土壤地理学第四章

《土壤地理学》教案第4章--第1讲目的与要求1、掌握离子代换吸收作用的类型、概念及特征2、了解土壤吸收性的农业作用和生产调节方法重点和难点1、重点：离子代换吸收作用的类型、概念。2、难点：阳离子代换吸收作用和阴离子代换吸收作用的特征。教具及参考资料《土壤学》（南方版）西南农大主编、《土壤学》，黄昌勇主编主要教学方法讲授法第4章土壤固相部分的基本性质第一节土壤的吸收性——保肥供肥性1.概念土壤的吸收性是指土壤具有吸收和保持各种离子、分子和粗悬浮体的能力。表现：浑浊的水流过土壤后变清了；大粪施入土壤后臭味减轻或消失了；作物每时每刻都在吸收养分，但并不需要每时每刻给土壤施肥。这些现象，都说明土壤具有吸收和保持各种离子、分子和粗悬浮体的能力。2.土壤吸收性的类型和机制2.1土壤机械吸收作用土壤是一种多孔体，可将大于孔隙直径的物质颗粒机械截留（过滤）于土壤中保留下来。特点：（1）质地愈重，机械吸收愈强。（2）只能吸收保持较大的颗粒，不是土壤的主要吸收方式。有一定的生产意义：对漏水漏肥的田块和沙地，有改良的作用。2.2物理吸收作用土壤胶体由于表面能的存在，而产生的对分子态物质的吸收。特点：（1）质地愈重，吸收愈强。（2）只能吸收能降低表面能的物质，如：有机酸、氨气分子、二氧化碳、无机碱等；对增大表面能的物质则产生排斥作用，如：无机酸及其盐类；前者，称为正吸附；后者，称为负吸附。生产意义：吸附的氨基酸、氨气分子有营养作用。2.3化学吸收作用土壤溶液中，离子之间由于发生化学反应，生成难溶性化合物而沉淀于土壤中被保存下来的作用。特点：（1）无选择性，凡通过化学反应生成沉淀的都要发生化学吸收。（2）吸收的结果，一方面加少养分的淋失；另一方面又将水溶性养分转变为难溶性，降低养分的有效性，生产中应尽量避免。2.4生物吸收作用指土壤生物将土壤溶液中的物质吸收、保持于土壤表面而免于淋失的作用。特点：（1）有选择性，按生命的需要吸收，保存的元素均属于土壤养分。（2）是一种周期短的循环性吸收。2.5离子代换性吸收作用指土壤胶体扩散层中的离子能被土壤溶液中带相同电荷的离子所代换而产生的吸收作用。这种作用，是土壤中最重要和最有意义的一种方式，下面详细讨论。3.离子代换吸收作用3.1阳离子代换吸收作用3.1.1概念指土壤中带负电荷的胶体，扩散层中的阳离子能被溶液中的阳离子所代换而产生的吸收作用。3.1.2特征（1）是一种可逆过程，能很快的达到动态平衡（2）离子之间按等当量进行代换（等价代换）（3）受质量作用定律的支配（4）不同离子代换能力不同。离子的代换力主要与化合价有关：高价离子低价离子（高价离子电性引力大）；与离子半径有关：半径大的半径小的（半径大则水化半径小）。3.1.3衡定方式——阳离子代换量定义：指每100g干土所吸收的全部代换性阳离子的毫克当量数。表示方式：CEC.m.e/100g土实际意义：表示土壤保肥供肥力的强弱，土壤对肥料缓冲力的强弱。分级指标：（m.e/100g土）1010～2020保肥供肥力：弱中强对肥料缓冲力：弱中强质地：愈重，无机胶体愈多，CEC愈大：砂土1～5m.e/100g土，粘土25～30；粘土矿物类型：高岭石10m.e/100g；水云母30m.e/100g；蒙脱石80m.e/100g。有机质含量：有机质代换量达300～450m.e/100g，有机质，土壤CEC土壤pH：pH影响可变电荷，PH高，则胶体负电增加，CEC高；反之，CEC土壤温度：土温高，离子动能大，利于解吸，不利于吸收，CEC低（所以，夏季土温高，加之雨水多，养分淋失加快）。3.1.4代换性阳离子的构成评价——盐基饱和度定义：土壤中代换性盐基离子数量占阳离子代换量的百分数。代换性盐基离子数量（m.e/100g土）表示方法：B.S＝——————————————————×100％阳离子代换量9m.e/100g土）代换性盐基离子：指扩散层中除H和AL之外的其它所有阳离子。（H和AL属于酸基离子，AL解离后要产生H）实际意义：反映土壤中代换性阳离子的组成情况：盐基饱和度越高，土壤中养分离子愈多。反应土壤潜在的酸碱度情况：分级指标：B.S70%70％～80％80%酸性土中性土碱性土影响因素：土壤所处气候：高温多雨，盐基淋失多，饱和度低；植被：富盐基能力强，饱和度高，富盐基能力弱，土壤盐基饱和度低。母质：母质含盐基多，土壤饱和度高，反之，饱和度低。3.1.5代换性阳离子的有效性：土壤胶体扩散层中的代换性阳离子，由于可被代换，代换后，都可被植物吸收，所以对植物来说，都是有效的，但不同的阳离子有效度不同，主要受三个因素的影响：（1）离子饱和度：某种代换性阳离子数量（m.e/100g土）＝——————————————————×100％CEC一般说来，离子饱和度越高的离子，胶体对该离子吸附越弱，该离子有效度越高。生产意义：集中施肥（条施、点施、穴施）可提高离子饱和度，使养分有效度提高，而撒施，降低离子饱和度，使养分有效性下降。（2）互补离子效应互补离子：对某种特定的代换性阳离子来说，扩散层中的其它阳离子均为该离子的互补离子。如：扩散层中同时存在KHCaMg，K的互补离子为HCaMg；Ca的互补离子为KHMg。互补离子效应：胶体对互补离子吸附强，该离子的有效度高胶体对互补离子吸附弱，该离子的有效度低如：Ca主要与K互补，则Ca的有效度低Ca主要与H互补，则Ca的有效度高（3）粘土矿物种类高岭石吸附的阳离子有效度蒙脱石水云母3.2阴离子代换吸收作用3.2.1概念；土壤中带正电荷的胶体，扩散层中的阴离子能被溶液中的阴离子所代换而产生的吸收作用。产生原因：由于两性胶体的存在，当PH等电点时，带上可变正电荷，从而产生阴离子代换吸收作用。（主要是南方土壤中的铁铝氧化物）。3.2.2特征（1）也是一种可逆反应，也能很快达到动态平衡。（2）也属等当量代换关系，但常与化学吸收同时发生，等当量关系不明显。（3）也受质量作用定律支配，也有自动保肥和供肥的机制。（4）不同的阴离子代换能力不同。4.土壤中阳离子的固定与阴离子的专性吸收土壤中阳离子的固定与阴离子的专性吸收，是土壤中两种特殊的吸收方式。阳离子的固定：特指土壤溶液中，NH和K由于离子半径与粘土矿物孔穴半径相当（1.4A），从而进入了高岭石或蒙脱石的晶格孔穴中，被固定下来，不易释放的作用。结果：使被固定的NH和K有效性降低，不能被植物根系吸收利用（只有土壤溶液中的NH和K被吸收后，溶液中的NH、K浓度降低，才能释放少量固定态的NH、K）。阴离子的专性的吸收：土壤溶液中的阴离子与胶体双电层内层离子置换而发生的一种吸收作用。（主要吸收一些含氧酸根，以磷酸根、硅酸根最强，以硝酸根最弱）结果：专性吸收后，有效性降低。土壤固磷强烈，保硝态氮能力最弱。5.土壤吸收性的农业作用和生产调节方法5.1作用5.1.1使土壤具有保肥供肥性植物吸收养分，以离子态养分为主，但都必须是水溶态才能被植物根系吸收，水溶态养分以化合态养分为辅易遭淋失，吸收性使之保存。5.1.2指导制定施肥原则和施肥方法用CEC指导施肥：CEC高的土壤，保肥供肥力强，对肥料的缓冲力强，可由土壤控肥，可一次多施，多余的养分进入胶体扩散层，然后再缓慢释放供肥，省工省时，容易掌握。CEC低的土壤，保肥供肥力弱，对肥料的缓冲力弱，不能由土壤控肥，必须由人工控肥，根据作物长势，少量多次的施用（少施一把草，多施立即倒），耗工耗时，不易掌握。对化学吸收强的土壤，肥料应集中施用，如施用磷肥，对于强酸土和强碱土，磷肥需集中施用，以减少肥料与土壤的接触面积，减少被固定的机会。5.1.3影响土壤结构性和酸碱性代换吸收Ca多时，【无机胶体】－Ca－【有机胶体】复合体疏松多孔，易成团粒结构；土壤富含CaCO3，呈中～微碱性代换吸收Na多时，【无机胶体】－Na－【有机胶体】复合体松散，易成单粒结构；土壤富含NaCO3，呈碱～强碱性，代换吸收H、Al多时，【无机胶体】—H、AL－【有机胶体】复合体紧实，呈块状结构土壤富含H、AL，呈酸～强酸性。5.2农业调节方法5.2.1增施有机肥，使有机胶体数量增加，CEC提高。5.2.2改良质地：砂土，无机胶体少，CEC低，应掺泥，使CEC提高；粘土改良，对调节CEC无意义。5.2.3调节pH：强酸土，施用石灰，提高土壤pH值，使可变负电荷增加CEC提高。碱土改良，对调节CEC无意义。《土壤地理学》教案第4章--第2讲目的与要求1、掌握土壤pH值的概念、土壤酸碱性的产生原因、土壤酸度类型及影响土壤酸碱性的因素2、掌握土壤缓冲性的定义及产生原因重点和难点1、重点：土壤pH值的概念、土壤酸度类型及影响土壤酸碱性的因素。2、难点：土壤缓冲性的定义及产生原因。教具及参考资料《土壤学》（南方版）西南农大主编、《土壤学》，黄昌勇主编主要教学方法讲授法第2节土壤酸碱性土壤酸碱性是由土壤PH值反映出的一个重要化学性质，土壤的酸、碱状况，深刻的影响着土壤微生物、作物和土壤动物的生长，也影响着土壤养分的存在状态和有效性。1.土壤pH值的概念土壤pH是指：土壤溶液中，[H]浓度的负对数，即pH＝－log[H]由于22℃，纯水解离出的[H]＝[OH]＝10克离子/升，pH＝7定为中性。我国地域辽阔，各种土壤均有，土壤学必须对酸碱性进行分级：pH4.54.5~5.55.5~6.06.0~6.56.5~7.07.0~7.57.5~8.58.5~9.59.5极强酸强酸酸性弱酸中性弱碱碱性强碱极强碱我国土壤多介于4.5~8.5之间，大致长江以北（北纬33度）为中性～碱性土壤，以南为酸性～强酸性土壤。2.土壤酸碱性的产生原因2.1生物的作用（1）生物的呼吸作用产生H+使土壤变酸；（2）微生物分解残体解离出H+使土壤变酸；（3）草本植物富积盐基（CaKMg）于土壤中，土壤胶体为盐基所饱和，胶体水解时，产生OH—，使土壤溶液变碱；（4）森林植被（特别是针叶林）凋落物含盐基少，含树脂、单宁较多，分解后产生有机酸，使土壤变酸。2.2气候的作用：高温多雨，矿物强烈分解，盐基大量释放并遭到淋失，Al移动性低在土壤中富积起来，Al水解时，产生H+，在环境中积累大量H+，形成强酸性土壤；干旱少雨，矿物分解释放的盐基不能淋失溢出土体，土壤胶体为盐基所饱和，水解后，形成碱性土。2.3母质的作用母质含盐基少，在生物、气候的作用下，易向酸性土发展；母质含CaCO3多，易形成中性～微碱性土；母质含Na2CO3多，易形成碱性～强碱性土：2.4施肥的作用长期施用硫酸铵、过磷酸钙等酸性肥料，使土壤变酸；长期施用草木灰、钙镁磷肥等碱性肥料，使土壤变碱。2.5灌溉水的作用灌溉水来自酸性地区，水质pH值低，长期用这种水灌溉，使土壤变酸；灌溉水来自碱性地区，水质pH值高，长期用这种水灌溉，使土壤变碱。此外，使土壤变酸、变碱的原因还有很多，如云南松林的根系可分泌有机酸，也可使土壤变酸，这里，就不一一阐述了。3.土壤酸度类型当土壤PH值低于7时，土壤呈酸性反应，酸性反应的强弱程度称为土壤酸度。土壤酸度根据H和Al存在方式的不同分为活性酸度和潜在酸度两种。3.1活性酸度指土壤溶液中游离态的H+浓度所表现的酸度。它包括：土壤中的无机酸、水溶性有机酸、水溶性铝盐等解离出的所有活性H+总和。测定时，用水浸提，电位计测定，计为PHH2O。意义：表示土壤酸的强度概念，其数值的大小，对土壤微生物、作物根系的生长有着深刻的影响，同时，也影响土壤中养分的存在方式和有效性。3.2潜在酸度指土壤胶体上吸附态的H和AL所能表现的酸度。注意：H、AL处于吸附态时，不显酸性，不会使土壤溶液的pH下降；解吸后，进入溶液才显酸性，使pH值大幅度下降。类型：潜在酸根据测定时，所用交换剂的不同，又分为：代换酸度和水解酸度两类。3.2.1代换酸度用过量的强酸强碱盐溶液（NaCL、KCL）作用于土壤，盐中的金属离子所代换出的H、Al所表现的酸度称为代换酸度。反应特点：（1）反应过程中，产生的HCL浓度与代换出的H、AL浓度相当，测定HCl的量，即为代换酸度，以Hm.e/10