第二章 土壤固相组成及其诊断特性
土壤地理学 第二章第三章
土壤地理学第二章/第三章第二章：影响土壤形成的环境因素：俄国道库恰耶夫成土学说：主要观点：土壤成土因素主要有五个气候、生物、母质、地形。
时间影响土壤发育的五个主要因素：1、母质因素（不同岩石风化壳）2、生物因素（不同植被类型：草地与森林）3、气候因素（影响风化，控制植被生长）4、地形因素（影响物质与能量的分配）5、时间因素（控制土壤发育进程）地质大循环和生物小循环的关系：1.大循环是小循环的基础，也是土壤形成的基础（矿质养分）；2.小循环是土壤形成的核心（腐殖质）；3.大循环大于小循环，自然界会发生水土流失现象；4.大循环小于或者等于小循环，自然界水土保持。
总之，土壤的形成过程是物质的地质大循环与生物小循环过程矛盾与统一。
形成土壤的两个基本作用：◆风化作用：致密的岩石被破坏，营养元素得以释放，并形成疏松的风化层；◆生物作用：有机质加入，营养元素积聚。
1）土壤胶体及结构①土壤胶体：通常所说的土壤胶体实际上是指直径在1—100 mµm之间的土壤颗粒。
②土壤胶体的种类土壤矿物质胶体（无机胶体）：次生铝硅酸盐、铁铝化合物有机胶体：腐殖质、有机酸、蛋白质等有机-无机复合胶体③土壤胶体结构微粒核：胶核双电层：内外吸附层、扩散层2）土壤胶体的性质①巨大的比表面积和表面能②带电性带电的原因是什么？电性如何？③土壤胶体离子交换作用④分散和凝聚作用第一：粘土矿物胶体带电土壤中粘土矿物胶体一般都带负电荷，其电荷来源有以下几个方面：同晶置换作用粘土矿物晶质中的一种离子被另一种离子取代的过程。
在这个过程中，只改变了矿物质的化学成分，而矿物的结晶构造不变，故叫做同晶置换作用。
晶格破碎边缘带电矿物质风化破碎过程中，晶格边缘离子一部分电荷未被中和而产生剩余电荷，使晶体边缘带电。
第二：腐殖质胶体带电意义？由于腐殖质分子量大、功能团多，解离后带电量大，对土壤保肥供肥性有重要影响。
第三：两性胶体带电，什么是两性胶体？表面既带负电荷，亦带正电荷的土壤胶体称两性胶体。
土壤地理学第2章 土壤固相组成及其诊断特性
图2-2 土壤矿物的风化及稳定性序列图
(T为年均气温/℃，R为年均降水量/mm) 图2-3 中国地表风化壳及风化类型分异断面图
原生矿物在风化和成土过程中新形成 的矿物称为次生矿物，它包括简单盐类、 次生氧化物和铝硅酸盐类。它们是土壤矿 物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈 现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性 能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的 胶体特性，又称为黏土矿物。如图2-4、 2-5、2-6、2-7、2-8所示。
图2-23 土壤颜色三维图解
图 2-24 蒙氏土壤颜色卡图式
图2-25 蒙氏土壤颜色卡图式
思考题与个案分析
1. 土壤的基本组成是什么？如何看待它们之间的关系？ 2. 结合中国土壤粒径分级系统，简述进行土壤粒径分级
的 意义和作用？ 3. 简述土壤质地对肥力的影响，那种质地对肥力更有利？ 4. 简述土壤结构类型，为什么说团粒结构是好的结构？ 5. 土壤形态是怎样形成的，研究土壤形态的意义是什么？ 6. 说明土壤容重、比重和孔隙度的概念和意义。 7. 试分析土体硅铁铝率与黏粒硅铁铝率的差异性，阐述 其 土壤地理意义。 8. 通过土壤调查与分析，试简述土壤在陆地生态系统中
土壤有机物在微生物作用下进行分解 转化的同时，其部分分解产物又在微生物 的作用下重新聚合形成腐殖质，如图2-16 所示。有关土壤腐殖质形成的生物化学过 程归纳起来有3种学说：①木质素－蛋白 质聚合学说； ②生物化学合成学说； ③ 化学催化聚合学说。
图2-16 土壤腐殖质形成过程图式
土壤圈物质循环主要是指土壤圈内部 的物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球 其他圈层之间的物质交换过程。其中土壤 营养元素(如N、C、P、S等)循环是当今研 究的重点，土壤中的营养元素是维持生物 体生理代谢过程所必需的化学元素，如图 2-17、2-18、2-19、2-20、2-21所示。
第二章 土壤的基本组成
B、Байду номын сангаас壤有机质的组成
• 基本组成元素为：碳、氢、氧、氮 • 一般分为： 腐殖物质（85%--90%）和非腐殖物质
C、土壤有机质的转化
土壤有机质在微生物的作用下，向着两个方向转 化：
矿质化过程：是指有机质在微生物作用下， 分解为简单的无机化合物并释放热量的过 程。 腐殖化过程：是指有机质在微生物的作用 下，先分解为简单有机化合物，继而将简 单有机化合物作为中间产物，又转化合成 为腐殖质的过程。
1）土壤有机质的特性
• A、土壤有机质的来源于存在形态
自 然 土 壤
高等绿色植物
每年施用的有机肥料、 植物残渣、人畜粪便、 垃圾、污水等
农 业 土 壤
通过各种途径进入土壤的有机质的形态： 新鲜的有机质 半分解的有机质 腐殖质：是经微生物改造后的一类特殊 高分子有机化合物，呈褐色或暗褐色， 是土壤有机质最主要的一种形态，占有 机质总量的85%-90%。
2）土壤有机质的作用
A、提供植物所需的养分； B、提高土壤的持水性、减少水土流失； C、提高土壤的保肥性和缓冲性； D、改善土壤物理性质； E、提高土壤生物和酶的活性，促进养分转 化； F、改善环境（污染、co2等)。
3）土壤有机质的管理
A、合理施肥（增施有机肥、秸秆覆盖还田、 种植绿肥、归还植物凋谢物）； B、适宜耕种； C、调节水、气、热状况； D、营造调节林地
3）成土母质
概念：是指岩石、矿物风化形成的风化
产物。
按搬运力与沉积特点不同可分为： 残积物、坡积物、洪积物、冲积物、 湖积物、海积物、风积物。
4）土壤颗粒
土壤是由各种大小不同的矿质土粒组成的。 根据土粒的粒径和性质将其划分为若干等级， 称为粒级。 土粒由粗到细分成： 石砾、沙粒、粉沙粒和粘粒四组。 一般土粒越粗，二氧化硅的含量越高。
土壤的物质组成特点
土壤的物质组成特点
土壤是一种很复杂的物体，它是由固相、液相和气相三相物质组成，一般情况下，土壤的固相部分占50%，液相约占25%，气相占25%。
(1) 土壤固相物包括矿物质和有机质，是养分的贮存场所，决定着养分的潜在供应能力。
土壤矿物质包括石砾、粗沙、细沙、粉沙和黏粒。
石砾和沙粒是岩石的风化碎屑，所含矿物成分与岩石基本一致，不能提供很多有效养分。
黏粒细小，表面吸湿性强，黏粒间空隙很小，有显著的毛细管作用，能够吸附养分，具有较强的保肥能力。
土壤有机质包括处于不同分解阶段的死亡的各种动植物残体，是土壤形成团粒结构的良好胶结剂，能够改善土壤通气性能和蓄水状况。
(2) 土壤液相土壤液相的主要组分，包括水分和溶解在水中的盐类、有机化合物、无机化合物以及最细小的胶体物质。
作物生长发育过程中所需要的营养物质，几乎都是从土壤溶液中获得的。
(3) 土壤气相主要是指土壤的空气含量，而土壤空隙及水分含量是决定土壤空气含量的主要因素，若土壤通气不良，土壤中气体所占比例下降，土壤空气中的氧气就会降低，二氧化碳的含量相应会迅速增高，危害作物根系的呼吸作用，
严重时可导致作物生长不良，根系腐烂坏死。
第2章_土壤固相组成及特征
第二节 土壤有机质
土壤有机质是土壤中重要的固相成分之一，是土 壤肥力、缓冲及净化功能的物质基础，也是土壤形成
发育的主要标志。它可分为两大类：
非特异性土壤有机质 土壤腐殖质/特异性土壤有机质
土壤腐殖质-特异有机质
土壤腐殖质土壤有机质的主要组成部分，约占有机质总量的50％～
65％。腐殖质是一种分子结构复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定
③
胡敏酸和富里酸在土壤中可呈游离态的腐殖酸或腐殖酸盐状态存在，亦可 以铁、铝结合成凝胶状态存在，它们多数与次生黏土矿物紧密结合，形成 有机一无机复合体，构成良好的土壤结构体；壤腐殖质还具有与重 (类)金 属元素、有毒有机物结合形成非水溶性络合物的特性，使土壤中这些有毒 有害物对生物的危害性降低，从而形成了土壤自净能力的物理化学基础； 腐殖质表面还吸附大量的阳离子，如Ca2+、H+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。
形胶体物，是土壤微生物利用植物残体及其分解产物重新合成的一类
有机高分子化合物。
土壤腐殖质种类：胡敏酸、富里酸、棕腐酸和胡敏素。 土壤腐殖质组成元素：
土壤腐殖质主要是由 C、H、O、N、S、P等营养元素组成，从化 学元素的含量来看，胡敏酸含C、N、S较富里酸高，而O含量则较富 里酸低。
土壤腐殖质的性质
次生矿物形成过程/原因
① 原生矿物在风化分解过程中，因晶体结构尚未完全解体而降解形
成为新的矿物。
例如：正长石吸水脱钾就形成了水化云母，继续脱钾就变成蒙 脱石，继而再脱硅就变成高岭石，最后彻底分解而形成含水的铁铝氧 化物。见下图
②原生矿物晶体彻底风化分解后，再由其分解产物重新合成、再结 晶形成的新的矿物。
第2章 土壤固相组成及诊断特征 （4学时）
《种植基础》第二章第二节土壤的固相组成
中粘土 重粘土
物理性黏粒（<0.01mm） 含量（％）
土壤
灰化土类
草原土及 红黄壤土
碱化及强 碱化土类
0－5
0－5
0－5
5－10 5－10 5－10
10－20 10－20 10－15
20－30 20－30 15－20
30－40 30－45 20－30
40－50 45－60 30－40
50－65 60－75 40－50
复习回顾
母质：成土的物质基础
土壤形成的因素
气候：主要的环境因素 生物：成土的主导因素 地形：间接的环境因素
时间：成土的强度因素
旱地农业土壤的剖面
耕作层 犁底层
心土层 底土层
第二章植物生长的土壤基础
第二节土壤的固相组成
一、土壤矿物质
矿物是地质作用所形成的天然单质或化合物，是构成岩石的基本 物质。土壤矿物质即矿质土粒，是由地球表面的岩石矿物经过长期的 风化作用形成的。
两个过程同时进行，方向相反。在不同条件下，这两个作用过程的强 度有明显差异。
3、影响有机质转化的因素
即影响土壤微生物活动的因素 （1）有机残体的碳氮比。即有机物中碳素总量与氮素总量只比。 C/N>25-30:1 有机物分解慢而不彻底 C/N<25-30:1 有机物分解快 因此生产上施用氮肥
（2）土壤水、气状况
0－20 0－45 45－75 0－35 0－35
砂粒 （2－ 0.02mm） 85－100
55－85
40－55
0－55 55－85 30－55 0－40
55－75 10－55 0－30 0－55 0－35
2.卡庆斯基土壤质地分类标准（三级九类）
第二章(3) 土壤固相组成之土壤有机质
2、土壤有机质的转化是受微生物控制的一系列生化反应(
3、C/N高会抑制有机质的分解(
)
) )
4、HA的酸性比FA强，分子量比FA高，稳定性比FＡ高(
5、一般南方土壤有机质的ＨＡ/ＦＡ＜１，而北方大与１ ( 6、一般随着土壤熟化度的提高，ＨＡ/ＦＡ也提高( )
7、土壤施用的有机肥越多，土壤有机质含量提高的也越高(
一般我国北方的土壤，特别干旱区与半干旱 区的土壤腐殖质以胡敏酸为主，HA/FA比大于1.0 而在温暖潮湿的南方的酸性土壤中，土壤中 以富里酸为主，HA/FA比一般小于1.
在同一地区，水稻土的腐殖质的HA/FA 比大 于旱地。 在同一地区，熟化程度高的土壤的HA/FA比 较高。
课堂测试
1、土壤有机质是化学中已有的有机化合物( ） )
“有机农业”是指遵照有机农业生产指标，在生产中部采 用基因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、 化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质，而是遵循自然规 律和生物学原理，协调种植业和养殖业的平衡 ，采用一系 列可持续发展的农业技术，维持持续稳定的农业生产过程。
第二章 土壤有机质 (soil organic matter)
2、有机质的组成 (3) 存在形态： •动、植物残体 • 半分解的动、植物残体
• 腐植物质
决定土壤有机质含量的因素： 进入土壤的有机物质数量 土壤有机质的损失量 土壤有机碳的平衡
第二节 土壤有机质的分解和转化
一、矿化过程与腐殖化过程 1、矿化作用(Mineralization)*** 土壤有机质在土壤微生物及其酶的作用下，分解成 二氧化碳和水，并释放出其中的矿质养分的过程。
2、有机质的组成
(1) 化学元素组成 土壤有机质的基本元素组成是C、H、O、N， C/N比大约在10~12之间。
第二章+土壤固及其性质
4.1.3粒级的划分
国际制土壤颗粒分级标准 粒级名称 石砾 砂粒 粉(砂)粒 粘粒 粒径mm >2 2~0.2 0.2~0.02 0.02~0.002 <0.002
粗砂粒 细砂粒
美 国 制 土 壤 粒 级 标 准
粒级名称 砾石 石块 粗砾 砂粒 极粗砂粒 粗砂粒 中砂粒 细砂粒 极细砂粒 粉粒 粘粒
粒径 >3 3~2 2~1 1~0.5 0.5~0.25 0.25~0.1 0.1~0.05 0.05~0.002 <0.002
中 国 土 壤 颗 粒 分 级 标 准
粒径名称 石块 石砾 砂粒 粗砂粒 细砂粒 粉粒 粗粉粒 中粉粒 细粉粒 粘粒 粗粘粒 细粘粒
粒径mm >3 3~1 1~2~0.005 0.005~0.002 0.002~0.001 <0.001
（4）层间结合力弱，易破碎，故 颗粒细小 (0.01-1.0um)，呈不规 则片状。比表面大，粘结性、粘 着性、胀缩性、可塑性强。 （5）蒙脱石是风化程度弱的矿物， 在温暖、较湿又富含盐基的条件 下有利于形成。主要分布于我国 北方矿物风化弱、土壤发育程度 较浅的土壤中。我国由北向南蒙 脱石含量呈减少的趋势。
Kaolinite
Non-Expanding 10 cmol(+)/kg
Aluminum Octahedral Sheet
Silica Tetrahedral Sheet
1:1 Clay
几种土壤高岭石含量
土层与高岭石含量
土壤类型
砖红壤
高岭石％ 55-70 50-65
35-55 25-35
土层cm 含量％ 0-13 13-74 74-110 36 52 58
2:1 Clay
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最适宜植物生长的壤质土壤表土的体积组成
第一节土壤矿物
土壤矿物来源：主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。
土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。
二、土壤矿物的形成与转化
、土壤矿物的风化过程
物理风化
化学风化
溶解
水化
水解
、在中国次生矿物分布的地带性表现为
●新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带；
●内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母-蒙脱石地带；
●华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带；
●北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带；
●江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云母地带；
●华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。