：3）微生物（1）微生物类群：细菌、放线菌和真菌。（2）微生物营养型： 有机营养型（异样型）:腐生性和寄生性 无机营养型（自养型）化能自养性和光能自养性3 土壤有机质的组成主要有五类有机化合物和灰分物质：1）糖类化合物：单糖双糖和多糖类 好气条件 CO2+H2O 单糖双糖和多糖类 厌气条件 有机酸H2、CH42）纤维素、半纤维素3）木质素4）含N化合物（蛋白质 氨基酸）5）脂肪、树脂、蜡质和单宁6）灰分物质：Ca、Mg、K、Na、Si、P、S、Fe、Al、Mn4 土壤有机质的转化 有机质的矿化作用：有机质在生物作用下分解为简单的无机化合物的过程。 有机质的腐殖化作用：
5、有机质在分解的同时，形成腐殖质的过程。 通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为腐殖质（干重）的克数，称为腐殖化系数。腐殖质形成的机理：1）30年代：木质素和微生物原生质中的蛋白质相互作用形成木质素-蛋白质复合体。2）60年代：木质素不能参与腐殖质的形成，而是通过降解产生酚、醌型化合物，再与氨基酸缩合而成。3）80年代及以后： 细胞自溶假说：死亡细胞释放自溶酶，使细胞成分（糖、氨基酸、酚和其他芳香族化合物）形成自由基而迅速缩合成腐殖质。 微生物合成学说：微生物利用植物物质作碳源和能源，在细胞内合成各种腐殖质的高分子化合物，微生物死亡后再释放到土壤中，在细胞外降解为腐殖质。5 土壤腐殖质的组成
6、和特性1）腐殖质的组成 2）腐殖质在土壤中存在的形态游离状态的腐殖质；与盐基化合成稳定的盐类(腐质酸钙镁)；与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体；与粘粒结合成胶质复合体（有机无机复合体）。3）腐殖质分子结构包括芳香族化合物、含氮化合物、和碳水化合物。 官能团（功能团）：羧基、酚羟基、醇羟基、甲氧基、甲基、醌基等 这些官能团使得腐殖质具有：离子吸附性、对金属离子的络合性、氧化还原性及生理活性。4）腐殖质具有带电性（可变电荷）5）腐殖质的溶解性、分散性和吸水性 胡敏酸一价盐、二价盐溶于水， 富啡酸一价盐溶于水、二价盐不溶于水。 胡敏酸分子量大，分散性和活动性小，遇少量电解质（如氯化钙）即完全絮凝，絮凝
7、后产生的胡敏酸钙凝胶能胶结土粒形成团粒结构。 富啡酸分子量小，分散性和活动性大，其酸性和溶解性强，能强烈地破坏矿物质。腐殖质是亲水胶体，吸水能力强，最大吸水量可达500%以上。6）腐殖质的稳定性腐殖质具有抵抗微生物分解的能力。胡敏酸的平均存留时间为7803000年；富啡酸的平均存留时间为220630年；新形成土壤的有机质为4.79年；残体易分解组分为0.25年6 土壤有机质转化的影响因素内部因素：有机质的碳氮比（C/N=25）物理状态（分散性或致密性）外部因素：土壤水、热状况、土壤通气状况、土壤酸碱性7 土壤有机质对土壤肥力的作用1）是土壤养分的主要来源；2）促进土壤结构形成，改善土壤物理性质
8、；3）提高土壤的保肥能力和缓冲性能；4）腐殖质具有生理活性，能促进作物生长发育；5）腐殖质具有络合作用，有助于消除土壤的污染。8 土壤有机质的积累和调控1）种植绿肥，增施有机肥料；2）秸秆还田，3）调节土壤水热状况Chap. 5 土壤孔性1 土壤孔性的概念 土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙。 土壤孔性包括孔隙度（孔隙的数量）和孔隙类型（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。2 土壤孔隙度 土壤孔隙度是单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和土壤密度来计算。 土壤孔隙度=
9、 1- （容重）/相对密度 100%土壤孔隙度=孔隙容积/土壤容积 100% =（土壤容积-土粒容积）/土壤容积 100% =1-（土粒容积/土壤容积） 100% = 1-（土粒重量/土粒密度）/（土壤重量/容重 ） 100% = （1-容重/土粒密度）100% 土粒密度：单位容积（无粒间孔隙）的固体土粒的干重。单位为： g/cm3 土粒相对密度：与4 时水的密度的比值。 土粒密度的大小主要决定于土壤矿物的密度和有机质的密度。有机质的密度为 1.25-1.40 g/cm3；矿物密度大多在2.6-2.7之间；一般取土粒（土壤）密度为2.65 g/cm3 土壤容重：是指单位容积土体（包括孔隙在内的
10、原状土）的干重。单位为g/cm3或t/m3。一般旱地土壤容重大体在1.001.80 g/cm3之间。 土壤容重是一个重要的参数： 反映土壤松紧度 计算土壤的重量 计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分和盐分等）的含量 土壤孔隙比3 土壤孔隙类型 当量孔径: 是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,它与孔隙的形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为： d = 3/T d为孔隙的当量孔径（mm）、 T为土壤水吸力（100Pa） 当量孔径与土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，则当量孔径愈小。非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中最细微的孔隙，当量孔径一般1.5105Pa。毛管孔隙：当量孔
11、径约为0.2-0.02mm, 土壤水吸力1.5104Pa-1.5105Pa,具有毛管作用。通气孔隙：当量孔径0.2mm,相应的土壤水吸力17, 塑性土（壤土）17-7，弱塑性土（砂壤）7，无塑性土（砂土）0。代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝聚作用可减少土壤的可塑性。土壤有机质：有机质能提高土壤上、下塑限，但一般不改变其塑性值。3.胀缩性土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积收缩的特性称为土壤胀缩性。土壤胀缩性强会对植物根系产生机械损伤，易拉断植物根系。影响土壤胀缩性的主要因素是土壤胶体，蒙脱石由于晶层间结合不紧，水分容易进入而使晶层间距拉开，其胀缩
12、性远较晶层结合紧密的高岭石大。3 注意土壤耕作、改良土壤耕性（1）防止压板土壤： 耕作土壤在降雨，灌溉，人、畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为土壤压板过程。（2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期： （3）改良土壤耕性： 可通过增施有机肥料、合理排灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。（4）少、免耕技术Chap.8 土壤水分1 土壤水分的重要性土壤水=土壤溶液1）供作物生长需要2）影响养分的溶解和移动3）土壤的氧化还原电位4）有机质的分解与积累5）土壤热量状况6）土壤的耕性2 土壤水分的类型和性质1.土壤吸湿水固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子或多
13、分子层，称为吸湿水。吸湿水的特点：水分子呈定向紧密排列、密度1.22.4g/cm3、无溶解能力、不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。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.膜状水 吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为膜状水。 当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为最大分子持水量。 膜状水能从膜厚的地方向薄的部位移动，这部分能移动的水可被作物吸收利用。 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时的土壤含水量就称为凋萎系数。3. 毛管水 靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为土壤毛管水。 毛管水的特点：这种水可以在土壤毛管中上
14、下左右移动、具有溶解养分的能力、作物可以吸收利用。 毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和土壤结构状况。 根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为：毛管支持水和毛管悬着水 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为田间持水量。 田间持水量的变化范围：砂土为：160220g/kg；壤土为：220300 g/kg；粘土为：280350 g/kg。4. 重力水 土壤重力水是指土壤水分含量超过田间持水量之后，过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏成为多余的水。 土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为土壤全蓄水量或饱和持水量。3 土壤水分含量的表示和测定方法1. 土壤质量含
15、水量 土壤质量含水量是指土壤中保持的水分质量占土壤质量的分数,单位g/kg (也曾用%表示)。 m=(m1-m2)/m21000 式中m为土壤质量含水量（g/kg）、 m1为湿土质量（g）、m2为干土质量（g）。2. 土壤容积含水量 土壤容积含水量是指土壤水分容积与土壤容积之比，常用v表示单位为cm3/cm3。 v（%）=（土壤水分容积/土壤容积）100 v（%）=土壤质量含水量容重/10001003. 土壤相对含水量 在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤田间持水量的百分数作为相对含水量来表示土壤水分的多少。 土壤相对含水量= （土壤含水量/土壤田间持水量） 100%4. 水层厚度 这是指一定深度（mm）土层中水分总量相当于若干水层厚度（mm）。 水层厚度=（土壤质量含水量土壤容重土层深度）/10004
