土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
土壤肥力四要素
影响土壤肥力的因素主要是水、肥、气、热，所以只要对这四个因素有关的改良方法都会对土壤的基础肥力有所改善。
对于水分这一因素可以根据土壤的质地进行多次少量或者少次多量定期的灌溉使土壤的水分含量尽量在土壤的田间持水量附近使可以供植物施用的有效水的含量增加；
对于“肥力”这个因素主要是增加有机质的含量，促进团粒结构的形成使土壤中微生物的活动加强，土壤的质地改善等等，主要是增加绿肥，有机肥的施用，适当施用一定酸碱度的化肥等；
对于“气”主要是增强土壤的“呼吸作用”，应该适时地翻耕土地，调节土壤的孔隙度，促进土壤微生物的活动，水田的话应该适当的晾晒，增加土壤中氧气的含量抑制还原性气体的产生；
对于“热”主要是土温的调节。
若提高土温，可以在表面覆盖一层炉渣、草木灰或者是土杂肥等深色物质，反之应施一些浅色物质。
第四章(2) 土壤水、气、热
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四、土壤水分含量的测定
烘干法：经典、准确，标准方法
中子法
TDR法（时域反射仪）：电磁测量方法，依据土 壤的介电性质。具有直接、快速、方便的特 点，并可同时测定土壤含盐量。
含水量与水吸力呈负相关 同一含水水量时，吸力：粘土>壤土>砂土 同一水吸力时，含水量：粘土>壤土>砂土
31
水分特征曲线的作用：
吸力与含水量换算 反映土壤持水、供水性能 计算当量孔径，反映土壤中大小孔隙的分布 土壤水分运动参数计算
32
5、当量孔径
与一定土壤水吸力相对应的土壤孔隙直径
2、凋萎系数(萎焉系数) （Wilting Coefficient） 根系因无法吸收水分而发生萎焉时的土壤含水量
是土壤有效水下限 吸力约 15 bar
17
18
水分常数与水分有效性的关系
水分能量 (大气压)
1~2万 31 最 大 吸 湿 量
16~15 凋 萎 系 数
水分常数
6.25 最 大 分 子 持 水 量
2、组成特点
气体 大气 土壤空气
46
3、土壤空气组成变化对土壤和作物的影响
O2要求>10%，过低根系呼吸受阻，影响发 芽出苗
CO2根吸收，提供地上部光合作用，过多 会产生毒害，一般<1%即可 还原性气体过多对作物有毒害作用
47
土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
依靠毛细管的吸引力而被保持在土壤孔隙中的 水分，称毛管水。
毛管水的上升高度: h = 0.15 / r（cm）
一般只有砂土到细砂和粗粉质土才符合这个规律，而从中、 重壤土开始至粘土，反而是质地愈粘重，毛管水上升高度愈 低。这是因为极细孔隙中的水分为相当强的吸附力所影响， 粘滞度高，很难移动。
h 壤土
21
（三）重 力
当土壤含水量达到田间持水量后，若继续供水，则水分将在 重力作用下向下流动，或者湿润下面土层，或是流入地下水， 成为地下水的给源，这部分不被土壤所保持而在重力支配下向 下流动的水称重力水。
当土层内的孔隙全部被水充满时的含水量称饱和蓄水量或全蓄水量。
重力水也是植物有效水,但在饱和含水量时,一般旱作将 因氧气不足而不能生活,但对水稻来说,重力水是必需的。
（1）土壤有机氮的C/N比 （2）土壤含水量 （3）施肥
6
2、无机态氮的转化
NH3
挥发
硝化作用
NO3-
NH4+=NH3 +H+
无机胶体 表面的铵
粘土矿物固定
生物氮
层状硅酸盐矿 物层间NH4+
有机固相 结合态铵
（1）氨的挥发
（2）硝化作用
（3）反硝化作用 粘粒矿物晶格固定
（4）氮的固定
无机氮的生物固定
31
32
三、土壤含水量的表示方法和土壤水分测定
（一）土壤含水量的表示方法
⑴ 质量百分含量θm
水分重
= 烘干土重 ×100%
⑵ 容积百分含量θv
=
水的容积 土壤容积
×100 %=
θm ×容重
⑶ 土壤贮水量 Dw = θm × h h—土层厚度(mm)
土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
1
影响氮素含量的因素：
1、植被
2、气候条件
3、土壤质地 4、地形及地势：
5、耕作利用及其他
(二) 土壤氮素形态
无机态氮
水溶态 NO3- NH4+ NO2交换态NH4+ 、吸附态NO3- （少） 固定态NH4+
有机态氮：土壤氮素的主要形态。
4
土壤有机氮包括：
①水溶性有机态氮（占5%）主要有氨基酸、酰胺等。 ②水解性有机态氮（50~70%）
四、土壤养分的动态平衡
水溶态
交换态
矿物态 或有机结合态
12
第二节 土壤水分
土壤和母质中的水连同存在于其中的溶液，犹如活 有机体的血液，无水就无土壤，因此在土壤形成中水 文状况应居首要地位。
— T.H.维索茨基《土壤和地下水状况概论》
除经过植物根系从土壤内吸收水分外，任何一滴 水都不能渗入植物的有机体内。
（1）土壤有机氮的C/N比 （2）土壤含水量 （3）施肥
6
2、无机态氮的转化
NH3
挥发
硝化作用
NO3-
NH4+=NH3 +H+
无机胶体 表面的铵
粘土矿物固定
生物氮
层状硅酸盐矿 物层间NH4+
有机固相 结合态铵
（1）氨的挥发
（2）硝化作用
（3）反硝化作用 粘粒矿物晶格固定
（4）氮的固定
无机氮的生物固定
（一）土壤钾素的含量及影响因素
我国土壤钾素含量在0.5~25.0g/kg之间，其影响因素有:
成土母质 生物气候条件 土壤质地 耕作施肥
（二）土壤中钾的形态
（1）水溶态 （2）吸附态
有效钾
土壤肥料学通论4精品PPT课件
佛山污泥 40.025 10.585 0.198 0.001 0.257
广州污泥 38.081 8.527 9.528 0.034 0.624
不同土壤生态系统的有机质
荒漠，SOM 少,<0.n DT/ha
森林下，SOM丰富 102 DT/ha
农业土壤：根茬等,n DT/ha
农业土壤有机质来源
Fauna & Microbe
650
600
550
500
450
400
350
300
500 Fauna biomass & SOC in A horizon
10
20
400
y = 334.03Ln(x) - 641.92 R2 = 0.9745
30Biblioteka 4050SOC(g/kg)
300
200 y = 435.48Ln(x) - 1188.3
4）光能无机营养型：自养型，利用光能进
行光合作用，以无机化合物作为氢供体以还原 CO2，并合成细胞物质。 藻类、光合细菌
微生物作用：
调节植物生长的养分循环； 产生并消耗CO2，CH4，NO，N2O，CO
和H2等； 促进团聚体的形成； 分解有机废弃物； 是新物种基因材料的源和库
2.2.2 土壤有机质
逐渐降低
有机物质的组成：成分复杂
1 植物残体：
主要成分： C、H、O、N、P、S、K
烧失量：90%~95% 以上，C、H、O、N
灰分：P、S、Ca、 Mg、 K、 Si、 Zn、 Mo、
B、 Fe、Mn
关于土壤有机质的某些量的关系
2 有机质的构成量和含碳量
土壤腐殖质：占有机质~90%； 非腐殖物质中：碳水化合物占有机质 5%~25% 有机质的含碳量：
B731-土壤肥料学-第四章 土壤的肥力要素- 土壤水气热状况
3、毛管水 毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的 毛管引力所保持的水分，称为毛管水。毛管水是 土壤中最宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
土壤毛管水从地下水吸取水分的示意图
返回
表 有机质对有效水范围的影响
类型
持水当量
壤土 泥炭 1/2壤土＋1/2泥炭 4/5壤土十1/5泥炭
20.0 166 31 21.6
萎蔫含水 量 7.1
82.3 14.5 8.5
有效含水范 围
13.l
83.7 16.5 13.l
返回
（三）土壤水分有效程度
用能量观点确定土壤水分的有效程度，主要 视其能量水平。一般把土壤水势pF值4.2的土壤水 分确定为土壤有效水的最低标准。
● 土壤贮水量（水层厚度） 指一定厚度土层内 土壤水的总贮量。
● 相对含水量 指土壤含水量占田间持水量的百 分数。
●土壤水势与土壤水吸力 即能量表示法。
四、土壤水的植物有效性
（一）土壤水分常数
在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分 常数。
吸湿系数 又称最大吸湿水量，是当空气相对湿
度接近饱和时土壤的吸湿水量。常以吸湿水占烘干 土的重量百分率来表示。 ● 萎蔫含水量 萎蔫含水量又称稳定凋萎含水量。 植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量，称萎 蔫含水量，或凋萎系数。
地下水 位低
4、重力水
又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙 中的水分。存在于土壤中的时间短，很快会因 为重力作用而渗入或流出。
二、土壤水分能量
（一）土水势的概念
第4章土壤水、空气和热量
膜状水
当土壤含水量达到最大吸湿量时，土粒对 周围水分子还有剩余引力，可以在吸湿水 外层又吸附一层新的液态水膜。这层新的 水膜就称为膜状水。 基本性质与液态水相似，但粘滞性较大， 无溶解性。可以沿土粒从水膜厚处想薄处 移动。土壤膜状水含量达到最大时，成为 最大分子持水量。
当根接触膜状水时，膜状水可以被吸收。 但膜状水对植物而言是供不应求的。但 膜状水尚未完全被利用之前，植物就会 出现凋萎状态。 植物因缺水而出现永久萎焉时的土壤含 水量，称为凋萎系数。 凋萎系数是植物可以利用的有效水的下 限，它因土壤和植物的不同而不同。
水通过半透膜的移动
H O H O H H O H O H O H H H O H H O H H O H H O H
K+
H
Cl-
H
溶质势的计算：
o RT Ci
R — 气体常数 （82 bar / cm3 / mol . K） T — 绝对温度 （K）
Ci — 溶质各组分的溶度 （mol ）
×100
θ v θ m Db / Wb
例题：已知一土壤的重量含水量为20 % ，容重为 1.25 g cm-3 , 求该土壤的容积含水量？ （试算） θv = 20 ×1.25 / 1 = 25 %
土壤相对含水量：土壤含水量占某参照持 水量的百分数。
土壤相对含水量 =
土壤含水量 ×100 田间持水量
液柱上升高度是：h=2γcosθ/(ρgr)
γ= 表面张力；θ= 接触角；ρ= 液体密度；g= 重力加速度；r= 细管半径。
当θ>90度，这表示弯液面为凸面；同时h<0，表示流体在毛细管下降，即汞在 玻璃管的情况。
第四章土壤肥力因素
第四章土壤肥力因素一、解释名词 1、土壤肥力2、吸湿水3、吸湿系数4、膜状水5、萎蔫系数6、毛管水7、毛管悬着水8、田间持水量9、毛管上升水10、毛管持水量11、有效水12、无效水13、土壤含水量14、相对含水量15、土壤墒情16、土壤热容量17、土壤导热性18、土壤吸热性19、土壤散热性20、土壤通气性二、填空题coefficient not greater than 1.3; High efficiency: control 1 hour travel time between any two points within the various groups within the area up to half an hour, 1-hour access to the airport, 45min reached the city's main traffic hub, external highway for half an hour with the main channels connecting bus 1.5 hours between any two groups of core areas; Intensive: 2030 transit share rate of around 35%, 2050 bus sharing rate of 45% per cent. 3rd chapter, Yibin city, traffic situation andGeneral ... 3.1.1 city traffic status 1, external transport passenger and cargo traffic in Yibin city, traffic at the present main railway, highway, waterway and air four modes of passenger and freight transport, there1、土壤肥力高低取决于、、、协调。
土壤肥料学
结冰岩石在水、氧、二氧化碳等大气因素参与下，所发生一系列化学分解作用的过程。
溶解作用：岩石溶解与水的作用。
水化作用：矿物与水化合成为一种含水矿物的作用。
水解作用：水分子解离出的氢原子与矿物中的盐基离子所引起的置换作用。是化学风化中最重要最基本的作用。
腐殖质的主要元素组合是碳、氢、氧、氮、硫，少量的钙、镁、铁、硅等灰分元素。腐殖质的主要功能团是羧基、醇羟基、酚羟基、醌基、羰基和甲氧基。
腐殖质属于两性胶体。
腐殖质是一种亲水胶体，有强大吸水能力。胡敏酸不溶于水，富里酸有相当大的水溶性。
腐殖质有很高的稳定性，包括化学稳定性和抗微生物分解的生物稳定性。
腐殖质整体上呈黑色。胡敏酸颜色较深，为棕黑色至黑色，富里酸呈浅黄色。
（1）自然肥力：在土壤母质、气候、生物、地形等自然因素的作用下形成的土壤肥力。
人为肥力：又称为人工肥力，是指在土壤自然肥力的基础上，经过长期耕作、施肥、灌溉和其它农业措施、土壤改良措施等培育形成的肥力。
经济肥力：土壤肥力和人为肥力的统一，是在同一土壤上两种肥力相结合而形成的。
（2）潜在肥力：土壤肥力在生产上没有发挥出来产生经济效益的部分。
变质岩：岩浆岩或沉积岩，受到地壳运动或岩浆运动造成的高温高压的作用，引起结构、构造、化学成分或矿物组成的改变而重新形成的岩石。特点：定向排列性。
4.岩石风化作用：在大气、水、温度变化和生物活动等外界因素的作用下，坚硬的岩石逐渐崩解破碎成块和细粒，同时岩石矿物成分和化学组成发生改变，形成新的矿物。
（1）物理风化：岩石崩解而不改变其矿物成分和化学成分的过程，主要是由温度变化、水分冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素的作用所引起的。
土壤肥力因素
第四节土壤肥力因素土壤肥力是土壤的本质特征。
它是指土壤能够供给和协调植物生长发育所需要的水、肥、气、热的能力。
土壤肥力状况是土壤水、肥、气、热四大肥力因素的综合体现，它们之间存在着相互矛盾、相互制约又相互促进的关系。
土壤肥力的高低主要取决于水、肥、气、热之间在一定条件下的协调程度。
一、土壤水分土壤水分是土壤的重要组成部分，也是最为活跃的一个肥力因素。
作物的生长发育、土壤微生物的活动、土壤有机质的合成与分解必须有水分才能进行。
土壤水分的变动，对土壤通气性、土壤温度状况和土壤有效养分的做含量都起直接的促进和抑制作用。
因此，了解土壤水分的性质及其运动规律，采取措施调节土壤中有效水的含量，满足作物所需的水分条件，是农业生产的重要环节。
（一）土壤水分的类型及其性质土壤水分主要来自降水与灌溉水。
根据土壤水分所受力的不同，可分为吸湿水、膜状水、毛管水与重力水。
不同的水分类型具有不同的性质。
1.吸湿水由干燥土粒的吸咐力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称为吸湿水。
吸湿水受土粒的吸持力很大，因此，这种水分不能移动，无溶解能力，具有固态水的性质，植物不能吸收利用，是一种无效的水分类型。
土壤吸湿水达最大值时的土壤含水量称为最大吸湿量或吸湿系数。
其大小与空气的相对温度、土壤质地、有机质含量等因素有关。
2.膜状水在吸湿水的外面，依靠土粒剩余的分子引力吸咐的液态水膜叫膜状水。
由于它所受的吸力比吸湿水要小，水分能够在土壤中缓慢移动，其中有部分水分能被植物吸收利用。
因此，膜状水是部分有效的水分类型。
植物发生永久萎蔫时的土壤含水量叫萎蔫系数。
它是土壤有效水的下限。
萎蔫系数通常是最大吸湿量的1.5倍。
3.毛管水是依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水分。
它所受的毛管吸持力很小，因此，很容易被作物吸收利用，是有效水。
另外，毛管水还溶解有各种养分，利于植物的养分供应。
所以说，毛管水是土壤中最宝贵的水分类型。
根据毛管水是否与地下水相连接，可把毛管水分为两种类型。
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2
土壤有机氮包括：
①水溶性有机态氮（占5%）主要有氨基酸、酰胺等。 ②水解性有机态氮（50~70%）
蛋白质和多肽类：占全氮30~50% 核蛋白质类：占全氮的10% 氨基糖：占全氮的5~10%
③非水解性有机态氮 （>30%， 高的达到50%）
此外，土壤中还存在有气态氮，它是土壤空气的组成成分， 也是土壤微生物的直接氮源。
紧束缚水达最大时的含水量称最大吸湿量。 16
极性引力 较弱，只有3.1~0.625MPa，由这种力保持的水称 为 膜状水（松束缚水）。为液态水，在土中可稍移动，但具
有较高的粘滞性，有效性低。
土粒 + R+
土粒 H2O
（带电质点）
土粒 H2O H2O H2O H2O
定向排列 土粒 湿度增加 土土粒粒 （水膜加厚）
20
2、毛管上升水（与地下水有联系）
毛管上升水是指土壤下层的地下水借毛管作用而上升 并保持在土壤上层毛管孔隙中的水分。
毛 只有很细的毛管上升水能到达，故水量少。 管 水 上 毛管强烈上升高度，上升快，含水量也高。 升 高 度
毛管封闭层，孔隙全部被水充满。
3、我国农田土壤氮素平衡状况
（五）土壤氮素调节
8
二、土壤磷素
（一）土壤磷的含量
自然土壤一般含磷在0. 1 ~ 1.1g/kg之间,平均 0. 5g/kg.土壤中 磷的含量低于地壳的平均含量(1.2g/kg),也低于氮(0.2~5.0g/kg) 和钾(0. 5~50.0g/kg)的含量。
（二）土壤磷的形态
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依靠毛细管的吸引力而被保持在土壤孔隙中的 水分，称毛管水。
毛管水的上升高度: h = 0.15 / r（cm）
一般只有砂土到细砂和粗粉质土才符合这个规律，而从中、 重壤土开始至粘土，反而是质地愈粘重，毛管水上升高度愈 低。这是因为极细孔隙中的水分为相当强的吸附力所影响， 粘滞度高，很难移动。
h 壤土
四、土壤养分的动态平衡
水溶态
交换态
矿物态 或有机结合态
12
第二节 土壤水分
土壤和母质中的水连同存在于其中的溶液，犹如活 有机体的血液，无水就无土壤，因此在土壤形成中水 文状况应居首要地位。
— T.H.维索茨基《土壤和地下水状况概论》
除经过植物根系从土壤内吸收水分外，任何一滴 水都不能渗入植物的有机体内。
砂土
粘土 （Brady 1974）
时间
19
1、毛管悬着水（与地下水无联系）
毛管悬着水是指地下水位较低的旱坡地土壤，在降 水或灌溉后，借毛管力而保持 在土壤上层的水分。
毛管悬着水达最大时的含水量称田间持水量（0.01~0.03 MPa)。
田间持水量是确定旱地土壤灌水量和是否需要灌溉的重要 依据。其大小可反应土壤的孔隙状况，土质砂粘、松紧度以 及有机质含量等，也是鉴定土壤肥力的重要指标之一。
第四章 土壤肥力因素
1
第一节 土壤养分
植物必需的营养元素有：
C H O N P S K Ca Mg Fe Mn B Zn Mo Cu Cl等
C H O : 来自于大气和水 其中： N : 一部分来自于大气,一部分来自于土壤
其余元素均来自于土壤
所谓土壤养分是指这些主要依靠土壤来供给的植物
必需营养元素。
— B.P.威廉斯 《土壤学》
13
水在植物生活中有那些重要作用？
1、作物需水 2、影响作物对养分的吸收和运转 3、调节植物体温 4、影响土壤通气性、土温以及养分形态
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土壤水：指的是在105~1100C温度下能从土壤中驱逐 出去的水。它不是纯水，而是稀薄溶液。
土壤是一个巨大的贮水库，如果表层 100cm 土壤的含水量 水容 = 26%，则单位面积土壤的水量为 2600 吨 / 公顷，这个 水量能满足一个人每天 475 kg达 15 年之久。
粘土矿物固定
生物氮
层状硅酸盐矿 物层间NH4+
有机固相 结合态铵
（1）氨的挥发
（2）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化作用
（3）反硝化作用 粘粒矿物晶格固定
（4）氮的固定
无机氮的生物固定
有机质对亚硝态氮的化学固定作用 7
（四）农田土壤氮平衡
1、土壤氮素的来源
生物固氮 大气沉降 施肥与灌溉
2、土壤氮素的输出
作物吸收 土壤残留 氮的损失
紧束缚水和松束缚水的总含量称最大分子持水量。
17
（二）毛管力：实际上是毛管内水气界面上产生的负 压力(向内的力)又叫弯月面力。
P
P0
1
P0 > P1
一般认为 当土壤孔径>8mm,无毛管作用, 直径在8-0.1mm的孔隙才逐渐显现毛管作用, 直径在0.1-0.001mm范围内,毛管作用最明显. 如果直径<0.001mm,则其间为膜状水所填充.
5
（三）土壤氮素转化 1、有机态氮的矿化
有机氮的矿化是指蛋白质、氨基糖、核酸等有机氮 化合物分解并释放无机形态NH4+的过程。 影响有机氮矿化作用的因素：
（1）土壤有机氮的C/N比 （2）土壤含水量 （3）施肥
6
2、无机态氮的转化
NH3
挥发
硝化作用
NO3-
NH4+=NH3 +H+
无机胶体 表面的铵
（1）有机态： （2）无机态：水吸溶附态态
矿物态 Ca-P、Fe-P、Al-P、O-P等 9
（三）土壤中磷的转化
1、有机磷的矿质化作用
2、无机磷的固定作用
化学固定作用 表面吸附固定 闭蓄固定 生物固定
土壤酸碱性 3、影响土壤磷有效性的因素 土壤氧化还原性
土壤有机质含量
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三、土壤钾素
（一）土壤钾素的含量及影响因素
我国土壤钾素含量在0.5~25.0g/kg之间，其影响因素有:
成土母质 生物气候条件 土壤质地 耕作施肥
（二）土壤中钾的形态
（1）水溶态 （2）吸附态
有效钾
（3）固定态 缓效钾
（4）矿物态 难效钾
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（三）土壤钾素的转化
1、土壤钾素的释放 土壤中交换态钾转变为非交换态钾的过程。 2、土壤钾素的固定 土壤中缓效钾转变为交换性钾和水溶性钾的过程。
土壤水存在于土粒的表面的土粒间的孔隙中,是由 土壤中各种力来保持的。
15
一、土壤水分的保持和类型
保持土壤水分的作用力有： 吸附力 范德华力 OH2—O— 胶粒 极性引力
毛管力（弯月面力）
（一）吸附力 是指土粒表面分子与水分子之间的吸附力 (范德 华力)以及 胶体表面电荷对水的极性引力。
范德华力 属短矩离作用力，吸附的水少，但吸附力极强，为 3.1-1000MPa，由这种力吸附的水称之为 吸湿水（紧束缚水）。 具有固态水的性质，为无效水。