第二章-土壤理化性质

土壤地理学[]第二章土壤理化性质与地理环境的关系知识回顾•O层：半分解或未分解的有机残体组成，主要是植物残体（枯落物层)；•A层：受生物气候或人类活动影响形成的有机质积累和物质淋溶表层。有机质含量高，颜色较暗黑；（腐殖质层）•E层：是硅酸盐粘粒、铁铝等物质明显淋失的漂白淋溶层；（淋溶层）•B层：硅酸盐粘粒、氧化铁、氧化铝、碳酸盐、其他盐类和腐殖质等物质聚积的层；（沉淀层）•C层：与土壤发育有密切关系的岩石风化物层；（母质层）•R层：坚硬的大块基石，非土壤发生层，却是土壤剖面的重要组成部分，土壤形成的基础。（母岩）土壤固相物质组成、土壤质地和土壤结构是决定土壤许多重要物理特性的物质基础，而土壤颗粒密度、土壤密度、孔隙度、土壤磁性和土壤颜色则是反映土壤物质组成和土壤发生条件的重要定量指标。第一节土壤物理性质一、土壤结构及意义（一）土壤结构以其形态类型1.土壤结构体：土粒（单粒和复粒）因胶结、凝聚等作用形成大小、形状不同的团聚体。2.土壤结构：土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。按形状可分为块状、片状和柱状三大类型；按其大小、发育程度和稳定性等，再分为团（粒）状、块状、棱柱或柱状、片状等结构。单个土粒团聚体微团粒单粒结构SingleGrained粒状结构Grained片状结构Platy块状结构Blocky柱状结构Columnar棱柱结构Prismatic大块状结构Massive单粒结构SingleGrained粒状结构Grained片状结构Platy柱状结构Columnar块状结构Blocky大块状结构Massive棱柱状结构Prismatic（1）球状或团粒状：疏松多孔，由腐殖质和高价盐胶结而成，是农业理想的的水稳性土壤结构。团粒直径为0.25-10mm；0.25-0.005mm:微团聚体（微团聚体）（2）片状：耕层土壤多年承受机具压力出现紧实的片状机构，影响根系下扎，容易排水不畅而内涝；（3）块状：外形不规则，多出现缺乏有机质的粘土中，内部结构紧实，多为非水稳态（4）柱状和棱柱状：多见于半干旱和干旱地区土壤下层，内部紧实，最典型为碱土的柱状结构；棱柱状多见于质地粘重和干湿交替发生的底层土壤，干湿交替缓慢时候易形成大棱柱结构。（5）大块结构：外形不规则而紧实，大于20mm，半湿润半干旱的具有碳酸钙淀积的心土或底土，以及亚热带具有明显黏粒聚集土层的心土层土壤结构团状（团粒状）片状块状棱柱状形态图发生土层A层E层B层B层（二）土壤结构形成机制1土壤结构形成的物质条件胶结物质存在，包括有机胶结物质和无机胶结物质土粒土粒土粒Ca2+腐殖质无机胶结物质以及胶结作用：包括粘土矿物、铁铝氢氧化物、硅酸凝胶和石灰质。通常带负电荷，与土壤中的二、三价正电荷的阳离子（Ca，Mg，Fe，Al）形成凝胶，形成初步微团粒，然后和腐殖质等胶体化合物进一步凝聚，逐步形成团聚结构。有机胶结物质及其胶结作用：包括土壤腐殖质、微生物菌丝体和黏液。最重要是腐殖质，能与钙、镁离子形成不可逆的凝胶，是形成水稳性团粒结构的重要胶结物质。土粒土粒土粒Fe2+腐殖质Fe3+Al3+2土壤结构形成的动力机制干湿交替胶结作用胶体的凝聚作用水膜的粘结作用土壤结构形成动力机制：生物作用（三）土壤结构以对土壤物理性质的影响不同类型土壤结构，给土壤带来不同的孔隙状况和分散状态，进而影响----土壤通气、透水、持水、保肥以及物质迁移。片状：土粒排列紧密、妨碍透水和根系下扎生长块状、柱状：内部紧实，构体间断裂大，漏肥漏水团粒（团聚体）：不同直径大小的多孔隙分布，解决土壤持水又透水的矛盾解决土壤供肥和保肥的矛盾解决土壤持水和通气的矛盾为什么说团粒结构是最佳的土壤结构？土壤质地与土壤结构的区别•是将土壤颗粒粘结在一起形成团聚体的物质，能显著的增加土壤中水稳定性团粒的数量，形成良好的团粒结构；•包括天然土壤结构改良剂和人工合成土壤结构改良剂两种；•天然改良剂：植物残体、泥炭、褐煤等原料,抽取腐殖酸、纤维素、木质素、多糖羧酸类等物质,或人工合成的高分子聚合物：聚乙烯醇和聚丙烯酰胺制剂土壤结构改良剂（土壤结构改良的人工方法之一）库布其沙漠治理二、土壤孔隙性（比重，容重，孔隙度）（一）土壤的比重与容重土壤比重：单位体积土壤固相物质的重量（不包括土壤孔隙体积）和同体积水的重量之比，无单位。一般土壤比重为2.65，测定方法：比重计法；土壤容重：单位体积原状土体（包括固体和孔隙在内）的干土重。单位为g/cm3,一般为1.325g/cm3。（环刀法）土壤容重是土壤发生学重要参数、是计算土壤孔隙度、水分和养分含量、和土层重量的必须指标，是评价土壤物理性质和肥力水平的重要依据。土壤孔隙度%=（1-容重/比重）×100%（二）土壤的孔隙性•土壤孔隙包括毛管孔隙（直径小于0.1mm）和非毛管孔隙（直径大于0.1mm），毛管孔隙使土壤具有持水能力；非毛管孔隙使土壤具有透水性和通气性。•土壤的孔隙性由毛管孔隙和非毛管孔隙组成，孔隙形状复杂多样，是土壤重要属性，影响土壤的水、肥、气、热。•适宜的土壤孔隙度为50%左右，而毛管孔隙和非毛管孔隙各占50%左右。•影响土壤孔隙性的主要是土壤质地、有机质含量和土壤结构土壤的多孔性称为孔隙性，孔隙所占体积的百分比，称为孔隙度蒙氏土壤颜色卡图三、土壤颜色是土壤物质成分和内在性质的外部反映，是土壤发生层外表形态的最显著标志，很多土壤类型的名称以其颜色命名，如黑土、红壤、黄壤等根据色调、彩度和亮度来确定颜色，一般采用美国蒙氏比色法测定，包含428个标准比色卡在明亮光线，湿润的土壤测定；避免在强阳光测定，并且土样应是新鲜而平的自然裂面为宜，不用刀削的平面四、土壤的热特性（一）土壤热量的来源土壤热量主要来源于太阳辐射、地球内部向外输送的热、土壤生物过程释放的生物热和化学过程产生的化学热，其中太阳辐射能占总能量来源的99.97%土壤所获得的的辐射能与地理纬度、地形条件、地表物质、季节变化和植被覆盖有关系（二）土壤的热平衡土壤所获得的太阳能转化为热能以后，主要部分消耗于土壤水分的蒸发及与大气层间的湍流交换上，一部分被生物活动所消耗，很少一部分通过热交换传导至土壤底层。土壤是热量交换界面也是水分物理形态转换界面，水分的物理形态转化，引起土壤温度的增减。土壤热量平衡和水分平衡决定土壤温度变化主要因素。（三）土壤热特性土壤热容量(soilheatcapacity或soilthermalcapacity)土壤热容量（质量热容量）是指单位质量土壤每升高（或降低）1℃所需要（或放出的）热量。用Cg表示，单位是J/（kg.℃）如果按单位容积计算（容积热容量），则为1立方米土壤每升高（或降低）1℃所需要（或放出的）热量，用Cv表示，单位J/（m3.℃）容积热容量=质量热容量×容重土壤导热性和导热率土壤具有对所吸热量传导到邻近土层性质，称为导热性。导热性大小用导热率表示。衡量土壤物质传导热量快慢的物理量。导热率:在单位截面、单位距离的土层，土壤温度相差为1℃时，单位时间传导的热量，其单位是J/（m.s.℃）。表6-4土壤不同组成分的导热率（焦耳/厘米·秒·度）土壤组成分导热率石英4.427×10-2湿砂粒1.674×10-2干砂粒1.674×10-3泥炭6.276×10-4腐殖质1.255×10-2土壤水5.021×10-3土壤空气2.092×10-4空气导热率最小，水导热率比空气大的多，而矿质土粒最大土壤的导热率越大，土壤温度变化越缓慢，导热率越小，土壤温度变化越快速当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导热率就小，温度变化快速。当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大，温度变化慢。砂土为暖性土和黏土为冷性土的原因：•土壤中的水分和空气对土壤的热容量起关键作用，而二者的热容量不同，水的热容量大于空气的热容量；土壤含水多，热容量大，温度变化慢；土壤含空气多，热容量小，温度变化快。•砂土，孔隙大，空气多，持水差，热容量小，日间易热，晚间易冷，春季升温快，被称为暖性土。黏土持水性强，空气少，热容量大，增温缓慢，称为冷性土。在春季未暖时候，过多雨水和灌溉使土壤不易升温，影响小苗生长。•在夏季高温时，可通过雨水和灌溉给土壤降温。•纬度低的热带亚热带获得太阳辐射多，土壤温度高于中高纬度地区。•同季节同纬度，干旱地区，水分蒸发消耗热量少，大量热能用于增温，而土壤温度变化迅速；而沿海湿润地区，水分蒸发大消耗热量多，使土壤温度变化幅度不至过高。•在山区随着高度的增加，土温还是比平地的土温低。•坡向与坡度对土壤温度的影响：坡地接受的太阳辐射因坡向和坡度而不同；不同的坡向和坡度上，土壤蒸发强度不一样，土壤水和植物覆盖度有差异，土温高低及变幅也就迥然不同。南坡的土壤温度和水分状况可以促进早发、早熟。•土壤的组成和性质对土壤温度的影响：土壤颜色深的，吸收的辐射热量多，红色、黄色的次之，浅色的土壤吸收的辐射热量小而反射率较高。在极端情况下，土壤颜色的差异可以使不同土壤在同一时间的土表温度相差2－4℃，园艺栽培中或农作物的苗床中，有的在表面覆盖一层炉碴、草木灰或土杂肥等深色物质以提高土温。（四）土壤温度的时空变化规律土壤温度变化的时间规律（1）季节变化表土温度起伏大于深部土壤变化，底土在秋冬比较暖，夏季比较冷，由于底土的掩蔽状态和热传导滞后性造成；（2）日变化一日中，表层土壤日间变暖，夜间变冷，最高温度出现在下午2点，最低温度在6点左右，表土变幅大，深土变幅小。（夏季浇水的问题?）土壤温度的时间规律土壤温度的季节或月变化地温计Tomato+potatoTomTato“嫁接思想”，也是一种“创新”第二节土壤吸收性能一、土壤吸收性能的概述（一）土壤机械吸收:土壤固相部分是一个疏松多孔体，当土壤溶液经过时，对物质进行过滤、阻滞、截流和保持。如土壤中的粘粒淀积层的发育与其密切相关；（二）土壤物理吸收：依靠土壤颗粒表面能和水的存在，静电引力吸附和保持分子态物质，如CO2，NH3，H2O，H2，有机酸等，可使一些养分物质免于淋失。（三）土壤化学吸收：土壤溶液可溶性物质经化学反应生成难溶性物质而沉淀，如H2PO4-及HPO42-与Ca2+，Fe3+，Al3+，形成沉淀，导致磷固定。化学吸收可以让养分流失也降低了养分有效性。（四）土壤生物吸收：生物有机体对养分选择吸收，并以有机质形式在土壤中积累过程，在通过微生物分解，将养分释放供植物利用。（五）土壤物理化学吸收：土壤胶体对溶液中的离子态物质的吸附作用。对土壤离子态物质迁移，养分供给，土壤缓冲性有重大影响。土壤吸收性能：土壤具有保持固相、液相和气相物质的能力二、土壤胶体及其性质2.1土壤胶体及结构土壤胶体：直径为小于2μm（分类制不一样，规定不一样，1,2,5μm都可以）土壤黏粒的通称。可以是矿质的，即土壤矿质胶体(无机胶体)，主要是次生的黏粒矿物。也可以是有机的，即土壤有机胶体，主要是多糖、蛋白质和腐殖质。多数情况下是有机矿质复合体，即核心部分是黏粒矿物，外面是有机胶膜，被吸附在矿质胶体表面。•胶体（英语：Colloid）又称胶状分散体（colloidaldispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。(豆浆，牛奶…)2.2土壤胶体的作用：•土壤胶体是土壤中最细小、最活跃的物质，对土壤保肥性、保水性、酸碱性、缓冲性、土粒的分散与凝聚、土体的膨胀与收缩、松紧度与可耕性等影响很大；也是土壤污染物清除所要研究的核心内容。土壤胶体构造图示2.3胶体结构：胶体核带有电荷，形成决定电位离子层，其外围吸附着介质带有异电荷离子，构成了补偿离子层，使胶体具有双电层结构。胶体微粒胶核双电层决定电位离子层（内）补偿离子层（外）非活性离子层扩散层2.4土壤胶体的性质（1）具有较大的比表面积，包括外表面积和内表面积，因此具有表面能，是土壤具有物理吸附性能的动力机制。我国几种主