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1土壤地理学教案课程编号：102205总学时：42（22）周学时：2适用年级专业（学科类）：地理科学开课时间：2011-2012学年第一学期使用教材：朱鹤键等：《土壤地理学》（第二版）高等教育出版社2010年11月土壤地理学教案2绪言一、土壤、土壤系统、土壤生态系统的基本概念（一）土壤土壤定义：土壤是地球陆地表面具有肥力能够生长植物的疏松层，是独立的历史自然体。其特征：有生物活性、孔隙结构；其功能：有肥力及生产性能,缓冲与净化功能。具有环境功能。单个土体：能够反映某一土壤大部特性的最小单元。聚合土体：空间上相邻、组成和性状相近的单个土体集合体（二）土壤系统和土壤生态系统土壤系统：复杂的物质与能量系统：物质与能量的迁移、转化、交换；开放系统，土壤生态系统；非线性和可变性。（三）土壤圈土壤圈概念：覆盖于地球陆地表面的连续体；地位与作用：土壤圈是地球表层系统的组成部分，它处于地球表层不同圈层界面及其相互作用的交叉带，是联系有机界与无机界的中心环节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。（它位于大气圈、生物圈、水圈、岩石圈的接触过渡地带，是有机界与无机界的结合部，是自然地理环境中物质循环和能量转化的重要环节和活跃场所。）土壤圈物质循环：指土壤圈内部的物质迁移转化过程及其与地球其他圈层之间的物质交换过程土壤圈对其他圈层的影响（二）土壤地理学的研究的主要内容和方法土壤地理学是以土壤及其与地理环境系统的关系为研究对象，它是研究土壤的发生发育、土壤分类及时空分异规律，进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据的学科，是自然地理学与土壤科学之间的交叉学科，也是一门综合性和生产性很强的学科。土壤地理学的研究内容：•土壤发生•土壤分类•土壤地理分布规律•土壤调查、制图•土壤资源利用保护•土壤生态环境土壤地理学研究方法：土壤野外调查土壤定位观测3室内分析研究其他土壤地理学研究方法：实验室化验分析与实验模拟研究法、遥感技术在土壤调查中的应用、数理统计与S-GIS在土壤研究中应用、土壤历史发生研究法。三、土壤地理学的发展概况（一）国外土壤地理学的发展概况对土壤科学发展产生了巨大推动作用的土壤地理学派有：以化学家李比希(1803－1873)为代表的农业化学土壤学派；以地质学家法鲁(1794－1877)为代表的农业地质土壤学派；以土壤学家库比纳(1897－1970)为代表的土壤形态发生学派。道库恰耶夫(1846－1902)：土壤地理学奠基人，发表了《俄国的黑钙土》，论述了俄国广阔草原地带一种松软、暗色的富含腐殖质的土壤特征及其空间分布，揭示了土壤发生与成土环境的密切联系，创建了成土因素学说，即土壤是气候、生物、母质、地形和时间等综合作用的产物。马百特：美国土壤科学奠基人，对土壤分类的贡献。詹尼(HansJenny)：美国著名土壤学家，对道库恰耶夫的土壤形成因素学说进行了补充修正，于1941年发表了《土壤形成因素》专著，认为在土壤形成过程中生物的主导作用并不是到处都是一样的。如果某因素所起的作用超过其他因素，那么就得出以该因素为主导的函数式，将主导因素放在函数式右侧括号内的首位。史密斯：美国学者，提出①土壤是成土因素综合作用的产物，只要成土因素相同，则形成的土壤也相同；②只要土壤相同，则土壤性质也相同；③按土壤性质分类土壤，将发生理论作为选择土壤分异特性的参考。提出了诊断层与诊断特性的概念，并建立了标准化、定量化的美国土壤系统分类体系(SoilTaxonomy)。（二）我国土壤地理学的发展概况古代土壤科学：起源早，而且土壤观察记载详尽。中国近代土壤地理学的发展缓慢，1930年之后受欧美土壤学理论的影响，开展了中国境内的土壤调查研究；20世纪50年代受道库恰耶夫土壤发生学派影响，开展土壤地理发生学研究；近年来中国土壤地理学研究正向标准化、定量化和国际化的方向发展。四、土壤地理学的发展前景围绕国民经济需要定性转向定量交叉学科渗透高新技术应用重视土壤圈物质循环及全球土壤变化；土壤资源持续利用研究得到重视；世界土壤资源参比基础和土壤信息系统的研究不断加强；土壤退化的形成机制和监测对策；土壤地理学研究内容日益扩展；加强与发展土壤地理学基础性理论研究。主要概念与术语土壤(soil)土壤剖面(soilprofile)4单个土体(pedon)土壤聚合体(polypedon)土壤圈(pedosphere)土壤肥力(soilfertility)土壤地理学(soilGeography)第1章土壤系统组成、结构与功能土壤系统土壤由固体、液体、气体三相物质组成，土壤中的各种生物、极其微小的土壤胶体也是其组成部分。一般情况，土壤固体体积占整个土体的一半左右，另一半为孔隙分别为水和气所占据。土壤生物体均生活在土壤孔隙之中。第1节土壤系统组成一、固相组成（一）土壤矿物土壤固体主要包括矿物质和有机质，其中矿物质占95％，有机质占5%左右。矿物质是土壤的基本组成物质，被称为土壤的“骨骼”。土壤矿物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。按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物三大类。1、原生矿物(primarymineral)概念：直接来源于母岩特别是岩浆岩。分类：铝硅酸盐类、长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物类和磷灰石类，土壤矿物的风化及稳定性序列52、次生矿物：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。形成过程：降解、重新合成、母质继承类型：简单盐类次生氧化物铝硅酸盐类高岭石类矿物蒙脱石类矿物水云母类矿物土壤矿物的形成、转化与分布规律6影响土壤矿物风化的因素：内在因素：矿物组成、结晶构造、理化性质外在因素：水分、温度、ph值和Eh值；生物矿物分布规律：在时间上的阶段性：脱盐基阶段、脱硅阶段、富铝化阶段在空间上的地带性：干寒→湿热土壤矿物风化强度指数：硅铁铝率（二）土壤有机质土壤有机质是土壤中的各种含碳有机化合物，其中包括动植物残体、微生物体以及它们的分解物、合成物。作用：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。虽然它在土壤中只占总重量的百分之几，但对土壤的形成、土壤肥力的产生、土壤的多重性质，却起着重要作用。来源：动植物残体森林土壤与草原土壤存在状态：机械混合、生命体、溶液态、有机无机复合态分类：非特异性土壤有机质：生物残体及其代谢产物是土壤有机质的重要来源成分：碳水化合物、蛋白质、木质素、脂肪等糖类，含氮化合物、含磷化合物、含硫化合物土壤腐殖质：土壤腐殖质(soilhumus)是土壤特异有机质，也是土壤有机质的主要组分，约占有机质总量的50％~65％。它是一种结构复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定形胶体物，是土壤微生物利用植物残体及其分解产物重新合成的高分子化合物。它是提供、保存土壤养分、改良土壤结构、改善土壤质地、协调水气热关系的关键物质。土壤腐殖质组分及其分离过程：胡敏酸、富啡酸、棕腐酸和胡敏素土壤腐殖质的性质：胡敏酸、富里酸之比较：元素组成、结构、形态、分子量、遇酸碱性质、胡敏酸：C、N芳香大溶碱不溶酸和酒精富里酸：O、S羟基小溶酸碱C/N、吸收性、可溶性颜色作用胡敏酸：高高低深保水、保肥富里酸：低低高浅养分释放（三）土壤有机无机复合粘土矿物与腐殖质胶体相互吸附。对土壤肥力影响很大二、土壤液相与气相的组成同存土壤孔隙，互为消长7土壤水分的意义：水分是土壤的重要组成部分之一，是植物生存所需水源的主要来源。它既是植物吸收养分的主要渠道，又是土壤中进行各种重要物理、化学、生物过程的载体和媒介。土壤水分含量对土壤形成发育过程及肥力水平高低都有重要的影响作用。土壤水分状况及其运动规律是土壤地理学、资源环境科学的重要研究内容之一。（一）土壤液相1、土壤水量平衡土壤水来源土壤水消耗土壤透水性2、不同气候条件下土壤水的收支状况各气候区土壤水的收支状况土壤水分状况(soilmoistureregimes)不仅影响土壤中物质能量的迁移转化过程，还影响土壤形成发育的方向和性质。根据成土环境及土壤特征，可以将土壤水分状况划分为以下类型：①淋溶型与周期淋溶型；②非淋溶型；③渗出型；④停滞型；⑤冻结型。⑤另外，全球土壤水分状况还具有明显的季节性变化3、土壤水类型：水分进入土壤后，受到分子引力、毛管力、重力等的作用，吸附或游离于土粒与土粒之间，表现为不同形态的水分类型，主要有吸湿水、膜状水、毛管水、重力水等。水分形态类型、物理状态、存在形式、受力情况、移动性、水分常数、含水量、影响因素、有效性84、土水势土水势(soilwaterpotential)是指单位水量从一平衡的土-水系统移动到与它同温度而处于参比状态的水池时所作的功。土水势类型：基质势(matrixpotential)、压力势(pressurepotential)、渗透势(osmaticpotential)、重力势(gravitationalpotential)、总水势(soilwaterpotential)。5、土壤溶液土壤溶液(soilsolution)是土壤水分及其所含气体、溶质的总称。分析土壤溶液组成、特性及其中化学过程，是土壤地理学、环境科学研究的重要内容。土壤溶液的组成溶质主要包括：①无机盐类；②简单有机物；③溶解性气体。土壤溶液中溶质成分具有巨大的时空差异性，它与许多因素存在相互作用溶液浓度：单位体积内的溶质总量克/升土壤溶液影响因素与过程：气候（降水、蒸发、温度）生物（根系与溶液）地下水土壤溶液的酸碱性土壤酸碱度是土壤重要的理化性质，它反映土壤溶液的物质组成性质。土壤对酸碱的缓冲性能：指土壤系统具有的抵抗因外界因子作用引起的酸碱剧烈变化的性能。原因：土壤胶体的缓冲作用碳酸及盐类结语：土壤具有稳定环境的性能这种能力是有限的这种性能不利于土壤改良土壤氧化还原过程：土壤中还普遍存在氧化还原作用，其氧化还原状况用氧化还原电位（Eh）表示。在通气良好的情况下，土壤处于氧化环境，Eh可达700mv，这时的土壤有机质分解迅速，营养物质易于释放，流失；在通气不良的情况下，土壤处于还原环境，Eh低于200mv，土壤有机质分解缓慢，还可能积累一些有9害物质，不利植物生长。影响土壤氧化还原的因素：通气状况有机质状况可变态物质状况植物根系和微生物活动状况（二）土壤气相意义：土壤空气是土壤的重要组成成分，它和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中，是影响土壤肥力与土壤自净能力的因素之一。特点：土壤空气基本来自大气，因此组成成分与大气也相似，其区别主要表现在几种气体的含量差异上：与大气比较：土壤空气中O2含量低，CO2、水汽含量高，并且还可能含有H2S、CH4、NH3、CO等气体。土壤气体交换：土壤中不断进行的动植物呼吸作用和微生物对有机质物的生物化学分解作用，使得土壤空气中O2不断消耗和CO2逐渐累积，其结果是土壤空气中O2、CO2浓度与近地层大气中O2、CO2浓度之间差异的扩大，这样必然引起O2、CO2气体分子扩散的发生。由于上述成分存在浓度差异，土壤空气与大气之间就会以气体扩散为主要形式进行相互交换，土壤中的CO2向大气扩散，大气中的O2不断进入土壤，这种方式，类似生物的呼吸，故称“土壤呼吸作用”。影响土壤空气组成的因素：土壤孔隙影响土壤气体交换的条件和因素：条件：孔隙与动力土壤的通气状况与土壤孔隙、质地、结构和土壤含水量等因素有关，它直接影响土壤肥力的释放和植物的生长。水气矛盾土壤空气成分对生物活动影响：通气不良导致还原性物质产生，阻碍植物生长，吸收水分、养分。第2节土壤系统的结构三相组成的关系一、营养结构（一）矿质化作用概念：有机残体→简单有机化合物→无机化合物碳水化合物的分解：碳水化合物→单糖→CO2+H2O影响因素：土壤有机质的类型：种类、C/N比、灰分土壤环境条件