土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
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土壤肥料学
土壤是陆地表面由矿物质、有机质、水分、空气和生物组成，具有肥力、能生长植物的未固结层。
简：陆地表面具有肥力特征、能够生长植物的疏松表层。
土壤肥力(soil fertility)：土壤具有供应与协调植物生长发育所需的水分、养分、空气和热量的能力。
四大肥力因子：水、肥、气、热肥料：凡是能够直接供给植物生长必需营养元素的物料，称为肥料。
有机肥料和化学肥料。
土壤生产力（soil productivity）：土壤产出农产品的能力，是由土壤本身的肥力属性和发挥肥力作用的外界条件所决定的。
本章重点掌握♣土壤肥力四因素是什么？♣土壤、土壤肥力、土壤生产力的概念？♣土壤圈与其它圈层的关系？矿物(mineral matter)是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，具有一定的化学组成、物理性质和内在结构，是组成岩石的基本单位。
自然界的岩石按成因可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类一、岩浆岩岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。
特性：没有层次，没有化石。
二、沉积岩沉积岩是各种地质沉积物（早期岩石风化物、生物残体等）经搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。
特性：有层次性，常含有化石.三、变质岩原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分而形成的新岩石。
特性：致密坚硬，不易风化，呈片状组织。
风化作用(weathering)：岩石、矿物在外界因素和内部因素的共同作用下，逐渐发生分解和崩解的过程。
物理、化学、生物作用三种作用同时进行（一）物理风化岩石、矿物发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造的改变，一般不引起化学成分变化的过程称为物理风化。
产物：颗粒较粗，多偏砂，石砾多，养分不易释放出热力、冰劈、风和流水、冰川、卸荷（二）化学风化岩石和矿物在大气、水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化溶解、水化、水解作用--最基本、最重要、氧化（三）生物风化作用岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用1 生物的机械破碎作用2 生物的化学分解作用成土母质(parent material)的特性：1．表面积增加2．孔隙性发展3．植物营养元素释放成土因素：母质、气候、地形、生物、时间、人为原生矿物:风化过程中没有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物。
第四章(2) 土壤水、气、热
湿土重 = 237.4-93.4 = 144 g 烘干土重 = 213.4-93.4=120 g 容重=烘干土重/土壤体积 =120/100=1.20 含水量=水分重/烘干土重 =(144-120)/120 =200 g/kg
22
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
22
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
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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
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第四章土壤水分、空气与热性质示文稿1.ppt
❖ 2、性质： ❖ ①紧靠土粒表面的水分子受到的吸持力范围从109Pa－
3.1×106Pa（10000－31大气压） ❖ ② 密度1.2－2.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出固态水的性
质。
❖ ③冰点低至－7.8℃，不能移动，没有溶解能力。
❖ 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因此， 吸湿水对植物是一种无效水
水+气=总孔隙容积
土壤空气容积百分数=孔隙度－水容（%） 土壤固相物质所占的容积百分数=1一孔隙度
可求出土壤固液气三相物质容积比
（三）水层厚度 将一定面积一定厚度土层中的水分总量，换算
成水层厚度（mm），是与气象资料相吻合的一种表示方式。
水层厚度（mm）=土层厚度（mm）×水容% =土层厚度（mm）×水重%×土壤容重
（四）水的体积 将一定面积和一定深度土层中含水总量，
换算成水的体积来表示。
水的体积=土壤面积×土层厚度×土壤容重×水重% 若面积为亩则：
2000
12
水的体积（m3/亩）= ×水层厚度(mm)× = ×水层厚度(mm)
3
1000 3
式中1/1000是将毫米数换算成米数，2000/3为一亩地面积（m2）
五、土壤水分的能量状态
❖ 土壤水的能态是指土壤中水分的能量状态，常用土水势和水 吸力来表示。
❖ （一）、土水势 ❖ 1、概念： 土壤中的水在土壤中受到了各种力场的作用，如
吸附力，毛管力等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分 子活动能力降低了），土壤水的自由能和纯自由水之间自由 能的差值，其值大小等于在标准大气压等温条件下，单位数 量的纯自由水转变成土壤水时所作的功或其自由能的降低值 称为土水势。 ❖ 土水势严密的概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无 限少量的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的 某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量 来表示称为土水势。 ❖ 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值
3.1×106Pa（10000－31大气压） ❖ ② 密度1.2－2.4g/cm3，平均1.5g/cm3，表现出固态水的性
质。
❖ ③冰点低至－7.8℃，不能移动，没有溶解能力。
❖ 由于植物根系的渗透压一般只有15个大气压，因此， 吸湿水对植物是一种无效水
水+气=总孔隙容积
土壤空气容积百分数=孔隙度－水容（%） 土壤固相物质所占的容积百分数=1一孔隙度
可求出土壤固液气三相物质容积比
（三）水层厚度 将一定面积一定厚度土层中的水分总量，换算
成水层厚度（mm），是与气象资料相吻合的一种表示方式。
水层厚度（mm）=土层厚度（mm）×水容% =土层厚度（mm）×水重%×土壤容重
（四）水的体积 将一定面积和一定深度土层中含水总量，
换算成水的体积来表示。
水的体积=土壤面积×土层厚度×土壤容重×水重% 若面积为亩则：
2000
12
水的体积（m3/亩）= ×水层厚度(mm)× = ×水层厚度(mm)
3
1000 3
式中1/1000是将毫米数换算成米数，2000/3为一亩地面积（m2）
五、土壤水分的能量状态
❖ 土壤水的能态是指土壤中水分的能量状态，常用土水势和水 吸力来表示。
❖ （一）、土水势 ❖ 1、概念： 土壤中的水在土壤中受到了各种力场的作用，如
吸附力，毛管力等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分 子活动能力降低了），土壤水的自由能和纯自由水之间自由 能的差值，其值大小等于在标准大气压等温条件下，单位数 量的纯自由水转变成土壤水时所作的功或其自由能的降低值 称为土水势。 ❖ 土水势严密的概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无 限少量的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的 某一已定点，使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量 来表示称为土水势。 ❖ 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值
土壤肥力
2.膜状水：在土壤吸湿水外围，靠土粒 膜状水：在土壤吸湿水外围， 膜状水
剩余分子引力吸附的液态水膜。 剩余分子引力吸附的液态水膜。
受力：土粒表面剩余分子引力， （1）受力：土粒表面剩余分子引力，比 吸湿水受力小。 吸湿水受力小。 • 具有液态水的性质，但移动缓慢， （2）具有液态水的性质，但移动缓慢， 溶解力较弱，植物能吸收其中一部分， 溶解力较弱，植物能吸收其中一部分，弱 有效水。 有效水。 • （3）萎蔫系数：植物因无法吸收水分而发 萎蔫系数： 生永久萎蔫时的土壤含水量。是土壤有效 生永久萎蔫时的土壤含水量。 水的下限。 水的下限。 •
土壤水、 （3）土壤水、气、热与土壤养分的 相互关系： 相互关系：
• ①土壤空气和温度影响土壤养分的转化。 土壤空气和温度影响土壤养分的转化。 • ②土壤温度和水分影响土壤养分的有效性。 土壤温度和水分影响土壤养分的有效性。 • 温度升高，胶体吸收的养分易解吸，增强供 温度升高，胶体吸收的养分易解吸， 肥能力； 肥能力； • 温度升高，植物吸收水分增加， 温度升高，植物吸收水分增加，加快养分吸 收速度； 收速度； • ③土壤养分状况影响植物对水分的吸收与利用 举例，如土壤中磷钾丰富，增强抗旱力， （举例，如土壤中磷钾丰富，增强抗旱力，提高 对水分利用率）。 对水分利用率）。
3.毛管水：依靠毛管力保持在毛管孔隙
中的液态水。
• （1）受力：毛管力，比植物根吸力小。 • （2）具有自由水的性质：可以上下左右移 动，移动速度快，溶解力强，数量多，植 物吸收利用的主要形态。 • 毛管水的两种类型： A 毛管悬着水：降水或灌溉后，靠毛管力 保持在土壤上层毛管中的水分。
• 田间持水量：毛管悬着水达到最大数量时 （即所有毛管孔隙都充满水时）的土壤含 水量。 • 是有效水的上限，也是灌溉水量的上限。 其大小受土壤质地，有机质含量，结构， 松紧状况影响。
B731-土壤肥料学-第四章 土壤的肥力要素- 土壤水气热状况
2、膜状水（薄膜水） 指由土壤颗粒表面吸附所 保持的水层，膜状水的最大值叫最大分子持水量。 薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分，又称 为松束缚水分。
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
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。
土壤肥料学
热力学风化（温度变化）：由于季节和昼夜温度的变化，引起岩石热胀冷缩而崩解和破碎。
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。
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。
土壤学课件第四章土壤水肥气热四大肥力因素
18
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
27
2、 土水势的优点 ①表明水分的运动方向 ②可以在土壤、植物、大气之间统一使用 ③在研究手段上可提供一些更精确的方法
3、土水势的定量表示及换算
①单位质量水的势能
用焦尔/公斤表示
②单位容积水的势能 （多用）
③单位重量水的势
用巴、毫巴或大气压表示
用 厘米水柱高表示
28
关系：1 atm=1033 cmH2O 1 bar = 0.9896 atm = 1020 cmH2O 1 bar = 100 Kp = 1000 hP = 0.1MP 1 mbar = 1 hP
1土壤有机氮的cn比2土壤含水量3施肥2无机态氮的转化nh无机胶体表面的铵硝化作用nh挥发粘土矿物固定层状硅酸盐矿物层间nh生物氮有机固相结合态铵1氨的挥发2硝化作用3反硝化作用4氮的固定粘粒矿物晶格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四农田土壤氮平衡1土壤氮素的来源2土壤氮素的输出生物固氮大气沉降施肥与灌溉作物吸收土壤残留氮的损失3我国农田土壤氮素平衡状况五土壤氮素调节二土壤磷素二土壤磷的形态1有机态
（二）土壤磷的形态
（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
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
27
2、 土水势的优点 ①表明水分的运动方向 ②可以在土壤、植物、大气之间统一使用 ③在研究手段上可提供一些更精确的方法
3、土水势的定量表示及换算
①单位质量水的势能
用焦尔/公斤表示
②单位容积水的势能 （多用）
③单位重量水的势
用巴、毫巴或大气压表示
用 厘米水柱高表示
28
关系：1 atm=1033 cmH2O 1 bar = 0.9896 atm = 1020 cmH2O 1 bar = 100 Kp = 1000 hP = 0.1MP 1 mbar = 1 hP
1土壤有机氮的cn比2土壤含水量3施肥2无机态氮的转化nh无机胶体表面的铵硝化作用nh挥发粘土矿物固定层状硅酸盐矿物层间nh生物氮有机固相结合态铵1氨的挥发2硝化作用3反硝化作用4氮的固定粘粒矿物晶格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四农田土壤氮平衡1土壤氮素的来源2土壤氮素的输出生物固氮大气沉降施肥与灌溉作物吸收土壤残留氮的损失3我国农田土壤氮素平衡状况五土壤氮素调节二土壤磷素二土壤磷的形态1有机态
（二）土壤磷的形态
（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
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第四章 土壤肥力因素
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
（3）固定态 缓效钾
（4）矿物态 难效钾
11
（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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱH2O
（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）
（二）土壤磷的形态
（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
10
三、土壤钾素
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。
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。
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。
地下水位
毛管上升水达最大时的含水量称毛管持水量。
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
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。
— 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
14
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。
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。
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：
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.
18
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
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
（3）固定态 缓效钾
（4）矿物态 难效钾
11
（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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱH2O
（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）
（二）土壤磷的形态
（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
10
三、土壤钾素
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。
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。
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。
地下水位
毛管上升水达最大时的含水量称毛管持水量。
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
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。
— 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
14
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。
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。
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：
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.
18
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