土壤学问题答疑

土壤学问题答疑
《土壤与土壤地理学》问题答疑
１、硅铝铁率：土壤中的所有硅折合成二氧化硅，所有铁折合成氧化铁，所有铝折合成氧化铝后，二氧化硅与氧化铁和氧化铝总量的分子比率。

２、土壤背景值：处于某一演化阶段的未受人为活动影响的自然土壤中元素的组成和含量，称土壤背景值。

３、富铝化过程：风化过程中，矿物中盐基离子释放出来而形成中性或微碱性环境，此时所发生的氧化硅淋失，氧化铁和氧化铝相对富集的过程称富铝化过程。

４、土壤环境容量：土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，即保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物最大数量或负荷。

５、土壤质地：土壤中不同大小粒级土粒的构成状况称土壤的机械组成。

根据土壤机械组成状况划分的土壤类别名称，称土壤质地。

或：土壤中，根据不同大小粒级土粒的构成状况而划分的土壤类别名称，称土壤质地。

６、土壤质量：在自然或人类管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高大气和水体质量以及支撑人类健康与生活的能力。

７、土壤自净作用：进入土壤的污染物在土壤中通过物理、化学和生物化学等作用，降低其浓度或改变其形态，从而消除或降低污染物毒性。

８、土壤颗粒的表面电荷来自于：同晶替代，表面羟基，专性吸附。

９、我国北部地区从东到西依次分布着：暗棕壤，黑土，黑钙土，栗钙土，棕钙土或灰钙土、漠境土壤等经度地带性土壤。

我国从南到北依次分布着：砖红壤，赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤、灰化土。

１０、分析离子浓度和离子价数对胶体分散性与凝聚性的影响。

胶体颗粒受到两个相反的作用力的作用：A：胶体颗粒间的长程范德华力，它是吸引力，使胶体凝聚。

B：胶体双电层间的静电排斥力，它使胶体分散。

当胶体间的范德华力大于静电排斥力时，胶体就凝聚，反之则分散。

当土壤中的离子价数越高，离子浓度越大时，双电层就越薄，范德华力就可能大于静电排斥力，土壤胶体就发生凝聚，反之则反。

１１、主要的淋溶过程类型及发生机理是什么？
土壤中的淋溶过程类型主要包括：中性淋溶、还原淋溶和络合淋溶三种类型。

中性淋溶的机制是：随着矿物化学风化的发生，其中的盐基离子释放出来，从而使体系呈现中性和微碱性环境，此时二氧化硅溶解度较高，当水流过土壤时，水将带着被溶解的盐基离子和二氧化硅一起淋失。

还原淋溶的机制是：当土体中、下部出现不透水层时，土壤中因氧含量少而呈现还原条件，此时高价铁、锰被还原为低价状态，溶解度大大提高。

此时如果土壤中出现了侧渗水的流动，被溶解的铁、锰将随水流动而被淋失。

络合淋溶的机制是：在针叶林植被下，由于土壤腐殖质以富里酸为主，而富哩酸对铁、铝有较强的络合能力。

所以土壤中的铁、铝被富哩酸络合而溶解，并因水的流动而被淋失。

１２、专性吸附与离子交换吸附有什么区别？土壤中的哪些胶体和离子易发生专性吸附？
一是吸附条件不同，离子交换吸附只有与表面电荷符号相反的离子才发生吸附，而专性吸附则没有这个限制；二是吸附机制不同，专性吸附是化学键吸附，而离子交换吸附是物理的静电吸附；三是吸附结果不同，离子交换吸附不改变表面电荷数量和电性，但专性吸附可使表面电荷数量和表面电性发生改变。

土壤中的铁铝氧化物及其水合物，土壤腐殖质等都是可发生专性吸附的胶体；土壤中的重金属离子，含氧酸根离子（主要是磷酸根和硫酸根）等是可发生专性吸附的离子。

１３、为什么土壤是地球陆地生态环境中物质能量交换的中心。

在地球的各大圈层构造中，与生物密切相关的圈层有：大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和土壤圈5大圈层。

这五大圈层都交汇于土壤圈，而地球陆地的生物主要分布在距离土壤表面以下50厘米以内和距离土壤表面以上大约10米以内的区域。

在各大圈层的物质能量交换中，以土壤圈和其它圈层间的物质能量交换最活跃，最密切；并且其它圈层间的许多交换过程都需要通过土壤圈来完成。

土壤与生物圈的物质能
量交换是陆地生态系统的基础；土壤与大气圈和水圈的物质能量交换是生态系统稳定与进化的前提；而岩石圈是土壤物质的最初来源。

１４、为什么一个结构体良好的土壤往往具有较好的热性能。

一个结构体良好的土壤是指该土壤具有较多的团粒结构体；而团粒结构的基本特点就是其多级孔性；由于结构的多级孔性协调了土壤水气之间的矛盾，使该土壤在保持较高的含水量的同时，又具有良好的通气性。

另一方面，由于所有土壤的固体部分的热性质基本一致，土壤的温度状况主要由土壤水气状况决定。

当气多水少时，土壤吸热后温度易于升，但热源消失后，降温也快，土温的稳定性差。

而当水多气少时，虽然土温较稳定，但土壤吸热后，土温难以升高，这对于活化土壤养分和提高生物活性都是极其不利的。

显然，一个良好结构体的土壤正好克服了这一对矛盾。

１５、土壤氮的转化与循环过程。

在自然土壤中，依赖于固氮生物的作用，首先将空气中的氮气转换成生物体内的蛋白质。

当生物死亡后，这些蛋白质进入土壤，在土壤中水解酶的作用下转变为氨基酸。

生成的氨基酸在土壤中进一步通过水解、氧化、还原等作用而氨化，并溶解于水后转变为铵离子（在耕作土壤中铵离子可通过施肥而进入土壤的）。

铵离子在通气良好的条件下可通过亚硝化微生物的作用氧化成亚硝酸，进而在硝化微生物的作用下转变成硝酸。

但由于土壤都带净负电荷，硝酸根离子很难在土壤中被吸持，所以硝酸根离子随水运动进入土体下部或进入水体后，可发生反硝化脱氮作用，而逐渐转变成亚硝酸、一氧化氮或氧化亚氮
或氮气而进入大气，完成氮的循环过程。

１６、土壤酸化的过程或机制。

二氧化碳、有机酸的溶解等是土壤中氢离子的最初来源。

由于这些物质因溶解度低，所以实际带来的氢离子的数量并不足以使土壤形成酸性土。

但因氢离子与土壤胶体间有很强的静电吸引力，所以它趋向于把其它盐基离子代换下来进入土壤溶液，使自己在胶体表面积累，所以随着时间的推移，胶体表面的氢离子就会越来越多，最终形成氢质土，土壤酸性增强。

然而，当形成氢质土后，矿物晶体结构将不再稳定，铝八面体中的铝离子释放出来。

由于铝离子有更强的吸附力，所以铝离子将在土壤中大量积累而形成铝质土。

由于铝离子水解可释放三个氢离子，所以当土壤变成铝质土后，土壤就呈现强烈的酸性特征。

１７、论述团粒结构体的形成机制？分析土壤团粒结构在土壤肥力和生态环境中的意义。

理解要点：
团粒结构的形成机制：
1、团粒结构是土壤胶粒（或土粒）在土粒悬液中经多级聚合而形成的具有多级结构或分形结构特征
的结构体。

2、在含有较高浓度的电解质，特别是有较高浓度的二价电解质时，土粒可在水分含量很高时发生凝聚，从而形成具有大尺度自相似特征（多级结构特征）的团粒结构体。

反之，则土壤颗粒只能在含水很少时凝聚，此时由于土粒密度过大，只能形成不具有自相似特征的致密结构体。

3、腐殖质在土粒凝聚中扮演重要的角色，其作用可能是多方面的。

包括：（1）腐殖质含量高的土壤，往往电解质浓度和二价离子含量较高；（2）腐质酸盐在凝聚体表面吸附后，可提高凝聚体的水稳定性；（3）腐质酸盐在土粒表面吸附后，可能改变了其表面性质，促进了土粒凝聚。

但这种作用目前还不完全清楚。

团粒结构在土壤肥力和生态环境中的意义主要体现在以下几个方
面：
1、团粒结构促进地表水的迅速入渗和土壤水的保蓄，减少水土流失。

2：团粒结构有利于土壤空气与近地大气进行气体交换。

3：含团粒结构的土壤，好气性微生物和厌气性微生物都大量存在，因此团粒结构协调了有机质分解与合成的矛盾，进而协调了养分的释放与保蓄之间的矛盾，也调节了各种元素的生物地球化学循环的速率。

4：含团粒结构体土壤，空气和水分都大量存在，从而改善了对土壤热性质。

5：团粒结构是土壤肥力的中心调节器，它有效地调节了土壤水、热、气、养分间的矛盾，确保其稳、匀、足、适地提供植物生长所需。

１８、土壤有机质的转化过程和主要的影响因素，分析土壤有机质在土壤肥力和生态环境中的作用。

理解要点：
1．土壤有机质的转化包括矿质化和腐质化两个过程。

影响矿质化和腐质化过程的因素主要是土壤温
度、土壤湿度和土壤通气性以及土壤有机质的化学组成。

2．土壤有机质在土壤肥力中的作用
（1）提供植物所需要的养分
有机质是植物所需养分的主要供应者。

土壤中的氮95%是有机态氮，磷有20%—50%是有机态磷，硫有38%—94%是有机态硫，因此植物吸收的主要养分来自土壤有机质。

（2）提高养分有效性。

在有机质转化过程中形成的有机酸、腐殖酸增加土壤溶液中H+的数量，增强土壤难溶性物质的溶解，促进土壤矿物风化，从而有利于某些养分的有效化；腐殖酸对金属的络合作用，不仅提高了该离子的有效性，而且能可避免某些金属离子对磷的固定，促进磷的有效性。

（3）增强土壤保肥性
腐殖物质具有带电性，主要是带负电，可吸收阳离子。

腐殖质对阳离子的吸收能力为150—450cmol(+)/kg ，平均350 cmol(+)/kg ，
是土壤中矿质胶体吸收阳离子量的几倍到几十倍。

土壤中有机质含量一般只占5%以下，但其对保肥能力贡献为5%—42%，平均21%。

（4）促进团粒结构形成与稳定、改善土壤肥力性质
团粒结构是土壤的一种优良结构形态，它是土壤肥力的中心调节器，可以调节土壤中的水、气、热、肥状况。

3. 在生态环境中的作用
（1）土壤是陆地生态系统中的碳库，土壤有机质控制着地球陆地生态系统中的碳素循环。

土壤中的有机碳是植物有机碳的3倍，其中每年有大约5%转化为二氧化碳进入大气，是燃烧化石燃料的二十多倍。

微生物生命活动所需的能量，也来源于有机质。

微生物分解有机质产生的CO 2，若排出土壤进入近地层的空气中，是光合作用所需CO 2的重要来源，土壤中生物来源的CO 2每年为13.5×1010t ，与陆地上植物需要量年8×1010t 大体相当。

（2）有机质是微生物重要的碳源和能源
微生物细胞的C/N 为5：1，这5份碳来源于对有机质中碳的同化。

每克干物质大约含有4或5千卡的热量。

（3）腐殖质有助于消除土壤中农药残毒和重金属污染
据报道，胡敏酸能吸收和溶解三氮杂苯除莠剂以及某些农药，例如DDT 在0.5%胡敏酸钠溶液中的溶解度比在水中至少大20倍,这就使DDT 容易从水中排出去；腐殖酸能和某些重金属离子络合，由于络合物的水溶性，而使有毒重金属离子有可能随水排出土体，减少对作物的危害和对土壤的污染。

（4）有机质中含有一些生理活性物质如核黄素（B 2）、吲哚乙酸、抗菌素等，对植物生长有利。

１９、在非理想的外力场体系中溶质扩散的通量方程可以表示为：dx ce
d e D j RT u w RT u w ext ext
)(int int 0++--＝
式中j 是扩散通量，D 0是理想体系溶质的扩散系数（或动力弥散
系数），w ext 是外力场引起的摩尔位能，u int 是非理想体系中的分子相互作用位能，R 是气体常数，T 是绝对温度，c 是溶质浓度。

请证明：离子在土壤双电层中的扩散系数为：
+dc d c RT ZF D D ψψ1)(0＝式中Z 是离子价数，F 是Farady 常数，ψ是电位。

证明：
离子在外电场中的扩散为非线性扩散，非线性扩散方程可以统一表达成：
[]dx
dc D dx dc c D j )()(ψψ-=-＝根据Poisson-Boltzmann 理论，外电场中离子的电势能将包含外电场的贡献和离子之间相互作用的贡献，所以：
ψZF w w ext ＝int +
将此式代入通量公式可以得到：
dx dc dc d c RT ZF D dx
d RT ZF c D dx dc D dx
ce d e
D j RT ZF RT
ZF ??? ????+-=--=--ψψψ
ψ1)
(0000＝该结果与非线性扩散方程的统一表达式比较得到： ??? ?
+dc d c RT ZF D D ψψ1)(0＝２０、生物在土壤肥力的产生与发展中的创造性作用体现在那些方面？
生物在土壤肥力的产生与发展中的创造性作用体现在如下几个方面：（1）生物，特别是高等植物对养分的选择性集中作用，该作用使土壤中养分的数量越来越多，比例越来越与生物需求相协调；（2）生物对养分的保蓄作用；（3）生物创造性的发展了土壤的氮素营养；（4）生物创造性地积累了土壤腐殖质，并形成有机-无机-微生物-酶复合体，它是土壤肥力中最重要的物质基础。

２１、假设某红壤的pH 为5.0,耕层土壤为2250000㎏/hm2，阳离子交换量为10 cmol(+)/kg 土,盐基饱和度为60%。

试计算中和潜性酸的石灰需要量。

每公顷土壤中的潜性酸总量为：10*（1-60%）*2250000=90000mol （+）/hm 2。

而1摩尔氧化钙要中和2摩尔的H+，所以每公顷土壤需用石灰的总量为：（90000/2）*56/1000=2520公斤。

２２、以铁铝土纲为例，说明成土条件、成土过程与土壤性质之间的关系。

理解要点：
A ：分析铁铝土的成土环境特点（主要是水、热、母质和生物条件）。

B ：铁铝土的成土条件决定了该类土壤的主导成土过程是：富铝化过程和酸性条件下的腐殖质积累过程。

C ：这些成土条件和成土过程决定了该类土壤的性质是：土壤酸性强；土壤矿物彻底风化，次生层状硅酸盐矿物，特别是2:1性矿物少，高岭石和铁铝氧化物大量积累，土壤呈现红色或黄色；土壤结构以块状结构为主，结构差；土壤质地粘重；土壤硅铝铁率底，土壤阳离子代换量小；土壤养分含量少。

由于强烈的生物积累作用，自然土壤表层的有机质积累量大，表层养分含量高。

但一经开垦，土壤有机质和养分数量将可能迅速降低。

２３、以淋溶土纲为例，说明成土条件、成土过程与土壤性质之间的关系。

理解要点：
A ：分析淋溶土的成土环境特点（主要是水、热、母质和生物条件，可与铁铝土对讨论）。

B ：淋溶土的成土条件决定了该类土壤的主导成土过程是：强烈的淋溶过程、淀积粘化过程和腐殖质积累过程。

C ：这些成土条件和成土过程决定了该类土壤的性质是：黏土矿物主要为水云母＼蛭石和高岭石（黄棕壤），硅铝铁率2.5——3.3。

理化性质：阳离子交换量可达20cmol(+)/kg ；pH5-7；盐基饱和度７０％以上；质地粘重，粘粒含量较高，一般可达在50%以上；有机质含量５-１5%；养分含量比铁铝土高。