植物生长的土壤环境.ppt

第二章 植物生长的土壤环境,有关土壤的概念 第一节 土壤的矿物质 第二节 土壤有机质 第三节 土壤的孔性与水气状况 第四节 土壤的胶体性质,有关土壤的概念,土壤：地球表面可以生长植物的疏松表层 土壤肥力：指在植物生长过程中，能够提供给作物生长的水分和养分的能力。 土壤肥力的四大因素：水分，养分，空气和温度 小问题：土壤肥力和土壤生产力有何异同？ 土壤肥力是土壤生产力的基础，但不是全部，土壤生产力是土壤生产植物产量的能力，它还包括环境因子。 了解这个概念的区别，有利于进行植物生长的管理。,第一节 土壤的矿物质,土壤是由裸露在地表坚硬、巨大的岩石，经过风化作用和成土作用而形成：岩石母质土壤。 土壤最初来源是岩石，而岩石又是由一种或多种矿物组成，所以我们对土壤的认识需要从认识岩石和矿物开始。,一、岩石的风化,（一）地壳的元素组成,（二）主要的成土矿物 矿物是指天然存在于地壳中有一定的化学组成、物理特性、内部构造的化合物或单质元素。 在已经发现的自然界的3000多种矿物中，绝大多数是化合物、结晶质、固态的。少数是单质、非结晶质、液态的。 矿物是岩石的组成部分，按照矿物的起源可分为： 原生矿物:岩石的组成矿物。 次生矿物:原生矿物经过分化形成新生的矿物，又称粘土矿物，主要有铝、铁氧化物及硅酸盐的次生矿物，是土壤的无机胶体，对土壤肥力有很重要的作用。,（三）主要的成土岩石 岩石：一种或多种矿物的集合体称为岩石。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构形态，按照成因可分为三大类： 1.岩浆岩：由岩浆冷凝以后而形成的岩石。 我们还可以根据岩石中SiO2含量多少来划分岩浆岩的类型： SiO265% 酸性岩；52%65% 中性岩；45%52% 基性岩；45% 超基性岩。 共同特征：没有层次、没有化石、不含有机沉淀物。,2、沉积岩：各种先成岩（岩浆岩、变质岩、原有的沉积岩）经过风化、搬运、沉积，重新固结而成的岩石，或者生物的遗骸、生物新陈代谢所形成的物质沉积以后所形成的岩石。 沉积岩种类很多，一般可分为三类：a：碎屑岩：砾岩、砂岩；b：粘土岩：页岩、粘土岩；c：化学岩、生物岩：石灰岩、白云岩。 共同特征：有层次、常有化石。,3、变质岩：地壳中的岩浆岩、沉积岩、原有的变质岩由于受到地壳的运动或岩浆活动的影响，在高温、高压的条件下，使岩石内部发生激烈变化，使矿物发生重新结晶或重新排列，甚至化学成分发生激烈变化而形成的新岩石。 共同特征：岩石致密坚硬，不易风化，呈片状组织。,（四）岩石的风化与土壤母质的形成 1.岩石的风化作用：地壳表面坚硬而巨大的岩石，在外界因素的作用下逐渐发生崩解破碎和分解作用，岩石由大块小块细粒，同时岩石的矿物组成和化学组成发生改变的过程。 按照风化作用的因素和特点可分为物理风化、化学风化、生物风化三种类型。,（1）物理风化：岩石受物理因素作用而崩解碎裂的过程；物理风化的因素主要是：温度引起的热胀冷缩，冰冻的挤压，流水的冲刷，风、冰川等自然动力的磨蚀、根系的穿插等。其结果使岩石由大块小块细粒，使岩石有了对水分和空气的通透性，为岩石的进一步风化，尤其是化学风化创造条件，但没有改变岩石的矿物组成和化学组成。,（2）化学风化：岩石由于受到化学因素作用而引起的破坏过程；这些化学作用过程主要包括：溶解作用、水解作用、水化作用、氧化作用等。其中水解作用能使岩石中的矿物发生彻底分解，引起岩石内部矿物组成和性质的彻底改变，所以水解作用被认为是化学风化中最主要的作用和基本环节。 化学风化的结果：使岩石进一步分解，彻底改变了原来岩石的矿物组成和性质，产生了一批新的次生粘土矿物，它们的颗粒很细，一般均0.001，呈胶体分散状态，使母质开始具有吸附能力、粘性和可塑性，并出现了毛管现象，有一定的蓄水性，同时也释放了一些可溶性盐，是植物养分的最初来源。,（3)生物风化：矿物在生物影响下所引起的破坏作用；主要表现为植物根系的穿插作用，动物的穴居习性对岩石引起的机械破碎作用，以及生物生命活动产生的CO2、O2以及分泌的各种有机酸、无机酸能加速化学风化的进程。 生物风化的结果：一方面加速岩石的风化，更重要的能使风化产物中的植物营养元素能在母质表层累积和集中，同时累积了OM，发展了肥力，所以生物参与风化作用，也就意味着成土作用的开始。,2. 成土母质的类型 岩石风化所形成的母质，很少残留在原来的地方，大部分受自然动力（如水、风、冰川、重力等）的作用而搬运到其它的地方，形成各种各样的沉积物，根据风化产物搬运动力和沉积特点的不同，可把成土母质分为以下几类： 1、残积物： 2、坡积物： 3、洪积物： 4、冲积物 5、黄土母质 土壤的形成是多种因素综合作用的结果。19世纪俄国土壤学家B.B.道库恰耶夫，总结认为成土因素主要有五个：母质、气候、生物、地形、时间。土壤是在这五大成土因素综合作用下形成的。,二、土壤的机械组成 土壤粒级 土壤的固相部分称土壤颗粒简称土粒。按照土粒的成分可分为矿物质土粒和有机质土粒。矿物质土粒在数量上占绝对优势，而有机质土粒，有的是有机残体的碎屑，很容易被土壤中的小动物吞噬掉或被微生物分解掉，有的与矿物质土粒紧密结合在一起，所以通常所说的土粒实际上专指矿物质土粒。,第二节 土壤有机质,什么叫土壤有机质： 泛指土壤中的各种含碳的有机化合物 是衡量土壤肥力的重要指标 作用：提供氧分 保水保肥 改善土壤结构与耕性,什么叫土壤有机质： 泛指土壤中的各种含碳的有机化合物 是衡量土壤肥力的重要指标 作用：提供氧分 保水保肥 改善土壤结构与耕性,一、 土壤有机质的来源、类型和组成,土壤有机质的来源和类型 来源：动植物及微生物的残体（10-15% 土壤中半分解的有机物的再合成-腐殖质（85-90%） 组成及性质： 糖和有机酸，醇，醛，纤维素和半纤维素，木质素，树脂，脂肪和单宁，含氮化合物。,二、 土壤有机物的转化作用,三、土壤腐殖质的组分,四、 有机质的作用,提供植物生长的养分 增强土壤的保水保肥的能力 促进团粒结构的形成，改善土壤的物理性质 其他：生理活性物质 土壤微生物的能源 消除和缓冲土壤的农药和重金属污染,第三节 土壤的孔性与水气状况,一、土壤孔性指土壤孔隙的状况土壤中大小,形状不同的复杂孔隙的状况好坏 由两方面衡量: 孔隙的量,以孔隙度表示 孔隙的质,即大小孔隙分配,上下土层分布.孔隙状况必须保证作物对水分和空气的需要,有利于根系的伸展和活动, 因此一是要求土壤中孔隙的容积要较多,二是要求大小孔隙的搭配和分布较为恰当.,二、土壤容重单位体积自然土壤的重量(干重)称为土壤容重.单位为g/cm3 , t/m3, （一）土壤之间差别较大,受五个因素影响:是土壤的矿物组成和含量有关;是与土壤有机质含量有关;与土壤质地有关;与土壤结构有关;与土壤松紧度有关.所以容重必须测定获得,容重值砂质土1.2 1.8,粉质土1.0 1.5,容重用处很大,不仅在农业上建筑,筑路,桥梁工程常用,也是十分重要的基本数据.,(二)土壤孔隙的大小分级土壤孔隙度只能说明土壤孔隙的数量,还不能说明大小孔隙在土壤中的比例分配,即土壤孔隙的质,因此应对土壤孔隙的大小级别进行研究.土壤孔隙大小形状非常复杂,难以按其真实的孔径来研究,因此提出了当量孔径的概念:,（三）土壤孔隙的类型,(1)非活性孔隙(无效孔隙) 土壤最细小的孔隙d 0.002mm,土壤水吸力1.5bar,该类孔隙充满无效水,根毛难以进入,微生物亦难进入, 在粘质土壤中此孔较多,板结土壤此孔也较多. (2)毛管孔隙 d=0.002mm0.02mm,具毛管作用,土壤水吸力1.5 0.15bar, 壤土和结构好的土壤此孔较多. (3)通气孔隙(非毛管孔隙) d0.02mm,此类孔隙中的水分可在重力作用下短时间内排出而成为通气孔隙,土壤水吸力0.15bar,三、土壤毛管水,土壤含水量超过最大分子持水量后，水分可以自由移动，靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为毛管水。 特点：（）可以自由移动；（）溶解养分能力；（）植物有效。 影响因素：质地，有机质，结构等,土壤三相组成的计算1.土壤的固相率=1-土壤孔隙度2.土壤液相率(容积含水率)=土壤含水量(质量%)土壤容重3.土壤气相率=土壤孔隙度-土壤容积含水率4.土壤三相比=固相率液相率气相率适宜旱地土壤要求固相率50%左右,容积含水量在2530%之间,气相率10%20%,土体还应上虚下实.,四、土壤的结构性,土壤结构性的概念通常所说的土壤结构实际包含两个方面,土壤结构性和土壤结构体, 土壤结构体是指土壤中的土粒相互黏结团聚成大小形状和性质不同的聚合体称之为土壤结构体. 土壤结构性是指土体中土壤结构体的大小,类型,数量,品质及其相互排列方式和相应的孔隙状况等的综合特性.它是土壤的重要物理性质,第四节 土壤的胶体性质,一、概念 是指大小在1-100毫微米（在长、宽和高的三个方向，至少有一个方向在此范围内）的固体颗粒而言。实际上凡1-1000nm粘粒都具有胶体的特性。 二、种类 矿物颗粒：铝硅酸盐，铁、铝、锰、钛的氧 化物 有机态颗粒：膜状或游离态的腐殖质,三、土壤胶体的构造,+ + + + + +,+ - + + - + -+ - + -,+ - +,+ - - + - - +,+,- +,本体溶液,扩散层,双电层结构：当静电引力与热扩散相平衡时，在带电胶体表面与溶液的界面上，形成的由一层固相表面电荷与一层溶液中相反符号离子所组成的电荷非均匀分布的空间结构,决定电位离子层,非活性补偿离子层,微粒核,四、土壤吸收性能,指土壤能够吸收和保持土壤溶液中的分子和离 子，悬液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。 土壤吸收性能： 1、机械吸收：机械阻隔 2、物理吸收性 3、化学吸收性 4、物理化学吸收性 5、生物吸收性,五、阳离子交换作用,概念：土壤胶体吸附阳离子，在一定条件下，与土壤溶液中的其他阳离子发生交换，这就是土壤阳离子的交换过程。 能够参与交换过程的阳离子，就成为交换性阳离子。,六、阳离子交换量和施肥的密切关系,施肥时不仅要了解作物的需要，同时还要考虑土壤交换量的大小： 例如在砂土上施用化肥 土壤交换量？土壤保肥能力？施肥次数？施肥量？ 对于交换量小、保肥力差的土壤，可通过施用河塘泥、厩肥、泥炭或掺粘土，以增加土壤中的无机、有机胶体，以及通过施用石灰调节土壤pH等来提高土壤的阳离子交换量。,七、土壤阳离子交换量（Cation Exchange Capacity）CEC,定义：在一定pH值条件下，每千克土壤所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数。 单位：cmol/kg 。,八、土壤的其他的化学性质,土壤的酸碱性 土壤的氧化还原特性,