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第六章土壤圈土壤圈在地理环境中总是占据一定的不变位置，处于地球大气圈、水圈、生物圈、和岩石圈之间的界面上，是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一，它们之间相互作用不断地进行物质循环与能量平衡。不同的人对土壤的理解不同农学家：土壤是植物生长的介质，万物土中生，土能生万物工程师：土壤是地基和建筑材料地质学家：土壤是岩石的风化层，regolith，石灰土、冲积土、砂质土等词来自地质学环境科学：土壤是环境要素之一土壤学家：土壤是一种独立的自然体，是能生产植物收获的地球陆地的疏松表层第一节土壤圈的物质组成及特征一、土壤及土壤肥力的概念土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层。是一个独立的历史自然体。它不仅具有自身的发生发展过程，而且是一个能从物质组成、形态、结构和功能上进行剖析的物质实体。也是一个无机物和有机物，非生物和生物相结合的物体。土壤的基本属性和本质特性是具有肥力。土壤肥力是指土壤为植物生长不断地供应和协调养分、水分、空气和热量的能力土壤肥力的种类：自然肥力和人为肥力土壤圈的概念与内涵:土壤圈[Pedosphere]是地球系统的重要组成部分，其位置处于地球系统，即气圈、水圈、生物圈与岩石圈的交接界面，它既是这些圈层的支撑者，又是它们长期共同作用的产物．[1938年，S.Matson曾提出圈层观点]．按当前的研究成果，土壤圈有五个内涵．永恒的物质与能量交换．最活跃与最富生命力的圈层。它对各种物质循环与物质流起作维持、调节和控制作用，土壤肥力是土壤圈层所固有的性质.具记忆块的功能．通过这些记忆信息，有助于区别过去和现在的土壤变化，并可对”土壤圈未来变化进行预测．具时空限制特征．土壤时间尺度表现在土壤形成过程．演变与机理的变化上，这些变化时间，一般是103—106年。部分为可再生资源．土壤圈并非完全为可再生产资源，为此，应充分利用与保护，以便在生存环境中发挥作用。土壤在地理环境中占据一定的位置，处于大气圈、水圈、岩石圈、生物圈之间的界面上，而且成为它们相互作用的产物。土壤圈不仅受到岩石圈、水圈、生物圈的制约，而且它反过来又对这些圈层产生影响二、土壤圈在地理环境中的地位和作用土壤圈表现出以下几个方面的功能:1.对生物圈的影响支持和调节生物过程；提供植物生长的养分、水分与适宜的理化条件；决定自然植被的分布；土壤圈中的各种限制因素对生物起不良的影响。2.对大气圈的影响影响大气圈的化学组成、水分与热量平衡；吸收氧气，释放CO2、CH4、H2S、氮氧化物和氨气，这对全球大气变化有明显的影响。3.对水圈的影响影响降水在陆地和水体的重新分配；影响元素的表生地球化学行为、水平分异及水圈的化学组成。4.对岩石圈的影响作为地球的“保护层”，对岩石圈具有一定的保护作用，以减少其遭受各种外营力的破坏。土壤圈对地理环境的作用有以下几个方面:从人类生存角度考虑，土壤被看作是农业生产的基本资料，是农田生态系统重要的组成要素，更被看作是以人类社会为主体的整个生态系统的重要组成部分。因此，土壤和大气、水、生物和矿藏等，对人类是同等重要的自然资源。同时，土壤在地球表面上作为一种有限的自然资源，对多种生命的形成和生息繁衍至关重要。当今，随着世界各国经济的发展及自然资源的日益短缺，土壤不单纯只为农业生产服务，而在全球变化、环境保护、持续农业、城市发展等方面正发挥越来越重大的作用。三、土壤形态土壤形态是指土壤外部的特征，如土壤剖面构造、土壤颜色、质地、结构、结持性、孔隙状况等土壤的这些特征是成土过程的反映和外部表现，以土壤的外部形态，可区分土壤和风化壳的差别，也是区别各土壤类型的重要依据。1.土壤剖面与土壤发生层次土壤剖面是指从地表垂直向下的土壤纵剖面，也可将土壤剖面理解为完整的垂直土层序列。它是由性质和形态各异的土层重叠在一起构成的。这些土层大致呈水平状，是土壤成土过程中物质发生淋溶、淀积、迁移和转化形成的。一般将这些土层称为土层或土壤发生层，每一种成土类型都有其特征性的发生层组合在一起，形成不同的土壤剖面19世纪末，俄国土壤学家道库恰耶夫：腐殖质聚积表层（A）、过渡层（B）和母质层（C）。1967年国际土壤学会：有机层（O）、腐殖质层（A）、淋溶层（E）、淀积层（B）、母质层（C）和母岩（R）凡兼有两种主要发生层特性的土层，称过渡层，如AE、BE、EB、BC、CB、AB、BA、AC、CA等自然土壤剖面发生层MichiganSoilMarylandSoilFloridasoilsFloridasoils耕作层犁底层心土层底土层耕作土壤剖面1、土壤的颜色2、土壤质地3、土壤结构4、土壤松紧度5、土壤孔隙状况6、土壤干湿度7、新生体8、侵入体2.土壤的一般形态特征土壤颜色（soilcolour）是土壤最重要的形态特征之一。根据土壤颜色的变化可作为判断和研究成土条件、成土过程、肥力特征和演变的依据。土壤颜色也是土壤分类和命名的依据之一。世界上许多土类用颜色来命名，如红壤、黄壤、黑钙土、栗钙土、灰钙土等土壤质地（soiltexture）是指土壤颗粒粗细的情况。在野外常根据手指研磨土壤的感觉近似地作出判断，准确地测定要在室内用机械分析方法来进行。一般土壤质地分为砂土、壤土和粘土等土壤结构（soilstructure）是指土壤颗粒的胶结情况。土壤结构有团粒结构，块状结构，核状结构，柱状结构，棱柱状结构，片状结构等土壤松紧度：是指土壤疏松和紧实的程度。常分为很松、疏松、稍紧实、紧实等级别。土壤孔隙：是指土粒之间存在的空间。它是土壤水分、空气的通道和仓库，决定着液气两相的共存状态，并影响土壤养分和温度状况土壤结构土壤干湿度：反映土壤中水分含量多少。在野外，靠人手对土壤感觉凉湿的程度及用手指压挤土壤是否出水的情况来判断。分干、润、潮、湿等级别新生体：是指土壤发育过程中土壤物质重新淋溶淀积和集聚的生成物。根据新生体可以判断土壤类型、起源及其发育过程。侵入体：是指土壤中不是由成土过程所产生，而是由于外界进入的特殊物质。四、土壤物质组成土壤是由固相、液相、气相等三相物质组成，它们之间是相互联系、相互转化和相互作用的有机整体。固体物质是土壤最基本的成分，可以说是整个土体的骨骼和躯体，主要包括矿物质、有机质及一些活的微生物。其中矿物质占95%，有机质占5%左右。在土壤的固体颗粒之间，有大量空隙的存在，而空气和水分充填于空隙中。其中，空隙中气、液两者的比例并非是固定不变的，经常随外界天气和其他因素的改变而彼此消长。土壤矿物质——是土壤的主要组成物质，构成了土壤的“骨骼”。土壤矿物质基本上来自成土母质，母质又起源于岩石，按其成因又分为原生矿物和次生矿物两大类。1.土壤矿物质原生矿物：土壤原生矿物是指各种岩石受到不同程度的物理风化，而未经化学风化的碎屑物，其原来的化学组成和结晶构造均未改变。次生矿物：次生矿物是由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，其化学组成和构造都经过改变，而不同于原来的原生矿物。土壤矿物主要元素组成：地壳中已知的的90多种元素及其同位素在土壤中都存在。但其含量较多的包括O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、P、S及Mn、Zn、B、Mo等一些微量元素。其中O、Si、Al、Fe含量最高.土壤有机质概指土壤中动植物残体微生物体及其分解和合成的物质，是土壤中固相的组成部分。土壤有机质在土壤中的含量虽少，但对土壤的理化性质和土壤肥力的发展影响极大，而且又是植物和微生物活动所需养分和能量的源泉。土壤有机质包括两大类：非特殊性有机质和土壤腐殖质，前者为动植物残体及其分解的中间产物，占10~15%，后者为特殊类有机质，占85~90%。2.土壤有机质土壤有机质的化学组成其化学组成包括碳水化合物，含氧化合物，木质素，含硫含磷化合物矿质化过程：指进入土壤中的动植物残体，在土壤微生物的参与下，把复杂的有机物质分解为简单化合物的过程。腐殖化过程：指进入土壤中的动植物残体在微生物的作用分解后再缩合聚合成一系列黑褐色高分子有机化合物的过程，主要产物有黄色溶液富里酸和棕色沉淀物胡敏酸，两者占腐殖质总量的60%土壤有机质转化的过程土壤腐殖质是有机质分解后再缩合或聚合而成的一系列黑褐色高分子有机化合物，根据腐殖质颜色的不同，腐殖质可分为黄色腐殖质、棕色腐殖质和黑色腐殖质。一般情况，胡敏酸和富里酸占腐殖质总量的60%左右。含营养元素和多种微量元素，可供植物吸收利用具较强的代换能力，能吸收植物养分，以免淋溶流失有机酸和氨基酸是络合剂，与Ca、Mg、Fe、Al形成稳定性络合物，从而提高无机盐的溶解性羧酸与金属离子形成络合物的能力强，有活化土壤微量元素的作用有机质是胶体或胶团，具有缓冲土壤酸碱化的能力腐殖质是胶结剂，可改良土壤结构性能，改进土壤的耕性有机质色暗，吸收并导热性，有保温作用土壤有机质在土壤肥力中的作用3.土壤水分土壤水分是土壤重要组成组分和重要的肥力因素。它不仅是植物生活所必需的生态因子，也是土壤生态系统中物质和能量的流动介质。土壤水分存在与土壤空隙中。土壤水分的来源与消耗主要来源于大气降水，地下水和灌溉用水。水汽的凝结也会增加土壤中少量水分。土壤水分又通过土壤蒸发，植物吸收与蒸腾及水分的渗漏和径流而部分或充分损耗。土壤水分的收入和消耗使土壤水量相应变化的情况，即水分平衡其表达式为：△水＝水收入-水支出土壤水分平衡吸湿水毛管水重力水土壤水分类型土壤水分吸湿水：土壤颗粒表面张力所吸附的水汽分子。植物不能吸收。当土壤空气相对湿度达到饱和，土壤吸湿水达到最大值，即最大吸湿水。毛管水：为毛管空隙中毛管力吸附保存的水分。毛管水为自由液态水，是土壤中植物利用的有效水分。毛管水有两种：毛管上升水：为地下水沿毛管上升而存在与土壤毛管空隙中的水分。毛管悬着水：与地下水无联系，由降水和灌溉保存在土壤上层毛管中的水分。毛管悬着水达到最大时的土壤含水量，称田间持水量4.土壤空气土壤空气是指土壤空隙中存在的各种气体混合物。土壤空气的来源和组成:土壤空气来自大气。其组成与大气基本相似，以O2、N2、CO2、H2O（g）为主要成分。但在质和量上与大气有所不同。由于土壤生物生命活动的影响，二氧化碳比大气中含量高，而氧含量比大气的低。土壤的通气性:土壤空气与大气间的气体交换，以及土体内部允许气体扩散和流通的性能，称为土壤通气性。土壤组成物质具有一定的能量特性，它不但与其所处的环境条件之间进行着物质交换和能量转化，而且各种组成物质之间也进行着物质交换和能量转化，包括物理作用，化学作用和生物作用。其结果形成一些具有特殊功能的物质综合体，如土壤腐殖质，土壤溶液，土壤胶体等，赋予土壤以新的特性。五、土壤组成物质之间的相互作用土壤是由许多大小不同的土粒、按不同的比例组合而成的，这些不同的粒级混合在一起表现出来的土壤粗细状况，称为土壤质地，亦称土壤机械组成。1.土壤机械组成（质地）土壤质地影响土壤水分、空气和热量的状况，同时影响着养分的转化。土壤质地影响着土壤结构类型。粘粒含量高的土壤易形成水稳性团聚体和裂隙，细砂或极细砂比例大的土壤只能形成不稳定的结构，粗砂土则无法团聚。土壤结构是指土粒相互排列、胶结在一起而成的团聚体，也称结构体。土壤的许多特性，例如水分运动、热传导、通气性、容重以及孔隙度等都深受结构的影响，而许多农业措施，如耕作、种植、灌排和施肥等，所感受的土壤物理性质的重大变化也多来自土壤结构。土壤胶体是土壤中高度分散的部分，是土壤中最活跃的物质，其重要性犹如生物中的细胞，土壤的许多理、化现象，例如土粒的分散与凝聚、离子吸附与交换、酸碱性、缓冲性、粘结性、可塑性等都与胶体的性质有关。2.土壤胶体的性质土壤胶体按其成分和特性，主要有三种：土壤矿质胶体：包括次生铝硅酸盐（伊利石、蒙脱石、高岭石等）、简单的铁、铝氧化物、二氧化硅等。有机胶体：包括腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。有机-无机复合胶体：土壤有机胶体与矿质胶体通过各种键（桥）力相互结合成有机—无机复合胶体。土壤胶体的种类巨大的比表面积和表面能：胶体愈细小，单体数愈多，比表面愈大，表面能愈高。带电性：大部