土壤基礎(chǔ)知識2013

1、第一章第一章 土壤基礎(chǔ)知識土壤基礎(chǔ)知識土壤的組成土壤的組成土壤的形成土壤的形成土壤的分布土壤的分布土壤的分類土壤的分類土壤的概念土壤的概念 土壤：指地球陸地表面能夠生長植物的疏松表層，也就是疏松母質(zhì)層上部的生物風(fēng)化部分?？衫斫鉃楹衅扑楹惋L(fēng)化的礦物以及腐解的有機質(zhì)的不同混合物構(gòu)成剖面形式的自然體集合。它在地表上呈薄層覆蓋并含有適量空氣和水分。1 土壤是綠色植物生長的基地，以及動物、人類以絕大多數(shù)微生物棲息、繁衍的場所。 土壤有著獨特的功能肥力與肥力與凈化力凈化力，土壤的功能特性與變化都依賴于它所處的環(huán)境條件以及有關(guān)人為措施。 2 土壤是獨立的歷史自然體，有著自己的生成發(fā)展過程。土壤是生物、氣候

2、、母巖、地形、時間和人類活動等成土因素綜合作用下的產(chǎn)物。各種成土過程實質(zhì)是地球表面物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)的對立統(tǒng)一。土壤是由固、液、氣三相物質(zhì)組成的疏松多孔體。固相物質(zhì)包括礦物質(zhì)、有機質(zhì)和 土壤生物。土壤的組成是土壤肥力的基礎(chǔ)，其中最重要的而又最活躍的是由粘土礦物和腐殖質(zhì)組成的土壤膠體和土壤生物。土壤是由一系列不同性質(zhì)和質(zhì)地的層次構(gòu)成的，由于土壤物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使其物質(zhì)和能量的遷移轉(zhuǎn)化和性質(zhì)極為復(fù)雜。其中重要的基本過程有： 礦物的分解和次生粘土礦物的合成；有機質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的形成；有機無機物質(zhì) 的淋溶和淀積；土壤膠體的交換與吸附作用；土壤的酸堿性；土壤的氧化還原作用等。 表1-

3、1 巖石和土壤中化學(xué)元素平均含量（W/W%）土壤的組成土壤的組成一、土壤的組成 礦物類別 礦物名稱 化學(xué)式 氧化硅礦物 長石 云母 副礦物 原生礦物： 石英 方石英 麟石英 蛋白石（來自無機物） 堿性長石： 微斜長石和正長石 斜長石： 鈉長石 鈣長石 白云母 黑云母 輝石： 頑火輝石 紫蘇輝石 透輝石 普通輝石 閃石： 透閃石 陽起石 角閃石 橄欖石： 鎂橄欖石 鐵橄欖石 磷灰石 電氣石 金紅石和銳鈦礦 鋯石 SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 .nH2O KalSi3O8 Na AlSi3O8 Ca AlSi3O8 K(Si3Al)Al2O10(OH)2 K(Si3Al)(Mg.Fe2+

4、)3O10(OH)2 MgSiO3 (Mg、 Fe)SiO3 CaMgSi2O6 Ca(Mg、Fe、Al)(Si Al)2O6 Ca2Mg5Si8O22(OH)2 Ca2Fe5Si8O22(OH)2 (Ca、Na)2(Mg、Fe Al)5(Si Al)8O22(OH)2 Mg2SiO4 Fe2SiO3 Ca10(F OH Cl)(PO4)5 Na(MgFe)3Al6(BO3)3Si6O18(OH)4 TiO2 ZrSiO4 表表1-2 土壤中常見的原生礦物和次生礦物土壤中常見的原生礦物和次生礦物1土壤的礦物質(zhì)組成土壤的礦物質(zhì)組成原生礦物原生礦物（直接來源于母（直接來源于母巖的礦物，經(jīng)物理風(fēng)化未

5、巖的礦物，經(jīng)物理風(fēng)化未被分解而殘留在土壤中的被分解而殘留在土壤中的礦物）：礦物）：石英、長石、云母、鋯石石英、長石、云母、鋯石、橄欖石、磁鐵礦、褐鐵、橄欖石、磁鐵礦、褐鐵礦、磷灰石、電氣石等礦、磷灰石、電氣石等原生礦物對土壤的貢獻在原生礦物對土壤的貢獻在于構(gòu)成土壤的骨架（于構(gòu)成土壤的骨架（ 砂粒砂粒和粉粒）和提供營養(yǎng)元素和粉粒）和提供營養(yǎng)元素（除（除C、N外）。外）。正長石正長石(KAlSi3O8)： 鉀長石，肉紅色，晶體為短柱狀， 常具有卡斯巴雙晶或穿插雙星，硬度6。 易化學(xué)分解，為土壤提供鉀 斜長石斜長石Na(AlSi3O8)Ca(Al2Si2O8)： 板狀或粒狀，灰白色，硬度6.5左右，

6、 具聚片雙晶（細而長的雙晶紋）。 較易分解，為土壤提供鈣。輝石輝石Ca(Mg,Fe)Si2O6： 綠黑色,短柱狀或近似粒狀,硬度56,玻璃光澤; 易風(fēng)化，為土壤提供鈣、鐵、鎂等養(yǎng)分。角閃石角閃石Ca(Mg,Fe)Si4O12： 黑綠色，長柱狀或近似細長條狀，硬度56，玻璃光澤； 易風(fēng)化，為土壤提供鈣、鐵、鎂等養(yǎng)分。 白云母白云母(KH2Al3Si3O12)： 無色，片狀，具彈性，硬度23，極完全解理。 易發(fā)生物理崩解，很發(fā)生化學(xué)分解，為土壤提供鉀。黑云母黑云母KH2(Mg,Fe)3AlSi3O12： 黑色，片狀，具彈性，硬度23，極完全解理。 土壤提供鉀、鐵、鎂等養(yǎng)分。 此外還有金云母。 橄欖

7、石(Mg,Fe)2SiO4： 橄欖綠色，立方形晶粒，斷口常為貝殼狀，硬度6.57。 富含鐵，易分解，為土壤提供鐵、鎂等養(yǎng)分。孔雀石孔雀石Cu2(OH)2(CO3)Cu2(OH)2(CO3)接上表1-2礦物類別 礦物名稱 化學(xué)式 碳酸鹽礦物 硫酸鹽、 硫化物和鹵化物礦物 層狀硅酸鹽 結(jié)晶性氧化物， 氫氧化物和偏氫氧化物 非晶性礦物 次生礦物： 方解石和文石 鎂方解石 白云石 蘇打石 天然堿 碳酸鈉 石膏 瀉利鹽 黃鐵礦 黃鉀鐵礬 石鹽 蛭石 蒙皂石 綠泥石 高嶺石 埃洛石 三水鋁石 勃姆石 針鐵礦 赤鐵礦 纖鐵礦 磁赤鐵礦 軟錳礦 水鋁英石 羽毛縞石 蛋白石（來自生物） 水鐵礦 其它非晶型鐵、鋁

8、水合氧化物和氫氧化物 CaCO3 Ca1-XMgXCO3,0X0.5 CaMg(CO3)2 NaHCO3 Na2CO3HCO3 2H2O Na2CO3.10H2O CaSO4 2H2O MgSO4 7H2O FeS2 Kfe3(OH)6(SO4)2 NaCl X0.55(Al1.15Si2.85) (Al0.25Fe3+0.35Mg2.4) O10(OH)2 nH2O X0.4(Al0.15Si3.85) (Al1.3Fe3+0.45Mg0.25) O10(OH)2 nH2O (AlSi3)AlMg5O10(OH)8 Si2Al2O5(OH)4 Si2Al2O5(OH)4 2H2O -Al(O

9、H)3 -AlOOH -FeOOH -Fe2O3 -FeOOH -Fe2O3 -MnO2 Al2O3 2SiO2 nH2O Al2O3 2SiO2 5H2O SiO2 nH2O Fe5HO8 4H2O 次生礦物次生礦物：土壤形成過程中由原生礦土壤形成過程中由原生礦物轉(zhuǎn)化形成物轉(zhuǎn)化形成 的新礦物統(tǒng)稱的新礦物統(tǒng)稱次生礦物。次生礦物。鐵鋁氧化物和次生鋁硅酸鐵鋁氧化物和次生鋁硅酸鹽鹽是土壤礦物質(zhì)中最細小是土壤礦物質(zhì)中最細小的部分，一般稱為次生粘的部分，一般稱為次生粘土礦物。土壤中很多重要土礦物。土壤中很多重要的物理、化學(xué)過程和性質(zhì)的物理、化學(xué)過程和性質(zhì)都和土壤所含粘土礦物，都和土壤所含粘土礦物，特別是

10、次生鋁硅酸鹽的種特別是次生鋁硅酸鹽的種類與數(shù)量有關(guān)。類與數(shù)量有關(guān)。粘粒礦物的形成形成方式：轉(zhuǎn)變和新生轉(zhuǎn)變：同一結(jié)構(gòu)類型的層狀硅酸鹽礦物之間的互變新生：晶體結(jié)構(gòu)瓦解后從溶液中合成出另一種礦物的作用粘粒礦物的風(fēng)化順序黑云母（黑云母（4）白云母（白云母（7）蛭石（蛭石（8）蒙脫石（蒙脫石（9）1.8nm過渡過渡礦物（礦物（9）（Fe 、Mg、Al）綠泥石（綠泥石（4）次生綠泥石（次生綠泥石（4）1.4nm過渡礦物（過渡礦物（9）Al綠泥石（綠泥石（9）高嶺石高嶺石埃洛石埃洛石（10）三水鋁石（三水鋁石（11）(括號中的數(shù)字是Jackson給出的反映風(fēng)化難易程度的風(fēng)化指數(shù)）常見的次生礦物1、1、方解石

11、（、方解石（CaCO3 ） 晶體菱形，乳白色，完全解理（錘擊成菱形碎塊得名方解石） 硬度3，與鹽酸強烈冒泡。 無色透明者稱冰洲石。2 2、白云石、白云石（CaCO3MgCO3 ） 結(jié)晶形狀和解理同方解石，晶面和解理面彎曲（方解石為平直），其粉末遇鹽酸冒泡但很微弱。3 3、石膏、石膏：CaSO42H2O 晶體為纖維狀、板狀等，白色，硬度2，完全解理。 4、赤鐵礦赤鐵礦（Fe2O3 ） 常呈鮞狀、腎狀，顏色為赤紅色，條痕為櫻紅色； 半金屬光澤，無解理，無磁性。 5 5、褐鐵礦、褐鐵礦 FeOFeO（OHOH）n nH H2 2O O 常呈腎狀、土塊狀，顏色呈褐色至黑色， 條痕比較固定為黃褐色，半金

12、屬光澤到土狀光澤。 金玉寶石6 6、磁鐵礦、磁鐵礦(Fe3O4) 致密狀、塊狀集合體,鐵黑色,條痕黑色,半金屬光澤 硬度5.56.0，無解理，具磁性。7 7、高嶺石、高嶺石（H2Al2Si2O8.H2O） 致密細粒狀、土狀集合體，白色或淺紅色，硬度1， 比重2.6，具粗糙性，加水有可塑性。2萬倍顯微鏡下的高嶺石電子顯微鏡下的高嶺土3 土壤有機質(zhì)土壤有機質(zhì) 土壤有機質(zhì)是土壤中各種含碳有機物的總稱土壤有機質(zhì)是土壤中各種含碳有機物的總稱 .。 土壤有機質(zhì)土壤有機質(zhì)20%以上的土壤為以上的土壤為有機質(zhì)土壤有機質(zhì)土壤；含有機質(zhì)含有機質(zhì)20%以下的為以下的為礦質(zhì)土壤礦質(zhì)土壤。通常耕作土壤表層有機質(zhì)含量在通

13、常耕作土壤表層有機質(zhì)含量在5%以下。以下。根據(jù)土壤有機質(zhì)分解的難易程度，可以從概念根據(jù)土壤有機質(zhì)分解的難易程度，可以從概念上將土壤有機質(zhì)分為上將土壤有機質(zhì)分為活性庫活性庫（active pool)active pool)和和惰性庫惰性庫(passive pool)(passive pool)以及處于中間的以及處于中間的緩效庫緩效庫(slow pool) (slow pool) ?；钚曰钚?有機質(zhì)庫有機質(zhì)庫在土壤中容易降解，主要包括在土壤中容易降解，主要包括微生物微生物生物量有機質(zhì)、微粒生物量有機質(zhì)、微粒有機質(zhì)有機質(zhì)(particulate organic matter)(particulate

14、 organic matter)、部分易分解、部分易分解富啡酸、多糖等富啡酸、多糖等非腐殖物質(zhì)非腐殖物質(zhì)惰性有機質(zhì)庫（惰性有機質(zhì)庫（606090%90%）在土壤中長期穩(wěn)定）在土壤中長期穩(wěn)定存在，腐殖質(zhì)、大部分胡敏酸和胡敏素存在，腐殖質(zhì)、大部分胡敏酸和胡敏素緩效有機質(zhì)包括含木質(zhì)素等不易降解化合物含緩效有機質(zhì)包括含木質(zhì)素等不易降解化合物含量較高的微粒有機質(zhì)量較高的微粒有機質(zhì)上述為概念上區(qū)分上述為概念上區(qū)分 ，實際還無法，實際還無法 量化區(qū)分量化區(qū)分 ，有關(guān)土壤有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化時按簡單有機化有關(guān)土壤有機質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化時按簡單有機化合物、植物殘體、腐殖質(zhì)進行合物、植物殘體、腐殖質(zhì)進行簡單有機化合物簡

15、單有機化合物分解從易到難的排序：分解從易到難的排序：1單糖、淀粉和簡單蛋白質(zhì)單糖、淀粉和簡單蛋白質(zhì) 2 粗蛋白質(zhì)粗蛋白質(zhì) 3半半 纖維素纖維素 4 纖維素纖維素 5 脂肪、蠟質(zhì)脂肪、蠟質(zhì) 6 木質(zhì)素、酚類化合物木質(zhì)素、酚類化合物植物殘體植物殘體中各類有機物大致含量范圍：中各類有機物大致含量范圍：可溶性有機化合物（糖分、氨基酸等）可溶性有機化合物（糖分、氨基酸等）5 % 10%，纖維素纖維素15 % 60%，半纖維素，半纖維素10 % 30 %，蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)2 % 15 %，木質(zhì)素，木質(zhì)素5 % 30 %土壤中的土壤中的非腐殖有機物質(zhì)非腐殖有機物質(zhì) 包括土壤生物、微生物代謝產(chǎn)物及未分包括土壤生物

16、、微生物代謝產(chǎn)物及未分解的植物殘體等各種有機化合物解的植物殘體等各種有機化合物主要有：主要有：木質(zhì)素、木質(zhì)素、單寧、單寧、多糖、多糖、多肽和氨基酸、多肽和氨基酸、脂肪酸脂肪酸peaty sandy hydro earth soil 香豆醇 松柏醇 芥子醇 木質(zhì)素單體 黃酮醇 間苯三酚；藤黃酚；根皮酚 難降解的單寧酸由多酚組成，主要由難降解的單寧酸由多酚組成，主要由黃酮醇黃酮醇 ，間苯三酚組成間苯三酚組成棉籽糖，植物蜜糖纖維素，纖維素甘油；丙三醇 Soil lipidsrepresent a diverse group of materials ranging from relatively s

17、imple compounds such as fatty acids to more complex substances such as the sterols(甾醇甾醇 ）, terpene(萜烯萜烯), polynuclear hydrocarbons, chlorophyll葉綠素葉綠素, fats, waxes, and resins.The bulk of the soil lipids occurs as the so-called fats, waxes, resins.谷甾醇 氨基葡萄糖氨基酸通式 降解 木質(zhì)素 單寧 酚類化合物 分解與降解產(chǎn)物 有機殘體 糖類、纖維素含氮化

18、合物 組成維生物體質(zhì) 氨基酸、肽、酚類 腐殖質(zhì) 有機質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化示意圖有機質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化示意圖進入土壤的有機殘體經(jīng)一年降解后，2/3以上的有機質(zhì)以CO2的形式釋放，殘留土壤中的有機質(zhì)其中土壤微生物量占3%-8%，多糖、多糖醛酸苷、有機酸等非腐殖質(zhì)占3%-8%，腐殖質(zhì)占10%-30%土壤腐殖質(zhì)形成過程中的轉(zhuǎn)化途徑Humic acids of Humic acids of peaty sandy hydro peaty sandy hydro earth soilearth soil 泥炭砂質(zhì)水成土泥炭砂質(zhì)水成土Humic acids of haplic phaeozems 典型黑土典型黑土

19、Humic acids of podzolic soil 灰化土Humic acids are thought to be complex aromatic macromolecules with amino acids, amino sugars, peptides（多肽）, aliphatic compounds involved in linkages between the aromatic groups. The hypothetical structure for humic acid, shown in figure, contains free and bound phenol

20、ic OH groups, quinone structures, nitrogen and oxygen as bridge units and COOH groups variously placed on aromatic rings.The hypothetical model structure of fulvic acid (Buffles model) contains both aromatic and aliphatic structures, both extensively substituted with oxygen - containing functional g

21、roups. 腐殖質(zhì)腐殖質(zhì)是由動植物殘體和有機肥料先進行分解然后再重新被是由動植物殘體和有機肥料先進行分解然后再重新被微生物合成所產(chǎn)生的那些微生物合成所產(chǎn)生的那些膠質(zhì)膠質(zhì)、較穩(wěn)定的復(fù)雜混合物，通常呈、較穩(wěn)定的復(fù)雜混合物，通常呈黑色或棕色黑色或棕色.可以認(rèn)為腐殖質(zhì)是一類組成和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜的天然高分子聚合物，其主體是各種腐殖酸及其與金屬，與土壤礦物部分密切結(jié)合形成有機無機復(fù)合體。腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)目前尚無定論，一般認(rèn)為由芳核、多糖氨基酸或目前尚無定論，一般認(rèn)為由芳核、多糖氨基酸或多肽組成，主要含有羧基、酚基、羰基、氨基、甲氧基以及醌多肽組成，主要含有羧基、酚基、羰基、氨基、甲氧基以及醌基和羥

22、基等活性基團基和羥基等活性基團土壤腐殖質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化土壤腐殖質(zhì)的抗微生物分解的能力很強，原因？結(jié)構(gòu)，賦存形式土壤腐殖質(zhì)的年周轉(zhuǎn)量為1.1%多數(shù)土壤有機物的14C年齡屬現(xiàn)代，富啡酸的14C年齡較小，一般小于500年，胡敏酸為10002500年，胡敏素的14C年齡也在1000年以上上述腐殖物質(zhì)的組分是操作上的劃分，上述腐殖物質(zhì)的組分是操作上的劃分，不是特定化學(xué)組分的劃分不是特定化學(xué)組分的劃分腐殖質(zhì)研究中常用分析方法測定分子量測定分子量: : 粘度法、滲透壓測定法、超離心法、粘度法、滲透壓測定法、超離心法、凝膠過濾法、激光散射法、場解吸質(zhì)譜法凝膠過濾法、激光散射法、場解吸質(zhì)譜法鑒定官能團鑒定官能團:

23、 : 傅立葉變換紅外光譜法、傅立葉變換紅外光譜法、1313核磁核磁共振光譜法、電子自旋共振譜、熱解共振光譜法、電子自旋共振譜、熱解- -氣相色譜法、氣相色譜法、熱解質(zhì)譜法、熱解氣相色譜熱解質(zhì)譜法、熱解氣相色譜- -質(zhì)譜法、熱解質(zhì)譜法、熱解- -傅立傅立葉變換紅外光譜法、滴定法葉變換紅外光譜法、滴定法測定鍵位關(guān)系測定鍵位關(guān)系: : 陽離子交換法、熒光法、光聲光陽離子交換法、熒光法、光聲光譜法、滲析法、電位滴定法譜法、滲析法、電位滴定法Humic acidsHumic acids - the fraction of humic substances that is not soluble in w

24、ater under acidic conditions (pH 2) but is soluble at higher pH values. They can be extracted from soil by various reagents and which is insoluble in dilute acid. Humic acids are the major extractable component of soil humic substances. They are dark brown to black in color. Fulvic acidsFulvic acids

25、 - the fraction of humic - the fraction of humic substances that is soluble in water under substances that is soluble in water under all pH conditions. They remains in all pH conditions. They remains in solution after removal of humic acid by solution after removal of humic acid by acidification. Fu

26、lvic acids are light acidification. Fulvic acids are light yellow to yellow-brown in color. yellow to yellow-brown in color. HuminHumin - the fraction of humic substances - the fraction of humic substances that is not soluble in water at any pH that is not soluble in water at any pH value and in alk

27、ali. Humins are black in value and in alkali. Humins are black in color.color.C/H,O/C,C/N我國主要土壤表土中腐殖質(zhì)的含氧功能基（cmol+/kg）含氧功能基含氧功能基胡敏酸胡敏酸富啡酸富啡酸羧基酚羥基醇羥基醌基酮基甲氧基27548122134722442690181322063295639845143257515581545814325439Function of organic matter in soilOrganic matter contributes to plant growth through

28、 its effect on the physical, chemical, and biological properties of the soil. It has a : nutritional function in that it serves as a source of N, P for plant growth biological function in that it profoundly affects the activities of microflora and microfaunal organisms physical and physico-chemical

29、function in that it promotes good soil structure, thereby improving tilth, aeration and retention of moisture and increasing buffering and exchange capacity of soils. Humus also plays an indirect role in soil through its effect on the uptake of micronutrients by plants and the performance of herbici

30、des and other agricultural chemicals. It should be emphasized that the importance of any given factor will vary from one soil to another and will depend upon such environmental conditions as climate and croping history.4 土壤中的水分土壤中的水分土壤水分是土壤的重要組成部分。土壤水也是自土壤水分是土壤的重要組成部分。土壤水也是自然界水循環(huán)的一個環(huán)節(jié)，處于不斷地變化和運動然界水循

31、環(huán)的一個環(huán)節(jié)，處于不斷地變化和運動中。土壤水分不僅是植物生長所需水分的主要給中。土壤水分不僅是植物生長所需水分的主要給源，也是植物吸收養(yǎng)分的主要輸入載體，并參與源，也是植物吸收養(yǎng)分的主要輸入載體，并參與了土壤中許多重要的物理、化學(xué)和生物過程，影了土壤中許多重要的物理、化學(xué)和生物過程，影響土壤中各種物質(zhì)與能量的交換。響土壤中各種物質(zhì)與能量的交換。根據(jù)土壤孔隙中液態(tài)水所受力作用分為：根據(jù)土壤孔隙中液態(tài)水所受力作用分為：吸濕水吸濕水：室內(nèi)風(fēng)干的土壤還是含在水分的。土壤吸收水：室內(nèi)風(fēng)干的土壤還是含在水分的。土壤吸收水汽分子的能力，由土壤顆粒表面的分子引力、土壤膠體汽分子的能力，由土壤顆粒表面的分子引力

32、、土壤膠體雙電層中帶電離子和帶電固體表面的靜電引力與水分子雙電層中帶電離子和帶電固體表面的靜電引力與水分子作用所引起的，被土壤顆粒表面幾個水分子的距離內(nèi)水作用所引起的，被土壤顆粒表面幾個水分子的距離內(nèi)水分子分子 幾乎是不移動的，最內(nèi)層的水分子在土粒表面密幾乎是不移動的，最內(nèi)層的水分子在土粒表面密集，對植物是無效的。集，對植物是無效的。膜狀水：膜狀水：土粒飽吸了吸濕水后，還有剩余的吸收力，可以土粒飽吸了吸濕水后，還有剩余的吸收力，可以吸附一部分液態(tài)水，如膜狀水，在土粒周圍吸濕水層外吸附一部分液態(tài)水，如膜狀水，在土粒周圍吸濕水層外圍形成薄的水膜。重力也不能使膜狀水移動，但它本身圍形成薄的水膜。重力

33、也不能使膜狀水移動，但它本身卻能從水膜較厚處往較薄處移動，與吸濕水相比這種水卻能從水膜較厚處往較薄處移動，與吸濕水相比這種水又稱松束縛水。植物僅能利用部分膜狀水又稱松束縛水。植物僅能利用部分膜狀水毛管水毛管水：水本身分子引力作用具有明顯的表面張力；水本身分子引力作用具有明顯的表面張力；土粒尚有多余的引力；土壤的孔隙系統(tǒng)是一個復(fù)雜的土粒尚有多余的引力；土壤的孔隙系統(tǒng)是一個復(fù)雜的毛管系統(tǒng)。因此土壤具有毛管力并能吸持液態(tài)水，借毛管系統(tǒng)。因此土壤具有毛管力并能吸持液態(tài)水，借助于毛管力吸附于土壤孔隙中的液態(tài)水，可以從毛管助于毛管力吸附于土壤孔隙中的液態(tài)水，可以從毛管力小的方向朝毛管力大的方向移動，并能被

34、植物吸收力小的方向朝毛管力大的方向移動，并能被植物吸收利用，是植物生長的主要水源。利用，是植物生長的主要水源。懸著毛管水：懸著毛管水：不受地下水源補給影響的毛管水，當(dāng)大不受地下水源補給影響的毛管水，當(dāng)大氣降水或灌溉后土壤中所吸持的液態(tài)水。在壤土和黏氣降水或灌溉后土壤中所吸持的液態(tài)水。在壤土和黏土毛管系統(tǒng)發(fā)達，懸著水主要在毛管系統(tǒng)中，也有一土毛管系統(tǒng)發(fā)達，懸著水主要在毛管系統(tǒng)中，也有一部分在下端堵塞的非毛管孔隙內(nèi)；而砂土及礫質(zhì)土大部分在下端堵塞的非毛管孔隙內(nèi)；而砂土及礫質(zhì)土大孔隙多，懸著水主要圍繞在土粒或石礫相互接觸的地孔隙多，懸著水主要圍繞在土?；蚴[相互接觸的地方，方，支持毛管水支持毛管水:

35、 :指指土壤中受到地下水源支持并土壤中受到地下水源支持并上升到一定高度的毛管水。這種水的含量上升到一定高度的毛管水。這種水的含量在毛管上升高度范圍內(nèi)自下而上逐漸減少。在毛管上升高度范圍內(nèi)自下而上逐漸減少。 支持毛管水上升的最大高度，理論上可由支持毛管水上升的最大高度，理論上可由下式計算：下式計算： h=0.15/rh=0.15/r自然界毛管水上升高度一般都不超過自然界毛管水上升高度一般都不超過3 34m4m重力水重力水：當(dāng)大氣降水或灌溉強度超過土壤吸持水：當(dāng)大氣降水或灌溉強度超過土壤吸持水分的能力時，土壤的剩余引力基本上已飽和，多分的能力時，土壤的剩余引力基本上已飽和，多余的水受重力作用通過大

36、孔隙向土壤深層運動，余的水受重力作用通過大孔隙向土壤深層運動，這種形態(tài)的水稱為重力水。當(dāng)土壤黏緊，重力水這種形態(tài)的水稱為重力水。當(dāng)土壤黏緊，重力水一時不易排出，暫時滯留在土壤大孔隙中就稱為一時不易排出，暫時滯留在土壤大孔隙中就稱為上層滯水。上層滯水。地下水地下水：如果土壤或母質(zhì)中有不透水層存在，向：如果土壤或母質(zhì)中有不透水層存在，向下滲漏的重力水，就會在上面的土壤孔隙中聚積下滲漏的重力水，就會在上面的土壤孔隙中聚積起來起來 ，形成一定厚度的水分飽和層，其中，形成一定厚度的水分飽和層，其中 水分水分可以流動，稱為地下水可以流動，稱為地下水土壤水分常數(shù)（反映土壤水形態(tài)和性質(zhì)轉(zhuǎn)變點的幾個特征性含水量

37、）吸濕系數(shù)：又稱最大吸濕水量，指干土從相對濕度氣接近飽和的空氣中吸收水汽的最大量與烘干土重量的百分比。吸濕系數(shù)的大小，主要與土壤比表面積及有機質(zhì)含量有關(guān)。砂土的最大吸濕量為0.05%1%，砂壤土1%1.5%，壤土2%5%，黏土5%6.5%，泥炭土的最大吸濕量可達15%20%凋萎系數(shù)：指植物產(chǎn)生永久凋萎時的土壤含凋萎系數(shù)：指植物產(chǎn)生永久凋萎時的土壤含水量，它用來表明植物可利用土壤水的下限，水量，它用來表明植物可利用土壤水的下限，土壤含水量低于此值，植物將枯萎死亡。土壤含水量低于此值，植物將枯萎死亡。田間含水量田間含水量：指降雨或灌溉后多余的重力水：指降雨或灌溉后多余的重力水已排除，滲透水流降至很

38、低時土壤吸持水量，已排除，滲透水流降至很低時土壤吸持水量，所吸持的水相當(dāng)于吸濕水、膜狀水和懸著水所吸持的水相當(dāng)于吸濕水、膜狀水和懸著水的全部。田間含水量是大多數(shù)植物可利用的的全部。田間含水量是大多數(shù)植物可利用的土壤水上限。土壤水上限。飽和含水量飽和含水量：指全部土壤孔隙充滿水時的含：指全部土壤孔隙充滿水時的含水量，又稱最大持水量，按容積百分計，相水量，又稱最大持水量，按容積百分計，相當(dāng)于土壤總孔隙度。當(dāng)于土壤總孔隙度。有效水有效水：土壤水能被植物吸收利用的水稱為：土壤水能被植物吸收利用的水稱為有效水。一般把田間持水量視為土壤有效水有效水。一般把田間持水量視為土壤有效水的上限。的上限。Soil

39、Moisture: some terms and concepts : water that remains in soil beyond the effects of gravity. : amount of water after the permanent wilting point is reached.: amount of water in the soil between the field capacity and the permanent wilting percentage.Relationship between soil texture and water avail

40、abilitySandSandyLoamSiltLoamClayLoamClayInches of Water Per ft. of Soil1234At SaturationAt “Available WaterSoil at Different Moisture Levels:Pore Space Water on soilparticle surfacePore Spaces are filled with waterSoil at Different Moisture Levels:At Permanent WiltCompactedNo water remains attached

41、to soil particlesPore spaces are collapsedCompacted ZoneImpermeable LayerNon-CompactedCompactedSand Over ClayImpermeable LayerPerched Water TableClay Over SandWet & Dry LayersWet & Dry LayersSoil SandwichesPatchy Soil MoisturePatchy Soil MoistureSoil SaladsSummary of Water Movement: Rate depends on:

42、Rate depends on:pore space (structure) and consitencepore space (structure) and consitenceparticle sizes (texture) and particle size particle sizes (texture) and particle size distribution.distribution.Changes in bulk density:Changes in bulk density:changes water movement (e.g. compaction).changes w

43、ater movement (e.g. compaction).may result in perched water tables through may result in perched water tables through creating an impermeable layer.creating an impermeable layer. 土壤的理想組成土壤的理想組成 空空 氣氣 20%30% 水水 分分20%30%礦物礦物45%有機質(zhì)有機質(zhì) 5%土壤固體土壤固體孔孔隙隙土壤氣體土壤氣體來源：來自大氣以及產(chǎn)生于土壤內(nèi)的生物化來源：來自大氣以及產(chǎn)生于土壤內(nèi)的生物化學(xué)過程和化學(xué)過程

44、的氣體學(xué)過程和化學(xué)過程的氣體.組成：與大氣基本相似組成：與大氣基本相似 ，以，以O(shè)2、CO2、N2以以及水汽為主，還有其它微量氣體及水汽為主，還有其它微量氣體氣體O2(%)CO2(%)N2(%)其它氣體(%)近地表大氣20.940.0378.050.98土壤空氣18200.150.6578.880.240.98土壤空氣與大氣組成的差異（體積%）與大氣不同之處：與大氣不同之處：土壤空氣不是連續(xù)的，而存在于土壤孔隙中，有明顯的季節(jié)變土壤空氣不是連續(xù)的，而存在于土壤孔隙中，有明顯的季節(jié)變化，同時隨土壤深度而改變，例如有機物的分解，可以消耗氧化，同時隨土壤深度而改變，例如有機物的分解，可以消耗氧并產(chǎn)生

45、并產(chǎn)生CO2CO2；土壤空氣一般比大氣有較高的含水量；土壤空氣一般比大氣有較高的含水量；土壤空氣中的土壤空氣中的CO2CO2含量一般比大氣中的含量高。含量一般比大氣中的含量高。土壤空氣中含有較多還原性氣體。土壤空氣中含有較多還原性氣體。土壤空氣還可吸附保留還自深部地質(zhì)作用的氣體土壤空氣還可吸附保留還自深部地質(zhì)作用的氣體土壤礦物質(zhì)的機械組成 土壤礦粒包括一系列大小形狀不同的物質(zhì)，有的成片成塊、有的成粒成塵，土壤學(xué)上稱這種現(xiàn)象為土壤的機械組成。表1-3 不同粒級的礦物成分表1-4 不同大小土粒的化學(xué)成分粒級粒級(粒徑：粒徑：mm）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OP2O5 1.00.2

46、砂粒砂粒 0.20.040.040.01粉粒粉粒 0.010.002粘粒粘粒 0.00293.694.089.474.253.21.62.05.013.221.51.21.21.55.113.20.40.50.81.61.60.60.10.30.31.00.81.52.34.24.90.050.10.20.10.4Note: clays are microscopic in size ! Soil separate particle diameter (mm)_ Sand . . . . . . . . . 2.0 - 0.05 Silt . . . . . . . . . . 0.05 -

47、0.002 Clay . . . . . . . . . . 0.002SANDSILTCLAYClay mineralsphotographedwith an electronMicroscope.Note: they are plateor flake like andare stacked on topof each other.They are electricallycharged and act likemagnets that attractand hold plantnutrients. 粒粒 級級顆顆 粒粒 直直 徑徑（mm） 土粒比表面增長土粒比表面增長（倍）（倍）礫礫 石

48、石砂砂 粒粒粉砂粒粉砂粒粘粘 粒粒大礫石小礫石粗 砂細 砂極細砂砂質(zhì)粉砂中 粉 砂細 粉 砂粘 粒膠 粒2066220.60.60.20.20.060.060.020.020.0060.0060.002 0.002 30cm），），土層松軟。土層松軟。 2、粗腐殖質(zhì)化過程粗腐殖質(zhì)化過程(raw-humification)：主要主要表現(xiàn)在淋溶土或森林土壤系列。森林的殘落物較多，但表現(xiàn)在淋溶土或森林土壤系列。森林的殘落物較多，但單寧含量高，降水量較大，殘落物腐解過程較差，形成單寧含量高，降水量較大，殘落物腐解過程較差，形成所謂酸性的粗腐殖質(zhì)化過程，其腐殖酸以富里酸為主，所謂酸性的粗腐殖質(zhì)化過程，其

49、腐殖酸以富里酸為主，腐殖層也較薄。其上的粗腐殖質(zhì)多用腐殖層也較薄。其上的粗腐殖質(zhì)多用Aoo，或，或O表示，表示，枯枝落葉層?？葜β淙~層。 3、泥炭化過程、泥炭化過程(paludification)：在在沼澤、河湖岸邊的低濕階段，地下水位高沼澤、河湖岸邊的低濕階段，地下水位高，土體中水分過濕，濕生、水生生物年復(fù)，土體中水分過濕，濕生、水生生物年復(fù)一年枯死，其殘落物不易被分解，日積月一年枯死，其殘落物不易被分解，日積月累堆積形成有機物質(zhì)分解很差的泥炭，可累堆積形成有機物質(zhì)分解很差的泥炭，可見未分解的植物殘體，稱為泥炭化過程。見未分解的植物殘體，稱為泥炭化過程。地表的泥炭化過程與底層的潛育化往往是地

50、表的泥炭化過程與底層的潛育化往往是同時發(fā)生的。同時發(fā)生的。 在濕熱氣候條件下，土壤中原生礦物在濕熱氣候條件下，土壤中原生礦物遭受強烈分解，鹽基離子和硅酸移動并大量淋失，鐵、遭受強烈分解，鹽基離子和硅酸移動并大量淋失，鐵、鋁、錳在次生粘土礦物中不斷形成氧化物在相對聚積，鋁、錳在次生粘土礦物中不斷形成氧化物在相對聚積，使土體呈鮮紅色，甚至形成結(jié)核或鐵盤層。這種鐵、鋁使土體呈鮮紅色，甚至形成結(jié)核或鐵盤層。這種鐵、鋁的富集過程由于伴隨著硅以硅酸形成的淋失，亦稱為脫的富集過程由于伴隨著硅以硅酸形成的淋失，亦稱為脫硅富鋁化過程。硅富鋁化過程。 一定深度土層粘粒的生成或淋溶、淀積一定深度土層粘粒的生成或淋溶

51、、淀積而導(dǎo)致粘粒含量增加的過程。尤其在溫帶、暖溫帶的而導(dǎo)致粘粒含量增加的過程。尤其在溫帶、暖溫帶的半濕潤、半干旱地區(qū)，土體中的水熱條件較穩(wěn)定，發(fā)半濕潤、半干旱地區(qū)，土體中的水熱條件較穩(wěn)定，發(fā)生強烈的原生礦物分解和次生粘土礦物的形成，或表生強烈的原生礦物分解和次生粘土礦物的形成，或表層粘粒向下機械淋洗而淀積，形成粘粒明顯聚積的粘層粘粒向下機械淋洗而淀積，形成粘粒明顯聚積的粘化層?；瘜?。 茅山黃棕壤 灰化過程灰化過程 是土體表層二氧化硅殘留，氧化鋁和氧化鐵淋溶、淀是土體表層二氧化硅殘留，氧化鋁和氧化鐵淋溶、淀積的過程。在寒帶或寒溫帶針葉林植被下，由于凋落物富含單積的過程。在寒帶或寒溫帶針葉林植被下

52、，由于凋落物富含單寧和樹脂類物質(zhì)，在真菌作用下生成有機酸，它使原生礦物和寧和樹脂類物質(zhì)，在真菌作用下生成有機酸，它使原生礦物和次生礦物強烈分解。伴隨著有機酸溶液的下滲，土體上部的堿次生礦物強烈分解。伴隨著有機酸溶液的下滲，土體上部的堿金屬和堿土金屬淋失，難溶的氧化鋁和氧化鐵也從表層下移金屬和堿土金屬淋失，難溶的氧化鋁和氧化鐵也從表層下移淀積于下部，只有極耐酸的二氧化硅殘留在土體上部，形成一淀積于下部，只有極耐酸的二氧化硅殘留在土體上部，形成一個強酸性的灰白色淋溶層，稱為灰化層。個強酸性的灰白色淋溶層，稱為灰化層。 在干旱及高山在干旱及高山寒漠地區(qū)，地表水、地下水及寒漠地區(qū)，地表水、地下水及母質(zhì)

53、所含易溶性鹽分，在蒸發(fā)母質(zhì)所含易溶性鹽分，在蒸發(fā)作用下于地表或土體中聚積形作用下于地表或土體中聚積形成鹽化層。成鹽化層。 在季節(jié)性積鹽和脫在季節(jié)性積鹽和脫鹽頻繁交替作用下，土壤吸收鹽頻繁交替作用下，土壤吸收復(fù)合體上鈉的飽和度很高，即復(fù)合體上鈉的飽和度很高，即交換性鈉占陽離子交換量的交換性鈉占陽離子交換量的20%以上，水解后，釋放堿質(zhì)，以上，水解后，釋放堿質(zhì)，其其PH值可高達值可高達9以上，呈強堿以上，呈強堿性反應(yīng)，并引起土壤物理性質(zhì)性反應(yīng)，并引起土壤物理性質(zhì)惡化的過程。惡化的過程。 在干旱和半干旱弱淋在干旱和半干旱弱淋溶條件下，易溶性鹽大部分被淋失，溶條件下，易溶性鹽大部分被淋失，硅鋁鐵氧化物

54、基本不發(fā)生移動，而硅鋁鐵氧化物基本不發(fā)生移動，而鈣、鎂等鹽類就地累積或在土體中鈣、鎂等鹽類就地累積或在土體中發(fā)生淋溶、淀積，并在土體中、下發(fā)生淋溶、淀積，并在土體中、下部形成一個鈣積層。部形成一個鈣積層。（據(jù)A.Strahler，1999） 土壤長期水土壤長期水分過飽和，鐵錳化合物在嫌分過飽和，鐵錳化合物在嫌氣條件下被還原為低價鐵、氣條件下被還原為低價鐵、錳。由于鐵、錳還原的脫色錳。由于鐵、錳還原的脫色作用，使上層顏色變?yōu)榛宜{作用，使上層顏色變?yōu)榛宜{色或青灰色的潛育層；同時，色或青灰色的潛育層；同時，低價鐵、錳流動性強，極易低價鐵、錳流動性強，極易流失，即發(fā)生所謂流失，即發(fā)生所謂“潛水離潛水離鐵作用鐵作