土壤圈
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第四章土壤圈
土壤在地球表面所构成的覆盖层称为土壤圈。
土壤圈的规模虽然不能和其他圈层相比，但它对生命乃至人类的重要性却是不容忽略的。
土壤圈三特征
空间上：土壤圈处于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的交接地带。
性质上：土壤圈是生物有机体和无机环境之间强烈的相互作用面。
功能上：土壤圈与其它圈层间进行着不断的物质与能量交换。
土壤圈的重点是土壤
土壤是由有机和无机物质组成、具有一定肥力而能够生长植物的疏松层。
土壤是生物、气候、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果。
土壤是地球上最重要的资源。
土壤是一种“类生命体”：能自动调节水、热、气、肥的存在状态；有抵抗酸-碱化的缓冲作用。
土壤三基础
土壤的本质和生命力所在是肥力。它是土壤在外界环境条件影响下，主动协调植物生理和生态要求的能力。
土壤肥力与土壤的组成成分，土体结构和土壤物理、化学性质密切相关。
§1 土壤的组成
土壤的固体组成包括无机和有机物质；
流体组成有空气和水；
不稳定组成是生物群。
来源于矿物质，是土壤中最基本的组分；
重量占土壤固体物质总重量的90%以上；
可以分为两类：原生矿物和次生矿物。
土壤的无机组成
土壤中的主要矿物
经物理风化后未改变化学成分和结晶结构的造岩矿物。
原生矿物
是土壤中矿物的粗质部分和各种化学元素的最初来源。
只有通过化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需的养分。
次生矿物
岩石经化学风化后新生成的矿物；
包括简单盐类，铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐。其中铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐是土壤矿物质中最细小的部分，常称为粘土矿物；
粘土矿物形成的粘粒具有吸附、保存呈离子态养分的能力，使土壤具有保肥性。
土壤的有机组成
来源于生物体，是土壤中最特殊的组分；
原始组织和腐殖质
按重量计算只占土壤固体的5%左右；
原始组织包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物的排泄物和死亡之后的尸体等。这类有机质主要累积于土壤的表层，约占土壤有机部分总量的10% ～15%。
腐殖质是由微生物从有机组织合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的比较稳定的分解产物，约占土壤有机部分总量的85 % ～90%。
腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈黑色或棕色，性质为胶体状。它具有比土壤无机组成中粘粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，少量的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。
可以分为土壤植物区系和土壤动物区系：
土壤中的生物群（非土壤组成）：
土壤植物区系包括细菌、放线菌、真菌、藻类，以及生活于土壤中的高等植物器官（根系）等；
土壤动物区系包括至少有部分生活史是在土壤中度过的所有动物，种类极其繁多。
磷细菌
放线菌
土壤水分
大气降水渗入土壤内部，充填土壤中的孔隙，形成土壤中的水分。根据水分在土壤中的存在方式，通常可分为吸湿水、毛管水和重力水。
存在于土壤颗粒表面的水膜称为吸湿水。这种水靠水分子氢键的作用紧紧地附着在土粒表面，植物一般无法利用，所以又称为植物无效水。
当膜状的吸湿水充满土壤毛细孔隙后，靠毛细管力而保持的土壤水分称为毛管水。这种水具有活动性，是植物可以吸收的有效水分。
植物出现缺水的征兆，甚至萎蔫时，土壤所含的残留水量叫做萎蔫点，它是土壤有效水与无效水的分界点。
存在于大孔隙中的水因重力作用而下移，进入地下水潜水层，称为重力水。由于重力水停留在土壤中的时间相对较短，使植物的利用受到限制，属于土壤中的过剩水量。
重力水排除后留下的可供植物利用的含水量叫做田间持水量。
土壤持水量=植物有效水量+植物萎蔫点
土壤水分析
一般来说，土壤粒径愈小，土壤颗粒总量和孔隙总量就愈大，土壤田间持水量也随之增加。但由于吸湿水量增加，植物萎蔫点也随之增加，所以，在较粘的土壤中，植物的有效水量反而会降低。土壤有效水量最高的是介于砂土和粘土之间的壤土。
土壤持水特征与土壤质地有关
（单位：%）
土壤空气
土壤空气来源于大气，它存在于未被水分占据的空隙中，但其性质与大气圈中的空气明显不同。
土壤空气是不连续的。由于不易于交换，局部孔隙之间的空气组成往往不同。
土壤空气一般含水量高于大气。在土壤含水量适宜时，土壤空气的相对湿度接近100%。
土壤空气中CO2 ，O2和 N2含量不同于大气。这是由于植物根系的呼吸和土壤微生物对有机残体的好气性分解，消耗了土壤孔隙中的O2，同时产生大量CO2的缘故。
土壤空气
土壤通气性在很大程度上取决于土壤的孔隙度、孔隙分布以及充水孔隙的比例。孔隙度高的土壤在水分长期过多时通气性也会很差，而中等以下孔隙度的土壤在水分适宜和孔隙大小适中时，其通气性也可很好。
土壤空气
壤土既能维持土壤和大气间经常的气体交换，又具有较高的有效水分含量和土壤溶液含量，最适宜于植物的生长。
土壤的组成示意图
土壤剖面
§2 土壤的性质
沿垂直方向的分层性是土壤最明显的特征，不同的层次具有独特的物理性质、颜色和外形等，构成土壤独特的形态。为了认识土壤的这一特征，通常需要一个较小的土壤单元，这就是土壤单体。土壤单体的垂直切面称为土壤剖面
自然土壤剖面可以划分为几个基本土层，从地表向下为：
A、E、B层合称为土体，是成土作用最为活跃的层次和真正意义上的土壤层。
土壤剖面的分层方案
枯枝落叶层（O）
腐殖质层（A）
淋溶层（E）
淀积层（B）
母质层（C）
土壤的物理性质
土壤的物理性质在很大程度上决定着土壤的其他性质，例如土壤养分的保持、土壤生物的数量等。因此，物理性质是土壤最基本的性质。它包括土壤的质地、结构、比重、容重、孔隙度、颜色、温度等。
土壤质地 质地表示土壤颗粒的粗细程度，也即砂、粉砂和粘粒的相对比例。
根据砂、粉砂和粘粒在土壤中的组合，可以进行土壤质地的分类。
土壤结构
土壤结构指土壤颗粒（砂、粉砂和粘粒）相互胶结在一起而形成的团聚体，也称土壤自然结构体。
团聚体内部胶结较强，而团聚体之间则沿胶结的弱面相互分开。
土壤结构是土壤形成过程中产生的新性质，不同的土壤和同一土壤的不同土层中，土壤结构往往各不相同。
多数土壤团聚体的体积较单个土粒为大，它们之间的孔隙往往也比砂、粉砂和粘粒之间的孔隙大得多，从而可以促进空气和水分的运动，并为植物根系的伸展提供空间，为土壤动物的活动提供通道。由此可见，土壤结构的重要性在于它能够改变土壤的质地，并进而改善土壤的生产力。
土壤的化学性质
土壤化学性质主要表现在土壤胶体性质、土壤酸碱度和氧化还原反应三个方面。
土壤酸碱度
土壤酸碱度又称土壤反应，它是土壤盐基状况的一种综合反映。土壤酸碱度与H+和OH-的比例数量有关。H+大大超过OH-的土壤呈酸性；而OH-大大超过H+的土壤溶液呈碱性；如果两者浓度相等，土壤呈中性。
中性
影响土壤形成的主要因素有气候、生物、地形、母质和时间等成土因素。
§3影响土壤形成的主要因素
母质因素
成土母质是土壤形成的物质基础和植物矿质养分元素（氮除外）的最初来源。
成土母质的类型与土壤质地关系密切。
土壤的矿物组成和化学组成深受成土母质影响。
气候因素
直接影响—— 通过土壤与大气之间经常进行的水分和热量交换，对土壤水、热状况和土壤中物理、化学过程的性质与强度产生的影响。
通常温度每增加10℃，化学反应速度平均增加1-2倍；温度从0℃增加到50℃，化合物的解离度增加7倍。
温度降低则降低土壤成熟度。
间接影响——对岩石风化过程、外力地貌形态以及动、植物和微生物的活动等进行控制而间接地影响土壤的形成和发育。
从干燥的荒漠地带或低温的苔原地带到高温多雨的热带雨林地带，随着温度、降水、蒸发以及不同植被生产力的变化，化学与生物风化逐渐增强，有机残体归还逐渐增多，风化壳逐渐加厚，土壤趋于成熟。
生物因素
生物是土壤有机物质的来源和土壤形成过程中最活跃的因素，土壤的本质特征——肥力的产生与生物的作用是密切相关的。
生物作用通过生物的生命活动而实现，其中，食物链的形成与维持是至关重要的。
地形因素
地形对土壤形成的影响主要是通过引起物质、能量的再分配而间接地作用于土壤的。
土壤是一个经历着不断变化的自然实体，形成过程是相当缓慢的。
时间因素
在酷热、严寒、干旱和洪涝等极端环境中，以及坚硬岩石上形成的残积母质上，可能需要数千年的时间才能形成土壤发生层。
但在变化缓和的环境条件中、在利于成土过程进行的疏松成土母质上，土壤剖面的发育要快得多。
人类活动通过改变其它成土因素而作用于土壤的形成与演化，农业生产活动是一个重要途径。
人类因素
通过耕耘改变土壤的结构、保水性、通气性；
通过灌溉改变土壤的水分、温度状况；
通过农作物的收获将本应归还土壤的部分有机质剥夺，改变土壤的养分循环状况；
通过施用化肥和有机肥补充养分的损失，改变土壤的营养元素组成、数量和微生物活动等；
农业生产活动最终将自然土壤改造成为各种耕作土壤。
§4 成壤学说与土壤分类
成土因素学说的基本观点
土壤是一种独立的自然体，它是在一定时期内，在一定的气候和地形条件下，由活有机体作用于成土母质而形成的。
从地球系统物质循环的观点来看，土壤肥力的发生与发展是自然界物质的地质大循环与生物小循环相互作用的结果。
土壤形成的一般规律
地质大循环
陆地上的岩石→风化作用→风化产物→淋溶→ 剥蚀→ 搬运→沉积→固结成岩
指矿物质养分在陆地和海洋之间循环变化的过程，包括：
随着地壳运动，已成岩石重新出现在地表，再次经受同样的循环过程。这种循环的周期大约在106～108年。
又称养分循环，指营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程。
生物小循环
生物小循环的周期较短，一般为100～102年。但其中有机质的累积、分解和腐殖质的合成促进了植物营养元素的集中和积累，成为土壤肥力形成与发展的关键。
土 壤
基岩
微生物
光合作用
人类活动
大 气
水分
养分循环的体系与过程
将各种土壤按照其基本性质、形成条件、形成过程等的异同，加以区分和归纳，以组织成一定的分类系统。
土壤分类
主要目的是满足人类对土地利用的需要。
土纲和土类
中国的土壤分类方案
END
THANKS!
第四章土壤圈
土壤在地球表面所构成的覆盖层称为土壤圈。
土壤圈的规模虽然不能和其他圈层相比，但它对生命乃至人类的重要性却是不容忽略的。
土壤圈三特征
空间上：土壤圈处于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的交接地带。
性质上：土壤圈是生物有机体和无机环境之间强烈的相互作用面。
功能上：土壤圈与其它圈层间进行着不断的物质与能量交换。
土壤圈的重点是土壤
土壤是由有机和无机物质组成、具有一定肥力而能够生长植物的疏松层。
土壤是生物、气候、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果。
土壤是地球上最重要的资源。
土壤是一种“类生命体”：能自动调节水、热、气、肥的存在状态；有抵抗酸-碱化的缓冲作用。
土壤三基础
土壤的本质和生命力所在是肥力。它是土壤在外界环境条件影响下，主动协调植物生理和生态要求的能力。
土壤肥力与土壤的组成成分，土体结构和土壤物理、化学性质密切相关。
§1 土壤的组成
土壤的固体组成包括无机和有机物质；
流体组成有空气和水；
不稳定组成是生物群。
来源于矿物质，是土壤中最基本的组分；
重量占土壤固体物质总重量的90%以上；
可以分为两类：原生矿物和次生矿物。
土壤的无机组成
土壤中的主要矿物
经物理风化后未改变化学成分和结晶结构的造岩矿物。
原生矿物
是土壤中矿物的粗质部分和各种化学元素的最初来源。
只有通过化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需的养分。
次生矿物
岩石经化学风化后新生成的矿物；
包括简单盐类，铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐。其中铁、铝氧化物和次生铝硅酸盐是土壤矿物质中最细小的部分，常称为粘土矿物；
粘土矿物形成的粘粒具有吸附、保存呈离子态养分的能力，使土壤具有保肥性。
土壤的有机组成
来源于生物体，是土壤中最特殊的组分；
原始组织和腐殖质
按重量计算只占土壤固体的5%左右；
原始组织包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物的排泄物和死亡之后的尸体等。这类有机质主要累积于土壤的表层，约占土壤有机部分总量的10% ～15%。
腐殖质是由微生物从有机组织合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的比较稳定的分解产物，约占土壤有机部分总量的85 % ～90%。
腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈黑色或棕色，性质为胶体状。它具有比土壤无机组成中粘粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，少量的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。
可以分为土壤植物区系和土壤动物区系：
土壤中的生物群（非土壤组成）：
土壤植物区系包括细菌、放线菌、真菌、藻类，以及生活于土壤中的高等植物器官（根系）等；
土壤动物区系包括至少有部分生活史是在土壤中度过的所有动物，种类极其繁多。
磷细菌
放线菌
土壤水分
大气降水渗入土壤内部，充填土壤中的孔隙，形成土壤中的水分。根据水分在土壤中的存在方式，通常可分为吸湿水、毛管水和重力水。
存在于土壤颗粒表面的水膜称为吸湿水。这种水靠水分子氢键的作用紧紧地附着在土粒表面，植物一般无法利用，所以又称为植物无效水。
当膜状的吸湿水充满土壤毛细孔隙后，靠毛细管力而保持的土壤水分称为毛管水。这种水具有活动性，是植物可以吸收的有效水分。
植物出现缺水的征兆，甚至萎蔫时，土壤所含的残留水量叫做萎蔫点，它是土壤有效水与无效水的分界点。
存在于大孔隙中的水因重力作用而下移，进入地下水潜水层，称为重力水。由于重力水停留在土壤中的时间相对较短，使植物的利用受到限制，属于土壤中的过剩水量。
重力水排除后留下的可供植物利用的含水量叫做田间持水量。
土壤持水量=植物有效水量+植物萎蔫点
土壤水分析
一般来说，土壤粒径愈小，土壤颗粒总量和孔隙总量就愈大，土壤田间持水量也随之增加。但由于吸湿水量增加，植物萎蔫点也随之增加，所以，在较粘的土壤中，植物的有效水量反而会降低。土壤有效水量最高的是介于砂土和粘土之间的壤土。
土壤持水特征与土壤质地有关
（单位：%）
土壤空气
土壤空气来源于大气，它存在于未被水分占据的空隙中，但其性质与大气圈中的空气明显不同。
土壤空气是不连续的。由于不易于交换，局部孔隙之间的空气组成往往不同。
土壤空气一般含水量高于大气。在土壤含水量适宜时，土壤空气的相对湿度接近100%。
土壤空气中CO2 ，O2和 N2含量不同于大气。这是由于植物根系的呼吸和土壤微生物对有机残体的好气性分解，消耗了土壤孔隙中的O2，同时产生大量CO2的缘故。
土壤空气
土壤通气性在很大程度上取决于土壤的孔隙度、孔隙分布以及充水孔隙的比例。孔隙度高的土壤在水分长期过多时通气性也会很差，而中等以下孔隙度的土壤在水分适宜和孔隙大小适中时，其通气性也可很好。
土壤空气
壤土既能维持土壤和大气间经常的气体交换，又具有较高的有效水分含量和土壤溶液含量，最适宜于植物的生长。
土壤的组成示意图
土壤剖面
§2 土壤的性质
沿垂直方向的分层性是土壤最明显的特征，不同的层次具有独特的物理性质、颜色和外形等，构成土壤独特的形态。为了认识土壤的这一特征，通常需要一个较小的土壤单元，这就是土壤单体。土壤单体的垂直切面称为土壤剖面
自然土壤剖面可以划分为几个基本土层，从地表向下为：
A、E、B层合称为土体，是成土作用最为活跃的层次和真正意义上的土壤层。
土壤剖面的分层方案
枯枝落叶层（O）
腐殖质层（A）
淋溶层（E）
淀积层（B）
母质层（C）
土壤的物理性质
土壤的物理性质在很大程度上决定着土壤的其他性质，例如土壤养分的保持、土壤生物的数量等。因此，物理性质是土壤最基本的性质。它包括土壤的质地、结构、比重、容重、孔隙度、颜色、温度等。
土壤质地 质地表示土壤颗粒的粗细程度，也即砂、粉砂和粘粒的相对比例。
根据砂、粉砂和粘粒在土壤中的组合，可以进行土壤质地的分类。
土壤结构
土壤结构指土壤颗粒（砂、粉砂和粘粒）相互胶结在一起而形成的团聚体，也称土壤自然结构体。
团聚体内部胶结较强，而团聚体之间则沿胶结的弱面相互分开。
土壤结构是土壤形成过程中产生的新性质，不同的土壤和同一土壤的不同土层中，土壤结构往往各不相同。
多数土壤团聚体的体积较单个土粒为大，它们之间的孔隙往往也比砂、粉砂和粘粒之间的孔隙大得多，从而可以促进空气和水分的运动，并为植物根系的伸展提供空间，为土壤动物的活动提供通道。由此可见，土壤结构的重要性在于它能够改变土壤的质地，并进而改善土壤的生产力。
土壤的化学性质
土壤化学性质主要表现在土壤胶体性质、土壤酸碱度和氧化还原反应三个方面。
土壤酸碱度
土壤酸碱度又称土壤反应，它是土壤盐基状况的一种综合反映。土壤酸碱度与H+和OH-的比例数量有关。H+大大超过OH-的土壤呈酸性；而OH-大大超过H+的土壤溶液呈碱性；如果两者浓度相等，土壤呈中性。
中性
影响土壤形成的主要因素有气候、生物、地形、母质和时间等成土因素。
§3影响土壤形成的主要因素
母质因素
成土母质是土壤形成的物质基础和植物矿质养分元素（氮除外）的最初来源。
成土母质的类型与土壤质地关系密切。
土壤的矿物组成和化学组成深受成土母质影响。
气候因素
直接影响—— 通过土壤与大气之间经常进行的水分和热量交换，对土壤水、热状况和土壤中物理、化学过程的性质与强度产生的影响。
通常温度每增加10℃，化学反应速度平均增加1-2倍；温度从0℃增加到50℃，化合物的解离度增加7倍。
温度降低则降低土壤成熟度。
间接影响——对岩石风化过程、外力地貌形态以及动、植物和微生物的活动等进行控制而间接地影响土壤的形成和发育。
从干燥的荒漠地带或低温的苔原地带到高温多雨的热带雨林地带，随着温度、降水、蒸发以及不同植被生产力的变化，化学与生物风化逐渐增强，有机残体归还逐渐增多，风化壳逐渐加厚，土壤趋于成熟。
生物因素
生物是土壤有机物质的来源和土壤形成过程中最活跃的因素，土壤的本质特征——肥力的产生与生物的作用是密切相关的。
生物作用通过生物的生命活动而实现，其中，食物链的形成与维持是至关重要的。
地形因素
地形对土壤形成的影响主要是通过引起物质、能量的再分配而间接地作用于土壤的。
土壤是一个经历着不断变化的自然实体，形成过程是相当缓慢的。
时间因素
在酷热、严寒、干旱和洪涝等极端环境中，以及坚硬岩石上形成的残积母质上，可能需要数千年的时间才能形成土壤发生层。
但在变化缓和的环境条件中、在利于成土过程进行的疏松成土母质上，土壤剖面的发育要快得多。
人类活动通过改变其它成土因素而作用于土壤的形成与演化，农业生产活动是一个重要途径。
人类因素
通过耕耘改变土壤的结构、保水性、通气性；
通过灌溉改变土壤的水分、温度状况；
通过农作物的收获将本应归还土壤的部分有机质剥夺，改变土壤的养分循环状况；
通过施用化肥和有机肥补充养分的损失，改变土壤的营养元素组成、数量和微生物活动等；
农业生产活动最终将自然土壤改造成为各种耕作土壤。
§4 成壤学说与土壤分类
成土因素学说的基本观点
土壤是一种独立的自然体，它是在一定时期内，在一定的气候和地形条件下，由活有机体作用于成土母质而形成的。
从地球系统物质循环的观点来看，土壤肥力的发生与发展是自然界物质的地质大循环与生物小循环相互作用的结果。
土壤形成的一般规律
地质大循环
陆地上的岩石→风化作用→风化产物→淋溶→ 剥蚀→ 搬运→沉积→固结成岩
指矿物质养分在陆地和海洋之间循环变化的过程，包括：
随着地壳运动，已成岩石重新出现在地表，再次经受同样的循环过程。这种循环的周期大约在106～108年。
又称养分循环，指营养元素在生物体和土壤之间循环变化的过程。
生物小循环
生物小循环的周期较短，一般为100～102年。但其中有机质的累积、分解和腐殖质的合成促进了植物营养元素的集中和积累，成为土壤肥力形成与发展的关键。
土 壤
基岩
微生物
光合作用
人类活动
大 气
水分
养分循环的体系与过程
将各种土壤按照其基本性质、形成条件、形成过程等的异同，加以区分和归纳，以组织成一定的分类系统。
土壤分类
主要目的是满足人类对土地利用的需要。
土纲和土类
中国的土壤分类方案
END
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