土壤学基础知识

土壤学的基本知识张承林华南农业大学作物营养与施肥研究室《土壤学名词》中将土壤定义为：土壤是陆地表面由矿物质、有机质、水、空气和生物组成，具有肥力，能生长植物的未固结层。花岗岩发育的赤红壤玄武岩发育的砖红壤红壤剖面图黄壤黄棕壤黑土黑钙土紫色土高山草甸土1.土壤的物质组成●固体部分矿物质：95%有机质：5%●孔隙部分水分，气体各种生物：动物、微生物土壤组成物质的体积比1.1土壤的矿物质矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物。a．原生矿物由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。b．次生矿物原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生了化学变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。土壤中的原生矿物•（一）长石类矿物•正长石，又称钾长石，是土壤中钾元素的重要来源。土壤中的原生矿物（二）云母类白云母，又称钾云母，是土壤中钾元素的来源之一。黑云母也是钾元素的来源，更易分解，风化。（三）角闪石与辉石类矿物含盐基丰富，化学稳定性低，容易被彻底分解。（四）石英矿物不易风化，是土壤中砂粒的主要来源。（五）氧化铁类矿物赤铁矿（Fe2O3），常使土壤染成红色。磁铁矿（Fe3O4），具磁性。黄铁矿（FeS2），分解后形成硫酸盐。（六）磷酸盐类矿物磷灰石是制造磷肥的主要原料，是植物磷元素的主要来源。（七）方解石（CaCO3）方解石是土壤中碳酸钙的主要来源。（八）褐铁矿（Fe2O33H2O）由赤铁矿水化形成的一种含水氧化铁，是土壤黄色和棕色染色剂。粘粒矿物土壤粘粒粒级内所含的一切矿物，包括粘土矿物和非粘土矿物。包括层状的硅酸盐矿物和氧化物类。、常见粘粒矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母等土壤中的次生矿物高岭石蒙脱石(膨润土)伊利石水云母粘粒矿物的基本特性1、存在同晶替代现象，表面带永久电荷,通常带负电荷。可以吸附阳离子。使土壤具有保肥能力。但不吸附阴离子，是硝态氮及氯离子淋失的原因。2、吸水膨胀，失水收缩3、具粘性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，土壤生物体及其分解和合成的各种有机物质。1.2土壤有机质4%极丰富3~4%丰富1~3%中等0.6~1%缺乏0.6%极缺乏土壤有机质含量分级标准：2、组成未分解和半分解动、植物残体及土壤生命体腐殖质土壤有机质生羊粪部分腐殖化高度腐殖化非腐殖物质是指有特定物理化学性质、结构已知的有机化合物。约占腐殖质20~30％。主要有：碳水化合物、氨基糖、蛋白质、氨基酸、脂肪、蜡质、木质素、树脂、核酸、有机酸等。腐殖物质是指经土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的，新形成的黄色至棕黑色的高分子有机化合物。约占腐殖质60~80％。褐煤泥炭3土壤有机质的分解和转化矿化过程：腐殖化过程：复杂简单简单复杂分解为无机物质矿化过程是指土壤有机质通过微生物的作用分解为简单的化合物，同时释放出矿质养分的过程。这也是有机肥发挥肥效的机理。腐殖化过程是指有机质在微生物的作用下，通过生化和化学作用转化为腐殖质的过程。在好氧条件下：微生物活动旺盛，分解作用进行得较快，最后大部分有机物质变成CO2和H2O，而N、P、S等则以NH4+、NO3-，HPO42-、H2PO4-、SO42-等矿质盐类释放出来。在嫌气条件下：好氧微生物的活动受到抑制，分解作用进行得既慢又不彻底，这样有机质消失得较慢而在土壤中大量积累，养料和能量释放很少，同时往往还产生有机酸、乙醇等中间产物，在极端嫌气的情况下，还会产生CH4、H2等还原物质。增加通气，翻堆未腐熟的有机肥不能用有机质在土壤肥力中的作用2）促进土壤养分的有效化1）提供植物需要的养分有机酸和腐殖酸的溶解和络合（如石灰性土壤的铁营养）N、P、K、Ca、Mg、S、Si和各种微量元素3）改善土壤的肥力特性物理性质①促进良好结构体形成；②降低土壤粘性，改善土壤耕性；③降低土壤砂性，提高保蓄性；化学性质：①影响土壤的表面性质②影响土壤的电荷性质③影响土壤保肥性④影响土壤的络合性质⑤影响土壤缓冲性生物性质：提供土壤微生物养分和能量、增加土壤微生物生物量。土壤生物•土壤动物土壤微生物真菌放线菌细菌3、微生物的作用①分解有机质，释放各种养料，为植物吸收利用；②合成土壤腐殖质，使土壤具胶体性能；③固定大气中的氮素，增加土壤含氮量；④促进土壤物质的溶解和迁移，增加矿质养分的有效度。菌根共生促进养分与水分吸收土壤孔隙砂土30-45％壤土40-50%粘土45-60%泥炭土〉80％总孔隙度的范围毛管孔隙和非毛管孔隙※毛管孔隙：毛管水占据的孔隙。※非毛管孔隙：毛管水不能占据的孔隙。常为空气占据，故又称通气孔隙。毛管孔隙与非毛管孔隙占据的比例决定了土壤的水气比例。第四章土壤质地和结构三、土壤的机械组成和质地机械组成：是指土壤中各粒级矿物质土粒所占的百分含量，也称颗粒组成。粒级名称粒径(mm)石砾＞1砂粒1～0.05粉粒0.05～0.001粘粒﹤0.001简制物理性砂粒1～0.01物理性粘粒﹤0.01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。土壤质地：沙土壤土如何快速判断土壤的质地砖红壤田间持水量的70%不同质地土壤的肥力特点和利用改良砂土粘土水透水快，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，壤土的肥力特点：由于所含砂粒、粘粒比例较适宜，兼有砂土类土壤和粘土类土壤的优点，既有砂质土的良好通透性和耕性，又有粘土对水分、养分的保蓄性、肥效稳而长等优点。（二）土壤质地层次上粘下砂上砂下粘砂粘相间不同质地土壤水分入渗的差别沙土壤土粘土土壤结构体是土粒互相排列和团聚成为一定形状和大小的结构的土块或土团。土壤的结构通常以直径在10-0.25mm水稳性团聚体含量判别结构好坏，多的好，少的差。良好的土壤结构性，实质上是具有良好的孔隙性，即孔隙的数量大（即总孔隙度大）而且大、小孔隙的分配和分布适当，有利于土壤水、肥、气、热状况调节和植物根系活动。土壤结构体类型单粒结构粒状结构片状结构图4-22土壤结构类型图解(续)柱状结构块状结构大块状结构棱柱状结构3、团粒结构土壤的保肥与供肥协调。4、团粒结构土壤宜于耕作。三、团粒结构在土壤肥力上的意义5、团粒结构土壤具有良好的耕层构造。1、团粒结构土壤的大小孔隙兼备。2、团粒结构土壤中水、气矛盾的解决。温度大量元素中量元素微量元素常见的土壤问题：1、通气差土壤缺氧直接影响根呼吸。呼吸器官为细胞内的线粒体良好土壤组成物质的体积比玄武岩发育的砖红壤造成土壤通气差的原因1、土壤粘粒矿物过多（如高岭土、蒙脱石等）2、水分过多（漫灌、淹水）解决土壤通气的常见措施翻地、起垄、施有机肥、客土、滴灌、排水等措施种在垄上的葡萄广东清新县石潭镇东联村常见的土壤问题：2、酸化和碱化植物正常生长土壤的pH值为6左右pH值小于5.5的都是酸性土壤。一、土壤酸碱反应土壤酸碱性分酸性、中性和碱性。当土壤溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度时呈酸性反应；反之，氢氧根离子占优势时呈碱性反应；而当氢离子与氢氧离子相等时呈中性反应。土壤中的氢离子和铝离子是土壤酸性的根源。碳酸钙是维持中性至微碱性反应的物质基础。碳酸钠的存在是土壤呈碱性与强碱性的原因。土壤酸碱度一般可分为五级：pH＜5.0强酸性pH5.0～6.5酸性pH6.5～7.5中性pH7.5～8.5碱性pH＞8.5强碱性（二）土壤碱性反应1、土壤碱性的来源碱性土壤中氢氧离子的来源主要是弱酸强碱盐水解的结果。土壤中常见的弱酸强碱盐有碳酸根及重碳酸根的钾、钠、钙、镁盐。（三）影响土壤酸碱性的因素1．气候2．地形3．母质4．植被5．人类活动6．盐基饱和度7．肥料（四）土壤酸碱性与土壤养分氮、钾、硫、钼在pH6有效性较高。磷素在pH6.5～7.5时有效度最高。钙、镁的有效性以pH6～8时最好。铁、锰、铜、锌在酸性时有效度提高。硼在pH5.0～7.0和pH9.0有效度较高。（六）土壤酸碱性与植物生长对大多数作物来说，喜欢近中性的土壤，以pH6.0～7.5为宜，但有些作物却适应性很广。有些植物对土壤酸碱条件要求非常严格，它们只能在某一特定的酸碱范围内生长，这些植物可以为土壤酸碱度起指示作用而被称为指示植物。如蓝莓。酸性土指示植物：铁芒箕、映山红、石松、茶；石灰性土指示植物：蜈蚣草、柏木；盐土指示植物：盐蒿、碱蓬；碱性土的指示植物：剪刀股；石松蜈蚣草石灰性土壤盐蒿、碱蓬剪刀股（七）土壤酸碱性的调节酸性土通常用石灰、草木灰来改良。碱性土通常用石膏（硫酸钙）、硫磺或明矾（硫酸铝钾）来改良。广东湛江湖光岩镇未施石灰施石灰花岗岩发育的赤红壤玄武岩发育的砖红壤土壤在成土过程已产生酸化不当的施肥造成土壤酸化1、有机肥的分解造成酸化2、过量施用铵态氮肥（包括尿素）3、酸雨因氢离子浓度过高造成的氢离子毒害；因铝锰离子浓度过高引起铝锰毒害；因pH过低降低大多数阳离子的有效性，造成钾、镁和钙等的缺乏；因pH过低降低磷、钼的可溶性，造成其缺乏；因pH过低限制根系生长和养分的吸收根系易长线虫土壤酸化的后果葡萄线虫植物的铝毒症状首先体现在根系：根主轴伸长受抑，根粗短而脆，褐色，畸形弯曲，抑制植物根系生长铝锰离子的毒害锰离子的毒害（锰毒）毒害的机理主要为:提高生长素氧化酶的活性，使生长素遭到破坏；破坏氨基酸的代谢；增加过氧化物酶和多酚氧化酶的活性；降低ATP浓度及呼吸强度；减少植物的钙镁铁的吸收防止和矫正锰毒害方法：施用石灰或改善土壤排水状况苹果粗皮病被指与锰过量有关判断土壤是否过酸的简单方法pH试纸或者pH计，水土比2.5:1可田间测定。不同深度土壤pH值变化情况5公分深土壤pH值6.215公分深土壤pH值5.325公分深土壤pH值5.0改良土壤酸性的办法1、施石灰2、施调节酸性的土壤改良剂3、土壤碱化碱土的定义及类型定义：指土壤溶液（土水比1：2.5）的pH值大于7.0，常见的为石灰性土壤，含碳酸盐多的土壤土壤变碱后产生的主要问题1、氨气挥发，氮肥损失2、覆膜下或大棚内氨气浓度高后导致烧苗、烧叶3、金属微量元素变成氢氧化物沉淀，产生缺铁、缺锰、缺锌等症状石灰性土壤作物缺铁症状马铃薯缺锰碱性土壤出现的氨气烧苗现象二铵一溶解，氨气立刻挥发如何校正土壤的碱性？1、施酸性肥料，如过磷酸钙，磷酸二氢铵（一铵）、磷酸尿素，酸性复合肥等2、施用碱性土壤调理剂，如石膏粉3、施用液体酸或液体酸性肥（如磷酸）美国种植在石灰性土壤的柑橘园直接滴施硫酸中和土壤碱性常见土壤问题：4、盐化盐土的定义及类型定义：指土壤饱和提取液中电导率高于4mS/cm，并且可交换钠低于15％的土壤在盐土上艰难生长的番茄不消除盐害，再好的肥料也无效水稻土盐碱土第一株葡萄苗，肥料烧死第二株葡萄苗，肥料烧死第三株葡萄苗，等死番石榴盐害的叶片草莓盐害的叶片判断土壤是否盐化的最简单快速方法：测定电导率在施肥情况下不同深度土壤盐分含量不同土壤溶液采集器直接从植物根系周围采集土壤溶液,并在田间立即进行分析测定土壤与灌溉水的盐分含量对作物生长的影响ECe:土壤饱和溶液电导率。ECw：灌溉水的电导率。百分数为生长的程度。(AyersR.S,JournalofIrrigationandDrainage.1977)盐害影响盐分本身的毒害作用生理干旱(渗透压效应)养分失调盐害导致的萎蔫（生理干旱）100倍50倍25倍肥料稀释倍数与秧苗的成活肥料烧苗的本质就是盐害防止土壤盐化的措施1、不过量施肥2、平衡施肥3、降雨淋洗盐分4、膜下滴灌5、淡水6、起垄种植过量施用水溶肥料后出现的盐斑及肥害。土壤表层5cmEC值达到6-8mS/cm。膜下滴灌可以有效消除盐害五、土壤缺乏有机质1、土壤结构差2、微生物少3、保肥能力下降，养分缓冲性差第五章土壤的保肥性与供肥性土壤保肥性和供肥性与植物生长土壤的保肥性：是指土壤吸持和保存植物养分的能力。土壤保肥能力的大小受土壤的对植物养分的多种作用的影响：分子吸附作用、化学固定作用、离子交换作用。其中，离子