《土壤地理学》第2章 土壤固相组成及其诊断特性
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源开发利用的重要依据。
土壤固相颗粒很少呈单粒存在，它们
经常是相互作用而聚积形成大小不同、形
状各异的团聚体 (aggregate) ，这些团聚体
的组合排列称为土壤结构 (soil structure)。
土壤结构是成土过程的产物，故不同的土 壤及其发生层都具有一定的土壤结构，如 图2-22所示。
单粒结构
2.2 土壤有机质
掌握土壤诊断特性 及其测量方法。
2.3 土壤固相的 物理诊断特性
土壤是由固相、液相、气相和土壤生
物体四部分组成。适于植物生长的典型壤 质土壤的体积组成为土壤孔隙占50％，内 含水分和空气；土壤固体占 50%，其中矿 物质占45％，有机质占5%；土壤生物体均
生活在土壤孔隙之中，如图2-1所示。
图2-1 最适宜植物生长的壤质土壤表土的体积组成
2.1 土壤矿物
土壤矿物主要来自成土母质或母岩， 是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了
土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和
功能具有巨大的影响。按照发生类型可将 土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可 溶性矿物三大类。
原生矿物 (primary mineral)直接来源于
原生矿物在风化和成土过程中新形成
的矿物称为次生矿物，它包括简单盐类、
次生氧化物和铝硅酸盐类。它们是土壤矿 物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈 现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性 能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的
胶体特性，又称为黏土矿物。如图 2-4 、
2-5、2-6、2-7、2-8所示。
图2-4 不同地理环境中次生矿物形成的一般模式
土壤与生活在其中的生物群落之间相互作
用、相互制约的动态平衡的综合体。土壤
生物主要是指土壤中的植物、动物和微生
物，以及地上部分的动植物，它们以最紧 密的方式和各种生物的生命活动联系在一 起，如图2-15所示。
图2-15 土壤生态系统组分—主要土壤生物图式
土壤有机物在微生物作用下进行分解
转化的同时，其部分分解产物又在微生物
关键词
土壤矿物(soil mineral) 原生矿物(primary mineral) 次生矿物 (secondary mineral)
土壤腐殖质(soil humus)
胡敏酸(humic acids) 富啡酸(fulvic acid) 有机-矿质复合体(organo-mineral complex)
植物在生长发育过程中需不断地从土 壤中吸取大量矿质元素，如C、H、O、N、 P、K、S、Mg、Ca、Fe等；需要量较小的
元素有Mn、Zn、Cu、Mo、B、Se等；还有
一些元素是生物生长发育不需要的，如Pb、 Hg、Cd等，如图2-11所示。
A
B
图2-11 必需元素、非必需元素缺乏与过量对生命体的影响图 A:生命必需元素如Cu、Zn； B:非生命必需元素如Cd、Pb
《土壤地理学》电子教案
第2章 土壤固相组成及其诊断特性
2.1 土壤矿物 2.2 土壤有机质 2.3 土壤固相的物理诊断特性
思考题与个案分析
教学重点
1. 掌握土壤固相物质组成及其诊断特性
2. 了解土壤矿物类型及其风化特征
3. 认识土壤矿物空间分异规律
4. 了解土壤生物群落组成对土壤的影响 5. 掌握土壤有机质转化与土壤圈物质循 环特征。
单粒结构
Single Grained
粒状结构
Grained
片状结构 Platy
图2-22 土壤结构类型图解(续)
块状结构 Blocky 大块状结构 Massive
柱状结构
Columnar
棱柱状结构
Prismatic
图2-22 土壤结构类型图解(续)
土壤固相物质组成、土壤质地和土
壤结构是决定土壤许多重要物理特性的
（据Miller Tyler， 1996）
图2-21 土壤生态系统中硫素循环图式
2.3 土壤固相的物理诊断特性
土壤固相组成的物理诊断特性主要包
括土壤结构、密度、孔隙度、土壤颜色和 土壤质地，它们是土壤发生的重要标志， 也是影响土壤与环境间热量、水分、养分 和气体交换，以及土壤中物质迁移转化的
重要因素，因此，成为土壤分类和土壤资
图2-9 国际上主要的土粒分级标准图式
一般来说，土粒愈细，SiO2含量愈少，
而Al2O3、Fe2O3等含量愈多。随着粒径的
减小，孔隙度、吸湿量、持水量、比表面
面积、膨胀潜能、吸附性能、塑性和粘结
性将增加，而土壤通气性、透水性、密度 将降低，如图2-10所示。
图2-10 土壤颗粒粒级与理化性状的关系图式ห้องสมุดไป่ตู้(据Pierzynski，2000)
物质基础，而土壤颗粒密度、土壤密度、 孔隙度、土壤磁性和土壤颜色则是反映 土壤物质组成和土壤发生条件的重要定 量指标。土壤颜色采用国际通用的蒙氏
颜色卡来表示，如图 2-23 、 2-24 、 2-25
所示。
图2-23 土壤颜色三维图解
图 2-24 蒙氏土壤颜色卡图式
图2-25 蒙氏土壤颜色卡图式
母岩特别是岩浆岩。其中包括铝硅酸盐类、
长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、 辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物 类和磷灰石类，如图2-2所示。原生矿物的 风化过程不仅在时间上有阶段性，在空间
上也有地带性，如图2-3所示。
图2-2 土壤矿物的风化及稳定性序列图
(T为年均气温/℃，R为年均降水量/mm) 图2-3 中国地表风化壳及风化类型分异断面图
有机质总量的 50 ％ ~65 ％。它是一种结构 复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定形 胶体物，是土壤微生物利用植物残体及其 分解产物重新合成的高分子化合物。土壤
腐殖质可为胡敏酸、富啡酸、棕腐酸和胡
敏素，如图2-14所示。
图2-14 土壤腐殖质组分及其分离过程图式
土壤生态系统是指自然界特定地域的
思考题与个案分析
1. 2. 土壤的基本组成是什么？如何看待它们之间的关系？ 结合中国土壤粒径分级系统，简述进行土壤粒径分级 的 意义和作用？ 3. 简述土壤质地对肥力的影响，那种质地对肥力更有利？ 4. 简述土壤结构类型，为什么说团粒结构是好的结构？ 5. 土壤形态是怎样形成的，研究土壤形态的意义是什么？ 6. 说明土壤容重、比重和孔隙度的概念和意义。 7. 试分析土体硅铁铝率与黏粒硅铁铝率的差异性，阐述
的作用下重新聚合形成腐殖质，如图2-16 所示。有关土壤腐殖质形成的生物化学过 程归纳起来有3种学说：①木质素－蛋白 质聚合学说； ②生物化学合成学说； ③
化学催化聚合学说。
图2-16 土壤腐殖质形成过程图式
土壤圈物质循环主要是指土壤圈内部
的物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球
其他圈层之间的物质交换过程。其中土壤 营养元素(如N、C、P、S等)循环是当今研 究的重点，土壤中的营养元素是维持生物 体生理代谢过程所必需的化学元素，如图
2-17、2-18、2-19、2-20、2-21所示。
图2-17 土壤圈中的物质能量循环过程图式 （据Miller Tyler， 1996）
图2-18 土壤中氮素循环过程图式
（据Miller Tyler， 1996）
图2-19 地球表层碳素循环过程图式 （据Enger E D，1998）
图2-20 土壤生态系统中磷素的循环图式
土壤微生物 (soil microorganism）
土壤质地(soil texture) 粒级(particle fraction) 土壤结构(soil structure) 土壤颜色(soil color)
知识结构
分析土壤组成、掌握 矿物类型与风化序列 掌握土壤有机质转化 土壤圈物质循环特征
2.1 土壤矿物
了抽样监测，发现其中3.6万ha土壤重金属超标，
超标率达12.1％】。结合你的学习与观察，试分 析这些重金属的来源及其对土壤的危害。
图2-5 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图
图2-6 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图
图2-7 1:1型高岭石类晶体结构模型图
图2-8 2:1型蒙脱石类晶体结构模型图
在中国次生矿物分布的地带性表现为： • • 新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带； 内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母蒙脱石地带；
Single Grained
粒状结构 Grained
图2-22 土壤结构类型图解
片状结构 Platy
Platy
块状结构 Blocky
图2-22 土壤结构类型图解(续)
柱状结构
Columnar
棱柱结构 Prismatic
图2-22 土壤结构类型图解(续)
大块状结构 Massive
图2-22 土壤结构类型图解(续)
质基础，也是土壤形成发育的主要标志。
它可分为两大类：非特异性土壤有机质和 土壤腐殖质。生物残体及其代谢产物是土 壤有机质的重要来源，如图2-13所示。
图2-13 绿色植物鲜组织的成分
(据Brady N C, 1974)
土壤腐殖质(soil humus)是土壤特异有
机质，也是土壤有机质的主要组分，约占
其
土壤地理意义。 8. 通过土壤调查与分析，试简述土壤在陆地生态系统中
9. 以我们日常食用谷物、蔬菜所包含化学元素的
源与汇为线索，运用所学的土壤地理学、生态 学、化学等知识，描述、解释以土壤或者土壤 圈为核心的某个化学元素的全球循环过程，并 列举出人类的哪些活动对该化学元素的全球循 环过程具有重要影响。 10. 据有关资料：【中国(2000)对部分省市自治区的 30 ×104hm2基本农田保护区土壤有害重金属进行
•
• • •
华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带；
北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带； 江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云 母地带； 华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。
土壤矿物质是由风化与成土过程中形
成的不同大小的矿物颗粒组成。其直径相
差很大，从 10-1~10-9 m 不等，不同大小土 粒的化学组成、理化性质差异巨大。据此 可将粒径大小相近、性质相似的土粒归为 一类，称为粒级。世界各国对土壤粒级的 划分标准不尽一致，如图 2-9所示。
自然土壤的矿物是由大小不同的土粒
组成的，各个粒级在土壤中所占的质量百
分数，称为土壤质地(soil texture)。土壤质
地分类及划分标准世界各国不一，当今国
际土壤学界常用的是美国土壤质地分类标 准，如图2-12所示。
图2-12 美国制土壤质地分类标准
2.2 土壤有机质
土壤有机质是土壤中重要的固相成分 之一，是土壤肥力、缓冲及净化功能的物
土壤固相颗粒很少呈单粒存在，它们
经常是相互作用而聚积形成大小不同、形
状各异的团聚体 (aggregate) ，这些团聚体
的组合排列称为土壤结构 (soil structure)。
土壤结构是成土过程的产物，故不同的土 壤及其发生层都具有一定的土壤结构，如 图2-22所示。
单粒结构
2.2 土壤有机质
掌握土壤诊断特性 及其测量方法。
2.3 土壤固相的 物理诊断特性
土壤是由固相、液相、气相和土壤生
物体四部分组成。适于植物生长的典型壤 质土壤的体积组成为土壤孔隙占50％，内 含水分和空气；土壤固体占 50%，其中矿 物质占45％，有机质占5%；土壤生物体均
生活在土壤孔隙之中，如图2-1所示。
图2-1 最适宜植物生长的壤质土壤表土的体积组成
2.1 土壤矿物
土壤矿物主要来自成土母质或母岩， 是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了
土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和
功能具有巨大的影响。按照发生类型可将 土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可 溶性矿物三大类。
原生矿物 (primary mineral)直接来源于
原生矿物在风化和成土过程中新形成
的矿物称为次生矿物，它包括简单盐类、
次生氧化物和铝硅酸盐类。它们是土壤矿 物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈 现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性 能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的
胶体特性，又称为黏土矿物。如图 2-4 、
2-5、2-6、2-7、2-8所示。
图2-4 不同地理环境中次生矿物形成的一般模式
土壤与生活在其中的生物群落之间相互作
用、相互制约的动态平衡的综合体。土壤
生物主要是指土壤中的植物、动物和微生
物，以及地上部分的动植物，它们以最紧 密的方式和各种生物的生命活动联系在一 起，如图2-15所示。
图2-15 土壤生态系统组分—主要土壤生物图式
土壤有机物在微生物作用下进行分解
转化的同时，其部分分解产物又在微生物
关键词
土壤矿物(soil mineral) 原生矿物(primary mineral) 次生矿物 (secondary mineral)
土壤腐殖质(soil humus)
胡敏酸(humic acids) 富啡酸(fulvic acid) 有机-矿质复合体(organo-mineral complex)
植物在生长发育过程中需不断地从土 壤中吸取大量矿质元素，如C、H、O、N、 P、K、S、Mg、Ca、Fe等；需要量较小的
元素有Mn、Zn、Cu、Mo、B、Se等；还有
一些元素是生物生长发育不需要的，如Pb、 Hg、Cd等，如图2-11所示。
A
B
图2-11 必需元素、非必需元素缺乏与过量对生命体的影响图 A:生命必需元素如Cu、Zn； B:非生命必需元素如Cd、Pb
《土壤地理学》电子教案
第2章 土壤固相组成及其诊断特性
2.1 土壤矿物 2.2 土壤有机质 2.3 土壤固相的物理诊断特性
思考题与个案分析
教学重点
1. 掌握土壤固相物质组成及其诊断特性
2. 了解土壤矿物类型及其风化特征
3. 认识土壤矿物空间分异规律
4. 了解土壤生物群落组成对土壤的影响 5. 掌握土壤有机质转化与土壤圈物质循 环特征。
单粒结构
Single Grained
粒状结构
Grained
片状结构 Platy
图2-22 土壤结构类型图解(续)
块状结构 Blocky 大块状结构 Massive
柱状结构
Columnar
棱柱状结构
Prismatic
图2-22 土壤结构类型图解(续)
土壤固相物质组成、土壤质地和土
壤结构是决定土壤许多重要物理特性的
（据Miller Tyler， 1996）
图2-21 土壤生态系统中硫素循环图式
2.3 土壤固相的物理诊断特性
土壤固相组成的物理诊断特性主要包
括土壤结构、密度、孔隙度、土壤颜色和 土壤质地，它们是土壤发生的重要标志， 也是影响土壤与环境间热量、水分、养分 和气体交换，以及土壤中物质迁移转化的
重要因素，因此，成为土壤分类和土壤资
图2-9 国际上主要的土粒分级标准图式
一般来说，土粒愈细，SiO2含量愈少，
而Al2O3、Fe2O3等含量愈多。随着粒径的
减小，孔隙度、吸湿量、持水量、比表面
面积、膨胀潜能、吸附性能、塑性和粘结
性将增加，而土壤通气性、透水性、密度 将降低，如图2-10所示。
图2-10 土壤颗粒粒级与理化性状的关系图式ห้องสมุดไป่ตู้(据Pierzynski，2000)
物质基础，而土壤颗粒密度、土壤密度、 孔隙度、土壤磁性和土壤颜色则是反映 土壤物质组成和土壤发生条件的重要定 量指标。土壤颜色采用国际通用的蒙氏
颜色卡来表示，如图 2-23 、 2-24 、 2-25
所示。
图2-23 土壤颜色三维图解
图 2-24 蒙氏土壤颜色卡图式
图2-25 蒙氏土壤颜色卡图式
母岩特别是岩浆岩。其中包括铝硅酸盐类、
长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、 辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物 类和磷灰石类，如图2-2所示。原生矿物的 风化过程不仅在时间上有阶段性，在空间
上也有地带性，如图2-3所示。
图2-2 土壤矿物的风化及稳定性序列图
(T为年均气温/℃，R为年均降水量/mm) 图2-3 中国地表风化壳及风化类型分异断面图
有机质总量的 50 ％ ~65 ％。它是一种结构 复杂、抗分解性强的棕色或暗棕色无定形 胶体物，是土壤微生物利用植物残体及其 分解产物重新合成的高分子化合物。土壤
腐殖质可为胡敏酸、富啡酸、棕腐酸和胡
敏素，如图2-14所示。
图2-14 土壤腐殖质组分及其分离过程图式
土壤生态系统是指自然界特定地域的
思考题与个案分析
1. 2. 土壤的基本组成是什么？如何看待它们之间的关系？ 结合中国土壤粒径分级系统，简述进行土壤粒径分级 的 意义和作用？ 3. 简述土壤质地对肥力的影响，那种质地对肥力更有利？ 4. 简述土壤结构类型，为什么说团粒结构是好的结构？ 5. 土壤形态是怎样形成的，研究土壤形态的意义是什么？ 6. 说明土壤容重、比重和孔隙度的概念和意义。 7. 试分析土体硅铁铝率与黏粒硅铁铝率的差异性，阐述
的作用下重新聚合形成腐殖质，如图2-16 所示。有关土壤腐殖质形成的生物化学过 程归纳起来有3种学说：①木质素－蛋白 质聚合学说； ②生物化学合成学说； ③
化学催化聚合学说。
图2-16 土壤腐殖质形成过程图式
土壤圈物质循环主要是指土壤圈内部
的物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球
其他圈层之间的物质交换过程。其中土壤 营养元素(如N、C、P、S等)循环是当今研 究的重点，土壤中的营养元素是维持生物 体生理代谢过程所必需的化学元素，如图
2-17、2-18、2-19、2-20、2-21所示。
图2-17 土壤圈中的物质能量循环过程图式 （据Miller Tyler， 1996）
图2-18 土壤中氮素循环过程图式
（据Miller Tyler， 1996）
图2-19 地球表层碳素循环过程图式 （据Enger E D，1998）
图2-20 土壤生态系统中磷素的循环图式
土壤微生物 (soil microorganism）
土壤质地(soil texture) 粒级(particle fraction) 土壤结构(soil structure) 土壤颜色(soil color)
知识结构
分析土壤组成、掌握 矿物类型与风化序列 掌握土壤有机质转化 土壤圈物质循环特征
2.1 土壤矿物
了抽样监测，发现其中3.6万ha土壤重金属超标，
超标率达12.1％】。结合你的学习与观察，试分 析这些重金属的来源及其对土壤的危害。
图2-5 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图
图2-6 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图
图2-7 1:1型高岭石类晶体结构模型图
图2-8 2:1型蒙脱石类晶体结构模型图
在中国次生矿物分布的地带性表现为： • • 新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带； 内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母蒙脱石地带；
Single Grained
粒状结构 Grained
图2-22 土壤结构类型图解
片状结构 Platy
Platy
块状结构 Blocky
图2-22 土壤结构类型图解(续)
柱状结构
Columnar
棱柱结构 Prismatic
图2-22 土壤结构类型图解(续)
大块状结构 Massive
图2-22 土壤结构类型图解(续)
质基础，也是土壤形成发育的主要标志。
它可分为两大类：非特异性土壤有机质和 土壤腐殖质。生物残体及其代谢产物是土 壤有机质的重要来源，如图2-13所示。
图2-13 绿色植物鲜组织的成分
(据Brady N C, 1974)
土壤腐殖质(soil humus)是土壤特异有
机质，也是土壤有机质的主要组分，约占
其
土壤地理意义。 8. 通过土壤调查与分析，试简述土壤在陆地生态系统中
9. 以我们日常食用谷物、蔬菜所包含化学元素的
源与汇为线索，运用所学的土壤地理学、生态 学、化学等知识，描述、解释以土壤或者土壤 圈为核心的某个化学元素的全球循环过程，并 列举出人类的哪些活动对该化学元素的全球循 环过程具有重要影响。 10. 据有关资料：【中国(2000)对部分省市自治区的 30 ×104hm2基本农田保护区土壤有害重金属进行
•
• • •
华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带；
北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带； 江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云 母地带； 华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。
土壤矿物质是由风化与成土过程中形
成的不同大小的矿物颗粒组成。其直径相
差很大，从 10-1~10-9 m 不等，不同大小土 粒的化学组成、理化性质差异巨大。据此 可将粒径大小相近、性质相似的土粒归为 一类，称为粒级。世界各国对土壤粒级的 划分标准不尽一致，如图 2-9所示。
自然土壤的矿物是由大小不同的土粒
组成的，各个粒级在土壤中所占的质量百
分数，称为土壤质地(soil texture)。土壤质
地分类及划分标准世界各国不一，当今国
际土壤学界常用的是美国土壤质地分类标 准，如图2-12所示。
图2-12 美国制土壤质地分类标准
2.2 土壤有机质
土壤有机质是土壤中重要的固相成分 之一，是土壤肥力、缓冲及净化功能的物