土壤学课件

1土壤学绪论土壤是指覆盖于地球陆地表面，具有肥力特征的、能够生长绿色植物的疏松物质层。为植物生长提供营养条件和环境条件植物生产五大因素：光、热、水、肥、气一个良好的土壤应该能使植物：吃得饱（养料供应充分）喝得足（水分充分供应）住得好（空气流通、温度适宜）站得稳（根系伸展开、机械支撑牢固）土壤的本质—土壤肥力：在某种程度上能同时不断地供给和调节植物正常生长发育所必需的水分、养分、空气和热量的能力。四大肥力因子：水、肥、气，热第一章土壤矿物质土粒第一节形成土壤母质的矿物和岩石一、主要的成土矿物(一)矿物的概念：一类天然产生于地壳中且具有一定的化学组成、物理特性和内部构造的化合物或单质。矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以各种形态（固态、液态、气态）存在于自然界中。矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或胶体状态。(二)矿物根据成因可分为：1.原生矿物：直接来自岩浆岩(即火成岩)或变质岩的矿物，如石英、长石等2.次生矿物：原生矿物、火山灰或各种风化产物通过化学或生物作用而转变或重新合成新的粘土矿物和氧化物矿物。如高岭石是由钾长石风化来的。二、主要的成土岩石岩石：指由一种或数种矿物组成的天然集合体。根据岩石产生的原因,可分为三大类:变质岩1.岩浆岩（花岗岩、玄武岩等）——又叫火成岩，由熔融的岩浆上升到地壳不同深度或喷出地表冷凝结晶而成。2.沉积岩（石灰岩、砂岩等）——在地表条件下，各类岩石风化破坏后的产物，经搬运、沉积、重新固结而成的岩石。3.变质岩（石英岩等）——各类先成岩（岩浆岩、沉积岩、原有变质岩）由于地壳运动或受到岩浆活动的影响，在高温高压下，原有岩石内部发生剧烈变化，矿物重新结晶或重新排列，甚至化学成份发生剧烈变化，经过变质作用形成的岩石。沉积岩在世界上分布很广，大约占世界陆地面积的75%，在我国约占77.3%。是形成土壤母质的主要岩石。它的主要特征是一般具有成层性，常含有化石。第二节矿物岩石的风化作用与土壤母质一、风化作用的概念和类型风化作用：指地壳最表层的岩石在空气、水、温度和生物活动的影响下，发生机械破碎和化学变化的过程。2按照风化作用的因素和特点，分为：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。1.物理风化作用指岩石因受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。物理风化只能引起岩石形状大小的改变，而不改变其矿物组成和化学成分。(1)主要是温度引起岩石的热力学变化--昼夜温差、冻结。(2)盐类结晶的裂胀作用、流水冲刷和磨蚀、风砂磨蚀。2.化学风化作用指岩石在水和空气（主要是氧气和二氧化碳）的参与下进行的溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用等的总称，特点是岩石可进一步破碎成胶体状微粒，使原生矿物成分发生改变，产生在地表条件下比较稳定的次生矿物。(1)溶解作用CaCO3+H2O+CO2Ca2++2HCO3-(2)水化作用CaSO4+2H2OCaSO42H2O(硬石膏)（石膏）2Fe2O3+3H2O2Fe2O33H2O(赤铁矿)(褐铁矿)(3)水解作用--最基本、最重要2KalSi3O8+CO2+2H2OH2Al2Si2O8H2O+2SiO2+K2CO3(正长石)(高岭石)(含水二氧化硅)(钾盐)(4)氧化作用2FeS2+16H2O+7O22FeSO47H2O+2H2SO4(黄铁矿)(硫酸亚铁)3.生物风化作用:指动物、植物、微生物的生命活动及其分解产物对岩石矿物的风化作用。特点：植物营养元素在母质表层集中，同时累计了有机质，发展了肥力。(1)根系的挤压；(2)地衣、苔藓保蓄水分，加强化学风化；(3)呼吸产生的二氧化碳和有机酸，分解矿物等。二、土壤母质的形成及我国的主要成土母质（一）母质的形成裸露的岩石经风化作用而形成的疏松的、粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体，是形成土壤的母体，称为母质。岩石、母质和土壤的区别与联系联系：土壤中的矿物质及其初始无机养分（P、K、Ca、Mg等）主要来自于土壤母质。土壤母质中的原生矿物均来自于岩石。区别：母质与岩石的区别：母质不单纯是岩石的由大到小，而且产生了原来岩石所没有的新的特性。主要表现在物理性质和矿物组成、化学性质发生了改变。如母质有一定保水性能、吸附性能和产生了新的粘土矿物等。母质与土壤的区别：土壤具有完整的土壤肥力，其持水力更强，吸附能力更大，养分具有表聚作用，适用于植物生长。（二）我国的主要成土母质残积物坡积物3洪积物河流冲积物湖积物海积物风积物冰碛物残积物：未经外力搬运迁移而残留于原地的风化产物，多分布于山地与丘陵顶部较高的部位。紫色页岩残积母质河流冲积物：岩石的风化产物，受河流经常性流水浸蚀、搬运，在流速减缓时沉积于河谷地区的沉积物。湖积物：湖水泛滥沉积而成的沉积物，分布在大湖的周围。风积物：经风搬运而堆积的物质滨海沉积物：为海边的海相沉积物。第三节土壤矿物质土粒的组成和特性一矿物土粒的大小分级—粒级与粒级分类土粒分矿质土粒和有机质土粒，常指前者，因后者常复合存在且数量少。单粒：单独存在，如沙土；一般土粒是指单粒复粒：单粒相互聚集，如粘土(一)粒级的概念通常根据单粒直径大小及其性质上的变化，将其划分为若干组，称为土壤粒级（粒组）。将土壤中各种粒径的固相颗粒假定为球形。（二）粒级的分类常用的标准有三种：国际制、卡庆斯基制、中国制。1．国际制特点：十进位制，分级少而便于记忆，但分级界线的人为性太强。2.卡庆斯基制在工作中广泛使用的是卡庆斯基简易分级。物理性砂粒：粒径在1～0.01mm之间的土粒。物理性粘粒：粒径0.01mm的土粒。3.中国制从卡庆斯基粒级制修订而来，粘粒的上限移至2um,而把粘粒级分为粗和细两个粒级。细粘粒即是卡庆斯基粒级制的粘粒级划分粒级大小的标准不同，但在名称上均可分为哪四个等级？1、石砾。多为岩石碎块。2、砂粒。常以单粒存在。3、粉粒：比砂粒的比表面积大，矿质营养较砂粒高。4、粘粒：多呈片状，常以复粒存在，具很强的粘性、可塑性，但通透性差，保水保肥能力很强，矿质养分含量丰富。石砾、砂粒、粉粒和粘粒二、粒径对矿物质土粒的矿物组成与化学组成的影响分布规律（1）氧（O）和硅（Si）是地壳中含量最多的二种元素，铁、铝次之，四者相加共占88.7％的重量。在组成地壳的化合物中，以硅酸盐最多。（2）在地壳中，植物生长必需要的营养元素含量很低而且分布很不平衡。（一）矿物组成岩石和母质的种类的不同，风化和成土过程的不同，各种土壤及其各粒级土粒的矿物组成会有很大的差异。土壤矿物的化学组成反映了成土过程中元素的分散、富集特性和生物积聚作用。4（二）化学组成SiO2含量随颗粒由粗到细逐渐减少。二氧化物、三氧化物和盐基逐渐增多，也就是说铝、铁、钙、镁、钾、磷等质量分数增高。所以细土中养分含量多。三、矿物质土粒的机械组成和质地分类（一）概念机械组成：各种粒级土粒的配合比例，或各粒级土粒占土壤重量的百分数，也叫土壤的机械组成或颗粒组成。土壤质地：是根据机械组成划分的土壤类型，一般分为砂土、壤土和粘土三类。（二）土壤质地分类1.国际制土壤质地分类根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002毫米)和粘粒(0.002毫米)三粒级含量的比例，划定12个质地名称，可从三角图上查质地名称。当土壤含粉粒45%时，“粉质”；当砂粒含量在55%-85%时，“砂质”，当砂粒含量85%时，则称壤砂土或砂土2.卡庆斯基制土壤质地分类（简制，1958年）分简制和详制两种，其中简制应用较广泛。主要是根据物理性砂粒与物理性粘粒的相对质量分数并按不同土壤类型（列表中五种）将土壤划分为砂土类、壤土类、粘土类等三类9级。3.我国土壤质地分类我国将土壤质地分为砂土、壤土和粘土三大组，每组再细分。一般常用的质地种类有：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土四、不同质地土壤的肥力特点和利用改良1、砂质土壤主要特性：1-0.05mm砂粒大于50%；通气透水，但养分少，不保水肥；易耕，温度变化快；发小苗不发老苗，适合花生、西瓜等块根、块茎作物。2、粘质土壤主要特性：〈0.001mm颗粒高于30%，通气透水不良；保水保肥，养分含量高；耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物。3、壤质土壤主要特性：0.05～0.01mm颗粒大于30%北方称为二合土；性质介于黏土与砂土之间。不同质地土壤的肥力特点：5砂粒、粘粒比例较适宜，它的肥力特点兼有砂土类土壤和粘土类土壤的优点，即它既有砂质土的良好通透性和耕性，发小苗等优点，又有粘土对水分、养分的保蓄性、肥效稳而长等优点。(二)土壤质地层次上砂下粘：保水保肥，质地好上粘下砂：漏水漏肥，质地最差砂粘相间：保水保肥，质地最好质地层次性产生的原因：1.自然条件产生的层次性最常见的是冲积性母质上发育的土壤质地层次性。所谓“紧出砂、慢出淤，不紧不慢出两合（即壤土）”。2.耕作的作用经常不断地耕作，犁的重压使土壤形成犁底层，不仅使这层土壤变得紧实，而且土壤质地也发生变化，对水稻土的作用更加突出。(三)不同质地土壤的改良①客土法改良人工量大掺沙掺粘，达到3泥7沙或4泥6沙的壤土质地范围②深耕、深翻、人造塥砂砾底的土壤，开辟为水田时，可以移开表土，再铺上一层黄泥加石灰，打实后使成为人造塥以防止漏水漏肥，然后再将表土覆回。③引洪漫淤法将洪流中所夹带的淤泥或细沙有控制地引入土壤④施用有机肥土壤质地主要是继承母质的性质，很难改变。但是，质地不是决定土壤肥力的唯一因素第二章土壤有机质第一节土壤生物多样性及其功能土壤生物有:多细胞的后生动物单细胞的原生动物真核细胞的真菌（酵母、霉菌）和藻类原核细胞的细菌、放线菌和蓝细菌没有细胞结构的分子生物（如病毒）一、土壤微生物的多样性及其功能砂土粘土水透水快，蓄水难透水慢，蓄水力强肥养分缺乏，保肥力差，供肥快养分丰富，保肥力强，供肥慢气透气性强透气性差热温差大，属热性土温差小，属冷性土耕性易耕作，但耕作质量差不易耕作，6土壤中微生物：分布广、数量大、种类多、最活跃（一）土壤微生物种群的多样性及其功能主要作用：调节植物生长的养分循环；产生并消耗各种气体，影响全球气候的变化；分解有机废弃物，是新物种和基因材料的源和库。病原微生物。1.原核微生物（1）细菌土壤中重要的各种细菌生理群：纤维分解细菌、固氮细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、硫化细菌、氨化细菌在土壤碳、氮、磷、硫循环中担当重要的角色。（2）蓝细菌（3）粘细菌（4）放线菌2.真核微生物（1）真菌：有170个属，690多个种，分三个类群∶A、酵母菌（土壤中很少）B、霉菌（土壤中最多）C、伞菌（2）藻类（3）原生动物（4）地衣3.分子生物即非细胞型生物—病毒病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只有一种核酸病毒是一种活细胞内的寄生物，凡有生物生存之处，都有其相应的病毒存在。病毒在控制杂草及有害昆虫的生物防治方面已显示出良好的应用前景。二、土壤动物的多样性及其功能土居性的多细胞动物：线虫、蠕虫、蚯蚓、蛞蝓、蜗牛、千足虫、蜈蚣、轮虫、蚂蚁、螨、环节动物、蜘蛛和昆虫（一）蚯蚓数量大约有200余种。在肥沃的草地土壤中每平方米可达500条。在一般耕地中，每平方米有30-300条。蚯蚓对土壤肥力的影响：增加土壤的通透性、改善土壤结构、活化土壤养分、形成大量有机质第二节土壤有机质土壤有机质：是指存在于土壤中的所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的各种有机物质。二有机质含量4％极丰富3~4％丰富1~3％中等0.1~1.0%缺乏0.6％极缺乏7耕层含有机质≥20％有机土壤20％矿质土壤决定土壤有机质含量的因素：进入土壤的有机物质数量土壤有机质的损失量土壤有机碳的平衡三、有机质的组成：非特殊性有机质（未分解和半分解动、植物残体及微生物体腐殖质）、腐殖质（包括非腐殖物质和腐殖物质）非特殊性有机质的组成和性质：1、单糖和有机酸；2、多糖类：淀粉、半纤维素、纤维素等。3、蛋白质；4、木质素；5、单宁、脂肪、蜡质、树脂6、灰分物质即植物体经过灼烧后残留的无机物，主要元素有Ca、Mg、K、Na、S、P、Fe等。非腐殖物质是