土壤地理学第三章.doc

1、土壤地理学教案 第 3 章-第 1 讲目的与要求 1、掌握土壤矿物质的种类、土壤矿物质的粒级与性质；2、土壤质地的概念、类型，沙土类的肥力状况。重点和难点1、重点：土壤矿物质的种类、土壤矿物质的粒级与性质。2、难点：土壤质地的概念、类型，沙土类的肥力状况。教具及参考资料 土壤学 （南方版）西南农大主编、 土壤学 ，黄昌勇主编主要教学方法 讲授法第 3 章 土 壤 肥 力 的 物 质 基 础土壤肥力：土壤肥力是一个复合型的概念，它是指：土壤满足和协调植物生长发育所需要的营养条件和环境条件的能力。营养条件：矿质养料、有机养料、水份；环境条件：水、热、气及其土壤对植物的机械支持力。那么，土壤肥力是怎

2、样产生的呢？它产生于土壤的物质组成及其组成份的相互作用上： 矿物质：重量占 8090，体积占 38。固体部分 有机质：重量占 35 ， 体积占 12。占土壤的 土壤生物： 重量占：0.68%0.068%。土壤 50 孔隙部分 土壤空气：占体积的 1535 占土壤的50 土壤水份：占体积的 1535。从上面的构成情况，我们可以看出，土壤的组成特点：1 是：土壤是固、液、气的三相体系，以固相 为主，固相中又以矿物质为主。2 是：土壤中各组分不是固定不变，而是互为消长的关系，正是这种组分的变化，产生了土壤肥力的变化，产生了千差万别的肥力现象。本章分别讨论土壤的这些组分的情况。第 1 节 土 壤 矿

3、物 质1.土壤矿物质的种类土壤矿物质按成因的不同，分为原生矿物和次生矿物两大类型。1.1 原生矿物概念：凡起源于岩浆，存在于岩浆岩中，在风化作用和成土作用只改变了形状、大小，而以原来的化学组成和内部构造存在于土壤中的一类矿物。种类：主要有石英、长石、云母、角闪石、辉石等；其次有少量橄榄石、磷灰石、赤铁矿等。特点：原生矿物颗粒较为粗大，多为土壤沙粒和粉沙粒，少量破坏强烈的也可以形成土壤粘粒。对土壤的贡献：一方面构成土壤骨架，另一方面，储藏着植物所需的除 C、N 以外的所有养分。1.2 次生矿物概念：原生矿物在风化作用和成土作用中强烈的分解破坏，破坏后的残体又重新聚合而产生的一类新矿物。种类：游离

4、硅酸、铁铝氧化物、次生铝硅酸盐、各种简单的盐类（碳酸盐、硫酸盐、氯化物）特点：颗粒直径非常细小（10%重砾质土。此外，国际制，卡庆斯基祥制、美国制、英国制等，我们就不再讨论了。 3.3 土壤质地与肥力的关系土壤质地与肥力的关系非常密切，土壤质地状况要影响土壤的通气透水和保水保肥性，影响土壤养分的含量，是评价土壤肥力高低的首要指标。下面，我们分别讨论这三种土壤质地的肥力状况。3.3.1 沙土类沙土类的土壤主要分布于新疆、青海、内蒙、宁夏、甘肃等我国的西北地带；在内地则主要分布于大型江、河两岸的远河处，及某些沙性山坡地上。主要类型有：沙沙土、冷沙土、羊毛沙土、羊肝石土、茶末土等。生产中，农民所称的

5、这些名称的土壤，其质地类型就属于沙土类的土壤。我们从水、热、气、肥这四个因素来看砂土的肥力表现。水：透水强，保水弱，土体常呈干燥状态，这种土壤易旱不易涝。气：砂土通气良好，土体内氧气丰富，有利于根系的呼吸作用，不易积累还原有毒物质。热：土体内常水多气少，热容量小，土壤稳温性弱，土温变幅大。生产表现：早春土温回升快，土温高于其他土类，有利于大春作物播种，农民称之为“热性土” ，但怕“倒春寒” ，寒潮一来冻害比其他土类都严重。肥：砂土土层薄，沙粒多，矿质养分少；同时，有机质分解快，积累少，有机养分也少。所以，砂土总体养分少。且保肥力弱，土壤对肥料的缓冲力弱，供肥猛但持速时间短，农民总结：“少施一把

6、草，多施立即倒” 。所以，砂土需少量多次地施用各种肥料。耕种性：砂土松散易耕作，但耕作质量不高（耕作效果不明显） ；作物根系易下扎展布，但固着困难，苗子易倒伏。砂土总的特点可归纳为：“四不保”：不保水，不保肥，不保苗，不保收。农民描述：沙多土太少，灌水马上跑，手捏不成团，庄稼矮又小。（手模很粗糙，水肥都跑掉，粮食产量低，土质宜改造） 。宜种性：一般宜种生育期短的耐旱耐瘠的作物，特别适合种植洋芋、红苕、地瓜、花生等块根块茎类作物。在造林方面，应选择耐旱耐瘠的松树，槐树、杨树、木麻黄等树种，不适合其他树种的生长。砂土总的来说是一种低产土壤，在生产中需要改良。砂土的改良有两个基本办法：（1）客土掺泥

7、，引洪漫淤；可增加土壤粘粒，改沙为壤。（2）增施有机肥，种植绿肥，改良土壤结构，通过改良结构来提高土壤肥力。 土壤地理学教案 第 3 章-第 2 讲目的与要求 1、掌握粘土及壤土类的肥力状况；了解土壤的质地层次。2、掌握土壤微生物的类型和特点；了解土壤微生物的数量特点及分布特点。重点和难点1、重点：土壤微生物的类型和特点。2、难点：粘土及壤土类的肥力状况。教具及参考资料 土壤学 （南方版）西南农大主编、 土壤学 ，黄昌勇主编主要教学方法 讲授法3.3.2 粘土类：粘土类的土壤主要分布在平原洼地，山间盆地和湖积平原地区。主要类型有黑胶泥，黄胶泥，大土泥，豆瓣泥，死黄泥等。水：透水弱，排水不良，易

8、涝害；同时，土壤抗旱力不高。 （毛管强烈，土壤水份易被持速高温、阳光所蒸发） 。气：通气不良，土体内氧气不足，影响根系呼吸作用；同时，易积累还原有毒物质，土壤毒性重。热：土壤常水多气少，热容量大，稳温性强，土温变幅小。生产表现：早春土温回升慢，影响大春作物播种（播种时间推迟） ，农民称之为“冷性土” 。但抗寒潮的能力强于其他土类。肥：粘土土层厚，粘粒多，矿质养分丰富；有机质分解慢，积累多，有机养分多；总体养分多；且土壤保肥力强，对肥料的缓冲力强，供肥迟缓，生产表现：作物苗期常由于养分不足而长势矮小，后期养分过多易贪青晚熟。耕作性：粘土土粒结持紧密，粘重难耕，干硬湿粘，耕作阻力大，农民归纳：天晴

9、一把刀，下雨一包糟，干时犁不动，湿时粘犁梢。植物根系不易下扎展布，但固着坚挺，苗子不易倒伏。宜种性：粘土适合种植生育期长的需水需肥多的作物，如稻、麦、棉、玉米等都能在粘土上良好的生长。此外，由于粘土土质紧实，林木根系不易正常发育，除柳板栗、梨树外，大多数林木在粘土上生长不良。粘土总的特点是：僵、硬、死、粘；养分丰富，但供肥迟缓，不能满足作物对养分的需要。粘土的改良办法也有两个：（1）客土掺沙，翻砂压淤，增加土壤中沙粒的含量，改粘为壤。该法直接改良土壤质地。（2）增施有机肥，种植绿肥，改良结构，通过改良土壤结构来提高土壤肥力。3.3.3 壤土类：壤土类的土壤分布最为广泛，各种地形均有分布，是面积

10、最大、分布最广的一类土壤。主要类型有半沙半泥土，半沙半泥田，沙泥土、沙泥田、二土泥，二泥土等。它的主要性质：介于砂土和粘土之间，兼具两者优点，克服两者缺点，为最佳质地：若用语言来描述：不粘，不沙；不松不紧；既能爽水透气，又能蓄水保肥；土温适宜，耕性良好，宜种广泛，为最佳质地。农民总结：不粘又不沙，手捏可成团，种稻稻子好，种瓜瓜味甜。所以，生产中，质地改良，就是要通过客土掺泥或客土掺沙把砂土和粘土改良为壤土。3.4 土壤的质地层次涵义：土体内，土壤质地类型是呈差异层次分布的，这种现象，就叫做土壤的质地层次。质地层次，控制了整个土体的水、热、气、肥的运行转化，对植物的生长有更为全面而深刻的影响。生

11、产中也要注意调节。母质具有层次性，所形成的土壤也就具有了层次性。 （坡积、洪积、冲积）质地层次的产生原因：水的淋溶作用，将上层粘粒淋至土体下部淀积，形成上沙下粘的层次。组合类型：3.4.1 上沙下粘型表层：砂土轻壤通气透水强，接纳雨水充分，土壤冲刷小，有机质分解快，有效养分多，植物根系易展布。 底层：重壤轻粘紧实，有托水托肥的效果，且毛管强烈，有回润能力。即有“夜潮”现象。 这种组合，生产反映良好，植物长势好，土壤抗侵蚀能力强，农民称为“蒙金土” 。3.4.2 上粘下沙型表层：重壤轻粘紧实，降水流失多，土壤冲刷大，底层水土流失严重，有机质分解慢，养分少，作物根系不易下扎展布。底层：砂土轻壤疏松

12、，漏水漏肥严重。这种组合，生产反映不良，前期不发小苗，后期易脱肥。农民称之为“表跑底漏”需翻沙压淤。改良质地。3.4.3 夹层型： 沙夹粘，或粘夹沙型。影响机制同上，影响结果随各层厚度而变化。第 2 节 土 壤 生 物土壤生物：土壤中各种生物的总称。土壤中生物类型很多 ，大体上可以分为 4 个区系：土壤微生物区系：包括土壤细菌，土壤放线菌、土壤真菌。有的资料把“藻类”也归入。土壤微动物区系：包括原生动物、线虫、轮虫等。土壤动物区系： 包括昆虫、甲虫、蚂蚁、 蜗牛、蜘蛛、田鼠、蚯蚓等。土壤植物区系： 包括低等植物和高等植物的根系。在土壤生物中，以微生物区系对土壤的代谢能力影响最大，所以，我们主要

13、讨论微生物区系的情况。1.土壤微生物的类型和特点1.1 土壤细菌：土壤中单细胞的原核生物体。特点：（1）形态上，形体极小（ 北方； 同一土壤： 夏季 冬季 。 （这是温度和水份差异的原因 ） 。3.土壤微生物的分布特点土壤中的微生物在土壤中呈非均匀分布态，它受水份、养料、通气状态的影响，有下面一些分布规律：（1）绝大多数微生物分布在土壤矿质颗粒和有机质颗粒的表面；（2）微生物以高等植物根系周围分布最多 （3）在同一个土壤剖面中，微生物有聚集于表面的垂直分布趋势。（4）土壤中各种“微环境”共存，滋养了各种类型微生物的生长。土壤地理学教案 第 3 章-第 3 讲目的与要求 1、了解土壤微生物的作用

14、及影响土壤微生物生长的因素。2、掌握土壤有机质的来源状态、成分和转化方式重点和难点1、重点：土壤有机质的来源状态、成分。2、难点：矿化作用和腐化作用的概念及过程。教具及参考资料 土壤学 （南方版）西南农大主编、 土壤学 ，黄昌勇主编主要教学方法 讲授法4.土壤微生物的作用1.土壤微生物在土壤形成过程中具有固 N 的先锋作用。2.微生物在生物小循环中有重要作用：光合 死亡 微生物分解小循环是：N P K Ca Mg S植物体有机残体N P K Ca Mg S 将有限的养分无限地循环起来3.微生物在土壤腐殖质的形成中有决定性作用。4.微生物在分解动植物残体时，要产生很多维生素、氨基酸、植物激素，可

15、丰富植物营养，刺激植物生长，增强植物的抗病虫害的能力。它的不利方面：5.不利方面：土壤中含有许多使人和动植物感病的病原菌，如沙门氏杆菌、破伤风杆菌等。土壤中一些微生物可以作用于硝酸盐和硫酸盐，并使之还原，挥发至空气中损失，亦可毒害植物根系。5.影响土壤微生物生长的因素5.1 土壤含水量：要求含水量适宜，过多过少微生物都生长不好。5.2 土壤通气性：影响微生物的群落类型，通气性好，土体中 O2 丰富，则好气性微生物发育，厌气性微生物受阻；反之，则好气性微生物受阻，厌气性微生物发育。5.3 土壤温度：一般在 035 C 的范围内，随着温度的提高，微生物的活性增强，繁殖速度加快。所以，微生物良好的生

16、长，要求一个较高而适宜的土壤温度。5.4 有机养料：土壤有机质含量越高，微生物的养料就越多，微生物的生长就越好。5.5 土壤 pH 值：各种 PH 下均能生长，但一般以微酸微碱的环境适合大多数微生物的生长。6.土壤中的其他生物：土壤中的生物类型是很多的，着重讨论一下蚯蚓。蚯蚓：通称“地龙” ，属毛足纲、寡毛目的一类动物。生活习性：以带有机物的土粒为食，喜欢潮湿、通气且富含有机质和 Ca 质的中性土壤；不耐干旱霜冻、盐碱和强酸性的环境。对土壤的主要作用：可改良土壤结构，因为其排泄物就是一种团粒结构，可使土壤疏松多孔，增强土壤的通气透水的能力；可加厚土壤耕作层，蚯蚓有翻动搅拌土层的作用，使耕作层变

17、厚，有“生物犁”的说法；可以活化土壤养分，养分经蚯蚓肠道改造后，有效性大为提高。蚯蚓的作用都是很好的，生产中，可将蚯蚓数量的多少作为评价土壤肥力高低的一个综合性指标，土壤中蚯蚓越多，说明土壤肥力越高；反之，土壤肥力就越低。第 3 节 土 壤 有 机 质有机物：既复杂的含 C 化合物。土壤有机质：既土壤中复杂的含 C 化合物。一般来说，土壤有机质含量少，多介于 23，并且将5% 称为有机质土。与微生物相似，它也有含量少，但作用大的特点。1.土壤有机质的来源状态与成分 植物残体：茎、叶凋落物和残留根系。来源：施入土壤中的有机肥料；土壤中动物和微生物的残体。状态：混合态：土壤中未分解的或半分解的残体

18、与土壤矿质颗粒机械地混合在一起。游离态：土壤溶液中溶解的少量有机质（主要有单糖、有机酸、氨基酸）呈游离态 。复合态：动植物残体经微生物分解后又重新合成的腐殖质与土壤粘粒复合存在（占有机质总量的 90左右） 。腐殖质：既两种腐殖酸：胡敏酸和富里酸。成分： 生物残体：不含 N 的有机物：单糖、双糖、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素单宁、树脂、脂肪等。含 N 的有机物： 蛋白质、氨基酸、几丁质、叶绿素等。含 P 的有机物： 核酸、磷脂、植素、肌醇磷等。 含 S 的有机物： 某些氨基酸含 S，入胱氨酸、旦氨酸等。2.土壤有机质的转化方式以化学的观点来看，自然界物质的转化有两种方式：复杂的物质简单 分解方

19、式 矿质化（方式）过程简单的物质复杂 合成方式 腐殖化（方式）过程2.1 矿质化过程简称矿化作用概念：土壤有机质在微生物的作用下，被分解为 CO2 和 H2O，并释放矿质养料（NH 4、H 2PO4、SO 42-、K）的过程 。特点：矿化作用是分阶段进行的：成为 进入 自然因素 人为因素生物死亡后生物残体土壤破碎残体土壤充分混合风霜雨雪 耕作栽培 比表面增大 微生物分泌胞外酶 微生物吸入体内部分建造机体部分氧化土壤有机质中间产物CO 2、H 2O、NH4 第一阶段 （简单的糖类、有机酸类） 第二阶段 K、H 2PO4- （中间产物阶段） （最终产物阶段）2.1.1 不含 N 有机质的矿化淀粉酶

20、 纤维素酶 好气、快 CO2、H2O ；多量 能量淀粉、纤维素单糖 厌气 慢 有机酸、CH4、CO；少量能量（丁酸、乳酸）脂肪酶 好气 慢 CO2、H2O、多量能量脂肪丙三醇 脂肪酸 （酶CO2、H2O) 厌气 漫长的脱氧作用碳氢化合物土壤沥青好气，长时间作用复杂的有机酸CO2 、H2O 单宁、树脂、木质素 （长期停留在土壤中、或淋失） 土壤沥青（极难分解的） 厌气，还原为 多元酚类化合物醌类化合物 腐殖质单体分子 所以，不含 N 的有机物，以糖类、淀粉较易分解，以木质素、单宁树脂难以分解。2.1.2 含 N 有机物的矿化：含 N 有机物的矿化在土壤中一般较易进行，如：蛋白酶 水解 氨化酶 氨

21、化 硝化作用 蛋白质氨基酸NH 4 NO3 微生物酶 微生物几丁质氨基葡萄糖NH 4葡萄糖归纳：“关于矿化作用”：矿化作用是有机质的分解方式，其作用进程具有阶段性。该阶段性取决于土壤含水量和通气性：当土壤含水适宜且通气良好时，矿化作用快而较为完全，中间产物积累少，释放的养分多，有利于植物营养；当土壤淹水或水多气少通气不良时，有机质分解慢而不完全，除释放少量养分外，还给土壤遗留有机酸、碳氢化合物、土壤沥青等有害物质。2.2 腐殖化过程简称腐化作用概念：微生物分解有机质产生的中间产物再经微生物作用而合成腐殖质的过程。 腐殖质的合成机制还不完全清楚，目前，主要有以下几种说法：植物成分形成学说：腐殖质

22、是植物成分（木质素）稍加改变而成。细胞自溶学说：生物死亡后，细胞自溶产生的残体经缩合、聚合而形成。 微生物合成学说：微生物在体内合成类似腐殖质的高分子化合物，死亡后释放在土壤中而形成。生物化学学说：目前，讨论最多的方式，重点掌握。腐化作用的机制目前还不完全清楚，比较公认的说法是生物化学学说：该学说认为，腐殖质是分两个阶段来完成的：第一阶段中间产物形成阶段：微生物酶 微生物酶 有机残体多元酚、糖类、氨基酸CO2、H2O、NH4 、H2PO4、K 能量第二阶段合成腐殖质的阶段：（该阶段分 4 个步骤）酚氧化酶a.多元酚化合物醌类化合物 酶催化或纯化学反应（缩合作用）b.醌类化合物腐殖质的单体分子聚

23、合作用c. n 个腐殖质的单体分子复杂的环状化合物缩合作用d.复杂的环状化合物侧链（糖类、氨基酸类）腐殖质特点：整个过程都有微生物的参与，微生物是土壤中合成腐殖质的根本动力；凡是影响微生物生命活动的因素最终都将影响腐殖质的合成。一般来说，厌气的条件下，中间产物积累多，形成的腐殖质也多。土壤地理学教案 第 3 章-第 4 讲目的与要求1、掌握影响有机质转化的因素。2、掌握土壤腐殖质的概念、类型和化学特征。3、掌握土壤有机质在农业生产中的作用。重点和难点1、重点：土壤腐殖质的概念、类型；土壤有机质在农业生产中的作用2、难点：土壤腐殖质的化学特征。教具及参考资料 土壤学 （南方版）西南农大主编、 土

24、壤学 ，黄昌勇主编主要教学方法 讲授法2.3 影响有机质转化的因素2.3.1 土壤湿度和通气状况若湿度适宜且通气良好时：好气性微生物发育，厌气性微生物受阻，有机质矿化分解快，释放养分多，有利于植物营养；但中间产物积累少，不利于腐化作用，不利于土壤肥力不断的提高。若湿度过大通气不良时，厌气性微生物发育，好气性微生物受阻，有机质矿化分解慢，释放养分少，不利于植物营养；但中间产物积累多，有利于腐殖质的合成，有利于土壤肥力不断的提高。 2.3.2 土壤温度：在 035 C 的范围内，随着 T 的提高，微生物的活性增强，有机质的转化速度加快（矿化、腐化都要加快） 。所以，一般夏季有机质消耗加快，冬天减缓

25、。2.3.3 土壤 pH 值：pH 在 67.5 的范围内，适合大多数微生物的活动，有机质的转化加快。故：强酸或强碱性土壤中有机质的转化受阻（转化变慢） 。2.3.4 有机残体的组成与物理状态：组成：含单糖、淀粉、蛋白质多的残体容易转化；含单宁、树脂、木质素多的残体难以转化。残体 C/N：指残体中 C 素总量/ N 素总量 之比，该比值的大小对转化有影响。影响原因：微生物本身的 C/N 为 5 ：1 ，而微生物每利用 1 份 C 建造机体，还要额外消耗 4 份 C 作为能源，故微生物良好的生长要求残体的 C/N 为 2025 ：1。若 C/N 20 25 ：1 则残体对于微生物来说，C 多 N

26、 少，微生物的繁殖受阻，有机质的分解慢，分解的结果不会给土壤积累 N 素，反而出现微生物与植物争夺土壤原有 N 素的现象。形成的腐殖质也少。C/N 2025 ：1 则对微生物来说，显现 C 少 N 多，微生物的繁殖加快，残 体的分解快，分解的结果要给土壤积累多余 N 素，该多余的 N 素除供给植物营养外，还可加速土壤原有老化有机质的分解更新，这种现象称之为“起爆效应” 。这种影响，对生产有一定的指导意义：生产中，实行秸秆还田时（稻草、玉米杆、麦杆） ，由于 C/ N 太高，高达 8090 ：1，为加速其分解，避免与植物争 N，要注意补施速效 N 肥。要大力种植绿肥，利用其 C/ N 比小的特点

27、， （1520 ：1 ） ，给土壤积累 N 素，并利用“起爆效应”加速土壤老化有机质的分解更新。3.土壤腐殖质3.1 腐殖质的概念和类型概念：土壤腐殖质是通过微生物的作用，在土壤中新合成的一类含 N 的、具有芳香核复杂结构的高分子化合物。类型： （1）按颜色分：黄色腐殖质、棕色腐殖质和黑色腐殖质三大类型，颜色越深，品质越好。（2）按溶解性差异分：胡敏酸（HA）：溶于碱但不溶于酸的那部分腐殖质；富里酸（FA）：既溶于碱也溶于酸的那部分腐殖质。任何一种土壤中，即有胡敏酸，也有富里酸，所以土壤腐殖质实质上是胡敏酸和富里酸的混合物。这两种腐殖酸 在品质上有很大的差异： 胡敏酸（HA ） 富里酸（FA）颜色不同 黑色或棕色 黄色分子量和功能团不同 大多 小少带电量和酸碱性不同 多弱 少强 由于性质不同，对土壤肥力的贡献也就不同，胡敏酸对肥力的贡献远大于富里酸。而任何土壤中都即有胡敏酸又有富里酸，所以胡敏酸与富里酸的比值可以作为评价土壤腐殖质品质好坏的一个指标。一般：HA/FA 比值越大，说明整个土壤腐殖质的分子量大，功能团多，带电量高，谓之：芳构化程度高，胶体品质好。