土壤学整理材料

Soil Science--That science dealing with soils as a natural resource on the surface of the earth including soil formation，classification and mapping and the physical，chemical，biological and fertility proportion of soils and these proportions in relation their management for crop production.

土壤学——把土壤作为地球表面的一种自然资源，研究范围包括土壤的形成、分类和制图以及物理、化学、生物和肥力部分，以及这些部分与作物生长管理的关系。

Section 1 The importance of soil in Agriculture and ecosystem

1 Soil is a base of agriculture production of human（土壤是人类农业生产的基础） （1）Basic material of agriculture production（农业生产的基本资料） （2）Base of plant growth and breeding（植物生长和繁育的基地） 日光、空气、热量（宇宙因子） 水分、养分（土壤因子）

(3) Foundation of technique for crop increase production（农作物增产技术的基础） 农业“八字”土、肥、水、种、密、保、工、管 “中心”、“因土制宜”

(4) Natural resource possessed regenerative function（具有再生作用的自然资源） “治之得宜，地力常新”

世界范围内土壤资源遭到严重破坏的五个方面:

土壤侵蚀，土壤砂（沙）化，土壤盐碱化，土壤变质退化，土壤污染

2 Soil is important component in globe surface and natural geography system （土壤是地球表层和自然地理环境的重要组成部分）

（1）The relationship between pedosphere and atmosphere（大气圈） (2) The relationship between pedosphere and biosphere（生物圈） (3) The relationship between pedosphere and hydrosphere（水圈） (4) The relationship between pedosphere and lithosphere（岩石圈）

The function of soil in ecosystem (a)key factor (b)function

Soil ecosystem—a community of organisms and their surroundings in soil. 4 Soil is the most valuable natural resource（土壤是最有价值的自然资源）

(1) Limitation of quantity（数量的有限性）(2) Variation of quality（质量的可变性） (3) Fixation of distribution in space（空间分布的固定性）

*土壤质量(Soil Quality)--土壤维持生产力、净化环境以及保障动植物健康的能力的综合量度。包括： 土壤肥力质量 (soil fertility quality)： 土壤提供植物养分和生产生物物质的能力。

土壤环境质量(soil environmental quality)：土壤容纳、吸收和降解各种环境污染物质的能力。 土壤健康质量 (soil healthy quality) ：土壤影响和促进人类和动物健康的能力。 Section 2 Development of soil and soil science

Soil science: Pedology and Edapphology; Environmental soil sciences

1 Soil*（土壤）Concepts（概念） There is little merit in attempting to give a rigorous definition of soil because of the complexity of its make-up and of the physical, chemical and biological forces to which it is exposed. Williams：The loose surface of parts of the earth in which plants grow.

土壤：能够产生植物收获的疏松陆地表层。或陆地表面由矿物质、有机物质、水、空气和生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层。 (2) Soil and land

Land—The total material and cultural environment within which production takes place. Land is a broader term than soil its attributes include other physical conditions. （土地——是土壤及其自然环境以及人文环境的总体）

土壤即发育于地球陆地表面能生长绿色植物的疏松多孔结构表层

2 Soil fertility（土壤肥力）

(1) Concepts Soil fertility--The status of a soil with respect to its ability to supply the nutrients essential to plant growth.(America)

土壤肥力--在植物生活的全过程中，土壤同时不断地供给植物以最大数量的有效养料和水分的能力。(前苏联)

土壤肥力--土壤同时地、不断地满足植物对水、肥、气、热等生活条件要求的能力。（中国） 土壤肥力--土壤的体质和生命力。（侯光炯） (2) Variety（种类）

Natural fertility and Artificial fertility (自然肥力和人工肥力) 自然肥力—土壤在自然形成过程中产生和发展起来的肥力

人工肥力—人类生产活动、耕种熟化过程中发展起来的肥力

Effective (economical) fertility and Potential fertility (有效肥力和潜在肥力) 有效肥力—可以发挥出经济效益的这部分肥力 潜在肥力—暂时不能发挥出经济效益的那部分肥力 3 Soil productivity （土壤生产力）

Soil productivity--The capacity of a soil in its normal environment for producing a specified plant or sequence of plants under a specified system of management. （土壤在一定的环境条件和人类管理措施下所具有的生产能力） *矿物、岩石及其风化作用

一、矿物的概念 存在于地壳中具有一定的物理性质、化学成分和内部构造的天然化合物。 原生矿物：由地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物。

次生矿物：由原生矿物经过化学变化形成的新矿物。 二、岩石的概念 一种或数种矿物的天然集合体。 岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三类

㊣不考试1岩浆岩：地球内部呈熔岩状态的岩浆喷出地表面，或上升到接近地表的不同深度的地壳中，冷却、固化后形成的岩石。

2沉积岩：各种地质作用的沉积物，在地表和地下不太深的地方，在常温常压下，经过压紧、硬结所形成的岩石。

3变质岩：由原来的岩浆岩、沉积岩和部分早期形成的变质岩，在内力作用下，经过变质作用形成的岩石。 三 风化作用：地表的岩石矿物，遇到了和它形成时很不相同的外界条件而发生破坏，使其内部的构造、成分和性质发生变化的过程。

四 土壤母质：岩石矿物经各种风化作用使之成为疏松的、粗细不同的矿物颗粒，因为它是形成土壤的基础，故称之为~。

Chapter 2 Soil Mineral--the Soil Framework第二章 土壤矿物——土壤的骨架 第一节 土壤颗粒及其分级

一、土壤粒级

1 分级依据 (1)单粒 (2)相近特性

2 概念 土壤粒级：当量直径在一定范围、性质相近的各组土粒。

当量直径（Equivalent diameter）：在沉降分析中，我们选定的非球形颗粒的直径，在数值上就等于与它沉降速度与密度相同的球形颗粒的直径。

二、粒级的基本特征*(作业:比较总结三类颗粒的性质) （一）砂粒(Sand)

1 矿物成分 主物理风化，原生矿物（石英、长石、云母等）为主。 2 特征 颗粒大，比表面小，粒间孔隙大；养分少，无可塑性等。 （二）粘粒(Clay)

1 矿物成分 主化学风化，次生矿物（粘粒矿物等）为主。

2 特征 颗粒小，比表面大，粒间孔隙小；养分多，有可塑性等。 （三）粉粒(Silt)

1 粒径、性质介于砂粒和粘粒之间；

2 粉粒易风化，可通过“代换风化”提供养分。

(四)砾石

第二节 土壤的颗粒组成和质地分类

一、1 土壤质地--在一种土壤中，不同粒级颗粒的相对比例。

Soil texture--the relative proportions of the various soil separates in a soil. 2 表示方法（1）百分数（sand%+silt%+clay%=100%）（2）粒径累计曲线

3 土壤质地分类(Textural classes)--根据土壤质地组成的近似性划分的土壤类别。一般分为： 砂（质）土、壤（质）土、粘（质）土 应用Stokes定律的注意点:

1 沉降颗粒必须是球形、光滑、非弹性的，所以土壤样品必须充分分散成单粒状态--分散剂（[NaPO3]6；NaOH）、去有机质（H2O2）、去碳酸盐（HCl）——盐酸洗失量（盐基不饱和土壤并入粘粒，碳酸盐含量高的土壤以盐酸洗后烘干土重为基础计算各级颗粒百分数）。 2 颗粒在介质中必须是自由落体垂直沉降；故避免涡流、布朗运动。 3 沉降土粒表面应无多层液合膜；沉降筒直径应为5~8厘米。

4 保证土粒在介质中自由沉降而彼此互不影响；沉降筒内悬液密度以<3%为宜，不能>5%。 5 温度的改变会引起介质粘滞系数变化；要恒温或减小温差。

6 Stokes定律只适用于直径为0.02~0.002(0.05~0.001)毫米的颗粒；过大--沉降速度超过公式所允许，产生紊流现象，不是等速运动；过小--易产生布朗运动，而且，颗粒水合程度大，颗粒体积及密度因有液合膜而发生改变，从而改变了原沉降颗粒的特性。 第三节 不同质地土壤的肥力特点和利用改良 一、不同质地土壤的肥力特点

1砂质土(Sandy soil)——水、肥、气、热、耕2 粘质土(Clayey soil) 3 壤质土(Loamy soil) 二、土壤质地层次性：指土壤上下层之间不同质地层次的组合特性。 一般有：上粘下砂；上砂下粘；砂粘相间。

• 产生原因：自然；人为

•

对肥力的影响：“蒙金土”；“漏砂层”。

三、不同质地土壤的利用改良 P79

一）利用 “土宜”：土壤及其立地条件对特定栽培植物的生长发育和经济性状的适宜状况 1 质地--种植植物类型的关系2 质地--耕作的关系3 质地--施肥（灌溉）的关系 二）改良 1 客土法；2 引洪漫淤法；3 翻砂压淤，翻淤压砂；4 施用有机肥。

三、土壤矿物的化学组成

1 元素组成的特点： （1）骨干元素：O、 Si、 Al、Fe （2）各粒级的元素组成 P21

2 硅铝（铁）率：土壤粘粒部分的SiO2/R2O3分子比率

意义：1可以判断粘粒矿物的组成特征及大体类型； 2与母岩（或母质）对照，说明成土过程的特征； 3可表征土壤胶体（游离状）带正负电荷的强弱。

第五节 粘土矿物

粘土矿物：隐晶质和非晶质含水铝（或镁）硅酸盐矿物的总称

粘粒矿物：土壤粘粒粒级所含的一切矿物，包括粘土矿物和非粘土矿物 一、铝硅酸盐粘粒（土）矿物的构造特征

（一）基本结构单位

1 构成方式 硅四面体 (S.T.) Silica Tetrahedron 铝八面体 (A.O.) Aluminum Octahedron

二、同晶置换

1 同晶置换：晶格中一个原子被大小相近、性质相似的另外一个原子置换，不改变矿物的晶格构造的现象

2 特点（1）置换的产生：粘粒矿物形成过程中 （2）置换的性质：“内置换” （3）置换的规律：Si-O片：Al代Si Al-O片： Mg代Al或Fe代Al （4）置换的数量：有限 3 同晶置换与带电关系

（1）产生带电性的原因：非等价置换 （2）带电特征的表示：

• 荷电量：净电荷/单位晶胞（Net charge/Unit cell） • 电荷密度：单位面积上的电荷数量 • 电荷位置（荷电中心）：在Si-O片还是在 Al-O片 4 同晶置换的意义

（1）有利于离子的吸附（2）可改变SiO2/R2O3的比值 三、粘粒矿物种类及一般特性

（一）蒙脱石组：蒙脱石、绿脱石、拜来石

高岭石组：高岭石、埃洛石、地开（迪恺）石、珍珠陶土 水化云母（伊利石）组：伊利石、海绿石、蛭石 间层型矿物：绿泥石

氧化物组：晶质、非晶质

（二）特性(Characteristics) 1 Kaolinite（高岭石）

• • •

A 1:1 Clay mineral（1：1型粘土矿物）

C.E.C. = 3-5 cmol(p+) /kg（阳离子交换量=3-5 cmol(p+) /kg ）

Little isomorphic substitution; negative charge due to broken bonds at crystal edge

（极少有同晶置换，负电荷主要来自晶体边棱的断键）

• Nonexpanding - low amount of swelling due to hydrogen bonding between sheets （非膨胀性—因为晶层间有氢键）

• Low surface area (7-30 m2/g)（低表面积） 2 Montmorillonite（蒙脱石）

• A 2:1 Clay mineral （2：1型粘土矿物）

• •

C.E.C. = 80-100 cmol (p+) /kg（阳离子交换量=80-100 cmol(p+) /kg ）

A lot of Isormorphic substitution, predominantly Mg2+, Fe2+ and Fe 3+ for Al 3+ in octahedral layer

（有大量同晶置换，主要为八面体中Mg2+, Fe2+ 或 Fe 3+ 置换Al 3+ ）

• Expanding - high swelling capacity because water can go between sheets （膨胀性— 水分可以进入晶层）

• High surface area (600-800 m2/g)（高表面积） 3 Hydrous Mica (Illite){水化云母（伊利石）}

• A 2:1 Clay mineral （2：1型粘土矿物）

•

C.E.C. = 15-40 cmol(p+) /kg （阳离子交换量=15-40 cmol(p+) /kg ）

• Isomorphic substitution primarily in tetrahedral layer - Al 3+ substituting for Si 4+ （有大量同晶置换，主要为四面体中Al 3+ 代Si 4+ ）

· Nonexpanding due to bridging effect of potassium ions between sheets; K satisfies some of the negative charge due to isomorphic substitution

（非（弱）膨胀性— 因为晶层间有K +桥联效应） • Medium surface area (65-120 m2/g)（中表面积） 三种主要粘粒矿物特性比较 结构 晶层组合 晶层结合 晶架间距 蒙脱石 2：1 O-O 9.6-21.4 A K+桥连,O-O 10.0 A 伊利石 高岭石 1：1 O﹍H 7.2 A

4.间层矿物（绿泥石）

构成：2：1型粘粒矿物 + 水镁石片Mg6（OH）12

特征：①晶层间距约14Å；故也叫14Å矿物；

②荷电量、阳离子交换量、比表面都比蒙脱石和蛭石的小； ③非胀缩性

5.氧化物组

种类：晶态（三水铝石、水铝石、针铁矿、赤铁矿）、非晶态（胶膜态硅、铝、铁氧化物） 特点：胶膜态氧化物---被覆于土粒表面---老化---晶态（胶结作用）； 除水铝英石外，其它矿物对阳离子吸附力很弱。

注意：南方地区土壤中氧化物类多，对磷的吸附固定能力很强。

四、粘粒矿物的形成途径和影响因素

（一）形成途径1 原生矿物风化（复杂---简单）2 风化产物再合成（简单---复杂） （二）影响因素1 气候： 通过水分和温度影响2 酸碱反应（pH）3 母岩、母质和盐基 1当量 直径是指非球形颗粒其直径在（ 数值 ）上与球形颗粒（相等或相当）。

2砂粒、粉粒其K+含量大于Ca2+,Mg2+含量，这是因为（主要由原生矿物组成）。 3蒙脱石的比表面大于高岭石是因为：（蒙脱石颗粒小于高岭石—外表面大）和（蒙脱石有巨大的内表面）。

4高岭石的-OH分布于 （边面）、（晶层间八面体上）和（八面体片与四面体片交界处）。

5高岭石的电荷密度大于蒙脱石是因为（高岭石的电荷主要靠断键产生—相对集中）和（边面的表面小）。 Chapter 3 Soil Organic Matter 第三章 土壤有机质

Soil Organic Matter--The organic fraction of the soil, includes plant and animal residues at various stages of decomposition, cells and tissues of soil organisms, and substances synthesized by the soil population. Soil Organic Matter--The whole of the organic material in soils, including litter, light fraction, microbial biomass, water-soluble organics, and stabilized organic matter (humus) (Stevenson, 1994).

土壤有机质：土壤中的有机部分；包括处于各种分解状态的动植物残体、土壤微生物细胞和组织以及它们的合成物质。

第一节 土壤有机质的来源及其组成特点

一、土壤有机质的来源及存在形态 来源：（1）最早来源——微生物（2）基本来源——动植物组织 （3）农田——人为：施用有机肥、废水废渣

形态：非腐殖质部分：包括半分解和部分分解的动植物残体

腐殖质部分为非腐殖质物质：糖类、含氮有机化合物等 腐殖质物质：微生物分解又合成--60~70% 二、土壤有机质组成特点（与外来有机物质比较）

相同：元素组成大体相同——C, H,O, N 骨干元素及其它元素。 差异：

1. C/N ： 腐殖质（约10~12：1）比新鲜有机体（大于40：1）的低；

2 .纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质：按相对百分数--纤维素、半纤维素减少，木质素、蛋白质增加； 3 .土壤有机质： 出现特殊性质的腐殖质；

4 .存在状态：新鲜残体可辨别、分离；可溶解部分（少）进入溶液，有机质与土粒紧密混合。 第二节 土壤中植物残体的分解 一、矿化作用

（一）矿化作用：一种元素的有机形态被微生物分解成矿质形态的过程。 （二）特点 1、是分解过程

2、不同组分的分解速度不同：由大到小

①糖、淀粉、简单蛋白质②半纤维素、纤维素③木质素、蜡质、脂肪 3 、矿化速度和分解产物的组成受到土壤条件的影响 （三）各类有机化合物的矿化特点

1、碳水化合物（ C•H2O ）

组分：单糖、淀粉、半纤维素、纤维素 趋势：多糖---单糖---简单化合物

好气：最终产物CO2、H2O和矿质元素

厌气：生成许多中间产物--有机酸、CH4, H2 等

2蛋白质 胺态氮（氨基酸NH2-N） 氨化作用 铵态氮（NH4+-N） 亚硝化作用 亚硝态氮（ NO2--N ） 硝化作用 硝态氮（ NO3--N ） 3、脂肪、蜡质、树脂、单宁等

难分解，厌气条件产生酚类，继而氧化为醌类。 4、木质素（复杂芳香化合物）

好气：可形成有机酸--甲氧基（-OCH3）可氧化。 厌气：难分解--最后以泥炭形式积累。 （四）矿化意义及对植物生长的影响

意义：提供矿质营养；提供微生物能源。

影响：①CO2、CH4：温室气体，水稻田毒害 ② 有机酸毒害：水田中乳酸、醋酸、丁酸。。。。 ③Fe2+及H2S毒害 产生--毒害指标--毒害症状 ④亚（根）中毒，反硝化产生N2O等。 第三节 腐殖质的形成

一、腐殖化过程

Humification process：the processes involved in the dicomposition of organic matter and leading to the formation of humus (humic matter).

腐殖化作用：动物、植物、微生物残体在微生物作用下，通过生化和化学作用而形成腐殖质的过程。

两个阶段：（1）形成构成腐殖质的原始材料的阶段 （2）合成阶段

第四节 腐殖质的组成和性质

Humus——that more or less stable fraction of the soil organic matter remaining after the major portion of added plant and animal residues have decomposed. Usually it is dark colored.

腐殖质：土壤中的动植物残体被微生物分解后又合成的一类具有特殊性质的高分子有机化合物的混合物。

•

Organic matter (OM) 有机质 Humic matter 腐殖物质

• Humus 腐殖质 Humic acids 腐殖酸 Humic acid 胡敏酸 一、非腐殖质物质

(一)碳水化合物：约15~27%

种类： 单糖、多糖 、糖醛酸 、氨基糖等

来源：主要是微生物合成

意义： ① 团聚土壤颗粒 ② 消除重金属污染 ③ 改善腐殖质性状 （二）含氮有机化合物：约18%左右 种类：氨基酸、氨基糖、核酸 二．腐殖物质

（二）腐殖酸的元素组成及分子量

1、元素组成 C、H、O、N、P、S 含C：HA（50-60%）>FA（45-53%） （1）非单一化合物 （2）缩合程度不同 （3） HA含碳（C）量平均 58%

2、分子量 不固定 一般 HA （104~105）>FA （103~3×103）

（三）分子结构特征

1、结构模式复杂2、结构的基本组分： 核、键桥、官能团、侧链（支链） （四）溶解性、凝聚性

（五）带电性 1、产生原因 2、带电数量 FA（650-700） > HA（300-500）

3、影响带电性的因素 （1）种类（2）结构（3）pH （六）吸湿性 可达 80-90% 吸水性 500%以上 （七）稳定性

第五节 土壤有机质（SOM）的作用 一、影响土壤的化学性状 1、影响营养元素状况：

（1）矿化持续提供全面养分（尤其N、S、P等）（2）带电，吸附态离子提供养分 （3）腐植酸提取、络合作用，促养分有效化 2、增强土壤的保肥力和缓冲性 3、络合作用影响土壤化学性状

**络合意义（1）增加植物吸收养分（2）减少养分固定、促有效化 （3）络合风化释放养分（4）增强或消除重金属污染

二、影响土壤的物理性状

1促进土壤团粒结构形成、改善粘结性2增加土壤蓄水性、改善通气性3改善土壤的热状况

三、影响土壤的生物性状

1、影响全球碳平衡、给生物提供能源物质

（1）据估计，全球SOM的总碳量在14×1017~15×1017g，大约是陆地生物总碳量（5.6×1017g）的2.5~3倍。

（2）每年SOM分解释放到大气的总碳量6.8×1016g； （3）每年因焚烧释放到大气的总碳量仅6.0×1015g ；（仅为SOM分解释放到大气的总碳量的8%~9%）。 可见：SOM的损失对地球自然环境具有重大影响。 2、腐殖质具有生理活性的特点

（1）SOM是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源；土壤微生物生物量随SOM含量增加而增加； （2）蚯蚓的生命活动也以SOM为食物来源；而蚯蚓通过挖洞、消化SOM、排泄粪便等直接改变土壤微生物和植物的生存环境；

（3）SOM通过刺激微生物和动物的活动增加土壤酶的活性；

（4）腐植酸是一类生理活性物质； （ 注意：可分解出毒性物质）

第六节 土壤有机质的转化和调节 一、土壤有机质转化的定量指标

1、矿化率：

矿化率%= ×100 2、腐殖化系数：

单位重量的有机物质碳在土壤中分解一年后的残留碳量。

二、影响土壤有机质转化的因素 （一）有机物质本身的特征

1、C / N：2 、木质素的含量：3、 有机质的物理状态：干湿、粗细、交织状态 （二）影响微生物活性的因素

1 温度：最适25~35℃，在0~35℃内活性成正比 2 湿度和通气条件： 3 土壤酸碱度（pH）：一般在4 . 9~7 . 8内影响不大 （三）土壤的化学组成和质地

1 土壤中游离CaCO3 2 交换性Na+ 3 质地 三、土壤有机质的调节

1、绿肥轮作 2、施用有机肥料（包括秸秆） 3、调节土壤的水热条件 4、调节土壤质地 5、人工施用腐殖酸肥料

激发效应：加入有机质而使原有的土壤有机质矿化速率加快或变慢的效应。加快—正效应； 变慢—负效应

计算题： 某地土壤耕层有机质含量为1.2%；矿化率为2 .5%；激发率为70%;通过翻压绿肥施入绿肥地上部分3000斤（含干物质20%）和相当于地上部分1/5的根系（含干物质25%）。试计算当腐殖化系数分别为0 . 2和0 . 3时，土壤腐殖质能否积累？

解：支出：300000×1.2%×2.5%（1+70%）=153 （斤） （每亩耕层土壤按30万斤计） 收入：（3000×20%）+（3000×1/5×25%）=750 （斤） 腐殖化系数为0.2时：750×0.2=150（斤）＜153（斤），不积累 腐殖化系数为0.3时：750×0.3=225（斤）＞153（斤），积累 第四章 土壤的离子交换

Chapter 4 Ion exchange of soils

第一节 土壤胶体的带电性 一、土壤胶体及其类型

Colloid：any substance whose particles are less than a few micrometers in size.(1~100nm) 土壤胶体上限可达1/1000~1/2000mm。

土壤胶体类型：①矿质胶体 ②有机胶体 ③有机-矿质复合体 二、土壤电荷的种类和来源 （一）土壤电荷与粒级

土壤电荷有80%以上集中在小于0. 002mm颗粒。

砂粒和粉粒带电否？不排除。

The sand and silt size fractions may contribute some C.E.C. if coarse-grained vermiculite is present. 土壤带电证据：电泳、电渗。 （二）土壤电荷来源

1、永久电荷（Permanent charge）：主要来自矿质胶体内的同晶置换作用，不随环境pH而改变的电荷。 Permanent charge：the net negative (or positive) charge of clay particles inherent in the crystal lattice of the particle, not affected by the change in pH or by ion-exchange reactions. 特点：① “内电荷”（internal charge）② 不受外界条件（介质pH、浓度、离子交换反应 等）影响 ③ 净负电荷 ④大部分在粘粒矿物基面。

2、可变电荷（Variable charge；pH-dependent charge）：由于环境pH改变，胶体表面电荷的数量和符号发生变化的这部分电荷。

pH-dependent charge：that portion of the total charge of the soil (clay) particles which is affected by, and varies with changes in pH. 起因：

（1）各种基团的解离或质子化

腐殖质 粘粒矿物边面 游离R2O3 水铝英石 含水氧化硅Fe(OH)3\\Al(OH)3解离出OH- （2）断健

（三）净电荷：土壤正、负电荷的代数和。

等电点：胶体表面正负电荷相等时溶液的pH值。 三、土壤电荷数量和密度 （一）电荷数量

1、单位：m.e./100g dry soil；c mol (+)/kg 2、影响因素：（1）质地（2）胶体类型（3） pH （二）电荷密度（Charge density）

1、概念：单位面积上的电荷数量 2、意义：决定离子的吸附强度

第二节 土壤的阳离子交换

一、土壤胶体的代换性离子 扩散层离子 二、阳离子交换作用的基本特征 1、可逆、服从质量作用定律、有选择性

定比定律：土壤胶体上某两种阳离子的吸附态离子之比，与溶液中相应两种阳离子之比成正比。 2、等当量交换

三、影响阳离子交换能力的因素 1、电荷数量：M+++ > M++ > M+

2、 离子半径及水化半径

原子序大—离子半径大—水化半径小—代换能力强（大） Fe3+ > Al3+ > H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ >K+ > Na+

H+：①质子(半径很小) 、运动快、水化半径小 ② 氢键

3、离子浓度 碱土 四、土壤阳离子交换量

1、定义：一种土壤所吸附的可交换的阳离子总量。 单位： m.e./100g 土 或 cmol(+)/kg Cation exchange capacity（ C.E.C. ）：the total of exchangeable cations that a soil can absorb.

2、影响C.E.C.的因素：（1）质地（2）土壤胶体类型（3）SiO2/R2O3（4）pH 3、 CEC的意义

（1）可反映土壤保肥—供肥的能力

CEC﹤10 cmol(+)/kg CEC10~20 cmol(+)/kg CEC﹥20 cmol(+)/kg （2）可反映土壤耐肥—稳肥的能力

（3）是决定土壤环境容量大小的重要因素

五、土壤盐基饱和度（Base saturation percentage）： 1、吸附性阳离子的类型：

非盐基离子：解吸后可产生酸性（Fe3+, Al3+, H+）

盐基离子：解吸后不致酸的离子（Ca2+, Mg2+, K+, Na+„）

2、定义：土壤吸附的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分数。 3、类型：

 盐基饱和土壤：吸附的阳离子基本上都是盐基离子（胶体上无Al3+, H+或甚微），一般以Ca2+, Mg2+

为主；  盐基不饱和土壤：吸附的Al3+, H+占有一定的比例或相当大的比例；一般占20~40%。 第三节 交换性阳离子的有效性

一、定义：交换性阳离子被植物利用的有效程度

二、影响因素：

1、交换性阳离子的饱和度（Exchangeable Cation Percentage）

意义：（1）改良酸性土，施用石灰，要达到一定饱和度（70%）； （2）化肥集中施用；（3）不同质地土壤，施肥不同（如： 砂土要少量多次） 。 2 、陪补离子效应

陪补离子:胶体上同时存在多种离子,对某一指定离子而言,其它同时存在的离子叫陪补离子。

吸附力(结合强度)大的陪补离子，会提高被陪补离子的有效性；相反，吸附力(结合强度)小的陪补离子，会抑制被陪补离子的有效性。 重要推论：

对于Al—Ca—Mg—K—Na

前面的离子对后面的有促进作用；后面的对前面的有抑制作用。 3 、稀释效应 定比定律：

下雨（或灌溉），使土壤湿了； 这时K+的有效度高还是土壤干的时候K+的有效度高?

原因：湿润(稀释)有利于K+（低价离子）有效度增加，使Ca2+（高价离子）有效度降低—稀释效应 解释

 K+、NH4+可以进入六角形网孔固定；

 Ca2+、Na+可以进入2：1型层间，进出有影响；

 高岭石没有内表面（氢键结合），外表面吸附这些离子；

 H+离子的水化半径特别小，活动性很大，在2：1型晶层中可以自由出入，相对于此，吸附在高岭石等矿物边棱的H+离子，由于电荷密度大，所以，较难解吸。

所以：rNa+,Ca2+,K+,NH4+ 高岭石＞蒙脱石，伊利石 rH+ 高岭石＜蒙脱石，伊利石 第四节 土壤的阴离子吸附

一·正吸附：阴离子被土壤吸附固定的现象。

主要：H2PO4-、HPO42-、PO43-、H2SiO3-、SiO32-、有机酸离子 负吸附：阴离子在胶粒之间的自由溶液分布大于胶粒内分布的现象。 主要：NO3-、NO2-、Cl- SO42-、CO32-介于中间 二、正吸附产生原因及影响因素 1 原因

(1) 通过化学沉淀

(2) 土壤中正电性胶体对阴离子的吸附 在低pH时，R2O3胶体可带正电。

如：R2O3•H2O在pH5时，它的阴离子交换量可达100~150 cmol（-）/kg (3) 粘粒矿物的边面所带正电荷 高岭石边面可解离——特别是低pH (4) 通过配位基的交换（专性吸附） 2 影响因素

1与胶体种类有关。 2阴离子的价数。 3pH。

4在配位基交换中，离子半径越接近OH-者，其交换力越大。 三、阴离子的负吸附

1 原因 （1）土壤胶体主带负电 （2）水的表面张力 2 影响因素

（1）阴离子的价数 高价 > 低价 （2）陪伴阳离子价数

（3）土壤胶体的特性

胶体数量大，阴离子负吸附量大。 负吸附量：蒙脱>伊利>高岭

作业:

1土壤CEC为15 cmol/kg，其中，Ca2+占80%， Mg2+ 15%，K+ 5%；每亩耕层土壤30万斤，求Ca2+， Mg2+， K+每亩合多少斤。

2有1000克土样，分别含H+，Mg2+，Ca2+，Na+， K+和Al3+离子8，5，16，1，1和4 cmol，土样中有机质含量为2%（有机质平均CEC约为350 cmol/kg），粘粒含量是25%，求：1土壤的CEC 2土壤盐基饱和度 3若土样仅为一种粘粒矿物组成，试推断是何种矿物？ 解：C.E.C.=8+5+16+1+1+4=35 cmol(+)/kg

BSP=(5+16+1+1) ×100/35=65.71%

Hu=2%, CEC=2×350/100=7 cmol(+)/kg——有机质

粘粒矿物CEC=35-7=28 cmol(+)/kg

若为单一矿物，则：CEC=28·100/25=112 cmol(+)/kg——蒙脱石

3某地土壤耕层有机质含量为1.2%；矿化率为2 .5%；激发率为70%;通过翻压绿肥施入绿肥地上部分3000斤（含干物质20%）和相当于地上部分1/5的根系（含干物质25%）。试计算当腐殖化系数分别为0 . 2和0 . 3时，土壤腐殖质能否积累？ （注：每亩耕层土壤按30万斤计）

解：施用绿肥前矿化率：2.5%，施绿肥后增加了1.75%，达到4.25%

Chapter 5 Soil Acidity and Alkalinity 第五章 土壤酸碱度

The degree of acidity or alkalinity is a master（显著的，主要的） variable （易变的） that affects nearly all soil properties—chemical,biological, and physical. Commonly expressed as soil pH, this variable largely controls plant nutrient availability and microbial reaction in soils. 第一节 土壤酸度Section 1 Soil acidity

一 土壤酸度的存在形式和相互关系(Forms and their relationship of soil acidities) 1 活性酸度：土壤溶液中游离的H+活度

Active acidity—the activity of hydrogen ion in the aqueous phase of a soil. 2 潜性酸度：土壤胶体上吸附的交换性H+，Al3+所显示的酸度

Potential acidity—the activity displayed by exchangeable H+ and Al3+ that were absorbed on soil colloid.

3 总酸度(Total acidity)：活性酸与潜性酸的总和

活性酸与潜性酸的关系：

①处于相互转化的动态平衡②潜性酸远大于活性酸③土壤酸度的根本来源(起源)—活性酸 二 土壤酸度产生的原因 (一)活性酸

1 土壤生物活动产生H+

(1) 生物呼吸放出CO2 + H2O — H2CO3 — H+ + HCO3- (2) 有机质分解产生有机酸

(3) 土壤中的的铵盐和硫化物在特殊微生物(如:硝化细菌,硫化细菌)的作用下转化成酸(HNO3, H2SO4) 2 大气，土壤空气中的CO2

3 吸附态H+ ， Al3+通过解离和水解变成活性酸 4 土壤中H2O的解离 (二)潜性酸

1 吸附态，结合态以及官能团上H+的解离和交换 2 吸附态Al3+

（1）吸附态Al3+的产生—氢铝转化过程(土壤胶体上吸附态H+减少而Al3+增加的现象)

只有Al3+粘土，没有H+粘土 (2) 吸附态Al3+产生酸的机制

Once the aluminum enter the soil solution it reacts with water to form hydroxy aluminum compounds and free hydrogen ions.

Al3+ + H2O ≒ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ≒ Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O ≒ Al(OH)3 + H+

三土壤酸度的表示方法(Indicative methods of soil acidity) (一)活性酸度 — pH值： 是土壤酸度的强度指标(Intensity index)

Active acidity — due to the H+ and Al3+ ions in the soil solution. 一般地 pHH2O > pHKCl

在pH分级方面，各国的均不一致；我国土壤酸碱反应大致呈“南酸北碱”，确切地说是“东南酸而西北碱”的分布趋势；大体分五级：

(二)交换性酸度

Exchange acidity—the titratable (可滴定) hydrogen and aluminum that can replaced from the adsorption complex by a neutral salt solution. 性质：容量指标(Capacity index)； 单位：cmol/kg

特点: 1包括活性酸；2不能将胶体上全部的H+ 、Al3+代换下来，因此，它只是潜性酸的大部分，而非全部。

第二节 土壤碱度Section 2 soil alkalinity 一 土壤碱度产生的原因

1 土壤中的碱金属和碱土金属盐类的水解(主要是碳酸盐和重碳酸盐) 2 有些土壤中的中性盐(Na2SO4)的水解 3 胶体上吸附的 Na, Ca, Mg 离子的水解

二 土壤碱度的指标Index of soil alkalinity 1 碱化度 土壤胶体上交换性Na+占交换性阳离子的比例 一般地 Na+ 15% 以上，pH > 8.5 的土壤为碱土 2 总碱度指标 测定土壤中碱性盐类水解所产生的碱度 即：测碳酸盐和重碳酸盐类

（1）碱性盐类的 cmol/kg （2）CO32-，HCO3- 的重量百分数 三 碱化作用(Alkalization)

土壤呈碱性时，导致土壤理化性状所发生的各种变化 主要表现：土粒高度分散—湿时泥泞—不透水气—干时坚硬 结果：导致耕性、物理性质、化学性质、生物性状的恶化

产生碱化作用时，碱土中碱金属离子比： Ca：Mg：Na：K=4：1：9：1 四 影响土壤酸碱性的因素

（一）酸性 1 气候 （1）水，温（2）生物活性

2 施肥 3 灌溉 4 酸性红壤的浊流水（串灌） 5 母质因素（靠近黄铁矿） （二）碱性 1 气候 干旱\\蒸发量>>降水量

2 生物因素 3 母质 基性\\超基性岩 4 地下水，灌溉水 第三节 盐基饱和度，CO2偏压等与土壤pH的关系

一 盐基饱和度的影响 饱和：中~微碱性

H+，Al3+占20~40%：酸~强酸性

1、极限pH—土壤胶体上吸附的离子全为H+、Al3+时的pH。 可表示土壤胶体的最低pH，可反映潜性酸的强度。 pH极限：高岭（4.5~5.0）>蒙脱（3.5） >腐殖质

实质上判断3种胶体CEC的大小，CEC ↑ ， pH极限↓ 决定因子：净负电荷数量

所以：一般地，南方土壤pH极限>北方土壤pH极限

pH极限： 砖红壤（4.9~5.2）>红壤（4.5~4.6） >黄棕壤（3.9~4.1）

2、半中和点pH—土壤胶体上盐基离子饱和度等于非盐基离子（ H+、Al3+ ）饱和度时的pH。 pH半中和点=pK

3、中和点pH—土壤胶体盐基离子饱和度等于100%时的pH。各种土壤差别不大：8.2±0.1 二 土壤空气的CO2偏压对pH的影响

2pH = K + p Ca2+ + p CO2 (K =-lgK/Ksp) pH = 4.92 – 0.5lg [Ca2+] – 0.5lg [CO2]

公式意义：(1)对石灰性土壤，随[Ca2+]、[CO2]的升高，pH下降 (2)测定土壤pH值时，要煮沸蒸馏水，

排除CO2，冷却后用 (3)土壤田间pH高低，受CO2多少的影响 例 pH风干土样 > pH田间土样 三 土壤水分状况对pH的影响

测pH 水：土=1：1(中国) 或2.5：1(国际) 规定水土比原因：

（1）中性-石灰性土壤，增加水土比会导致pH值上升 （2）酸性土，稀释（加水）会使pH值上升 总结： 各类土壤增加水土比，都会使pH值升高 四 土壤氧化-还原条件

酸性土 pH水稻>pH小麦

原因：(1)有机质嫌气分解产生NH3(NH4+)，在嫌气条件下不易变成NO3-,而是与土壤中的CO2生成(NH4)2CO3

(2)还原条件下，出现Mn2+，Fe2+，可生成MnCO3，FeCO3，水解后呈碱性 (3)酸性硫酸盐土(pH 2~3)，淹水后，硫酸盐还原为硫化物(水解呈碱性) 对碱性土 pH水稻原因 ①嫌气条件产生有机酸(多)②嫌气条件下微生物释放的CO2向大气扩散慢 结论：淹水使酸性土和碱性土趋于中性

第四节 土壤的缓冲作用Section 4 soil buffer action

一定义(Difinition):当向土壤中加入酸或碱时，土壤所具有的减缓pH改变的作用，叫~

Soil tend to resist changes in the pH of the soil solution. This resistance, called buffering. 二原因:

1 土壤胶体的阳离子交换作用 2 土壤溶液中多种弱酸及弱酸盐

3 土壤中的一些两性胶体物质 4 酸性土壤中的活性Al3+或交换性Al3+对碱的缓冲作用 三缓冲作用的量度—缓冲量（Buffer capacity）

土壤溶液改变一个单位pH值所需的酸或碱的量 测定 通过滴定得一曲线 由滴定曲线得出： (1)盐基不饱和土壤

(2)缓冲能力不断变化，在pH 4~5之间，缓冲性强，至pH 5左右失去了缓冲性 (3)交换性酸量：58 cmol/kg — 也是缓冲(容)量 四 影响土壤缓冲能力的因素

1 胶体类型和含量

CEC ↑, BC (Buffer Capacity) ↑ Clay ↑, BC (Buffer Capacity) ↑ ∴ BC：有机胶体>蒙脱石>伊利石>高岭石>R2O3

粘土>壤土>砂土 2 土壤盐基饱AC和度 CEC相等条件下： 盐基饱和度越大，对酸的缓冲性越强 盐基饱和度越小，对碱的缓冲性越强 第五节 土壤反应与肥力关系 一、对土壤肥力及植物生长影响 1、对养分有效性的影响 （1）由图可见

①总体看，pH6~7范围内各种元素有效性普遍较高 ②养分有效性受土壤酸碱性影响较大

酸性：N,P,K,S,Ca,Mg,B,Mo有效性降低 Fe,Mn,Zn,Cu,Co易过剩 碱性：Fe,Mn,Cu,Zn,Co有效性降低 （2）原因：

①从微生物活性考虑 pH<6，细菌、放线菌活性降低(N，S与之吻合)

②从溶度积考虑 主要影响：Fe,Mn,Cu,Zn(以Fe为例说明) pFe=3pH-4.6 ③从发生化学沉淀考虑 如：P——低pH时, Fe3+,Al3+多,沉淀,Fe(Al)PO4↓ 高pH时，Ca2+多，沉淀Ca3(PO4)2 ↓ pH>8.5时，Na+多，P溶解性增强 ④从流失考虑 在酸性：K,Ca,Mg易流失，使土壤中减少 2 影响理化性质

3、对植物生长的影响

（1）Al3+的毒害（pH<5.5） 界限：0.2 c mol Al3+ /kg；

症状：根系变粗、短，影响养分吸收 pH5.5~6.3时，大部分Al3+沉淀，Al3+毒消除 注意：过碱：主要是NaOH的腐蚀（不是毒害）

（2）根据植物对酸碱的敏感性分为： 敏感植物和不敏感植物

敏感植物—指示植物：一些植物对酸碱性有着不同的爱好，它们只能在某一定的酸碱范围内生长，因为这些植物能对土壤酸碱性 起指示作用，故称之为土壤酸碱性的“指示植物”。 耐酸植物：茶树，羽扇豆； 耐碱植物：盐蒿，柽柳，碱蓬 二 土壤酸碱性的调节 （一）酸性土酸性调节

1、调节途径：施用石灰（Ca(OH)2,CaO,CaCO3） 2、调节机理

3、影响中和速度的因素

①粘粒矿物类型 蒙脱石<高岭石(速度) ②Al3+的量和形态 Al3+ > Al(OH)2+(在晶层) ③土壤和石灰颗粒的粗细 ④土壤温度、水温 4、石灰用量计算

石灰用量=土壤体积×容重×阳离子交换量×(1-盐基饱和度) (二) 对碱性土的调节

1 施用有机肥 2 施用化学物质 （1）FeSO4（2）硫磺粉，黄铁矿（FeS） 3 施用生理酸性肥料 如：(NH4)2SO4，KCl 4 对碱化土壤，施用石膏 第七章 土壤孔性和结构（Soil Pores and Peds） 一 土壤孔隙度(Porosity)

1、定义（Definition）:

土壤孔隙体积在整个土壤体积中所占的百分数。

Porosity—the volume percentage of the total bulk not occupied by solid particles. 2、测定和计算（Measurement and calculation）:

Pore space ratio (PSR) = volume of pores/ total soil volume

土壤体积 = 土粒体积 + 孔隙体积 （一）土壤密度(soil density)

1单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3)

2、影响土壤密度的因素 矿物组成 有机质含量 土壤质地 3、土壤比重 (soil specific gravity)

土壤密度与4℃时纯水密度之比。一般取2.65。 （二）土壤容重(bulk density of soil)

1、单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的干重。(g/cm3) 2土壤容重(soil bulk density)作用

(1) 计算土壤孔隙度(soil porosity) 孔隙度＝（1－容重/比重）×100% (2)计算工程土方量 土壤重量=土壤体积×土壤容重

(3)估算各种土壤成分储量 设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量15g/kg = 0.015 t/t，全氮量0.75g/kg = 0.00075 t/t。0.2m土层：

解：土壤=10000×0.2×1.3=2600 t 有机质储量=2600×0.015=39.0 t

、 1hm2全氮储量=2600×0.00075=1.95 t

(4)计算土壤储水量及灌水（或排水）定额

设土层厚度1m，土壤含水量25%，容重为1.3 t/m3。

1hm2、1m土层储水量 =10000m2×1m×1.3 t/m3×25%=3250m3/hm2 3、浸水容重(water immersed soil density) 反映土壤在浸水条件下的结构状态和淀实程度。 4、影响容重的因素

 质地 (texture)容重↑孔隙度↓ 因此，对无结构土壤：

粘土(45~60%) > 壤土(45~52%) > 砂土(33~45%)∴容重：粘土 < 壤土 < 砂土

 结构 (structure)——（质地一定）

 有机质含量 (organic matter content)  耕作 (tillage) （三）土壤孔度分级

1、当量孔径：与土壤水吸力相当的孔隙直径称为当量孔径 T=3/D D为孔隙直径（毫米）； T为水吸力，可理解为土壤对水的吸力，单位为百帕（hpa）或毫巴（mb）。 2、孔度分级

水吸力(mb) >1500 1500~150 <150 当量孔径(mm) <0. 002 0.002~0.02 >0.02 非活性孔 毛管孔 通气孔 （1）非活性孔隙(inactive pore)

 又称无效孔隙

 孔径<0.002mm(<0.0002mm)

 水分水吸力T=3/0.002=1500百帕，土壤对水的吸力很强，水分对植物基本无效。 （2）毛管孔隙 (capillary pore)

 孔径：0.02(0.06)—0.002(0.0002)mm；

 水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500百帕之间；

 对植物是有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生长和活动。 （3） 通气孔隙(aeration pore)

 孔径＞0.02(0.06)mm；

 透水通气，通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动。 二、土壤三相(three phases of soil ) 1、土壤三相组成及孔度计算

孔度(total porosity)＝ (1－容重/比重) ×100% 固相(solid phase)＝(容重/比重) ×100%

液相(liquid phase)＝(水分重量百分率×容重) ×100% 气相(gas phase)＝(总孔度－液相) ×100% 第二节 土壤结构(soil structure) 一、土壤结构体（soil ped）

1、土壤结构性（soil structurality）

土壤中单粒、复粒的数量、大小、形状、性质及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。 2、土壤结构体（soil ped）

土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。 特点:①不是人为的；是自然因素作用下形成的； ②是形态概念。

(二)土壤结构类型（soil structure type） 1、块状结构（block structure） 2 、团块状(crumby structure) 3、核状结构(nutty structure) 4、

柱状(columnar structure) 5、棱柱状结构（prismatic structure） 6、片状、板状结构（platy structure） 7、团粒结构（granular structure）

二、团粒结构(granular structure)在土壤肥力(soil fertility)上的意义

团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊的作用，协调水气状况能力强，因而是理想的结构体。 1、小水库(reservoir)

 团粒结构透水性好，可接纳大量降水(precipitation)和灌溉水(irrigation water)，而团粒内部

保水性强，天旱(drought)时还可防止水分蒸发(evaporation)；

 天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。

2、小肥料库

 具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富；

 团粒结构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化(mineralization)，释放养分；  团粒内部则有利于腐殖化(humification)，保存养分。 3、空气走廊

 由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通(ventilation)。

注意： 不是所有的土壤都能形成团粒结构； 不是所有的土壤都要形成团粒结构。 三、土壤结构的分级

依据自然结构体的内聚力，稳定性和在土体中的明显程度

 0级：在土体中看不出自然结构体；

 1级：有弱的结构体，不明显；

 2级：中结构体，可以明显地显示自然结构体，但稳定性差， 经过搅动（耕、犁、耙、耱）易散，

即内聚力弱；  3级：强结构体，土壤中很明显，翻动后不易破坏。 第三节 土壤结构体的形成

一、形成途径

1团聚过程： 单粒→团聚体 2 碎散过程：土块→小团聚体 团聚过程又分为两个阶段：

第一阶段：土粒在自身的粘结、凝聚或和外物胶结作用下粘聚形成致密土体或次生复粒(secondary compound particle)（微团聚体(microaggregate)）；

第二阶段：团聚体（aggregate)进一步粘结形成结构体或致密土体。 二、团聚体的形成

（1）阳离子凝聚(cation coagulation)

 土壤胶粒(soil colloid)通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子(cation)作用下，发生

相互凝聚。

a、高价离子凝聚能力大于低价离子； b、水化半径大的离子凝聚能力弱，反之则较强。 Fe3+ >Al3+ >Ca2+ >Mg2+ >H+ >NH4+ > K+ >Na+ (2) 水膜(water film)的粘结作用

土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。

(3) 胶结作用(cementation) 三、土壤团粒结构形成的粘团学说 1、粘粒片自己先互相结合形成粘团：

①粘粒间有某种离子，将粘粒片连接起来；②电性吸附；③互相间粘结力的作用。 2、粘团又互相结合(中间夹有机胶体)—三种方式

面对面 边对边 边对面

(有机胶体呈溶胶态可渗入粘粒片之间，继而变为凝胶而胶结起来)

四、土壤结构的碎散过程

1、干湿交替作用(alternation of drying and wetting)

 灌水，各部位吸水程度与速率不同，产生湿胀和压力不一；  干土空气多，迅速吸水，闭蓄在孔中空气被压缩而“爆破”。

2、冻融交替作用(alternation of freezing and thawing ) （冰，体积增大9%，使土块易破碎。）

大小孔隙结冰温度不同，小孔隙中水的冰点下降（土壤溶液浓度大）)。孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。 3生物作用(biological effect)

 植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构；

 土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。 4土壤耕作(soil tillage)

通过合理耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。 五、土壤良好结构体的培育

1、大量施用有机肥 2、实行合理耕作 3、实行合理轮作 4、施用石膏或石灰 5、施用土壤结构改良剂(soil conditioner) Chapter 8 Soil water

Water is a vital component of every living thing. Although it is one of nature’s simplest

chemicals, water has unique properties that promote a wide variety of physical, chemical, and biological processes. These processes greatly influence almost every aspect of soil development and behavior, from the weathering of minerals to the decomposition of organic matter, from the growth of plants to the pollution of groundwater.

Soil-water interactions influence how much rainwater runs into and through the soil and

how much runs off the surface. Control of these processes in turn determines the movement of chemicals to the groundwater, and of both chemicals and eroded soil particles to streams and lakes. The interactions affect the rate of water loss through leaching and evaportranspiration (蒸散), the balance between air and water in soil pores, the rate of change in soil temperature, the rate and kind of metabolish (新陈代谢) of soil organisms, and capacity of soil to store and provide water for plant growth.

第一节 土壤水分类型和性质

一 土壤水分的形态：固、液、气 二 土壤水分的类型和性质

依据： 水分被土壤颗粒吸持的力及水分性质（吸持力不同） （一）吸附水（Adsorption moisture, adsorbed water） 1 产生原因：表面能、带电、分子引力、离子水化

2 类型（1）吸湿水（Hydroscopic water，hydroscopic moisture）：干土从空气中吸收的水分 特点1气态水/吸持力31-10000atm 2与相对湿度呈正相关 3吸湿热

受质地、有机质含量影响

（2）毛管水 Capillary humidity, capillary water)毛管孔隙中，受毛管力作用而保持的土壤水分

毛管力产生原因：1表面能surface energy 2附加压强Additional intensity of pressure 毛管水的特点：（1）吸持力： 0.008-6.25atm、移动性、溶解性 （2）运动方向：毛管粗

（3）P ∝ T 温度、盐浓度 （4）毛管水运动速度：取决于吸力梯度 毛管水种类：（1）毛管上升水（毛管支持水）Capillary rise water 为什么理论与实际毛管水上升高度差异如此之大？

 土壤孔隙和土粒大小不是单一的，变化大（颗粒不规则）  孔隙的分布不规则（曲折）

 孔隙之间有气泡，可阻碍水分上升

 细小土粒（如：小于0.001mm）对水分有强大的吸力（水膜化），阻碍水分上升 （2）毛管悬着水Capillary hanging water  此水不受重力作用而向下移动

 与地下水没有直接联系，不受地下水影响  有干土层

（三）重力水（Gravitational water）：受重力作用可向下移动的水分

 从性质看，植物可以吸收利用，但绝大多数不能被植物吸收利用，因为很快就排除了（多余水）  如果土体下层有不透水层，可影响土壤通气性 三 土壤水分常数及其有效性

（一）土壤水分常数 （Soil water content） 1 吸湿系数（最大吸湿量）（Maximum adsorptive capacity）：吸湿水的最大数量。 2 凋萎系数（Wilting coefficient）： 植物出现永久凋萎时的土壤含水量。 3 最大分子持水量（Maximum molecular moisture holding capacity）： 膜状水达最大厚度时的土壤含水量。

4 毛管持水量 （Capillary holding water capacity）： 在有毛管水上升时，毛管孔隙充满水时的含水量。

5 田间持水量 （Filed capacity, field moisture capacity）：毛管悬着水的最大含量。 当过剩的重力水排除后，渗透水流已降至很低或基本停止时，土壤上层毛管中所保持的水分。 田间持水量的意义：

 计算灌水定额的指标

灌水定额=（田间持水量－灌前含水量） ×300000

6 全蓄水量（饱和持水量）(Saturated water content)： 土壤全部充水时的土壤含水量。 #毛管断裂含水量（Moisture of the capillary bond disruption）：

土壤中的毛管悬着水，由于作物吸收和土壤蒸发而不断减少，当减少到一定程度时，连续状态断裂，这时的土壤含水量。——植物生长阻滞含水量。

约为田间持水量的65%：植物有效利用水分的转折点

（二）土壤水分的有效性：土壤水分被植物利用的难易程度。 最大有效水含量=田间持水量（毛管持水量）－凋萎系数 实际有效水含量=实际含水量－凋萎系数 难效水=毛管断裂含水量－凋萎系数 易效水=田间持水量－毛管断裂含水量