土壤肥料学基础知识

目录第一部分土壤学基本知识第一章土壤与土壤学第二章土壤形成、分类第三章土壤有机质第一节土壤生物第二节土壤有机质第三节土壤有机质的作用与调节第四章土壤孔隙性、结构性和耕性第一节土壤孔隙性第二节土壤结构性第三节土壤耕性第五章土壤水分、空气和热量状况第六章土壤养分和供肥性第一节土壤养分第二节土壤的供肥性第七章土壤酸碱性第八章土壤剖面形态第九章盐碱土第十章土壤改良第十一章植物营养与施肥第一节植物营养第二节合理施肥第一部分土壤学基本知识第一章土壤与土壤学一、土壤的概念及组成土壤是一个复杂的自然体,在世界各民族语言中,土壤像"母亲"两字一样均可找到.世界各国不同学科的学者对土壤有不同的认识,从不同的角度给予了不同的解释.持地质学观点的人,认为土壤是地表岩石风化的碎屑；持化学观点的人,认为土壤是植物养分的贮藏库；环境学家认为"土壤是重要的环境要素,环境污染物的缓冲带和过滤器"；生物学家认为"土壤是地球表层系统中,生物多样性最丰富,生物地球化学的能量交换、物质循环〔转化〕最活跃的生命层".而土壤学家与农业学家,那么认为"土壤是固态地球表面具有生命活动,处于生物与环境间进行物质循环和能量交换的疏松表层".土壤具有培育植物的能力,即土壤肥力,这是土壤最根本的特性.它受人类活动的影响.近几十年来,随着环境科学和水产事业的发展,对水体和水下资源的研究与开发进行了大量的工作,国内外许多学者趋向于把浅水域底部的疏松层纳入士壤的X畴.土壤是在母质、气候、生物、地形和时间等5种自然因素综合作用下形成和发展的特殊自然体,是能够生产植物收获物的陆地疏松表层.主要由矿物质、有机物、空气、水分和土壤生物等五部分组成,也可概括为固相、液相和气相.土壤含有植物生长所需的矿物质营养元素,疏松多孔,具有通气透水性、保水保肥性、结构性、可塑性,能提供植物生长发育所需的水、肥、气、热等生活条件；土壤是植物根系生长发育的基地,是植物生长的立足之地；也是植物营养物质转化和不断循环的场所.土壤为什么能够生长绿色植物呢？因为土壤具有一定的肥力.土壤肥力是指土壤具有能同时并不断地供给和调节植物生长发育所需要的水、肥、气、热的能力.肥沃的土壤能够充足、全面、持续地供给植物所需的各种生活因素,而且能调节和抗拒各种不良自然条件的影响,还能调节各肥力因素之间存在的矛盾,以达到适应和满足植物生长的要求.土壤肥力是土壤区别于其它自然物质的本质特性,是土壤物理、化学和生物特性的综合表现.它包括水分、养分、空气、热量四个肥力因素,这些因素在不断变化,又相互联系、相互制约和相互协调.不同的植物和植物不同生育时期,对水分、养分、空气和热量的要求不同,当这些因素能最大限度地满足某种植物的要求时,才是土壤肥力的最高表现.土壤肥力可分为自然肥力和人为肥力.自然肥力是指在母质、生物、气候、地形和时间各种自然因素共同作用下形成和发育的肥力.在自然界##未开垦的原始土壤和原始森林的土地所具有的肥力才纯属自然肥力.人为肥力是指人们对土壤进行耕作、施肥等经营措施影响下所形成的肥力.耕作土壤的肥力是自然肥力和人为肥力的综合表现.肥料是能为植物直接或间接供给养分的物料.施肥能改良土壤性状,提高土壤肥力,改善产品品质,增加植物产量.根据肥料的不同性质与特点,可将常用肥料分为三大类,一是化学肥料,又称无机肥料.如硫酸铵、碳酸氢铵、尿素、硫酸钾、过磷酸钙和磷矿粉等；二是有机肥料,又称农家肥料.如人畜粪尿、绿肥、堆沤肥、饼肥等；三是生物肥料.如根瘤菌剂以及各种生物制剂等,是一种间接性肥料.二、土壤的重要功能土壤有三个重要的综合功能,即土壤肥力、土壤净化力和土壤自动调节能力.l、土壤肥力土壤肥力是土壤本质的属性,是土壤具有的能同时和不断地供应和调节植物生长发育所需的水、肥、气、热生活因素的能力.肥沃的土壤能够充足、全面、持续地供给植物所需的各种生活因素,能调节和抗拒各种不良自然条件的影响,能调节各肥力因素之间存在的矛盾,以达到适应和满足植物生长的要求.肥力变化使不能利用的潜在肥力转变为有效状态,土壤肥力得以迅速提高,从而提高了农业生产的水平.人工肥力是在认识自然规律的基础上充分利用科学技术的成就而获得的.耕作技术愈完美,培肥措施愈合理,在土壤肥力的发展过程中定向改良土壤的作用越大.土壤生产力与土壤肥力是两个相互联系但又不同的概念.高产的土壤必定是肥沃的,但并不能断定肥沃的土壤一定高产.要提高土壤生产力〔即提高植物产量〕,既要重视土壤肥力的研究,又要研究土壤与其环境间的相互关系.2、土壤自净能力污染物进入土体后,通过稀释和扩散可降低其浓度,减少其毒性；或者被转变为不溶性化合物而沉淀；或被胶体牢固吸附,从而暂退出生物小循环,脱离食物链；或通过生物和化学降解作用,转变成无毒或毒性较小的物质；或经挥发和淋溶,从土体迁移至大气和水体.所有这些现象,都可以理解为土壤的净化过程,但是土壤的净化能力主要是指生物学和化学的降解作用.土壤自净能力的强弱取决于土壤组成及性质的综合作用.其影响因素很多,主要受土壤孔隙状况、土壤胶体体系、化学平衡体系、酸碱物质体系及生物体系的影响.由于土壤具有同化和代谢环境进入土体物质的能力,使许多有毒、有害的污染物变成无毒物质,甚至化害为利.因此从环境科学的角度看,土壤是保护环境的重要净化体.3、土壤自动调节能力〔广义的土壤缓冲性能〕土壤的各组成部分并不是孤立的,它们相互作用并互相连接成一个网络,构成完整的土壤结构系统.这个系统的各种性质是相互影响相互制约的,当环境向土壤输入物质与能量时,土壤系统可以通过本身组织的反馈作用进行调节与控制,保持系统的稳定状态.土壤本身所具有的各种调控能力,总称为土壤自动调节能力.它是土壤综合协调作用的反应.它维护着土壤生态系统的相对平衡,它不仅反应土壤各种性状的相对稳定性〔如土壤的缓冲性、保水性、稳温性以及土壤生物群体的稳定性等〕,而且还表现为土壤生态系统的综合功能性〔土壤肥力、自净能力和自动调节能力〕.三、土壤的地位1、土壤是人类生存的条件人类的生存离不开农业,土壤是植物生长的天然基地.绿色植物的生活要素有日光〔光能〕、热量〔热能〕、空气〔主要是氧气和二氧化碳〕、水分和养分.植物为动物生产〔畜禽、水产养殖业〕提供饲料,所以动物生产也离不开土壤.在科学发达的今天,随着设施农业的发展,虽然能在温室或大棚中进行无土栽培,生产蔬菜或育苗等,但目前人类还不能脱离土壤进行大规模农、林、牧生产.土壤仍然是进行人类生产所不可缺少的重要的生产资料,人类的衣、食、住、行和社会的发展都要依赖土壤.正如马克思所说："土壤是世代相传的人类生存条件和再生产条件".2、土壤是人类生存的环境土壤不仅是生物赖以生存的基地,也是人类生活的环境.是生物圈能量转化和物质循环的重要场所.土壤资源虽可永续使用,但从数量上看却是有限的.因为我们地球上陆地面积是有限的.陆地上被土壤覆盖的面积更是有限的,据20世纪90年代初统计资料："我国总土地面积约8.8×108hm2,占全国总面积的91．3％,其中,草地2．67×108hm2、林地1．87×108hm2、耕地仅有1．29×108hm2,尚未利用的土地2．71×108hm2.但人均占有耕地仅有0.13hm2、林地0．11hm2、草地0.27hm2,远远低于世界平均水平.土地资源的有限已成为制约我国经济和社会发展的重要问题.因此,"十分珍惜每一寸土地,合理利用每一寸土地,应该是我们的国策".总之,土壤是绿色生命的源泉,是人类生存最基本、最广泛、最重要、最珍贵的自然资源.它维系着自然界的生态平衡,使万物充满生机.它关系到人类的生存和社会的发展.四、土壤肥料在农业生产中的地位与作用农业生产是由植物生产、动物生产和土壤管理三个环节组成的.植物生产〔种植业〕主要是通过绿色植物的光合作用制造有机物质,把太阳辐射能转变为化学能贮藏起来,植物产品作为食料和工业原料被人类所利用.动物生产〔养殖业〕是把一部分植物产品和残体作为喂养畜、禽、鱼类的饲料和饵料,以便充分地利用这些有机物质及其包含的化学能,进一步为人类提供动物性食品、工业原料和家畜饲料.土壤管理是土壤的施肥耕作管理,把未曾利用的动植物残体和人畜粪尿,通过耕作,归还给土壤,变为植物可利用的养分,同时增加和更新土壤有机质,提高土壤肥力.肥料是粮食的"粮食",是重要的农业生产物资,在农业生产中起着重要的作用.肥料的科学施用可以提高产量、增加收益、改善农产品品质、提高土壤肥力、保护环境.但是,如果用得不合理,那么不仅浪费资源,还可能引起相反的效果.我国人民有几千年施用有机肥的经验,在传统农业生产中,劳动人民靠施用有机肥维持农业系统内部的物质能量循环,使农业生产得以稳定发展.但是这种封闭的农业物质循环生产水平是不高的,难以满足现代社会日益增长的要求.因此,20世纪50年代以来,化肥的使用逐渐增加,化肥在农业生产中发挥着越来越大的作用.五、我国土壤科学的发展我国具有非常悠久的农业发展历史,我国劳动人民在长期的农业生产实践中,有独特的创造和经验.特别是在土壤科学方面,累积了十分丰富的识土、用土、评土、改土经验,为建立和发展土壤科学做出了宝贵的贡献.控制水土流失的梯田修筑、耕作制中的轮作倒茬、用地养地的粮豆套种、农家肥料的沤制与使用、保墒保肥的耕作措施等,都居于世界农业发展的前列,成为我国农业精耕细作的优良传统.早在2000多年前,从春秋战国到秦、汉、后魏期间,就已总结出了在农业生产中所取得的经验,有的至今仍不失其在农业生产中的重要参考价值.其中著名的农书如《禹贡》、《管子·地圆篇》、《汜胜之书》、《齐民要术》等.另外,在其他古籍书中也有不少关于农业发展,特别是关于土壤知识的记载.在《禹贡》中叙述了当时关于土壤分类问题,描述了九州土壤的特征、地理分布和肥力状况,是世界最早的土壤分类及肥力评定的科学著作.在《管子·地圆篇》中提出了因土种植的土宜概念.《汜胜之书》中还提出要因土耕作,在不同的土壤上采用不同的耕作方法.《齐民要术》叙述了以深耕为中心结合耙、耱、镇压的耕作制,以及种植豆科绿肥的经验.在这些书中还提出了"多粪肥田""弱土而强""粪田宜稀"等土壤培肥的基本理论.在宋、元、明、清时代又出现了不少农书,如：《王祯农书》、《农政全书》等.《王祯农书》中的"粪壤篇"提出土壤虽异,治以得宜,皆可种植,以及"地力常新壮"等用土改土的科学观点.根据以上我国大量农业科学书籍可见,我国劳动人民对于土壤的认识、利用、改良和培肥已经奠定了我国土壤科学的基础.对于土壤科学中主要内容如土壤分类、土壤形成因素和成土过程、土壤肥力的性状、培肥原理、土壤改良、控制水土流失以及种植绿肥、施用有机肥等均提出了科学论证,至今仍为我国进行土壤科学研究和农业生产的重要参考和根据.我国土壤工作者1958年、1979年分别进行了全国土壤普查,基本查清了我国960万平方公里面积上土壤的类型、分布、属性、土宜、障碍因素等土壤的基本情况.这为各级进行农业区划分、合理利用土壤资源、制定荒地开垦规划、改良低产土壤、培养高产土壤、控制水土流失、经济合理施肥等提供了科学的依据和资料.另外,因我国土壤科学研究工作面向经济建设,在土壤资源开发利用、提高土壤肥力、中低产田改良、肥料合理施用以及防治土壤盐渍化、沙漠化、水土流失方面都做了大量工作,为国家做出了很大贡献.在学科方面也得到很大发展,并与国际土壤科学的发展同步.六、土壤科学发展的主要任务随着社会的不断发展,人类活动对全球生态环境的冲击强度及规模也在不断扩大,使整个世界自20世纪中叶以来一直为人口-粮食-资源等一系列问题所困扰,有土才有粮,土壤科学今后的发展必须为人类享有充足的食物和清洁的环境作贡献.因我国人口众多,耕地极少,在今后相当长的时期内,提高粮食生产仍是主要任务.但无论是扩大种植面积还是提高集约化程度,在资源与环境保护及治理方面,中国绝不能走先开发后治理的道路,必须采用开发和治理并举的方针.我国土壤学今后的主要任务是：1、节源高效持续农业中土壤肥力的保持与提高持续农业的概念包括土地利用的连续性、环境质量的保持与提高、经济价值的增加、生产力的稳定增长、代传土地质量的提高以及抗风险的能力增强等方面.实际上是土壤肥力的永续维持."石油农业"极大地刺激了现代化农业的发展,但在成功的同时,也随之带来了能源危机、环境污染、生态破坏等灾难,致使许多地区水土流失、资源减少、物种灭绝、环境恶化与病虫猖撅等."生态农业"是以生态学基本原理为指导,根据生态系统内部物质能量转化的生物学规律建立起来的一个综合型农业生产结构,该系统中的生产物质多半是再生资源,可以循环地发挥作用,从而创造一个"结构有序、互相依存、彼此促进、动态平衡"的人工与自然相结合的最优复合生态系统,把向自然索取与改善环境、资源开发与保护结合起来,寓养于用,使土壤肥力得以维持与提高.2、保护土壤资源、加强区域治理、改善生态环境条件我国土壤资源的特点,一是绝对数量大,人均占有少；二是山地土壤多,耕地面积小,这些特点决定了我国土壤资源合理利用和保护必须从两方面着手.3、保护水资源及其合理利用全球X围内可利用的淡水资源严重不足,水成为我国农业生产和环境建设中的主要限制因素之一.4、全球土壤变化由于持续集约利用与不合理垦殖,土壤正在不断发生变化,这不仅影响了土地的承载能力,而且对全球气候变化也产生直接或间接的影响.第二章土壤形成、分类一、土壤的形成土壤是由岩石和矿物经风化后残留在原地或经搬运、沉积后而成为母质,母质在各种自然因素和人为因素作用下通过成土作用转变成的.土壤的形成有时也称土壤的发生,是一个物理、化学及生物化学过程.土壤的形成或发生主要包括母质颗粒的变小、矿物颗粒的重排、有机物质的加入、矿物类型的变化、土壤层次的形成及粘粒的产生等过程.成土因素：通常指自然因素,包括母质、气候、生物、地形及时间等五个因素.人为因素：指在土壤的发生发展过程中,由于人类的各种生产和生活活动对其所施加的作用或影响.由于气候的不同,我国各地的土壤也有较大差异.我国中温带地区的土壤自东向西为黑土→黑钙土→栗钙土→棕钙土→灰钙土；我国温带地区,自北而南,从棕色针叶林土→暗棕壤→棕壤→褐土.二、土壤分类土壤分类是指根据土壤性质和特征对土壤进行划分.土壤分类是认识土壤的基础,是进行土壤调查、土壤评价、土壤利用规划和因地制宜进行种植的依据.《齐民要术》中,根据农民生产实践经验,把土壤分为弱土、重土、紧土、缓土、肥土、脊土、燥土、湿土、生土、熟土、寒土、暖土等.《中国土壤分类系统》从上至下采用土纲、亚纲、土类、亚类、土属、土种、变种七级分类单元,其中土纲、亚纲、土类、亚类属高级分类单元,土属为中级分类单元,土种为基层分类的基本单元,以土类、土种最为重要.〔1〕土纲：土纲是最高级土壤分类级别,是土壤重大属性的差异和土类属性的共性的归纳和概括,反映了土壤不同发育阶段中,土壤物质移动累积所引起的重大属性的差异.〔2〕亚纲：亚纲是在同一土纲中,根据土壤形成的水热条件和岩性及盐碱的重大差异来划分.〔3〕土类：土类是高级分类的基本单元.它是在一定的自然或人为条件下产生独特的成土过程及其相适应的土壤属性的一群土壤.同一土类的土壤,成土条件、主导成土过程和主要土壤属性相同.〔4〕亚类：亚类是土类X围内的进一步续分,反映主导成土过程以外,还有其他附加的成土过程.〔5〕土属：土属是土壤分类系统中的中级分类单元,土属主要根据成土母质的成因、岩性及区域水分条件等地方性因素的差异进行划分的.盐土可根据盐分类型可划分为硫酸盐盐土、硫酸盐一氯化物盐土、氯化物一硫酸盐盐土、氯化物盐土等.〔6〕土种：土种是土壤基层分类的基本单元.它处于一定的景观部位,是具有相似土体构型的一群土壤.土种主要反映了士属X围内量上的差异,而不是质的差别.可根据土层厚度、腐殖质厚度、盐分含量多少、淋溶深度、淀积程度等这些量或程度上的差别划分土种.盐化土壤可根据盐分含量及缺苗程度来划分土种〔7〕变种：变种又称亚种,它是土种的辅助分类单元,是根据土种X围内由于耕层或表层性状的差异进行划分.如根据表层耕性、质地、有机质含量和耕作层厚度等进行划分.中国土壤分类系统的高级分类单元主要反映了土壤发生学方面的差异,而低级分类单元那么主要考虑到土壤在其生产利用方面的不同.1998年,中国土壤分类系统把土壤分为铁铝土、淋溶土、半淋溶土、钙层土、干旱土、漠土、初育土、水成土、半水成土、盐碱土、人为土和高山土等12个土纲.盐碱土〔土纲〕,盐土和碱土〔亚纲〕,盐土分为草甸盐土、滨海盐土、酸性硫酸盐盐土、漠境盐土和寒原盐土五个土类,滨海盐土包括滨海盐土、滨海沼泽盐土和滨海潮滩盐土三个亚类；碱土包括一个碱土类,碱土类包括草甸、草原、龟裂、盐化和荒漠碱土五个亚类.中国土壤系统分类为从上至下采用土纲、亚纲、土类、亚类、土族、土系六级,其中土纲、亚纲、土类、亚类属高级分类级别,土族、土系为基层分类级别.中国土壤系统分类把土壤分为有机土、人为土、灰土、火山灰土、铁铝土、变性土、干旱土、盐成土、潜育土、均腐土、富铁土、淋溶土、雏形土和新成土等14个土纲.三、土壤质地土壤中各粒级的土粒所占的比例及其所表现出的物理性质称为土壤质地.土壤质地对土壤的水分、空气、热量、耕性及肥力有影响,对土壤水、气运动及土壤热性质的变化和作物根系的伸长和发育有较重要的作用,它是反映土壤肥力状况的一个重要指标.1975年中国科学院南京土壤研究所等单位将土壤质地分成砂土、壤土和粘士三个基本等级.〔土壤质地国际制分类分为沙土、壤土、粘壤土和黏土四大类〕.土壤质地首先影响土壤的孔隙性质及养分含量,进一步作用于土壤的通透性、保肥性、供肥性、土壤温度状况及耕性等性质.根据土壤质地不同所反映出来的肥力特性也不同.主要表现为：1、砂土类.土粒间为大孔隙,排水通气能力强,保水性差,易旱.养分含量低,有机质分解快,保肥力弱,但施肥易见效.土壤水少气多,昼夜温差大,适合栽培一些收获物为地下部的作物.早春土温上升快,所以有时称"热性土".作物前期生长相对较快,但后期易脱肥,故有"发小苗不发老苗"之说.适合种植薯类、花生、谷子、瓜类等生育期短、要求土壤疏松的作物.2、粘土类.其肥力一般与砂土类正好相反.土粒间多毛管孔隙和非活性孔隙,土壤的通气透水能力差,抗旱性差,但保水性强,毛管作用明显.由于通透性差,有机质消耗小于砂土,其有机质含量一般稍高于砂土,保肥力强,养分含量高.春季由于升温较慢,故也称为"冷性土".保肥力强,肥效长,但苗期供肥有时不能满足作物需要,后期供肥一般较足,又称为"发老苗不发小苗"；适合种植稻、麦、棉花等生育期长、对养分需求量大的作物.3、壤土类.它的肥力特征和农业生产特点介于砂土和粘土之间,是一种比较优良的质地类型,兼有砂土和粘土的优点,却没有二者的不足.因此,它能适合大多数作物.四、不良土壤质地的改良适宜作物种植的土壤条件称为土宜.不同作物要求土壤条件不同,对过砂过粘的土壤要进行逐年改良.在我国现有耕地中,因耕层过砂过粘需要改良的面积有7万～14万hm2,土壤耕层过砂过粘,夹砂夹粘,通体砂,通体粘等土体构型,均不能满足作物对水、肥、气、热协调供应的需要,需加以改良.其改良途径和措施,要因地制宜,就地取材,循序渐进地进行.在园艺生产上,通常要对土壤质地进行改良.改变或改善土壤质地的方法：1、增施有机肥,改良土性.增施有机肥是培肥土壤的重要措施之一.每年大量施用有机肥,不仅能增加土壤中的养分,而且能改善过砂过粘土壤的不良性质,增强土壤保水、保肥性能.因为有机肥施入土壤中形成腐殖质,可增加砂士的粘性和团聚性,降低粘土的融结性,促进土壤中团粒结构的形成.因此,施用有机肥对砂土或粘土都有改良作用,它是一种后效长的改良措施,其改良效果粘土大于砂土,因为腐殖质在粘土中容易累积,而在砂土中容易分解的缘故.2、客土法.客土法是指在粘土中掺砂或在沙土中掺粘粒以达到改良土壤质地的一种方法.此法效果较好,但费工费时,不适宜于在生产上大规模推广,但在育种育苗时可用此法改良苗床的土壤质地.〔1〕掺砂掺粘,客土调剂.一般要就地取材、因地制宜.在砂地附近有黏土、胶泥土、河泥,可采用搬粘掺砂的办法.粘土地附近有砂土、河砂者可采取搬砂压淤的办法,逐年客土改良,使之达到三泥七砂或四泥六砂的壤土X围.〔2〕翻淤压砂或翻砂压淤.砂土层下不深处有淤泥层,粘土层下不深处有砂土层,可以采用深翻,或"大揭盖"将砂、粘土层翻至表层,经耕、耙使上下砂粘掺混,改变其土质.〔3〕引洪漫淤或引洪漫砂.洪水中所携带的淤泥是冲蚀地表的肥土,含养分丰富.把洪水有控制的引入农田,使淤泥沉积于砂土表层,既可增厚土层,改良质地,又能肥沃土壤,农民说"一年洪水三年肥"."引洪漫砂"亦低,漫淤那么将畦口抬高,每次漫砂漫淤不能超过10cm,逐年进行,可使大面积的砂土地或粘土地得到改良.在靠近黄河中下游的河南新乡一带应用很广.第三章土壤有机质第一节土壤生物土壤生物是指生活于土壤中的有机体,包括土壤动物和土壤微生物.一、土壤生物类型的多样性〔一〕土壤微生物类群及作用土壤微生物包括细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物五个类群,它们与土壤肥力的演变,营养元素的转化有密切的关系.如图所示：1、细菌.土壤细菌占土壤微生物总数的。