土壤地理学电子教案第三章

关键词
土壤空气(soil air) 土壤通透性(soil permeability) 土壤水(soil water) 土水势(soil water potential) 土壤酸度(soil acidity) 土壤胶体(soil colloid) 土壤温度状况(soil temperature regime) 土壤水分状况(soil water regime) 土壤肥力因子(soil fertility factor) 土壤生态系统功能(function of soil ecosystem)
思考题与个案分析
1. 试阐述土壤呼吸过程的机制，并指出土壤呼 吸与生物呼吸的差异何在。 2. 为什么说阳离子交换量和盐基饱和度不但是 土壤供肥、保肥、稳肥的重要指标，也是土壤 发生和分类的重要指标。 3. 土壤酸度的表示方法及土壤呈现酸碱性的原因。 4. 土壤缓冲作用及其形成原因和意义。 5. 土壤氧化还原反应发生的原因及其意义，并讨论渍 水过程的性质及其对土壤的重要性。 6. 从系统观点分析土壤肥力各因子间的关系。
太阳辐射能是土壤热量最主要的来源， 太阳辐射能是土壤热量最主要的来源 ， 地球表层土壤表面能量平衡模式，如图3-2 地球表层土壤表面能量平衡模式，如图 所示。 所示 。 一般来说表土年均温高于当地年均 气温值。与同时期的气温相比 ， 心土层和 气温值 。 与同时期的气温相比， 底土层温度在秋冬季高于气温， 底土层温度在秋冬季高于气温 ， 而在春夏 季低于气温，如图 所示 所示。 季低于气温，如图3-3所示。
图3-8 全球土壤水分状况季节性变化图
3.4 土壤分散系及其特征
土壤是由多相态物质如固相物质、 土壤是由多相态物质如固相物质 、 液 相物质、 相物质 、 气相物质及生命体构成的复杂综 合体。 合体 。 当某种土壤物质微粒子分布在土壤 液态水之中，就构成了土壤分散系。 液态水之中 ， 就构成了土壤分散系 。 它包 括土壤溶液、土壤胶体和土壤浊液。 括土壤溶液、土壤胶体和土壤浊液。
3.5 土壤的生态环境功能
根据同学们的实际观察， 并结合图3-15 根据同学们的实际观察 ， 并结合图 试简述土壤的生态环境功能。 试简述土壤的生态环境功能。
图3-15土壤在陆地生态系统中的功能示意图 （据Brady，2000）
土壤肥力是指土壤为植物正常生长发 育提供并协调营养物质和环境条件的能力。 它是土壤的综合属性和基本功能。土壤中 植物养分、水热的输入、输出与储存之间 的相互作用，是土壤肥力的核心所在，如 图3-16~3-18所示。
土壤中不断进行的动植物呼吸作用和 微生物对有机质物的生物化学分解作用， 微生物对有机质物的生物化学分解作用，使 得土壤空气中O2不断消耗和CO2逐渐累积， 得土壤空气中 不断消耗和 逐渐累积， 其结果是土壤空气中O2、CO2浓度与近地层 其结果是土壤空气中 大气中O 浓度之间差异的扩大， 大气中 2、CO2浓度之间差异的扩大，这样 气体分子扩散的发生， 必然引起O2、CO2气体分子扩散的发生，如 必然引起 所示。 图 3-1所示。 所示
图3-16 土壤-植物系统养分循来自模型图3-17 植物-土壤系统离子平衡一般模型
图3-18 土壤系统的水分运移模型
土壤肥力包括土壤营养因素和土壤环 境条件两个方面。由于土壤环境条件范围 相当广泛，这两者之间并无严格区别。土 壤肥力因素状态都是与土壤的组成成分、 土体构型、土壤结构，以及土壤生态系统 紧密联系的，如图3-19所示。
图3-10 土壤溶液及其影响因素作用模式
图3-11 土壤酸碱状况、形成及其对植物的影响示意图
图3-12 土壤系统中氢离子收支平衡图式
图3-13 不同pH值土壤中酸根离子及阳离子组成图式 (据Miller R W, 2001)
图3-14 土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关图式
土壤对酸碱的缓冲性能是指土壤系统 具有的抵抗因外界因子作用引起的酸碱剧 烈变化的性能。 氧化还原过程对土壤形成发育有重要作 用，土壤之中存在有多种氧化-还原体系， 如表3-7所示。
《土壤地理学》电子教案
第3章 土壤流体组成及其诊断特性 章
3.1 土壤空气及其运动 3.2 土壤热量状况 3.3 土壤水分及其特性 3.4 土壤分散系及其特征 3.5 土壤肥力与生态环境功能 思考题与个案分析
教学重点
1. 掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性 2. 了解土壤空气及其运动、掌握土壤热量状况 了解土壤空气及其运动、 3. 认识土壤水类型、土水势及土壤水分状况 认识土壤水类型、 4. 理解土壤分散系及其中物质转化过程 5. 掌握土壤肥力与生态环境功能
图3-2 地球表层能量平衡模式图
图3-3 亚热带地区裸露粉壤质土壤温度日变化图 式(据Scott H D，2000)
由于土壤温度状况差异巨大，故美国土 壤系统分类将土壤温度状况划分为6大类， 如表3-4。该方案已被许多国家的土壤科学 研究者所采用。中国土壤科学家参照上述划 分方案，并考虑中国土壤形成的环境条件， 制定了中国土壤土壤温度状况划分体系，如 表3-5所示。
图 3 7 系 统 中 水 分 运 移 过 程 模 式 图 SPAC
土壤水分状况(soil moisture regimes) 土壤水分状况 不仅影响土壤中物质能量的迁移转化过程， 不仅影响土壤中物质能量的迁移转化过程 ， 还影响土壤形成发育的方向和性质。 还影响土壤形成发育的方向和性质 。 根据 成土环境及土壤特征， 成土环境及土壤特征 ， 可以将土壤水分状 况划分为以下类型： 况划分为以下类型 ： ① 淋溶型与周期淋溶 非淋溶型； 渗出型； 停滞型； 型 ； ② 非淋溶型 ； ③ 渗出型 ； ④ 停滞型 ； 冻结型。另外， ⑤ 冻结型 。 另外 ， 全球土壤水分状况还具 有明显的季节性变化，如图 所示 所示。 有明显的季节性变化，如图3-8所示。
图3-9
土壤胶体结构示意图
土壤溶液(soil solution)是土壤水分及其 土壤溶液 是土壤水分及其 所含气体、 溶质的总称。 所含气体 、 溶质的总称 。 分析土壤溶液组 成 、 特性及其中化学过程， 是土壤地理学、 特性及其中化学过程 ， 是土壤地理学 、 环境科学研究的重要内容。 环境科学研究的重要内容 。 土壤溶液的溶 质主要包括： ① 无机盐类 ； ② 简单有机物 ； 质主要包括 ： 无机盐类； 简单有机物； ③ 溶解性气体。 土壤溶液中溶质成分具有 溶解性气体 。 巨大的时空差异性， 巨大的时空差异性 ， 它与许多因素存在相 互作用，如图 所示。 互作用，如图3-10~14所示。 所示
图3-4 全球水分循环示意图 (据Botkin D B, 1998)
图 3-5 土壤水分有效性综合示意图
图3-6 不同质地土壤的有效水分含量图
土水势(soil water potential)是指单位水量 土水势 是指单位水量 从一平衡的土-水系统移动到与它同温度而处 从一平衡的土 水系统移动到与它同温度而处 于参比状态的水池时所作的功。土水势包括： 于参比状态的水池时所作的功。土水势包括： 基 质 势 (matrix potential) 、 压 力 势 (pressure potential)、渗透势(osmatic potential)、重力势 、渗透势 、 (gravitational potential) 、 总 水 势 (soil water potential)。土壤 植物 大气的水分运移动态系 。土壤-植物 植物-大气的水分运移动态系 如图3-7所 统(soil-plant-air contiunm, SPAC) ，如图 所 示。
3.3 土壤水分及其特性
水分是土壤的重要组成部分之一， 水分是土壤的重要组成部分之一，土壤水分 含量对土壤形成发育过程及肥力水平高低都 有重要的影响作用。 有重要的影响作用。土壤水分状况及其运动 规律是土壤地理学、 规律是土壤地理学、资源环境科学的重要研 究内容之一。 究内容之一。全球水循环模式与土壤水分类 和表3-6所示 型，如图3-4、3-5、3-6和表 所示。 如图 、 、 和表 所示。
知识结构
认识土壤流体组成
了解土壤空气、土壤 水运动特征，土壤水 热状况 熟悉土壤分散系、粒 子转化、土壤生态环 境功能及其调控 3.1 土壤空气及其运动 3.2 土壤热量状况 3.3 土壤水分及特性
3.4 土壤分散系及特征 3.5 土壤生态环境功能
3.1 土壤空气及其运动
土壤空气是土壤的重要组成成分， 土壤空气是土壤的重要组成成分 ， 它 和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中， 和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中 ， 是 影响土壤肥力与土壤自净能力的因素之一。 影响土壤肥力与土壤自净能力的因素之一。 土壤空气的组成与大气层中空气的组成有 明显的不同，如表 所示 所示。 明显的不同，如表3-1所示。
7. 土壤水分类型及重要水分常数的意义。 8. 土壤微生物在土壤中作用。 9. 回想你过去一周的活动，并列举出你直接或间接 地与土壤相互作用的活动。 10. 据有关资料：【中国国土面积为960×104km2， 2000 年人口为12.9533亿人(未包含台湾省及香港 特别行政区人口)；美国国土面积为937 ×104km2 km2，2000年人口达到2.7639亿人。但中国可耕 地面积少于美国】。结合你所学知识及相关资料 试分析中国土壤肥力与美国土壤肥力的状况。
土壤胶体对土壤养分元素、 土壤胶体对土壤养分元素 、 污染物的 迁移转化有重要作用， 迁移转化有重要作用 ， 这种作用与土壤胶 体类型及其性质密切相关， 体类型及其性质密切相关 ， 土壤胶体均具 有双电层结构，如图3 所示。 有双电层结构，如图3-9所示。土壤胶体可 分为三种类型： 分为三种类型： 土壤矿质胶体； ① 土壤矿质胶体； 有机胶体； ② 有机胶体； 有机-无机复合胶体 无机复合胶体。 ③ 有机 无机复合胶体。
图3-1 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图
3.2 土壤热量状况
土壤热量状况是土壤的重要物理性状 之一。 影响土壤热量状况的主要因素有： 之一 。 影响土壤热量状况的主要因素有 ： 土壤吸收的净热量； ① 土壤吸收的净热量 ； ② 使土壤温度变化 所需热量； 所需热量 ； ③ 土壤水相态转化及其扩散所 需热量； 需热量 ； ④ 土壤物质迁移转化所消耗或释 放的热量，如表 、 所示 所示。 放的热量，如表3-2、3-3所示。