第二章--土壤剖析

土壤•自然界中，土壤处于大气圈、岩石圈、水圈的接触过渡地带，是有机界和无机界的结合部，是自然地理环境各组成成分的枢纽，是物质循环和能量转化的重要环节和活跃场所。土壤是地球陆地表面上能生长植物，具有一定肥力的酥松层。不同的土壤类型，其形态、物质组成、结构和功能各具特点。土壤由固相的、液相、和气相三相物质，矿物质、有机物质、活的生物体、土壤水分或土壤溶液、土壤空气五种成分组成。土壤是运动着的物质、能量体系。是从形态、物质组成、结构和功能上可以剖析的自然实体。第二章土壤剖析•教学目的要求：•了解土壤剖面的结构及其发育•了解土壤的组成与性质•教学重点难点：•土壤剖面的结构及其发育•土壤的组成与性质•教学方法：•讲述，试验，观察•1土壤形态1.1土壤形态：土壤形态是指土壤外部的特征。土壤形态是土壤形成过程的结果，是形成过程的外部表现，是鉴别不同土壤类型的一种根据。土壤形态包括土壤剖面构造、土壤颜色、质地、结构、结持性、孔隙状况、干湿度、新生体、侵入体等•1.1.1颜色：颜色是土壤最重要的形态特征之一。根据颜色的变化，可作为判断和研究成土条件、成土过程、肥力特征和演变的依据。土壤颜色是分类和命名的依据之一。土壤颜色主要取决于土壤的化学性质与矿物组成。黑色的深浅一般与腐殖质含量呈正相关。红色主要是赤铁矿或水化赤铁矿在土壤中聚集有关。黄色首先是褐铁矿积聚的结果。棕色是最普遍的颜色，是大多数粘土矿物的颜色，不同水化氧化铁混合物呈棕色，红、黄、白和黑不同比例混合呈棕色。测定土色：一般用目力。通用Munsell比色卡，用土壤的色调、亮度、彩度三属性来表示（5YR5/6）。一般实践中，颜色描述时，先确定主次颜色，主色写在后边，次色写在前。灰棕色即以棕色为主•1.1.2新生体：石膏、碳酸钙、结核锈斑、二氧化硅、胶膜1.1.3侵入体：碎石、瓦砾、动植物遗体遗迹、冰结核1.1.4结持性粘着性可塑性在野外，需要描述的土壤形态还包括土壤质地、土壤结构、孔隙度、干湿度、紧实度、PH值以及石灰反应状况•1.2土壤剖面及发育•土壤剖面是指从地表向下直至母质的土壤纵切面。•土壤剖面不是均一的，而是由一些形态上和性质上各不相同的土层组合而成。•土层大致呈水平状态，是在土壤发育过程中形成的，故称为土壤发生层。•自然土壤主要发生层枯枝落叶层O腐殖质层A淋溶层E淀积层B母质层C母岩层R主要层按其发生上的特定性质，还可进一步划出若干特定发生层g：氧化还原形成的锈斑纹，如Bgh：矿质土壤中有机质的自然积聚层，如Ahk：碳酸钙的积聚层，如Bkn：交换性钠积聚层，如Btn（碱化层）p：耕作层Apq：次生硅积聚层，如Cmq（硅化层）s：铁锰新生体积聚层，如Bst：粘化层Bty：石膏聚积层，如By、Cyz：易溶盐积聚层，如Az•耕作土壤主要包括耕作层Ap犁底层P心土层B底土层C•1.3土壤剖面层次构造的基本类型•1.3.1发育程度很低的土壤•1.3.2发育良好的土壤•1.3.3发育过程受干扰的埋藏土壤•1.3.4受强烈侵蚀的土壤•图基岩风化碎屑物土壤母质腐殖质层生物生长残体聚积上层物质下渗淀积层风化的碎屑物母质层基岩母岩层1.4土层界限的类型1.4.1界限的形状平整状、波状、袋状、舌状、水流状、冲蚀状、锯齿状、栅栏状•1.4.2土层的过渡情况;明显过渡：1cm清楚过渡：1~3cm较清楚过渡：3~5cm逐渐过渡：大于5cm•1.5土壤剖面的挖掘•1.5.1选址选择比较稳定的土壤发育条件，不易在路边、住宅四周、沟渠附近等一切人为干扰较大而没有代表性的地方挖掘。•1.5.2规格：宽1米、长2米、深度视土壤情况而定，通常1.5---2米。1.5.3要求：土坑的观察面应尽量留在向阳面，山区留在山坡上方。观察面垂直于地平面。土坑的另一端挖掘成阶梯状。土堆放在两侧，禁止堆放在观察面上方，同时不允许踩踏观察面上方的地面。土壤剖面虽是研究土壤性状很有用的手段，但它只能代表该观测点的状况而无法反映土层厚度的水平变化情况，也未能表示出间断的土层。•1.6单个土体和聚合土体•1.6.1单个土体：是土壤剖面的立体化，是一个三维空间体，其横截面近似六角形，面积1～10平方米。面积大小取决于土壤的变异程度。•1.6.2聚合土体：•是由一些相互毗邻、特性相同的单个土体所组成的群体。•1.7土壤肥力和土壤生产力•1.7.1土壤肥力水、肥、气、热称为土壤肥力的四大因素•1.7.2土壤生产力是所有影响植物产量的全部因素的综合反映。2土壤固体部分•矿物质：由岩石风化而来，一般占固相部分重量的95%，土体容积的38%以上•有机质：由生物残体及其腐败的物质组成，占固相重量的5%以下，容积占12%•活的生物体：包括土壤动物、微生物等，数量巨大•2.1岩石的风化基岩→碎屑物→母质风化过程产生了形成原始土的母质，风化过程可以认为是土壤形成的基础。•2.1.1物理风化由于地表的一些物理因素作用，而使岩石逐渐崩解、碎裂直至形成细小的颗粒。•2.1.2化学风化（1）溶解作用（2）水化作用（3）氧化作用（4）水解作用•2.2土壤矿物质：是土壤的主要组成物质，从成土母质继承和发展而来，构成了土壤的骨骼。是土壤形成过程的重要标志。•2.2.1土壤矿物质的组成按其成因可分为：原生矿物次生矿物1）原生矿物是各种岩石受到程度不同的物理风化，而未受化学风化的碎屑物质，主要分布于沙粒和粉粒中。包括：硅酸盐类、氧化物类、硫化物类、磷酸盐类。钾长石钠长石云母石英水晶黄铁矿2）次生矿物是原生矿物经风化后重新形成的新矿物，颗粒纤细、结晶较差，甚至是极细的非晶质颗粒，广泛分布于土壤中，是土壤粘粒的主要成分。包括：简单盐类、次生氧化物、次生铝硅酸盐石灰石赤铁矿次生铝硅酸盐都是微小的层状结晶矿物，由一千多个晶层所组成，每个晶层由若干硅氧片和若干水铝片叠合而成。硅氧片有硅四面体连接而成，呈四个氧围绕一个硅原子的三角锥形。•水铝片有铝八面体连接而成，具八面体构造，由六个氧或氢氧根围绕一个铝原子而成。硅氧片和水铝片以不同排列组合，通过共同氧原子连接在一起，形成了稳定的基本结构单元。•根据结晶构造的特点，可把铝硅酸盐类黏土矿物划分为：以高岭土为代表的1:1型双层晶格的黏土矿物以蒙脱石为代表的2:1型双层晶格的黏土矿物以伊利石为代表的2:1型双层晶格的黏土矿物高岭石埃洛石•1:1型双层晶格的黏土矿物，吸水力、可塑性、粘着性较弱。•土壤供肥、保肥能力差易造成植物养分不足。蒙脱石•该土壤可塑性、吸水性和粘着性强。因吸水性强，植物难以利用。伊利石•由于相邻层间有k+的存在，该土壤可塑性、粘结性和粘着性介于1:1型双层晶格的黏土矿物和以蒙脱石为代表的2:1型双层晶格的黏土矿物之间，适于作物种植。土壤矿物质以大小不同的颗粒状态存在，这种大小不同的土壤矿物颗粒——土粒，其性质和成分都不一样。粒径大小相近，性质相似的土粒归为一类，称为粒级•2.2.2土壤质地和土壤结构1）土壤质地：由不同的粒级组合在一起表现出来的土壤粗细状况，即为土壤质地。•土壤矿物质的粒级划分颗粒名称石块石砾砂砾粉粒粘粒粗砾细砾粗砂细砂粗粉细粉粗粒泥粒胶粒粒径mm大于1010~33~11~0.250.25~0.050.05~0.010.01~0.0050.005~0.001小于0.001各粒级的主要矿物化学成分和物理性质不同抗风化能力强者，常以较粗的土粒存在，易风化者，多以较细的土粒存在。土粒由粗到细，通透性逐渐减弱，吸湿性、涨缩性，可塑性以及阳离子吸收性能逐渐增强粒径mm1---0.25粗砂0.25—0.05细砂0.05—0.01粗粉0.01—0.005细粉小于0.005粘粒石英8681726310长石141215810云母72166角闪石4357其他3337•我国土壤质地分类以砂粒、粗粉粒、粘粒三者的相对含量为依据，分为砂土、壤土和粘土等三类十一级•砂质土：砂粒含量多，土体松散，吸收性能和保水能力很弱，养分含量低并易遭流失；但通透性好，耕作阻力小，植物根系容易伸展，无塑性，土温易于升降。•粘质土：粘粒占优势，养分含量丰富，但通透性差，土温不易升降；粘性大，塑性强，湿时泥泞，干时硬结，耕作阻力大，植物根系不易伸展。•壤质土：砂粒、粉砂粒和粘粒三者含量相对均匀，特性介于上述两者之间。农业价值较高的土壤大都属于壤质土。野外实习土壤质地的鉴别用指测（手感）法。即把指头大小的土快放在大拇指和食指间稍加水分进行搓捏，来区分土壤质地。•砂土：松散，湿时不能捏成团，捏时有很重的砂性感，并发出沙沙声•砂壤土：易散，手摸有明显的砂性感觉，湿时不能揉成条，有轻微的沙沙声•壤土：湿捏无沙沙声，揉成条易断•粉砂壤土：手摸有面粉般感觉，可捏成条，弯时断折，无塑性•粘壤土：湿时粘手，能捏成条，弯时不断裂，以手压扁，成一片片破裂•壤粘土：湿时粘手，塑性强，能捏成光滑土条，压成土片有明显破裂•粘土：粘性、韧性强，塑性强，压成片无破裂•砾质土：砾石含量1---30%少砾质：1—5%中砾质：5—10%多砾质：10—30%•砾石土：砾石含量在30%以上2）土壤结构：土壤中的固体颗粒往往不是以单粒状态存在，而是形成大小不同，形状各异的团聚体。土壤中的团聚体的结合状况称为土壤的结构。片状结构：湿后易结壳或板结层。结构体沿水平轴方向发展，成片状、板状、叶状和鳞片状，常出现于冲积性母质层和耕作土壤的犁地层，土粒排列紧实，常妨碍通气透水和根系生长柱状结构：结构体沿垂直平轴方向发展，呈圆柱体，边缘不太明显，具圆顶，多现于半干旱地带含粉沙较多的底土层和碱土的心土层棱柱状结构：结构体沿垂直平轴方向发展，呈圆柱体，边缘较明显，不具圆顶，多现于粘质土的中、底层块状结构：结构体沿三轴方向发展，呈不规则的六面体，表面光滑、棱角不明显、尖削粒状结构：结构体沿三轴方向发展，且大致相等，呈球形，多出现于土壤表层，肥沃土中最多一个土壤剖面可以是单一结构型，但常见的乃是两种以上结构并存。通常土壤上层是团粒状，中/下层呈块状、柱状、棱状，片状多见于特定的土壤中。•野外调查时用取土工具把土块挖出，让其自然散碎或用手轻捏，使土块分散，观察其分散情况及碎块形状，进行命名。•2.3土壤有机质：•泛指以各种形态存在于土壤中的各种含碳有机化合物。•影响着土壤水分渗透、水分含量、耕性、通气性、土温、微生物活性以及植物根系的穿透难易等，是N、P、S元素的来源，对土壤肥力起着重要的作用。•2.3.1来源和组分1）来源：动植物残体、人工使用的有机肥料2）组成：A：普通有机物：糖、蛋白质、木质素等B：土壤腐殖质：•是一种暗色、酸性、富含氮素的有机胶体物质，是土壤中特有的较稳定的高分子有机化合物•胡敏素（黑腐素）胡敏酸（褐腐酸）富里酸（黄腐酸）胡敏酸、富里酸为主要成分。腐殖质分子的中心是一个稠环或易生稠环的芳核，其周围以化学或物理的形式连接多肽、多糖、简单酚酸和金属离子，对土壤形成过程、土壤结构的形成、营养元素的有效性与迁移性产生积极的影响•2.3.2腐质化作用：进入土壤的生物残体在微生物的作用下转变为腐殖质的过程。有机质——（酚、氨基酸、多肽）——醌——初始腐殖质——腐殖质分解氧化酶聚合初始腐殖质的进一步形成受进入土壤的有机残体种类、微生物活性和水热状况等条件的制约在森林植被、多水与酸性条件下，主要形成富里酸在草原植被，中性或碱性条件下，主要形成胡敏酸•2.3.3矿质化作用：进入土壤的生物残体在微生物的作用下有机质被氧化的过程。影响矿质化过程的因素：温度、湿度、通气状况、PH值以及生物残体的化学组成腐殖质和黏土矿物都是土壤中最细小的部分，土壤的许多理化特性明显地受它们制约腐殖质和黏土矿物能够维持土壤结构的稳定、改善土壤的物理性质、增强土壤保肥供肥能力，是土壤活性的基础。腐殖质和黏土矿物在土壤中以胶体状态存在•3土壤胶体与土壤吸收性能•3.1土壤胶体•3.1.1概念：•由胶粒分散于土壤溶液中形成的胶体系统。•土壤胶体是土壤中最为活跃的物质。土壤的许多理化现象，都与胶体的性质有关3.1.2土壤胶体微粒的构造：胶核吸附层扩散层胶粒•3.1.3