第四章土壤
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土壤学第四章-土壤酸碱性和氧化还原反应
H2O+HC+O2
CO2很重要
②Na2CO3的水解
来源：a.矿物Na与H2CO3形成
b.矿物风化形成Na2SiO3与H2CO3作用形成
c.水溶性Na盐（NaCl,Na2SO4）与CaCO3
共存形成
2NaCl+CaCO3 CaCl2+Na2CO3
③ 交换性Na的水解：碱化土的一个重要指标
Na++H2O
三.土壤对氧化还原的缓冲性
第四节 土壤酸碱性和氧化还原性与生物环境
一.生物对土壤酸碱性、氧化还原性的适应
1.对土壤酸碱性的适应： 不同植物对土壤酸碱性的要求不同——这是自 然选择的结果，大多数植物适于生长在中性至微碱 性土壤上，但有些植物：
茶、映山红——酸性指示植物， 盐嵩、碱蓬——碱性指示植物
2.对氧化还原性的要求： 旱作植物要求 Eh在400—700mv（特别注意
15—20%为强度碱化土壤
③、影响土壤碱化的因素：
1> 气候 碱土分布于干旱、半干旱和 漠 境地区.其降雨量远小于蒸发量，特别是在冬春季 节，其比值在5:1—20:1故有明显的积盐和脱盐 过程
2> 生物 植物的选择性吸收，对K、Na、Ca、 Mg等盐基离子有强的富集作用
3> 母质 母质是碱性物质的直接来源，基性 岩，超基性岩中富含K、Na、Ca、Mg，其他如 质地的差异，不同母质在土体中垂直分布等也对 此有影响。
根际范围的Eh） 水田植物要求Eh在200—300mv
3．微生物活动与pH值和Eh的关系：细菌、放线菌 在中性和微碱性环境中，真菌在强酸性土壤中占 优势，Eh越高微生物活动越强。（特别是好气性 微生物）
二.养分的生物有效性与土壤酸碱、氧还的关系
第四章 土壤的组成及基本性质
二、土壤的化学组成
Soil composition by volume
1.继承了岩石和母质的特点： O, Si, Al, Fe 含量在80%以上 2.包含了生物活动的产物，反映地区水热条件所带来的物质迁移、
转化和富集特点 Si（非金属元素）在土壤中相对富集； Al，Fe，Ca，Mg，K，Na（金属元素）倾向淋失； C，N在土壤中含量较岩石高20，10倍。
三、土壤的矿物组成
斜长石（plagioclase）
1.原生矿物(primary mineral)
在风化过程中没有改变化学组成而遗留在
土壤中的一类矿物。
闪石（amphibole）
石英 (quartz) 云母（mica）
正长石（orthoclase）
辉石（pyroxene）
橄榄石（olivine）
硅酸三盐、粘土土壤（的一矿层物硅组氧成四面体和一层铝氧八面体） 2.次生矿物(secondary mineral) 原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物. 1) 层状硅酸盐黏粒矿物—基本结构
第四章 土壤的组成与基本性质
主讲人：张彬
第一节 土壤的组成
一、土壤的三相组成
1.固体物质—土粒
Soil Composition
土壤矿物质：占重量95%以上，体积38%；
Air
土壤有机质：重量的5%以下，体积12%。
2.液体：溶盐类和简单有机物的水溶液
Water Organic
Mineral
3.气体：土壤孔隙中的各种气体。
铝氧八面 硅氧四
三、土壤的矿物组成
1）层状硅酸盐黏粒矿物—单位晶层结构
★ 2:1型单位晶层
由两个硅片夹一个铝片构成。两个硅片顶端的氧都向 着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方 式形成单位晶层。晶层间通过静电力和范德华力结合。
第四章土壤环境化学(SoilEnvironmentalChemistry)
土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离 子时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100 阳离子交换量
（2）土壤胶体的阴离子交换吸附
带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶 液中的阴离子交换。 吸附顺序：
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3- > Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
代换性酸度：
用过量中性盐（KCl、NaCl等) 溶液 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+发生离子交换作用：
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl
形成过程：由地壳的岩石、矿物经过风化作用形成的。 按成因类型分类： 原生矿物
Soil)
次生矿物
原生矿物：
土壤中原先存在的岩石颗粒，受到不同
程度物理风化后形成的。
类别：
硅酸盐（石英、长石、云母等）；
氧化物（SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3）；
硫化物 (FeS)；
磷酸盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。
有机质和低价金属离子。
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧 化还原电位（Eh）来衡量。 根据土壤Eh值可以确定土壤中有机物和
无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。
一般旱地土壤的氧化还原电位(Eh)为 +400—+700mV;水田的Eh值在-200—300mV。
可交换性盐基总量 盐基饱和度（%） 100 阳离子交换量
（2）土壤胶体的阴离子交换吸附
带正电荷的胶体吸附的阴离子与土壤溶 液中的阴离子交换。 吸附顺序：
F- > C2O42- > 柠檬酸根 > PO43- > HCO3-> H2BO3- > Ac- > SCN- > SO42- > Cl- > NO3-
代换性酸度：
用过量中性盐（KCl、NaCl等) 溶液 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、 Al3+发生离子交换作用：
|土壤胶体|-H+ + KCl → |土壤胶体|-K+ + HCl |土壤胶体|-Al3++ 3KCl→|土壤胶体|-3K+ + AlCl3 AlCl3 + H2O → Al(OH)3 + 3HCl
形成过程：由地壳的岩石、矿物经过风化作用形成的。 按成因类型分类： 原生矿物
Soil)
次生矿物
原生矿物：
土壤中原先存在的岩石颗粒，受到不同
程度物理风化后形成的。
类别：
硅酸盐（石英、长石、云母等）；
氧化物（SiO2 、Al2O3、 TiO2、 Fe2O3）；
硫化物 (FeS)；
磷酸盐如氟磷灰石Ca5(PO4)3F等。
有机质和低价金属离子。
土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧 化还原电位（Eh）来衡量。 根据土壤Eh值可以确定土壤中有机物和
无机物可能发生的氧化还原反应和环境行为。
一般旱地土壤的氧化还原电位(Eh)为 +400—+700mV;水田的Eh值在-200—300mV。
第四章我国主要的土壤类型及分布
四、 地形对土壤形成的影响
引起地表物质与能量的再分配，是影响土壤和 环境之间物质、能量交换的一个重要条件。
1、地形对母质起着重新分配的作用。
2、不同地形影响地表水热条件的重新分配。
大的地形分布和排列能影响到气候带和生物带 的分布 ；中小地形主要影响土壤水热条件、养分、 质地、土壤厚薄的差异。 3、地形支配着地表径流，影响水分的重新分配， 在很大程度上决定着地下水的活动情况。
（3）不同母质所形成的土壤，其养分状况也不相同。
（4）在一些土壤形成过程中，母质因素起着重要 的作用。
二、气候对土壤形成的影响 气候支配着成土过程的水、热条件。 （1）气候影响岩石矿物风化强度和物质的淋溶过程。 （2）气候影响次生粘土矿物的形成。 （3）气候对土壤有机质的积累和分解起着重要作用。 （4）气候影响着土壤分布规律，尤其是地带性分 布规律。
A B
C R
A1 A2
淀积层
母质层 母岩层
二、土壤的发生学层次 1、自然土壤的发生学层次
2、农业土壤中的发生学层次
（1）耕作层（A） （2）犁底层（B） （3）心土层（W） （4）底土层（C）
4.1.1.3 影响土壤形成的因素
土壤是在五大成土因素（即气候、母质、 生物、地形和时间）综合作用下形成的。
方向的。
4.1.1.4 主要成土过程
一、原始成土过程 从岩石出露地表着生微生物和低等植物开始 到高等植物定居之前形成的土壤过程，称为原始 成土过程。 二、腐殖化过程 是指在生物因素作用下，在土体中，尤其 是在土体表层所进行的腐殖质累积过程。
4.1.1.4 主要成土过程
三、粘化过程 是指矿物颗粒由粗变细形成粘粒的过程，或粘 粒在土体中淀积使粘粒含量增加的过程。 四、钙化过程 是指碳酸盐在土体中的淋溶淀积的过程，多发 生在干旱、半干旱地区。
第四章 土壤有机质
2、腐殖酸的化学性质
腐殖酸的主要元素组成是碳、 氢、氧、氮、硫，此外还含有 少量的钙、镁、铁、硅等灰分 元素。不同土壤中腐殖酸的元 素组成不完全相同，有的甚至 相差很大。腐殖质含 碳55％-60％，平均为58％， 氮3％-6％，平均为5.6％， C/N比值为10:1-12:1
腐殖酸分子中含各种功能基。其中主要是含氧的酸性功 能基，包括芳香族和脂肪族化合物上的羧基(R-COOH) 和酚羟基(酚-OH)，其中羧基是最重要的功能基团。此 外，腐殖物质中还存在一些中性和碱性功能基，中性功 能基主要有醇羟基(R-CH2-OH)、醚基(R-CH2-O-H2-R)、 酮基(R-C=O(-R))、醛基(R-C=O(—H))和酯(R-C=O(-OR))， 碱性功能基主要有胺(R-CH2-NH2)和酰胺(R-C=O(-NHR))。富啡酸的羧基和酚羟基含量以及羧基的解离度均较 胡敏酸高，醌基较胡敏酸低；胡敏素的醇羟基比富啡酸 和胡敏酸高，但富啡酸中羰基含量最高。我国各主要土 壤中胡敏酸的羧基含量在270～480cmol/kg之间，醇羟基 在220-430cmol/kg，醌基在90-189cmo1/kg之间。富啡酸 的羧基含量为640-850cmol/kg，是胡敏酸的2倍左右，富 啡酸的醇羟基和醌基的含量分别在500-600和5060cmol/kg之间。
第四章 土壤有机质
有 机 质 是 土 壤 的 重 要 组 成 部 分
在土壤肥力、 环境保护、 农业可持续 发展等方面 都有着很重 要的作用和 意义
一方面它含有植物生长所需要的各种营养元素， 是土壤微生物生命活动的能源，对土壤物理、 化学和生物学性质都有着深刻的影响
土壤有机质对重金属、农药等各种有机、无机 污染物的行为都有显著的影响，而且土壤有机 质对全球碳平衡起着重要作用，被认为是影响 -全球“温室效应”，的主要因素
第四章 土壤孔性、结构性和耕性
土壤粘结性是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在 一起的性质。 由于土壤具有粘结性，使其具有抵抗外力破碎的能力，也是 土壤在耕作时产生阻力原因之一。
在湿润时，（由于土壤含有一定的水分）土壤板结性实际土 粒-水-土粒之间相互吸引而表现的板结力。
影响粘结力的因素：
• 1.土壤颗粒的比表面积：比表面积越大， 粘接力越强。 （1）土壤质地：粘性土>壤质土>砂质 （2）粘土矿物的类型： 2：1矿物>1:1型 矿物 （3）代换性阳离子组成：土壤上代换性 Na+（盐渍土）越高，粘结力越强（白 僵土）。 （4）土壤颗粒的团聚化程度：结构性强 的土壤粘结性差 • 2.土壤水分含量 • 在适度含水量时粘结力最大。水分的 C表明由干土到湿土 变化过程也会影响到粘结力（见图） 粘结力变化，A • “湿时一团糟，干时一把刀”； (Clay）、B（sand） • “宁可干耕勿湿耕” 从湿到干变化中粘结 • 3.有机质缺乏的土壤，粘结性强。 力变化
1．土壤团粒结构的形成过程 包括“多级团聚说”和“粘团说”两种。 第一阶段：有单粒在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结作用下形成初 级复粒或致密的小土团。 第二阶段：初级复粒进一步逐级粘合、胶结、团聚，依次形成第 二级、第三级及微团聚体的过程。
2．团粒结构形成的必备条件 ①各种各样的单粒、复粒、黏团及微团粒的数量 及组成； ②胶结物质：有机胶体、无机胶体及胶体凝聚物 质。 成型动力 包括：土壤生物的作用、干湿交替、适宜土壤含水 量下耕作。
项目四 土壤的孔性、结构性与耕性
第一节 土壤孔性
小 孔 隙 大 孔 隙
土壤孔隙是容纳 水分和空气的空 间； 是土壤中物质和 能量贮存和交换 的场所； 是众多土壤动物 和微生物活动的 场所； 是植物根系伸展 并从土壤中获取 水分和养料的介 质。
在湿润时，（由于土壤含有一定的水分）土壤板结性实际土 粒-水-土粒之间相互吸引而表现的板结力。
影响粘结力的因素：
• 1.土壤颗粒的比表面积：比表面积越大， 粘接力越强。 （1）土壤质地：粘性土>壤质土>砂质 （2）粘土矿物的类型： 2：1矿物>1:1型 矿物 （3）代换性阳离子组成：土壤上代换性 Na+（盐渍土）越高，粘结力越强（白 僵土）。 （4）土壤颗粒的团聚化程度：结构性强 的土壤粘结性差 • 2.土壤水分含量 • 在适度含水量时粘结力最大。水分的 C表明由干土到湿土 变化过程也会影响到粘结力（见图） 粘结力变化，A • “湿时一团糟，干时一把刀”； (Clay）、B（sand） • “宁可干耕勿湿耕” 从湿到干变化中粘结 • 3.有机质缺乏的土壤，粘结性强。 力变化
1．土壤团粒结构的形成过程 包括“多级团聚说”和“粘团说”两种。 第一阶段：有单粒在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结作用下形成初 级复粒或致密的小土团。 第二阶段：初级复粒进一步逐级粘合、胶结、团聚，依次形成第 二级、第三级及微团聚体的过程。
2．团粒结构形成的必备条件 ①各种各样的单粒、复粒、黏团及微团粒的数量 及组成； ②胶结物质：有机胶体、无机胶体及胶体凝聚物 质。 成型动力 包括：土壤生物的作用、干湿交替、适宜土壤含水 量下耕作。
项目四 土壤的孔性、结构性与耕性
第一节 土壤孔性
小 孔 隙 大 孔 隙
土壤孔隙是容纳 水分和空气的空 间； 是土壤中物质和 能量贮存和交换 的场所； 是众多土壤动物 和微生物活动的 场所； 是植物根系伸展 并从土壤中获取 水分和养料的介 质。
土壤学第四章土壤质地和结构
③ 根据砂粒(sand)含量，凡砂粒含量大于55%的，
在质地名称前冠“砂质(sandy)” 。
土壤 学
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（2）美国制(Soil Taxonomy)（连接） 等边三角形的三个边分别表示砂粒、 粉粒、
粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量 ，在图中查出相对应的区域，即得该土壤的质地。 （3）卡庆斯基制 (Kachinsky classification system of soil texture)
土壤密度一般取平均值2.65g/cm3。
2020/3/30
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3. 土壤比重 (soil specific gravity) 土壤密度与4℃时纯水密度之比，一般取2.65。
（二）土壤容重(bulk density of soil) 1. 概念: 单位体积自然状态土壤体（原状土）（含粒 间孔隙）的重量（干重）。（g/cm3）
土壤固、液、气三相容积比，反映土壤水、气关系。 atmosphere water
organic matter
mineral
一、土壤的密度和容重
（一）土壤密度(soil density) 1. 概念 单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质
量。(g/cm3)
2. 影响土壤密度的因素 矿物组成、有机质含量、土壤质地。
2. 土壤质地概念 按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土
壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为 土壤质地。
划分土壤质地的目的在于认识土壤的特性并合理利 用土壤和改良土壤。
3. 土壤质地分类(soil texture classification)制
（1）国际制(international system)
（三）各级土粒的物理性质
环境化学第四章土壤
价交换和受质量作用定律支配外，各种阳离子交换能力的强
弱，主要依赖于以下因素： 电荷数，离子电荷数越高，阳离子交换能力越强；
离子半径及水化程度，同价离子中，离于半径越大，水
化离子半径就越小，因而具有较强的交换能力。
第二节 土壤的性质
土壤中一些常见阳离子的交换能力顺序如下： Fe3+＞Al3+＞H+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+＞Cs+＞Ru+＞
第二节 土壤的性质
b.潜性酸：
其来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。当这些离
子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们通过离子交 换作用进入土壤溶液之后，即可增加土壤溶液的 H+ 浓度， 使土壤 pH 值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度，其 大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。据测定土壤潜性酸
②水解性酸度： 用弱酸强碱盐 (如醋酸钠)淋洗土壤，溶液中金属离子可
以将土壤胶体吸附的 H+ 、 A13+ 代换出来，同时生成某弱酸
(醋酸)。此时，所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。
第二节 土壤的性质
③活性酸与潜性酸的关系：
土壤的活性酸与潜性酸是同一个平衡体系的两种强度，
二者可以互相转化，在一定条件下处于暂时平衡状态。土 壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体
第二节 土壤的性质
一般土壤缓冲能力的大小顺序是： 腐殖质土＞枯土＞砂土。 土壤的可变电荷越多，缓冲能力越强。土壤缓冲能力 越大，对酸碱污染物的容量就越大。但是，土壤的缓冲能 力的大小是有一定限度的，超出这个限度，土壤的酸碱度 会发生强烈的变化。
1 2 3 4 5 6
第四章 土壤有机质
不含氮的有机物的转化 含氮有机物的转化 含磷有机物的转化 含硫有机物的转化
土壤有机质的转化
(1)不含氮的有机物的转化
主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。
好气条件下
生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完 全分解成CO2和水，同时释放热量。
通气不良条件下
形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、 氢气等还原性物质。
胡敏酸 富里酸
C％ 50--62 45--48
H％ O+S％
2.8--6.6 31--40
5--6
43--48
N％ 2.0--6.0
1.5
总体来说，一般腐殖质平均含碳为58%，氮5.6%， 其C/N比为10：1-12：1。
土壤腐殖质
4. 吸水性
腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力， 最大吸水度达500％，在湿度饱和的空气中， 其湿度为200％。强大的吸水性使土壤具有 较强的持水供水能力。
与含水三氧化物 如Al2O3·XH2O·Fe2O3·yH2O化合成凝胶体
与土壤黏粒结合成有机无机复合体
土壤腐殖质
三、土壤腐殖酸的性质
1. 颜色 整体呈黑色或黑褐色，富啡酸呈淡黄色，胡敏酸为褐色。
2. 溶解性 富啡酸溶于水、酸、碱 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱
土壤腐殖质
3. 元素组成
C、 H 、N 、O、 P、 S， 其次Fe、 Ca、 Mg 、Si 。
腐殖质
（3%-8%）
（10%-30%）
土壤有机质的转化
二、腐殖化过程
定义
土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有 机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高 分子有机化合物—腐殖质的过程。
土壤有机质的转化
(1)不含氮的有机物的转化
主要是碳水化合物，如糖类、纤维类、半纤维类、脂肪和木质素等。
好气条件下
生成简单的有机酸、醇、酮类，最后完 全分解成CO2和水，同时释放热量。
通气不良条件下
形成有机酸类中间产物，最后产生甲烷、 氢气等还原性物质。
胡敏酸 富里酸
C％ 50--62 45--48
H％ O+S％
2.8--6.6 31--40
5--6
43--48
N％ 2.0--6.0
1.5
总体来说，一般腐殖质平均含碳为58%，氮5.6%， 其C/N比为10：1-12：1。
土壤腐殖质
4. 吸水性
腐殖质是一种亲水胶体，有强大的吸水能力， 最大吸水度达500％，在湿度饱和的空气中， 其湿度为200％。强大的吸水性使土壤具有 较强的持水供水能力。
与含水三氧化物 如Al2O3·XH2O·Fe2O3·yH2O化合成凝胶体
与土壤黏粒结合成有机无机复合体
土壤腐殖质
三、土壤腐殖酸的性质
1. 颜色 整体呈黑色或黑褐色，富啡酸呈淡黄色，胡敏酸为褐色。
2. 溶解性 富啡酸溶于水、酸、碱 胡敏酸不溶于水和酸，但溶于碱
土壤腐殖质
3. 元素组成
C、 H 、N 、O、 P、 S， 其次Fe、 Ca、 Mg 、Si 。
腐殖质
（3%-8%）
（10%-30%）
土壤有机质的转化
二、腐殖化过程
定义
土壤有机质在微生物作用下，把有机质分解产生的简单有 机化合物及中间产物转化成更复杂的、稳定的、特殊的高 分子有机化合物—腐殖质的过程。
第四章土壤的基本性质
（2）特征：
a.是一种可逆过程，能很快的达到动 态平衡。
b.离子间是等当量的代换关系。
c、代换反应受质量作用定律的支配： 对可逆反应来说，化学反应的速度
与反应物的浓度成正比。
或：增加反应物的浓度，减小生成物 的浓度，化学平衡向正方向移动。
生产意义：
d、不同的离子，代换能力不同： Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>NH+>Na+
特点:
a.有选择性，保留的都是土壤养分；
b.是一种周期短的循环性吸收。
生产意义：
是生物小循环的一个环节，可减少养 分淋失，提高土壤养分含量。
5、离子代换吸收作用： 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其它离子所代换而 产生的吸收作用。
这种作用，是土壤中对土壤保肥供肥 能力影响最大的一种吸收方式。
土壤固体土粒重
土壤比重＝———————— 土粒体积
影响土壤比重的因素：
（g/cm3）
有机质含量；【有机质比重1.25；矿物质2.6~2.7】 ，有机质含量越高，土壤比重越小。
（一般土壤中有机质含量少，土壤比重可作为常数来 看待，取值2.65参加各种计算）
二、土壤容重
定义：单位体积原状土的烘干重。
状土干重
土壤溶液中，离子间由于发生化学反 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：
a.无选择性。
b.吸收的结果，一方面减少养分的 淋失，但另一方面又将水溶性养分转变为 难溶性，生产中应尽量避免。
生产意义：
减少水溶性养分数量，应避免。
4、生物吸收作用：
a.是一种可逆过程，能很快的达到动 态平衡。
b.离子间是等当量的代换关系。
c、代换反应受质量作用定律的支配： 对可逆反应来说，化学反应的速度
与反应物的浓度成正比。
或：增加反应物的浓度，减小生成物 的浓度，化学平衡向正方向移动。
生产意义：
d、不同的离子，代换能力不同： Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>NH+>Na+
特点:
a.有选择性，保留的都是土壤养分；
b.是一种周期短的循环性吸收。
生产意义：
是生物小循环的一个环节，可减少养 分淋失，提高土壤养分含量。
5、离子代换吸收作用： 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其它离子所代换而 产生的吸收作用。
这种作用，是土壤中对土壤保肥供肥 能力影响最大的一种吸收方式。
土壤固体土粒重
土壤比重＝———————— 土粒体积
影响土壤比重的因素：
（g/cm3）
有机质含量；【有机质比重1.25；矿物质2.6~2.7】 ，有机质含量越高，土壤比重越小。
（一般土壤中有机质含量少，土壤比重可作为常数来 看待，取值2.65参加各种计算）
二、土壤容重
定义：单位体积原状土的烘干重。
状土干重
土壤溶液中，离子间由于发生化学反 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：
a.无选择性。
b.吸收的结果，一方面减少养分的 淋失，但另一方面又将水溶性养分转变为 难溶性，生产中应尽量避免。
生产意义：
减少水溶性养分数量，应避免。
4、生物吸收作用：
第四章 土壤的组成及基本性质
＋4
＋3
铝
三、土壤的矿物组成
1）层状硅酸盐粘土矿物—种类和性质
高岭组矿物（1:1型矿物）包括：高岭石、珍珠陶土、 迪恺石及埃洛石等
The structure of kaolinite（高岭土的结构）
三、土壤的矿物组成
1）层状硅酸盐粘土矿物—种类和性质
高岭类矿物（1:1型矿物）的特点： （1）1:1型的晶层结构 单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10(OH)8。 （2）无膨胀性 两个晶层的层面间产生了键能较强的氢 键，膨胀 系数一般小于5％，高岭石层间距约为0.72nm。 （3）电荷数量少，阳离子交换量只有3-15Cmoles(+)Kg-1。 （4）胶体特性较弱 ，较粗（有效直径0.2-2m），颗粒的总表 面积相对较小，为10-20×103m2kg-1
三、土壤的矿物组成 硅酸盐粘土（一层硅氧四面体和一层铝氧八面体）
2.次生矿物(secondary mineral)
原生矿物在风化和成土作用下，新形成的矿物. 1) 层状硅酸盐黏粒矿物—基本结构 硅氧四面体 铝氧八面体
Silicon tetra
Al u mi ni u m oc ta he dr on
三、土壤的矿物组成
1）层状硅酸盐粘土矿物—种类和性质
Chlorite group （ 2:1:1 layer clays ）
绿泥石组：以绿泥石为代表，富含镁、铁等
在2:1粘土矿物的相邻晶片间加 入一个八面体水镁片（或水铝 片）。由于强烈的静电吸引使其 成为非膨胀粘土。
Properties of Chlorite group 绿泥石组的特性
2 ( s w ) gr2 2 Kr 9
影响因子：
•重力加速度g •颗粒密度ρs •液体的密度ρw •液体的粘度η •颗粒半径r
第四章-土壤质地和结构
Al3+
良好旳团粒构造体：
•大小； •多级孔隙； •稳定性（水稳性、机械稳性 和生物稳定性）。
土壤构造改良剂：
能够将土壤颗粒粘结 在一起形成团聚体旳物 质，涉及天然物质和人 工合成旳高分子物质。
本章小结 一、关键名词
1. 比重 2. 容重 3. 土壤孔隙度 4. 当量孔径 5. 团粒构造 6. 土壤构造体 7. 毛管孔隙
孔隙度＝1－固相率＝液相率＋气相率
孔隙度＝1－
容重 密度
孔隙比＝ 孔隙容积 土粒容积
一般沙土孔度30-45%，壤土40-50%，粘土45-60%。
（二）三相构成和孔度旳测定及计算 1.固相率 由实测旳土壤密度和土壤容重计算之：
固相率＝ 容重 密度
2.液相率（容积含水率） 土壤含水量（质量％）＝土壤水质量 干土质量
• 机械稳定性； • 生物稳定性； • 水稳定性；
土壤构造体形成机制：
•胶体旳凝聚作用； •水膜旳粘结作用； •胶结作用； •干湿交替； •冻融交替； •耕作措施； •生物作用
腐殖质
粉
砂粒
粒
粘粒
粉粒
砂粒
单个土粒
微团粒
团聚体
Ca2+ 土粒 腐
殖
土粒
质
土粒
Fe2+ 土粒
土粒 腐 殖 质
土粒 Fe3+
耕层土壤（015cm）旳 总孔隙度为5060%，其中通 气孔隙度为1520%，底层土 壤（1530cm）分别为 50%(总）和10%（气）。
二、土壤构造体***
（一）土壤构造旳概念 土壤构造是土粒（单粒和复粒）旳排列、组合形式。
这个定义，包括着两重含义：构造体和构造性。 一般所说旳土壤构造多指构造性（structurality）。
土壤基本性质..
土壤与肥料学
土壤耕性是指土壤在耕作时所表现出来的特性， 它是土壤物理性质和物理机械性质的综合反映。
土壤与肥料学
一、土壤耕性的内容
主要包括三个方面： 耕作的难易程度 良好的土壤耕性要求耕作时，阻 力要尽可能地小，以使节约劳力和能源。 耕作质量的好坏 良好的土壤耕性要求耕作后土质 要疏松，以有利于根系的穿插、保温、保墒、通 气和养分转化。 宜耕期的长短 良好的土壤耕性耕作要求土壤的宜 耕期尽可能地长。
土壤与肥料学
计算题：一公顷地，耕层深度为20cm，土壤容 重为1.15g/cm3，比重为2.65 1）计算耕层土重和总孔隙度。 2）已知现在土壤含水量为5%，要求灌水后达到 25%，应补充多少水？ 3）经测定，土壤有机质含量为2%，计算土壤有 机质的重量。
土壤与肥料学
第三节
土壤耕性
土壤与肥料学
（三）土壤胀缩性 土壤吸水后膨胀，干燥后收缩的性质称为土壤的 胀缩性。 土壤胀缩性越强，对生产越不利，当土壤膨胀时， 会对周围土壤产生强大的压力，可能会对植物根 系产生机械损伤，土壤干燥收缩时，可能会拉断 植物根系。
影响土壤胀缩性的因素 粘土矿物的类型 蒙脱石＞高岭石 代换性阳离子的种类
３、土壤的阳离子交换能力 土壤的阳离子交换能力指一种阳离子将土壤胶体 上的另外一种阳离子交换下来的能力。 影响因素：
a、电荷的数量： M3+＞M2+＞M+ b、离子半径和离子水化半径：对于同价的离子，离子半径 越大，水合半径越小，交换能力越强。H+的交换能力比两 价的Ca2+、Mg2+离子大。 c、离子浓度：浓度愈大，交换能力愈强。
二、土壤结构性
团粒结构的形成: 1）土粒的粘聚 单粒变复粒，并进一步胶结成较大 结构体的过程。 土粒的粘聚主要经过胶体的凝聚作 用、水膜的粘结作用和胶结作用 2）成型动力 主要有生物作用、干湿交替作用、 冻融交替作用、土壤耕作的作用。
第四章土壤的形成与分布
一步分解，并不断增加粘粒和有机质。
苔藓阶段：生物风化和成土过程大大加快，为高等绿色植物 的出现和生长奠定基础。
（二）有机质的累积和消耗过程 有机质的累积过程是在木本和草本植被下有机质在土体上部 积累的过程，该过程在各种土壤中都存在。 1、漠土有机质的聚集过程：
2、草原土有机质的聚集过程：
3、草甸土有机质的聚集过程： 4、林下有机质的聚集过程： 5、高寒草甸土有机质的聚集过程： 6、泥炭聚集过程： 有机质的消耗过程是当自然土壤被开垦后，有机质被微生物分 解，使土壤有机质含量下降的过程。
b、植物具有集中养分的能力。
c、植物具有累积养分的能力
微生物在土壤形成重的作用 a、微生物能固定空气中的氮素，把空气中的氮素还原为氨，从而 丰富母质中的氮素
ห้องสมุดไป่ตู้
b、微生物能使有机质的合成与分解循环进行，使养分能循环利用
c、在土壤中腐殖质的形成也是一个微生物所主导的生物化学过程
动物对土壤形成所起的作用：
湿度和温度并不是单独作用于成土作用的速度和方向，而是两 者相互配合，共同作用于土壤的形成过程
在热带地区，在高温条件下，如果水分条件充足，则矿物的风
化程度深，土壤向着砖红壤的方向发展，如果高温条件下，水 分不足，则矿物的风化程度弱，土壤向着燥红壤的方向发展。
有机质的矿质化和腐殖化也是受水热条件的共同影响，温度在 45—50℃，湿度在60—65%,有机质的矿质化最大，有机质的分解 可达总量的90%，温度和湿度都超过上述范围时，矿质化受阻，可 促进腐质化作用，有利于腐殖质的形成。
函数”的概念 s=f(cl,o,r,p,t……)
(二）成土因素对土壤形成所起的作用
1、母质 首先，母质的矿物组成、理化性状、 在其它因素的制约下，直接影响着成
土壤学(第四章)土壤质地和结构
片状结构
土片较大，相互之间结合紧密，不易破碎。这种结构通常 出现在粘质土壤中。
团粒结构
土粒呈圆形或椭圆形的团聚体，团聚体之间有明显的粘结 性。这种结构是理想的土壤结构，能够提高土壤的通气透 水性能和保水保肥能力。
柱状结构
土柱上下粗细一致，通常出现在粘质土壤中。这种结构容 易造成土壤的板结和排水不良。
土壤结构对植物养分吸收的影响
土壤结构是指土壤颗粒的排列组合方式，包括 团聚体、块状结构、片状结构等。良好的土壤 结构有利于植物根系对养分的吸收。
团聚体结构是由微小的土壤颗粒粘结在一起形 成的较大颗粒，这种结构有利于养分的保持和 释放，使植物根系能够更好地吸收养分。
块状结构和片状结构则容易造成养分的不均匀 分布，影响植物对养分的吸收。
常见的土壤结构类型包括块 状结构、片状结构、团粒结 构等，每种结构类型都有其
特定的形成条件和特点。
土壤结构观察与描述的结果 可以用于指导土地利用和土 地保护，例如，根据土壤结 构类型选择适宜的土地利用 方式，避免过度开发和破坏
土壤结构。
04 土壤质地和结构对植物生 长的影响
土壤质地对植物根系生长的影响
土壤学（第四章土壤质地和结构
contents
目录
• 土壤质地 • 土壤结构 • 土壤质地和结构的测定方法 • 土壤质地和结构对植物生长的影响
01 土壤质地
土壤颗粒的分类
石块
直径大于2mm的颗粒，一般来源于岩石或 矿物的破碎。
粉粒
直径介于0.002-0.05mm之间的颗粒，主要 由粘土矿物和有机质组成。
土壤质地和结构对植物水分利用的影响
土壤质地和结构对植物的水分利用也有重要影响。一般来说，砂质土壤具有良好的 排水性和透气性，有利于植物对水分的吸收和利用。
环境化学第四章土壤环境化学
环境化学第四章土壤环境化学第四章土壤环境化学1、土壤圈：处于岩石圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长繁殖的能力。
是联系有机界和无机界的中心环节，还具有同化和代谢外界进入土壤的物质的能力。
主要元素O、Si、Al、Fe、C、Ca、K、Na、Mg、Ti、N、S、P等。
2、土壤是由固体、液体和气体三相共同组成的多相体系。
其本质属性是具有肥力土壤固相包括土壤矿物质和土壤有机质。
土壤矿物质：是岩石经过物理和化学风化的产物，由原生矿物和次生矿物构成。
土壤有机质：土壤中含碳有机物的总称，是土壤形成的标志，土壤肥力的表现。
土壤水分：来自大气降水和灌溉土壤中的空气：成分与大气相似，不连续，二氧化碳比氧气多。
3、土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力，它可以保持土壤反应的相对稳定，称为土壤的缓冲性能。
4、土壤中存在着由土壤动物、土壤微生物和细菌组成的生物群体。
5、典型土壤随深度呈现不同层次，分别为覆盖层、淋溶层、淀积层和母质层。
6、土壤的显著特点是具有：隐蔽性、潜在性和不可逆性。
7、岩石化学风化分为氧化、水解和酸性水解三个过程。
8、什么是土壤的活性酸度与潜性酸度？根据土壤中H+的存在方式，土壤酸度可分为活性酸度与潜性酸度两大类。
（1）活性酸度：土壤的活性酸度是土壤溶液中氢离子浓度的直接反映，又称有效酸度，通常用pH表示。
（2）潜性酸度：土壤潜性酸度的来源是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+。
当这些离子处于吸附状态时，是不显酸性的，但当它们经离子交换作用进入土壤溶液后，即可增加土壤溶液的H+浓度，使土壤pH值降低。
根据测定潜性酸度的提取液不同，可分为代换性酸度、水解性酸度：代换性酸度：用过量的中性盐（KCl、NaCl等) 淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+、Al3+离子交换。
用强碱弱酸盐淋洗土壤，溶液中金属离子可将土壤胶体吸附的H+、Al3+离子代换出来，同时生成弱酸，此时测定该弱酸的酸度称水解性酸度。
第四章 土壤的酸碱性反应
3、CO2 CO2溶于水后形成碳酸，可以使其悬液的pH 降低，降低的程度随土壤pH的减低而减小，对碱 性土壤的pH影响可能大些。因此，测土壤的pH
时，应驱出水中的CO2。
测定pH还有其他一些问题，如土壤磨碎的
程度，玻璃电极与土壤充分接触与否，土壤的
缓冲性能，悬液效应等等。
第二节 土壤碱度(alkalinity)
在干旱和半干旱地区，蒸发量大大超过至是地下水中的可溶盐，如
Ca2+、Mg2+、Kg+、Na+移入上部土层，这些盐
类大都是碳酸盐和重碳酸盐，通过水解作用产生 OH-，这是碱性土壤形成的最主要原因。
2CaCO３+ 2H2O = Ca(HCO3)２+ Ca(OH)2 Ca(HCO3)2+ H2O = H2CO3 + Ca(OH)2 Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-
(二) 影响测定结果的因素
1、水土比例
土壤水分含量影响各种离子在土壤固相和液
相之间的分配，也影响CaCO3等盐类的溶解和解
离，因而影响土壤的pH值。
对于主要带负电荷的温带土壤来说，土壤溶 液变稀薄时，胶体上吸附的金属离子易解离，与 溶液中的氢离子交换，氢离子减少，pH变高。
水土比愈大，pH愈高。
（2）Na2S + CaCO3 — Na2CO3+CaS↓ ( 3 ) Na2CO3 + 2H2O — NaOH+H2CO3
三、衡量土壤碱度的指标
(一) 液相指标 土壤溶液之所以出现碱性反应，是由于溶 液中有弱酸强碱盐类，其中最重要的是碳酸根 和重碳酸根，因此，通常以碳酸根及重碳酸根 的含量，作为土壤碱度的液相指标。
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第四章土壤环境化学
一、填空题
1. 土壤酸度分为活性酸度、潜性酸度两大类。
2. 环境中有机磷农药的降解途径主要有：吸附催化水解，光降解，生物降解。
3. 典型土壤随深度呈现不同层次，分别为覆盖层，淋溶层，淀积层和母质层。
4. 岩石化学风化分为氧化、水解和酸性水解三个过程。
5. 土壤重金属污染具有隐蔽性、持久性和间接有害性等三个特点。
5. 酶的催化作用具有专一性强、催化效率高和温和的条件三个特点。
6. 能保持土壤缓冲性能的物质有土壤溶液中弱酸及其盐类和两性物质、土壤胶体、铝离子三类。
二、选择题
1. 盐基饱和土壤是当土壤胶体吸附饱和、且吸附的离子全部为：（）
A．盐基离子 B．致酸离子 C．盐基离子和致酸离子 D．H+和Al3+离子
2.土壤的活性酸度是土壤中H+活度的直接反映，又称为：（）
A．有效酸度 B．潜性酸度 C．代换性酸度 D．水解酸度
3. 土壤的E h是其主要性能指标之一，（）
A．E h越大，氧化能力越强 B．E h越小，氧化能力越强
C．E h越大，缓冲能力越强 D．E h越小，缓冲能力越强
4. 土壤中的砷多以阴离子形式存在，若要增加土壤对它的吸附量，则：（）
A．升高PH B．降低PH C．PH大小没有影响 D．PH=7.0
三、简答题
1.如何进行土壤的粒级划分？
答：土壤矿物质是以大小不同的颗粒状态存在的。
不同粒径的土壤矿物质颗粒（即土粒），其性质和成分都不一样。
为方便研究，人们常按粒径的大小将土粒分为若干组，称为粒组或粒级，同组土粒的成分和性质基本一致，组间则有明显的差异。
土壤颗粒可分为粘土、泥沙、沙子
2. 土壤的活性酸度—土壤中直接反映出的氢离子浓度，用PH表示。
3. 土壤的潜性酸度—土壤胶粒吸附的可代换性H+和Al3+被交换出来后所显示的酸度。
4. 土壤的代换性酸度—用过量的中性盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生交换作用出来后所显示的酸度。
5. 土壤的水解性酸度—用弱酸强碱盐溶液淋洗土壤，溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生交换作用后，测定出的弱酸的酸度。
6. 土壤胶体对下列阳离子的交换吸附顺序为：
Fe3+ > Ba 2+ > Ca2+ > Mg2+ > Cs+ > Rb+ >K+ > Na+ > Li+。
7. 土壤的致酸离子为：（Al3+、H+）
8. 盐基饱和土壤—土壤胶体吸附的阳离子全部是盐基阳离子、且达到饱和时，这种土壤称为盐基饱和土壤。
9. 植物对重金属污染产生耐性的机制有哪几种？
答：1．植物根系限制重金属跨膜吸收。
2．重金属与植物的细胞壁结合。
3．酶系统的作用 保护酶活性。
4．形成重金属硫蛋白或植物配合素。
10. 影响重金属离子在土壤—植物体系中迁移的主要因素有哪些？
答；（1）土壤的理化性质，包括土壤的酸度、土壤质地、土壤的氧化还原性质、土壤的有机质含量；
（2）重金属的种类、浓度以及在土壤中存在的形态；
（3）植物的种类、生长发育期；
（4）重金属的联合及环境因素的联合污染等；
（5）土壤的施肥作用。
11. 植物对土壤中重金属富集的一般规律是什么？
答：从植物对重金属吸收富集的总趋势来看，
（1）土壤中重金属含量越高，植物体内的重金属含量也越高。
不同的植物由于生物学特性不同，对重金属的吸收积累有明显的种间差异，一般顺序为：
豆类>小麦>水稻>玉米。
（2）重金属在植物体内富集的浓度一般为：根>茎叶>颖壳>籽实。
12. 影响农药在土壤中扩散的主要因素有哪些？
答：影响农药在土壤中扩散的主要因素有：(1)土壤水分含量；（2）土壤对农药的吸附；(3)土壤的紧实度；(4)温度；（5）气流速度；（6）农药的种类。
13. 引起水体、大气、土壤污染的主要化学物质各有哪些？
等核素。
、、、、、、）放射性物质，如（种；
有机物占物，其中
种应予优先考虑的污染）曾提出水体中年美国环境保护局（卤化物等；氯联苯、脂肪酸、有机农药、表面活性剂、多）有机物，如酚、醛、（、等；
、、）营养物质，如（等；
、、、、、）有害阴离子，如（等；
、、、、
、、）有害金属阳离子，如染物有以下几类：（答：水体的主要化学污U C I S P H 5114129EPA 19784PO NO NO NH 3SO S B C F CN 2Z P H C C C A 123823214413190323 -34-2-34-2
4-2--Th e r r l n b g u r d s +
--等。
物是农药、肥料重金属土壤中的主要化学污染气。
烧后，铅化合物进入大经燃
内燃机气缸的抗震剂，中加入铅化合物，作为中加入添加剂，如汽油）燃料使用过程
等中间产物；（）燃烧不完全，产生燃烧而逸散；（随
燃料粉末或石油细粒末）；种氮氧化物（再经过复杂过程产生各，
参与反应生成的）燃烧过程中，大气中；（后产生污染气体）燃料中含硫，燃烧
于这样一些过程：（是无害的。
污染物产生和烧。
燃烧的直接产物物来自于石化燃料的燃大气中的主要化学污染5CO 4)3(NO NO N 2SO 1O H CO 2222
x。