2第二章植物生产的土壤环境

第二章植物生产的土壤环境学习目标：•1.了解土壤、土壤肥力及土壤的物质组成的概念。•2.了解土壤孔隙、土壤结构、土壤耕性、土壤胶体和土壤酸碱性的概念。•3.了解土壤管理措施；掌握高产肥沃土壤的培肥与低产土壤的改良措施。•4.掌握土壤样品采集与制备、土壤有机质测定、土壤容重测定及土壤空隙度计算、土壤酸碱度测定等技术。第一节土壤与植物生长发育•一、土壤的概念•二、土壤肥力的概念•三、土壤与植物生长发育的关系•一.土壤是什么？•定义：地球陆地表面具有能够生长植物的疏松表层。•陆地表面：指土壤所处的位置。•生长植物：指土壤的生产性能（肥力特性）。•疏松表层：指土壤的物理性能。类型：自然土壤－－未曾开垦利用的土壤。农业土壤－－经过人类开垦利用的土壤。农业土壤又称耕作土壤。二、什么是土壤肥力土壤肥力(soilfertility)：在植物生长全过程中，土壤具有供应与协调植物生长发育所需的水分、养分、空气和热量的能力。类型：自然肥力（naturalfertility)：土壤在自然(五大)成土因素（气候、生物、母质、地形和年龄）的综合作用下发育形成的肥力。人工肥力（anthropogenicfertility）：人类在从事农耕、施肥、灌溉及其它技术措施的生产活动中，人为因素影响发育形成的肥力。空气日光水分热量养分三、土壤与植物生长发育的关系•植物生长需要光照、温度、水分、空气、养分5种必需生活条件。•其中土壤的水分、养分、温度、空气状况都能影响植物生长。•关系到植物的吃（养分）、喝（水分）、住（通气及温度）及根系伸展和机械支撑。第二节土壤的物质组成•一、土壤的基本组成•二、土壤的组成及性状•三、土壤生物•四、土壤有机质土壤液体20-30%土壤空气（孔隙）固体50%无机物质(土壤矿物质)45%水分和土壤溶液气体20-30%有机物质(有机质、土壤生物)5%一、土壤的基本组成土壤的物质组成固、液、气三相比的意义•是土壤各种性质和性质变化的物质基础•是土壤肥力的基础•固相的颗粒组成，决定液相和气相的状况。•调节三相比是改善土壤不良性状，调节土壤肥力的依据。二、土壤的组成及性状（一）土壤矿物质土壤中所有无机物质的总和称土壤矿物质，主要来自于岩石矿物的风化。1.岩石矿物的风化物理风化：温度、结冰、水流和风力的磨蚀作用等。化学风化：溶解、水化、水解、和氧化还原等生物风化：动物、植物、微生物2.形成土壤的岩石岩浆岩、沉积岩、变质岩中均含有原生矿物。主要存在于沙粒、粉粒等较粗的土粒中。岩浆岩沉积岩变质岩•3.形成土壤的矿物•矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，是岩石的组成单位。分为原生矿物和次生矿物。•土壤矿物质的化学成分土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中所有的元素。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾、钛、碳等10种元素占土壤矿物质总量的99%以上，这些元素中以氧、硅、铝、铁四种元素含量最多。水晶白云母黑云母方解石（二）土壤粒级•经风化作用后形成的土壤无机颗粒，大小和理化性质均不同。单粒：单独存在的矿物质颗粒。复粒：单粒相互黏结在一起形成复粒。土壤粒级是按单粒大小划分。粒径：由大变小；矿物组成：原生矿物次生矿物；化学组成：SiO2多少；AlFeCaMgKP等增加。粒级：根据土粒的粒径和性质将其划分为若干组，称为粒级。一般分为：石砾、砂粒、粉粒、黏粒常见的土壤粒级制（三）土壤质地•概念土壤质地：是指土壤中各粒级土粒质量百分比的配合比例。也称为土壤机械组成或土壤颗粒组成。1.土壤质地分类•土壤质地分类：根据土壤中各粒级含量的百分率进行的土壤分类。•分类标准：卡庆斯基制、国际制、中国分类（见课本12～13页表）•例如：国际制分类法将土壤分为四大类（沙土类、壤土类、黏壤土类、黏土类）12种黏粒（0.002mm）砂粒（2-0.02mm）质量百分比不同。粉粒（0.02-0.002mm）各级土粒2.土壤质地与植物生产的关系（1）砂土类质地特点：松散的土壤固相骨架，砂粒多，粘粒少，粒间空隙大。肥力特点：通气性好、透水性强抗旱能力弱，蓄水能力差保肥能力差，养分含量少，有机质分解快，养分供应快，肥效短土温变化快（热性土）易耕作•对植物生长影响：发小苗不发老。（2）粘质土类•质地特点：孔隙小，多为极细的毛管孔隙。•肥力特点：保水保肥能力强，养分含量丰富（肥效缓慢，劲长）土温较稳定，变化慢（冷性土）。透水、透气性差耕作困难，宜耕期短对植物生长的影响：发老不发小。（3）壤质土类•含有适量的砂粒、粉粒和粘粒，兼砂质土和粘质土的优点，是理想的农业土壤。特点：大小孔隙合理，保肥保水能力适中，供肥好，耕性好，通透性好。对植物生长的影响：“既发小苗又发老苗”。（4）土壤质地的层次性•自然状态下土壤的上下层之间有几种表现：上粘下砂，下粘上砂，或砂粘相间。•上砂下粘：托水托肥•上粘下砂：漏水漏肥•理想的土壤剖面应是上沙下粘，根系活动的20～30cm范围偏沙30cm以下偏粘，既利于植物生长，又能保肥保水。耕作土壤耕层较均匀，下层随土壤自然形成状态不同而不同。生产上应根据不同情况使用耕作措施。3.土壤质地的改良增施有机肥料：有机质的粘结力比砂粒强，比粘粒弱，家畜粪便，绿肥，秸杆还田。客土法：泥入砂，砂掺泥，以改良质地，改善耕性。翻淤压沙，翻沙压淤：沙土下有黏土或黏土下有沙土的土地，可以使底土大翻身后混合。耕作措施三、土壤生物土壤生物是指生活在土壤中的土壤动物、植物和微生物。（一）土壤动物（二）土壤植物（三）土壤微生物（一）土壤动物•土壤动物包括：线虫、蚯蚓、昆虫、蚂蚁、蜗牛、螨类、鼠类等，是土壤生物量的10％～20％。•作用：疏松土壤，破碎植物残体；消化植物残体；传播微生物；改变土壤结构；损伤植物根系。（二）土壤植物土壤植物是土壤有机质的主要来源，主要指高等植物的地下部分，其根系的生长有利于增加土壤团聚作用，疏松土壤。（三）土壤微生物包括生活在土壤中的细菌、放线菌、真菌、藻类、原生动物（纤毛虫、鞭毛虫…）等。放线菌鞭毛虫土壤微生物的作用1.提供土壤养分：分解有机质；2.改善土壤质量：打破土壤板结，改善土壤结构；增加土壤氮素（固氮）；分解矿物质（硫细菌、铁细菌等）；3.促进植物生长：分泌氨基酸等生长刺激素促进植物生长；4.防止土壤病虫害：消除土传病害；降解有机污染物，净化土壤。四、土壤有机质土壤中来源于生命的物质（土壤中含碳有机化合物的总称）。（一）土壤有机质的来源及存在形态1.土壤有机质的来源•原始土壤中先出现的有机体是微生物，其主要来源于生长在土壤中的高等植物，其次是生长在土壤中动物、微生物。作物根系、残茬及根系分泌物土壤动物、微生物农业土壤有机质来源肥料、垃圾等农业土壤中有机质的来源2.土壤有机质的存在形态三种形态：新鲜有机质、半分解有机质、腐殖质（1）新鲜有机质：原状的动植物残体。（2）半分解有机质：被微生物分解过的暗褐色碎屑。（3）腐殖质：在微生物作用下，有机残体在腐植化过程中，形成的一类褐色或暗褐色高分子化合物。（二）土壤有机质的转化过程•矿质化•腐殖化动物微生物有机质新有机质矿质化腐殖化概念：复杂有机物通过微生物的分解转化为简单的化合物，同时释放出矿质养料的过程。方式：A.好氧微生物分解彻底，产生CO2、H2O矿质养分等有益物质；B.厌氧微生物分解不彻底，产生CH4、H2S有机酸等有害物质。1、矿质化作用有机化合物分解的难易程度：单糖、淀粉和简单蛋白质粗蛋白质纤维素、半纤维素脂肪、蜡质木质素概念：有机质矿质化过程形成的简单有机物与难分解的残留有机物在微生物的作用下重新合成更为复杂、结构更为稳定的腐殖质的过程。腐殖化过程是土壤有机质得到积累，将养分暂时贮存起来。矿质化和腐殖化两个过程相互联系、相互转化。矿质化的中间产物是形成腐殖质的原料，腐殖化过程的产物，再经矿质化分解释放养分能供给作物生长。2.腐殖质化过程腐殖质化系数：每克重的新鲜有机质加入土壤中经过一年转变为腐殖质的克数。旱田：0.2-0.3;水田：0.25-0.40腐殖化分两个阶段：（1）产生原材料---木质素、酚等（2）合成阶段：多酚氧化酶微生物腐质酸醌缩合多元酚微生物矿化作用腐殖化作用小结：土壤有机质的转化过程CO2、H2O矿质养分CH4、H2S有机酸等多元酚，氨基酸、醌腐殖酸土壤有机质分解作用缩合1.有机质的碳氮比(C/N)通常植物残体C/N是40：1青草C/N是25～45：1豆科绿肥C/N是15～20：1C/N较小（25:1）有利于矿质化，但形成的腐殖质少；C/N较大的植物残体，有机质分解缓慢，易引起微生物与植物争N。（三）.影响有机质转化的因素2.温度：•微生物活动响应于温度变化，分解随温度而加强：≤0℃无分解；0-45℃每升温10℃分解速率提高2~3倍；最适分解温度：25~35℃。3.土壤通气状况通气良好下，好氧细菌活跃，有机质分解快，可完全矿质化，最终产物为CO2、H2O和灰分物质；少氧或无氧通气不良下,厌气细菌分解有机质缓慢，易积累有机酸，CH4，H2，H2S；4.土壤酸碱性•土壤酸碱性影响土壤微生物的活动。酸性环境适宜真菌活动，易产生富里酸型腐殖质。中性环境适合细菌活动，产生胡敏酸型腐殖质。微碱性环境，空气流通时，适宜硝化细菌活动，利于硝化作用。•一般PH中性6.5~7.5为宜。（四）土壤有机质的作用•1.提供植物需要的养分：土壤有机质几乎包含着植物生长所需的各种营养元素，二氧化碳等。•2.改善土壤理化性质：增加团粒结构，降低土壤粘性，增加土壤吸热能力。•3.提高土壤保肥能力•4.促进植物生长：低浓度的腐殖质刺激植物生长。•5.减缓土壤污染：腐殖质吸附或消除有害物质。•6.促进微生物的活动（五）土壤有机质的调控•目的：增加土壤有机质含量，建立物质与能量良性循环的土壤生态系统，为植物生长创造最佳土壤环境。•原则：生态平衡原则（因土制宜，逐步增加）经济效益原则（投入与产出合理）•措施：1.增加有机质（1）施入粪肥等有机肥料(2)秸秆还田、种植绿肥2.调节有机质分解速度（1）调节土壤水气热状况（2）合理耕作和轮作（3）调节CN比和土壤酸碱度（五）土壤有机质的调控五、土壤水分并不是纯水，是含有多种无机盐与有机盐的稀薄溶液。土壤水分是土壤肥力诸因素中最重要最活跃的因素，影响着土壤的肥力状况。六、土壤空气1.土壤空气的特点组成与大气相似，但有差别。表现在：•1）二氧化碳含量高；•2）氧气含量低；•3）相对湿度高；•4）含还原性气体；•5）组成和数量处于变化中。2.土壤通气状况与作物生长1）土壤通气状况对种子萌发的影响要求氧浓度10%，否则，兼气呼吸产生有机酸类物质。2）土壤通气性对作物根系生长根系生长需要氧：氧浓度9~10%，生长受阻；氧浓度5%时，大多数作物根系发育停止。3）影响土壤养分状况及抗病性影响养分的转化、形态和有效性（特别是多价元素，如：Fe）；通气不良，易使病菌生长，植物易于感染病菌。第三节土壤的基本性质土壤的基本性质（物理和化学）1.土壤孔隙性2.土壤结构性3.土壤机械性与耕性4.土壤保肥性与供肥性5.土壤酸碱性一、土壤孔隙性土壤孔隙：土壤中土粒与土粒、团聚体与团聚体之间及团聚体内部形成的空间。土壤孔隙土壤团聚粒土壤孔隙性（又称土壤孔性）孔隙度（孔隙数量）：（一）土壤孔隙类型孔隙类型（孔隙的大小和比例）：决定着液、气两相的比例决定着液、气两相的总量。（二）土壤孔隙度1.土壤孔隙度：单位容积土壤中孔隙容积占土壤容积的百分数。2.计算方法：用土壤密度和土壤容重计算后，间接得到。土壤总孔隙度=（1-土壤容重/土壤密度）×100%土壤容重：单位体积土壤（包括孔隙在内的原状土）的干重。用来表示土壤的紧实程度。范围1.14～1.26g/cm3（或t/m3）。土壤密度：指单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重，一般土壤均视为常数：2.65g/cm3（或t/m3）。思考：土壤容重和土壤密度两者的差别在哪里？环刀法测试土壤容重（三）土壤孔隙类型土壤中的孔隙按照孔径的大小和性质分为：非活性孔隙、毛管孔隙、通气孔隙三种。1、非活性孔隙