1、第二章 土壤的基本组成,第一节 土壤的形成,一：地壳的元素组成,a:主要成分是O（46.40%49.52%）、Si（25.75%29.50%）、Al（7.45%8.80%）、Fe（4.20%5.10%）这四种元素。,b：某些植物生长的必需营养元素：比如：Mn、Zn、Cu、B、Mo等不仅含量少，而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中，处于极分散的状态，植物难于吸收利用。,矿物：天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、 内部构造的化合物或单质元素。,二：主要的成土矿物,绝大多数：化合物、结晶质、固态的。,少数： 单质、非结晶质、液态的。,矿物,起源,原生矿物：起源于岩浆岩，存在于岩浆岩中的矿
2、物。,次生矿物：原生矿物经过风化作用，其组成和性质发生 改变而形成的新矿物。,(一)土壤中的原生矿物（1）硅酸盐类 包括长石类、云母类、闪石类、辉石类。（2）氧化物类 主要有石英类、其次是赤铁矿类、氧化钛类（3）硫化物类 主要有黄铁矿类。（4）磷酸盐类 主要有氟磷灰石、氯磷灰石。,(二)土壤中的次生矿物粘土矿物（1）结晶次生层状铝硅酸盐类矿物 土壤中粘粒的主体，主要有1 ：1型的高岭石组和2 ：1型的蒙脱石、伊利石组。（2）二、三氧化物类矿物 有针铁矿（Fe2O3 .H2O ）、褐铁矿（2Fe2O3 .3H2O）、三水铝石（ AI2O3 .3H2O ）、水铝石 （Al2O3 .H2O ）、水锰
3、矿（MnO(H2O)）、软锰矿（ MnO2）等， 有结晶态的和非结晶态的。（3）简单盐类 土壤中最常见盐类有碳酸盐、硫酸盐类、氯化物盐类等。,(三)主要成土矿物的性质,石英是最主要的造岩矿物，分布最广。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石中其它矿物风化后，石英仍然以粗粒壮保存下来，是土壤中砂粒的主要来源。,石 英,正长石 KalSi3O8,晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，硬度6.0。正长石易风化，风化后形成粘土矿物比如高岭石等，可为土壤提供大量K。正长石类矿物一般含氧化钾16.9。是土壤中K和粘粒的主要来源。,斜长石
4、 Na（AlSi3O8）Ca（Al2Si2O8）,常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，硬度6065。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。是土壤中K和粘粒的主要来源。,黑云母深褐色或黑色，其他性质同白云母。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。是土壤中K和粘粒的主要来源,黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12,白云母：片状、鳞片状；无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2030。白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。是
5、土壤中K和粘粒的主要来源。,白云母KH2Al3Si3O12,角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，硬度5.06.0。，角闪石易风化，风化产物为含水氧化铁、含水氧化硅和粘土矿物。并释放出少量的Ca和Mg,角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12,呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度55。较角闪石难风化，风化物基本同角闪石，但富含Fe。,辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6,普通辉石,橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。风化产物有蛇纹石、滑石、褐铁矿、二氧化硅等。,橄揽石（Mg，Fe）2SiO4,方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、
6、红色等，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。,方解石 CaCO3,白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似。但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在于石灰岩中。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。,白云石 CaCO3MgCO3,磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，
7、这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。,磷灰石 Ca5（PO4）3（F，Cl）,石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度20，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。,石膏 CaSO42H2O8,三：主要的成土岩石,岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。前者为单质岩后者为复 成岩。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构形态。,1.岩浆岩 又称火成岩，指地球内部岩浆侵入地壳或喷出地面冷凝结晶而形成的岩石，前者称侵入岩，后者称喷出岩。 主要有花岗岩、流纹岩、闪长岩、辉长岩、玄武岩橄榄岩，等等。组成岩浆岩的主要矿
8、物有橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、正长石石英等7种。岩浆岩根据二氧化硅含量分为： 酸性岩浆岩 65% 中性岩浆岩 52%65% 基性岩浆岩 45%52% 超基性岩浆岩 2 砂粒 粗砂粒 20.2 细砂粒 0.20.02 粉砂粒 0.020.002 粘粒 干枯老化 磨细、粉碎未磨细粉碎b：化学组成：单糖、淀粉、水溶性蛋白质半纤维素、果胶 纤维素、木质素、脂肪、腊质,c：有机物的C/N比：指有机物中C总量与N总量的比。,N是组成微生物体细胞的要素，有机质中的C既是微生物生命活动的能源，又是构成体细胞的要素，所以微生物对C和N这两种元素的需要有一定的比例，才能满足微生物的生命活动和构成体细胞
9、的需要。 不同的微生物在不同的条件下对C/N的要求不一样，一般认为微生物每分解2530份的C，大约需要1份的N，也就是说微生物对C/N的要求是2530/1。,有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应不足，微生物就可能从土壤中吸收有效N用于构成微生物体细胞，从而产生微生物与植物竞争土壤有效N的现象，也有可能抑制微生物的繁殖和生长，从而使有机物的分解受到抑制。有机物的C/N2530/1：有机物中的N素供应充足，微生物的繁殖和生长要快得多，有利于矿质化作用的进行。 实际上大多数有机残体的C/N远远大于2530/1，比如禾本科作物的秸秆，其C/N80100：1远远大于2530/1，为了促进它的分
10、解，并防止植物缺N，应该补施一定的化学N肥。,（五）有机质在土壤肥力上的作用,1、能提供给作物需要的养分,a：OM能提供给植物有机态养分：OM在降解过程中能产生一些水溶性的有机分子，比如氨基酸、酰胺、易水解蛋白质、己糖磷酸脂、蔗糖磷酸脂等能够为植物直接吸收利用。,b：OM能提供给植物矿质态养分：在OM的元素组成中，含有各种各样的元素，既有大量元素也有微量元素，既有必需元素，又有有益元素。这些养分元素经过矿质化作用，就能分解释放出来供作物吸收利用。,c：有机质分解、合成过程中产生的有机酸和腐殖酸，能促进矿物质的溶解，促进矿物风化，从而释放出养分供植物吸收利用。d：有机质分解、合成过程中产生的各种
11、有机酸及腐殖酸能与金属离子形成络合物，从而使这些离子保留在土壤中而不致于沉淀下来。,2、有机质能改善土壤的理化、生物、性质，从而改善土壤的肥力特性 。,物理性质,a：有机质能促进土壤团粒结构的形成，增加团粒结构的稳定性。 OM在土壤中主要以胶膜的形式包被在土壤颗粒上表面。粘结性、粘着性：砂粒腐殖质粘粒b：腐殖质对土壤的热状况也有一定影响，主要是因为腐殖质是暗褐色物质，包被在土粒的表面使土壤颜色加深，使土壤吸热增温快。,化学性质,a：腐殖质能吸附离子，增加土壤保肥性b：在酸性土壤上，通过OM与Al3+的结合，降低Al3+对作物的毒害。c：OM分解所产生的有机酸，能减少P的固定，增加土壤中有效P的
12、含量。d：腐殖质中有许多弱酸性功能团，提高土壤对酸碱变化的缓冲性能,生物性质,a：微生物：OM是微生物生命活动所需要的养分和能量来源。b：动物：OM是它们的食物来源。,a：消除重金属离子的污染。,3、土壤有机质在生态环境上的作用,b：消除土壤中残留农药的污染。,（六）提高土壤有机质的途径1、增施有机肥，我国历来有施有机肥的习惯，肥源广阔，有厩肥、堆肥、沤肥等对提高土壤的肥力作用极大，吨良田有机质含量不少于1.1%。有机肥工厂化生产是未来发展趋势。2、秸杆还田是增加土壤有机质简单易行的措施主要方式有：（1）与厩肥混合堆腐沤制后还田。（2）秸杆粉碎就地还田；（3）高留茬收割，高度2030cm；（4
13、）将秸杆作饲料，过腹还田。3、粮肥轮作，做到用地养地相结合。,第四节 土壤水分,一、土壤水分的类型和性质,1、吸湿水（紧束缚水）：由于固体土粒表面分子引力和静电引力对空气中的水汽分子产生的吸附力而紧密保持的水分称吸湿水，通常只有23个水分子层。 定向排列，而且排列紧密，水分不能自由移动，也没有溶解能力，属于无效水。土壤吸湿水含量的高低主要取决于土粒的比表面积和大气相对湿度。土壤的吸湿水含量达到最大值时的土壤含水量称为最大吸湿量。,2、膜状水（松束缚水）：吸湿水达到最大量时，土粒残余的吸附力所保持的水分称膜状水。 膜状水厚度可达到几十个水分子层厚度，部分可以被植物吸收利用，但是它仍然受到土粒吸附
14、力的束缚，移动缓慢，仍然不能满足植物的需要。 膜状水达到最大量时的土壤含水量称为最大分子持水量。它包括吸湿水和膜状水。,3、毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就不再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠土壤毛管孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。毛管水可分为：,毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。,b、：毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。它与地下水位没有关系，好象悬浮在土层中一样，它是植物水分的重要来源，对植物的生长意义重大。,a、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的水分称毛管
15、上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系，它的有效性取决地下水位。 毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。,4、重力水：土壤含水量超过田间持水量时，多余的水分受到重力的作用而向下渗透，这种水分称重力水。,对于旱地土壤来说重力水，只是暂时停留在根系分布土层，不能被植被持续利用，而且重力水的存在会与土壤空气发生尖锐的矛盾，往往成为多余水或有害水，对于水稻来讲重力水的存在则是必需的。,重力水达到饱和时，土壤所有的孔隙都充满水分，这时的土壤含水量称为饱和持水量或全持水量。,二：土壤水分的有效性,土壤水分的有效性是指土壤水分能够被植物吸收利用的难易程度，不能被植物吸收利用的称无效水，能被植物
16、吸收利用的称为有效水。,土壤有效水分的下限：萎蔫系数萎蔫系数：植物根系因为无法吸水而产生永久萎蔫时的土壤含水量。通常是把土壤水吸力达到1.5Mpa时的土壤含水量当作萎蔫系数。旱地土壤有效水分的上限：田间持水量旱地土壤有效水分得最大量=田间持水量萎蔫系数,三、土壤含水量的表示方法,1、质量含水量：土壤中保持的水分质量占干土质量的分数，单位g/。,干土质量是指在105下烘至恒重时的土壤质量。,2、容积含水量：土壤水分容积与土壤容积之比，用Q来表示，单位 3/3,Q =,容重：单位容积土壤（包括粒间孔隙的原状土）的质量（干重）g/cm3,d=,Q=rwd1000=质量含水量容重1000Q%=rwd1
17、000100%=质量含水量容重1000100%,3相对含水量：土壤含水量占田间持水量的百分率。,相对含水量=,4、水层厚度DW：指一定厚度（h），一定面积(s)的土壤中的含水量相当于多少面积相同的水层厚度。单位：,四、土壤水分的能量状态（一）、土水势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。,
