一自然地理学第四版土壤

— 一、 土壤圈的物质组成及特性

二、 土壤形成与地理环境间的关系

三、 土壤的分类及空间分布规律

四、 土壤类型特征

五、 土壤资源的合理利用和保护

— 1、土壤圈是地球表层与大气圈、生物圈、水圈、岩石圈相交的界面，并进行着物

质循环与能量转换的圈层。

— 第一节 土壤圈的物质组成及特性

一、土壤及其土壤肥力的概念

— 土壤是地球陆地表面能够生长植物的疏松表层，是一个独立的自然体。土壤的基本

属性和本质特性是具有肥力。

— 由于人类对土壤的利用方式不同，对土壤产生不同的概念 。

— 二、土壤圈在地理环境中的地位和作用

土壤圈在地理环境中总是占据一定的不变位置，处于地球大气圈、水圈、生物圈 和岩石圈之间的界面 上，是地球各圈层中最活跃最富生命力的圈层之一，它们之间不断地进行物质循环与能量平衡。

— 土壤圈对地理环境的作用

1 土壤圈与地球生命作用，包括土壤物质循环的能量变化，生物转化，水循环，碳、氮、硫、磷循环及环境效应。

— 土壤圈对地理环境的作用

— 三、土壤形态

土壤形态是指土壤与土壤剖面外部形态特征。如土壤剖面构造、土壤颜色、质地结构，孔隙度等。

— (一)土壤剖面与土壤发生层次

— 土壤剖面是指从地表垂直向下的土壤纵剖面，也可理解为完整的垂直土层序列。 — 耕作土壤剖面

— 耕作层（表土层，A11） 属人为表层类，包括灌淤表层，堆垫表层、肥熟表层、水

耕表层。土性疏松、结构良好、有机质含量高、颜色较暗、肥力水平低。

— 犁底层（亚表土层, A12） 在耕作层之下，土壤呈层片状结构，紧实，腐殖质含量比

上层少。

— 心土层（生土层, C1） 在犁底层之下，受耕作影响小，淀积作用明显，颜色较浅。 — 底土层 （死土层, C2） 几乎未受耕作影响，根系少，土壤未发育，仍保留母质特征。 — （二）土壤的一般形态特征

1、土壤颜色

— 根据土壤颜色变化可作为判断和研究土壤成土条件、成 土过程、肥力特征和演变

的依据。

— 土壤颜色是土壤分类的和命名的重要的依据之一

— 如用颜色命名的 红壤，黄壤，黑土，黑钙土栗钙土等。

— （二）土壤的一般形态特征

1、土壤颜色

—

—

—

—

— 棕色表示大量伊利石、云母类矿物与不同水化氧化铁混在一起

—

— 积水处于还原状态，含大量亚铁氧化物，土壤为2、土壤质地 土壤颗粒的组合特征，一般分为砂土，

壤土和粘土

3、 土壤结构 土壤颗粒的胶结情况，有团粒、块状、

核状、柱状、棱柱状、片状

4、松紧度 土壤疏松和紧实的程度

(很松、疏松、稍紧实、紧实、坚实)

5、孔隙 土粒之间存在的空间，是土壤水分、

空气的通道和仓库

— 土壤湿度 土壤的干湿程度，反应土壤中水分含量

的多少(干、润、潮、湿)

— 新生体 土壤发育过程中物质重新淋溶淀积和聚集

的生成物。根据新生体的性质和形状可以

判断出土壤类型、发育过程及历史演变特征

— 侵入体 外界进入土壤的特殊物质

— 四、 土壤的物质组成

— 土壤是由固、液和气三相物质组成的

（一）土壤矿物质

土壤矿物质是土壤的主要组成物质，构成土壤的“骨骼”。

土壤矿物质来源：成土母质

按成因土壤矿物质可以分为：原生矿物质、次生矿物质

原生矿物质 各种岩石受到不同程度的物理风化而未经化学风化的碎屑物，其原有的化学组成和晶体结构均未改变。

— 次生矿物质又叫黏土矿物，是由原生矿物经风化作用和成土作用重新形成的另一类

矿物，其化学组成和构造都经过改变，而不同于原来的原生矿物。它是土壤物质中最细小的部分（粒径

— 土壤矿物的主要元素组成

— 地壳中已知的90多种元素土壤中都存在

• 氧、硅、铝、铁、钙、镁、钛、钾、磷、硫及锰、锌、硼、钼等微量元素

• 氧化物的形式：SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 = 75%

3.有机质的转化——两个过程

1、矿质化过程——进入土壤的动植物残体在土壤微生物的参与下，把复杂有机质分解为简单化合物的过程

2、腐殖质化过程——进入土壤的动植物残体在土壤微生物的作用下分解后再缩合和聚合— — — — —

成一系列黑色高分子有机物的过程

3.有机质的转化——矿质化过程

1、矿质化过程——进入土壤的动植物残体在土壤微生物的参与下，把复杂有机质分解为简单有机质，最终彻底分解为无机化合物的过程。

3.有机质的转化——腐殖化过程

2、腐殖质化过程——进入土壤的动植物残体在土壤微生物的作用下分解后再缩合和聚合成一系列黑褐色高分子有机物(即土壤腐殖质)的过程。

3.有机质的转化——腐殖化过程

腐殖质化过程的假说1——植物物质形成学说(瓦克斯曼)：

腐殖质是由植物组织中不为微生物所分解的组分,稍经改变后边形成的。最初形成胡敏素，胡敏素经过微生物降解后形成胡敏酸，胡敏酸进一步降解形成富里酸。

腐殖质化过程的假说2——生物化学聚合学说(科诺诺娃)：

生物残体中有复杂有机物先被微生物降解成简单小分子有机物，这些有机物被微生物吸收，在体内合成各种化合物(酚、氨基酸),它们被分泌至土壤中，再经过氧化和聚合作用，形成腐殖质。

3.有机质的转化——腐殖化过程

腐殖质化过程的假说3——细胞自溶学说：

腐殖质的生物合成过程是微生物体内进行的，微生物死亡后，细胞自溶的物质(糖、酚、氨基酸、其它芳香族化合物)经过缩合和聚合作用而形成腐殖质。

腐殖质化过程的假说4——微生物合成学说：

微生物吸收、利用生物残体的碳源和能源，在微生物细胞内将这些有机质合成各种类似于腐殖质的高分子化合物。当微生物细胞死亡并自溶后，这些高分子化合物进入土壤，再被微生物降解为富里酸和胡敏酸。

— 4.影响有机质转化的环境因素

（1） 土壤的通气状况

— 通气良好，有机质分解迅速、彻底，有利于供应有效态养分，但不利于腐殖质的累

积，易造成养分的流失；

— 通气不良，有机质转化速度慢，腐殖化过程受抑制，不利于有效态养分的供应。 — 4.影响有机质转化的环境因素

（2） 土壤的水、热状况

— 最适于微生物活动的土壤湿度是60-80%最大持水量；

— 0-35度，微生物活动随温度升高而增强，超过45度，微生物活动受抑制。

— 4.影响有机质转化的环境因素

（3） 土壤的酸碱程度

— 偏酸性土壤环境，利于真菌活动，形成腐殖质主要为富里酸；

— 中性及微碱性环境，适于细菌及放线菌活动，形成腐殖质主要为胡敏酸。

— 5.有机质对土壤肥力的作用

（1） 土壤有机质含有丰富的植物所需营养元素和多种微量元素，不断供应植物吸收利用。

（2）土壤有机质具有较强的代换能力，可以大量吸收保存植物养分，以免淋溶损失。

— 5.有机质对土壤肥力的作用

(3) 土壤有机质和氨基酸等是络合剂，与钙镁铝形成稳定性络合物，能提高无机磷酸盐溶解性。

(4) 二、三羧基酸与金属离子形成稳定络合物的能力较强，有活化土壤微量元素的作用。

(5) 土壤有机胶体是一种具有多价酸根的有机弱酸，其盐类具有两性胶体的作用，有很强缓冲酸碱的能力。

— 5.有机质对土壤肥力的作用

— （三）土壤水分

— 土壤水分是土壤重要组成成分和重要的肥力因素。

— 它提供植物生长所需的水，也是植物吸收养分的主要渠道。

— 它是土壤生态系统中物质和能量流动的介质，它存在于孔隙中。

土壤水分的来源及消耗

来源：大气降水、地下水和灌溉用水，水汽的凝结也会增 加极少量的土壤水。 消耗：主要有土壤蒸发，植物吸收利用和蒸腾，水分的渗漏和径流。

— 土壤水分类型

土壤水分主要分为吸湿水、毛管水和重力水

— 土壤水分类型

— 土壤水分类型

— (四)土壤空气

— 主要来自于大气，组成成分和大气基本相似，质和量上与大气有所不同。

土壤生物生命活动的影响，使CO2比大气中含量高，而O2含量比大气低

土壤空气中的水汽大于70% ，大气中小于4%，两者相差甚远

土壤中N2含量与大气基本持平(因为土壤固氮微生物能固定一部分N2 ，增加土壤氮素含量，而土壤中的硝化、氨化作用，氮素又转化为N2和NH3释放到大气中，二者基本保持平衡)

— 五、土壤物质之间的相互作用

（一） 土壤机械组成

土壤是由许多大大小小的土粒按不同比例组合而成，这些不同的土粒混合在一起表现出来的土壤粗细状况，就称为土壤质地，或土壤机械组成。

— （二）土壤胶体的性质

土壤胶体是指土壤中高度分散、粒径在1～100 nm之间的物质。

土壤胶体的种类

按其成分和性质有三类：

土壤矿物质胶体，包括次生硅酸盐，简单的铁、铝氧化物，二氧化硅

有机胶体，包括腐殖质有机酸蛋白质及其衍生物等大分子有机化合物。

有机无机复合胶体，土中有机胶体和无机胶体通过各种键（桥）力相结合的有机-无机复合体。

土壤胶体的性质

1、巨大的比表面和表面能

比表面：单位重量固体颗粒的总表面面积。

▲物体分割得愈细小，单体数愈多，比表面愈大

表面能：产生于胶体与介质(液相或气相)的交界面上，胶体表面分子由于受内部、外部(介质)物质的分子引力不均而产生多余的自由能。

▲多余的自由能可以做功，这是土壤具有物理吸附性能的主要原因。

▲表面能大小与比表面呈正相关。

土壤胶体的性质

2、带电性

▲胶体一般都带电荷，大部分土壤胶体带负电荷，少部带正电荷或为两性胶体 ▲因胶体带电荷，土壤能从土壤溶液中吸收离子状态的养分，供植物吸收、利用

土壤胶体的性质

3、分散和凝聚性

▲分散：土壤胶体呈高度分散状态存在于溶液中，胶体相互排斥而呈布朗运动，即胶溶 ▲凝聚：由于胶粒的胶合、团聚，土壤胶体从胶溶状态变为絮凝沉淀。

▲土壤胶体的分散和凝聚影响物质聚积、淋失

絮凝促进物质聚积，减少养分淋失，但降低养分有效性

胶溶促进物质分解，加剧养分淋失，但增加养分有效性

土壤的离子交换

土壤胶体表面与溶液介质中电荷符号相同的离子相交换。分为阳离子吸收交换作用和阴离子吸收交换作用。

▲ 土壤中阳离子交换作用：土壤中带负电荷的胶粒吸附的阳离子与土壤中的阳离子进行交换，称为阳离子交换作用。

土壤的离子交换

阳离子交换作用有如下几个特点：

⑴、它是一个可逆反应并能迅速达到平衡

⑵、阳离子交换按当量关系进行。即离子间的相互交 换以离子价为依据作等价交换。 ⑶、阳离子代换力大小：

随离子价数增大而增加,如 Al3+>Ca2+>Na+

等价离子随原子序数增大而增加,如 K+>Na2+>Li+

土壤的离子交换

阳离子交换作用有如下几个特点：

(4)阳离子交换量（CEC）

指土壤胶体所能吸附和交换的阳离子总量，用每千克土壤的一价离子的厘摩尔数表示，即cmol(+)/kg

▲代表土壤吸附保持阳离子养分数量的多少，常作为土壤保肥能力的大小指标。 ▲ CEC越大，保肥能力越强。

土壤的离子交换

阳离子交换作用有如下几个特点：

(5)盐基饱和度

土壤胶体所吸附的阳离子分为:

盐基离子(K + 、Ca2+、Na + 、Mg2+、NH4 +)和Al3+、H+

▲ 土壤保肥能力的大小指标。

▲ 盐基饱和度越大，保肥能力越强

— （三）土壤溶液

土壤溶液是土壤中水分及其所含溶质的总称，溶液中所含物质有以下几类：

— （三）土壤溶液

— 土壤的酸碱反应

– 土壤中的酸性和碱性物质解离出H+和HO数量中和的结果，使土壤显酸性或碱性，这种反

应称为土壤的酸碱反应。

— （三）土壤溶液

— （三）土壤溶液

— 土壤的氧化还原反应

氧化剂m+ +n 电子 = 还原剂

氧化―还原反应实质是原子的电子得与失的过程。

失去电子的过程，称为氧化作用；失去电子的物质为还原剂,

得到电子的过程，称为还原作用，易得电子的物质为氧化剂。

Δ氧化还原反应影响土壤中矿物质和有机质的转化

例如： 通气条件较好时(如森林)，土壤中的有机质转化为CO2

土壤淹水时(如沼泽)，土壤中的有机质转化为CH4

— （三）土壤溶液

— 土壤的缓冲性

指土壤中加入酸或碱时，土壤具有缓和酸碱度改变的能力。土壤缓冲性主要来自土壤胶体及其吸附的阳离子，其次是土壤中所含的弱酸及其盐类。