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二、有机质
有机质化学组成 ▪ 普通有机质
• 碳水化合物：是土壤微生物的主要能源之一，又是形成 土壤结构的良好胶结剂
• 含氮化合物：是构成蛋白质的主要成分 • 木质素：是植物木质部分的主要组成部分 • 含磷、含硫化合物：是植物生长所需磷、硫的主要补给
源
▪ 腐殖质：有机质分解后再缩合或聚合而成 的一系列暗色高分子有机化合物
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四、 土壤空气
来源和组成
▪ 来源于大气 ▪ 与大气的成分存在差异
• 水汽、CO2含量高，O2略低，N2含量相当 • 含有H2S、CH4、NH3、CO等生化过程产生的气体
土壤与大气之间的气体交换
▪ 气体交换主要是通过个别气体成分的浓度 差异（分压梯度）导致的扩散
• 土壤呼吸作用：由于土壤中的氧气浓度比大气低，二氧 化碳浓度比大气高，因而，大气中的氧不断扩散进行土 壤，而土壤中的二氧化碳不断向大气扩散，这种气体扩 散交换机制称为土壤的呼吸作用
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2. 土壤水分的有效性
土壤水分的有效性指土壤水分能够被植 物吸收利用的难易程度，不能被植物吸 收利用的称无效水，能被植物吸收利用 的称为有效水。
▪ 土壤有效水分的下限为萎蔫系数 ▪ 旱地土壤有效水分的上限为田间持水量 ▪ 旱地土壤最大有效水分量 = 田间持水量 -
萎蔫系数
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土壤水吸 力
土 壤 颗 粒
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第二节 土壤物质组成
土壤是个多相分散体系，由无机和有机的 固体、液体和气体物质组成 。
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一、矿物质
土壤矿物的类型
▪ 原生矿物 ▪ 次生矿物
土壤矿物的分布规律
▪ 干冷气候条件下，土壤中含有较多的原生矿物； 湿热气候条件下，土壤中含较多的氧化铁、氧化 铝和氧化钛等较为稳定的矿物；
▪ 热带亚热带地区，次生粘土矿物以水铝石、高岭 石等为主；干旱寒冷地区，次生粘土矿物以伊利 石、蒙脱石、蛭石为主。
– 粘土：土体较密实，保水性强，养分含量较丰富；粘性大， 透气性、透水性差，塑性强，耕作阻力大，植物根系不易 伸展。
– 壤土：壤土的特点是砂粘比例适中，兼有砂土和粘土的优 点而没其缺点。透气性、透水性、保水性均比较适中，能 够较及时地供给植物养分和水分，对农作物生长最为有利。
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结构
土壤颗粒胶结状况 ➢团粒结构
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4. 土壤水分含量的测定方法
▪ 烘干法
• 经典烘干法: 在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重，以 此为基础计算水分重（蒸发损失量）的百分比（%）。
• 改进快速法——红外线烘干法、微波炉烘干法等。 • 缺点：采样会干扰田间土壤水分的连续性，在田间会留下的取样
孔，会切断作物的某些根并影响土壤水分运动
• 单位体积(不包括孔隙)的烘干土壤固体物质重量），单位 以g/cm3或t/m3表示
– 土壤孔隙度Porosity
• 指土壤孔隙占土壤总体积的百分比 • 砂土 < 壤土 < 粘土 < 泥炭土 • 理想的土壤含有大约45％的矿物质、5％的有机质和50％
的孔隙 ；
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二、土壤的化学性质
土壤胶体（soil colloids）
– 巨大的比表面和表面能
• 单位质量或体积物体的总表面积称为比表面积
– 带电性
• 土壤电荷主要集中在胶体部分
• 胶体组成成分是决定其电荷数量的物质基础
– 一般来说，土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量 也越多。
– 土壤质地完全相同的两种土壤，如果胶体类型不同， 它们所带的电荷数量可以完全不同。
– 分散和凝聚性
• 一般土壤的pH值常在3~10之间 • 盐基饱和的土壤具有中性或碱性反应；而盐基不
饱和的土壤则具有酸性反应，为酸性土壤
– 气候湿润多雨的地区，淋溶强度大，盐基离子易流失， 呈酸性；
– 干旱和少雨地区淋溶弱，盐基离子富集于土壤中，大 多呈中性或碱性。
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– 土壤酸度的二个类型
• 活性酸度active acidity：存在于土壤溶液中游离的 氢离子引起的酸度
▪ 指土壤中高度分散的粒径在1-100毫微米之间 的带电的土壤颗粒与土壤水组成的分散系统
▪ 胶体的种类：
• 土壤矿质胶体 • 有机胶体 • 有机无机复合胶体 ——土壤胶体存在的主要形式
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▪ 土壤胶体的性质
我国几种主要土壤的比表面积： • 砖红壤 60－80m2g-1 • 红 壤 100－150m2g-1 • 黄棕壤 200－300m2g-1
• 阴离子交换：指土壤中带正电的胶粒吸附的阴离 子与土壤中的阴离子进行交换；
– 土壤质地愈粘，土壤离子交换量也就愈大
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土壤的酸碱反应
– 指土壤中的酸性物质和碱性物质解离出H+和OH-数 量中和的结果，使土壤呈现不同的酸碱反应。
• 根据pH值的高低，将土壤的酸度分为
– 强酸性(pH＜5.0)、酸性(pH为5.0－6.5)、中性(pH为6.5－7.5)、 碱性(pH为7.5－8.5)、强碱性(pH>8.5)
田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水量
当把毛管放入水中，水会沿毛管上升， 高出盘中 的液面，这是由于毛管中心凹液面负压造成的
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重力水
– 当土壤水分含量超过田间持水量时，在重力作 用下，沿着土壤中的非毛管孔隙向下运动的多 余水分。
土壤饱和含水量: 土壤所有孔隙都充满水时的 含水量，也称为土壤全持水量。
• 土壤胶体，在一定条件下，可以分散在介质中， 呈溶胶状态。有时又可以相互凝聚，呈凝胶状态。
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▪ 土壤胶体吸附的阳离子
• 土壤溶液中的胶体颗粒担当着离子吸收和保存的作用。 • 被土壤胶体吸附着的阳离子，可以分为两类：
• 第一类是氢离子和铝离子，它们是致酸离子，与土壤的酸度 有密切关系。
• 第二类是其他的一些阳离子，如Ca+2、Mg+2、K+、NH4+……
• 频域反射仪（FDR）：Frequency Domain Reflectometry – 当土壤中的水分增加时，其介电常数相应增大，测量时电容式水 分传感器给出的电容值也随之上升。根据这种关系测定土壤湿度。
• 时域反射仪（TDR）：Time Domain Reflectometry – 根据土壤湿度与介电常数之间的关系，测量电磁脉冲从发射源出 发到返回所需时间以判断土壤含水量 – 测表层土壤 – 快速、准确、可连续原位测定及无辐射
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第三节 土壤的性质
一、土壤的物理性质
颜色
▪ 土色测定的定量化：芒赛尔土壤比色卡，中国标 准土壤色卡
▪ 颜色对成土环境、过程具有指示意义
• 热带和亚热带土壤：红色为主（ Fe2O3 赤铁矿多）,而在 林下或多雨的山地上部，则颜色偏黄（ Fe2O3 ·3H2O 褐 铁矿多）。
• 温带或寒冷地区土壤：暗黑色（有机质积聚）； • 干旱和半干旱地区土壤：偏灰白色（碳酸钙、石膏和可
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➢ 角块状结构
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➢ 片状结构
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➢ 柱状结构
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土壤孔隙与土壤容重
– 土壤容重 Bulk density
• 指单位容积原状土壤（包括土粒之间的孔隙）的烘干质量 （105-110ºC下烘干重），单位以g/cm3或t/m3表示
• 反映土壤松紧程度
– 土壤密度（土粒密度）Soil particle density
• 探地雷达(Ground Penetrating Radar) – 根据雷达波的传播路程和传播时间计算传播速度,进而推求土壤介 电常数和土壤含水量
• 卫星遥感 – 可见光与热红外遥感 – 微波遥感
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时域反射仪（TDR)
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根据MODIS卫星遥感数据估算江苏省土壤含水量的空间分布(2003年10.8-10.23)
溶性盐类的积聚）。 • 排水不良的土壤：浅灰色、蓝灰色、蓝绿色（变价离子
呈还原状态，如 FeO、MnO ）。
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土壤质地
– 土壤颗粒粗细及其组合特征
土粒分级表
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国际制土壤质地分类 三角坐标图
粘土
粘土 A●
粉砂
A点 •50％的粘粒 •25％的粉砂 •25％的砂 类型: 粘土
砂质粘土 砂质粘壤土 壤砂土 砂质壤土
吸湿水
有 效水 分
3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa
最
萎
最
大
蔫
大
吸
系
分

湿
数
子
量
持
水
量
0.1Mpa
田 间 持 水 量
膜状水
毛管悬着 水
0Mpa 饱 和 持 水 量
重力水
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3. 土壤水分含量的常用表示方法
▪ 土壤质量含水量
• 土壤质量含水量是指土壤中保持的水分质量占土壤质量的分 数，单位g/kg (也曾用重量含水量，以%表示)。 m = [(m1-m2)/m2]×1000 式中m为土壤质量含水量（g/kg）、 m1为湿土质量（g）、 m2为干土质量（g）。
第六章 土壤
Soil
第一节 土壤的概念
• 土壤：地球陆地表面能够生长植物的疏松表层。 • 土壤的基本属性：具有肥力
– 土壤肥力：指土壤为植物生长不断地供应和协调养 分、水分、空气和热量的能力。
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• 土壤圈(pedosphere)是覆盖于地球表面和浅水域 底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，是大 气圈、水圈、岩石圈、生物圈之间相互作用的产 物。
粘壤土
粉砂质粘土 粉砂质粘壤土
壤土
粉砂壤土
砂土
粉砂土
砂
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中国土壤质地分类 (南京土壤研究所，1986)
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Sand
Clay
Loam
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– 土壤质地对肥力的影响 • 影响土壤水分、空气和热量的运动 • 影响土壤结构类型 • 砂质土、粘质土、壤质土的差异