第一章 土壤的组成1.土壤生态系统的基本组成 2.土壤矿物颗粒的粒级分类及不同粒级的 形状 3.土壤矿物质的矿物组成和化学组成 4. 粘粒矿物、土壤有机质的来源及其组成 5.土壤腐殖酸、土壤有机质的转化、土壤 有机质的作用及其生态与环境意义。 6. 有机无机复合体的环境意义教学要求土壤的组成 composition of soil（一）土壤容积组成 composition of soil by volume土壤三相体系满足了植物生长对各营养因素和环境因素的需求，使土壤区别于 其它一切自然物质。评级土壤质量的标准不同应用方面有所不同，工程上要求孔隙 度（porosity）愈小愈好。但“理想的”草地、园子或大田土壤中，各种成分从体积 而言大体比例是：矿物质占45%，有机质5%，水占25%，空气占25%。建立一个 概念：土壤孔隙占总体积一半。评价土壤质量的指标之一“固、液、气三相比（ 容积比）”。固相物质粒间物质生物体：包括各类昆虫、线虫、节肢动物，尤其是土壤微 生物，一般1g土壤中数量可达10亿左右。 有机质：占固相重量的5%左右，总体积的12%左 右。气相：组成与大气有差异，取决于生物活动及气 体交换的难易程度。液相：粒间水分及溶解于其中的多种溶解性物 质。矿物质：占固相重量的95%左右，总体积的38%左 右。土壤土壤三相组成：固相、液相、气相第一节 矿质土粒 （soil particle ）一.矿质土粒 （soil particle）岩石 Rock矿物 mineral风化作用 weathering母质Parent material成土作用soil formation土粒Soil particle物理风化 physical 化学风化 chemical 生物风化biological原生矿物 primary次生矿物secondary？由于风化的强弱不同，成土条件不同，形成的土壤颗粒大小 是否相同？答案=否 （一）矿质土粒的来源一.矿质土粒 （soil particle）（二）土粒概念 soil particle土粒 soil particle：土壤中各种粒径的固相颗粒依据存在的状态：单粒：single particle复粒：compound particle依据粒径大小 （单粒）（三）土壤粒级 particle sizes1.粒级概念（fraction)：土壤颗粒的大小分级2.粒级划分依据：粒级化分的表观依据（或依赖的指标）：依 据单个颗粒的粒径大小进行。一.矿质土粒 （soil particle）土壤颗粒绝非标准球形，是各种不规格形状的，那么，粒径的 含义就并非它们的真实直径或半径。-当量直径当量直径（有效直径）equivalent diameter or effective diameter of soil particle : 与同质的标准球形颗粒沉降速度相同的土粒直径 或半径（建立在颗粒分析方法上）3. 粒级分类制（classification systems of soil separates)土壤颗粒大小是连续分布的，要确定土壤颗粒的分级需要研究土壤颗粒大小 和性状间关系，找到由量变到质变分界点，突变点，就可以作为化分类别的依 据。受人为因素的影响，当前土壤立即分类制有：土壤粒级分类系统(三级分类制) classification systems of soil separates国际制(ISSS) International Soil Science Society (1930) Atterberg(1912)美国制(USDA) U.S Department of agriculture (1956)苏联 制 (1965)粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm粒级名称粒径/mm石砾 gravel2石块 stone 粗砾 gravel3.0 23石块 石砾3 13粗砂 coarse sand 细砂 fine sand20.2 0.20.02极粗砂粒 very coarse sand 粗砂粒 coarse sand 中砂粒 medium sand 细砂粒 fine sand 极细砂粒very fine sand12 0.51 0.250.5 0.10.25 0.050.1粗细砂 中细砂 细砂粒 0.51 0.250.5 0.050.02粉粒 silt0.020.002粉粒 silt0.0020.05粗粉砂 中粉砂 细粉砂 0.010.05 0.0050.01 0.0010.005粘粒 clay 0.02一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状1.粒级不同矿物组成不同一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状2.表面特性不同：表面积极表面能一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状3.物理性状不同一.矿质土粒 （soil particle）（四）土粒的基本性状4.化学组成不同粒径 mm化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OP2O510.283.929.341.121.790.381.781.210.080.20.0473.8713.474.213.051.051.731.530.120.040.0170.1514.045.862.151.051.483.890.210.010.00 267.2118.917.851.451.632.511.270.291.5土壤有机质来源（一）来源于数目众多微生物 1.微生物是最早出现在母质中的有机体。成为最早的土壤有机物质来源 2.微生物数目繁多，生活代谢周期短。1g肥沃的表土含有细菌可 在10亿以上。最多细菌为杆菌，每英亩细菌活质可超过2000磅， 每公顷2000公斤。 3.微生物的代谢产物是土壤有机质来源之一（二）来源于各种动植物残体及其它们的代谢物树木、灌丛、草类、和其它植物残体。植物生长量成为土壤有机质含量的主要依据 土壤动物：蚯蚓、蚂蚁、鼠类、昆虫等的残体及分泌物 （三）来源于施入的各种有机肥。有机肥施用很重要土壤有机质组成特点（一）土壤有机质的物质 组成依据有机物质的分解阶段 和存在物理形态分为： 1.未分解的动植物残体（ 原材料） 2.半分解的有机质：成为 暗褐色小片 3.腐殖质：特殊性有机物 质。（二）土壤有机质化学组成 1.碳水化合物：单糖、多糖、 淀粉、纤维素、果胶物质等 2.木质素：比较稳定。是形成 腐殖质中心核的原始材料 3.含氮化合物：蛋白质、多肽 、氨基酸 4.脂溶性物质：如树脂、腊质 、单宁等土壤有机物质的分解与转化 decomposition of organic Matter 有机残体矿（质）化作用mineralization腐殖化作用humification有机质的矿化作用 mineralization（一）矿化作用的概念：有机物质在微生物的作用下分解成无机 营养元素的过程 （二）矿化作用的意义 1.为作物生长释放出了营养元素-有效化过程(硝化力测定） 2.为腐殖质形成提供了基本材料，成为腐殖化的前提。 （三）各种物质矿化作用 1.糖类有机物质矿化：多糖单糖CO2+H2O+heat(多） 好气条件下 有机酸heat（少） 半嫌气条件 CH4、H2、H2S+heat（极少）嫌气 水解酶作用有机质的矿化作用 mineralization己糖淀粉半纤维素纤维素；糖类物质的分解是土壤中生物 物活动的主要能源（生物热）。（45千卡热/g有机物）2.含氮物质的分解蛋白质多肽氨基酸氨NH3硝酸根NO3-蛋白酶肽酶氨化细菌硝化细菌水解作用 （hydrolyzation)氨化作用（ ammonification)硝化作用（ nitrification)任何条件下好气条件下思考题：旱地和水地含氮化合物的转化结果会有何差异？有机质的矿化作用 mineralization3.含磷和硫化合物的分解含磷和硫化合物的分解正磷酸盐H2PO4-、HPO4=、PO4+3、正硫酸盐 HSO4-、SO4= 好气条件偏磷酸盐和次磷酸盐H3PO3、 H3PO2 、H3P正硫酸盐 H2S (黑根、毒害） 嫌气条件(三）矿化率（mineralization rate)：每年因矿化而消 耗的有机物质量占土壤有机质总量的百分数。 矿化率作为土壤矿化快慢的指标。一般土壤年矿化 率为1%左右。土壤腐殖化作用（ humification）（一）腐殖化概念：有机物质在分解转化过程中，又重新合成腐殖质的过程。腐殖化过程也就是有机碳从一种有机碳形式转化为另一种有机碳形式，也叫有机碳的周转。它是一种极端复杂的生物过程。（二）土壤腐殖化过程-腐殖质的形成过程（假说阶段）腐殖化过程是以微生物为主导的生物和生化过程，还有一些纯化学过程。有机质的形成分为两个阶段：第一阶段：产生了合成腐殖质原始材料：（1）芳香核：主要由木质素降解所产生。酚类氧化成醌所产生。（2）支链化合物：一些含氮的有机化合物，如氨基酸、肽类等。第二阶段：合成阶段：将分解转化的基本材料在微生物作用下经过缩合和聚合 ，合成结果复杂的腐殖质。多元酚理论（较为盛行）土壤腐殖质组成土壤腐殖质Soil humus非腐殖物质腐殖物质（humic substances)（一）非腐殖物质：微生物的代谢产物1.碳水化合物：多糖、糖醛酸、和氨基糖组成。主要来源于植 物残体和根系分泌物。含量占有机质总量1527%。其中多糖 是主体。含量约为有机质总量的922%。多糖多土壤结果影响 研究被受到关注2. 含氮化合物：主要来源于生物残体中含氮化合物，其中主要 形式为蛋白质、缩氨酸。易于分解成氨基酸。占的量不高。（二）腐殖物质土壤腐殖质组成腐殖物质概念：有机物质在微生物作用下分解转化成一种特殊的 、高分子、暗色的有机物质。腐殖物质是在土壤中形成的一类特殊的化合物，远不同于动植 物体内的其它有机化合物，结构复杂，性质稳定、存留时间长、和 无机矿物颗粒密切结合在一起。是土壤有机质质体成分，占有机质 总量的5090%。基本上与盐基离子形成各种腐殖酸盐。中心为芳香核、连接了许多支链化合物的复杂结构土壤腐殖质分离与提取以上是依据腐殖酸类物质溶解性进行分类与提取请注意三大类腐殖组分，尤其是褐腐酸（HA）和黄腐酸（FA）土壤用稀碱 （NaOH）去除了动植物 残体细土样溶液 （腐殖酸） Humic acids黑色残余物 黑腐素 （胡敏素） humin酸化 （HCl）黄色溶液 （黄腐酸、富啡酸 富里酸） Fulvic acid，FA褐色沉淀 褐腐酸 胡敏酸humic acid，HA用乙醇 溶解溶解 吉玛多 美朗酸碱溶后加电 解质NaCL沉淀 灰色腐殖酸溶液 棕色腐殖酸水浮选、手挑、静 电吸附或采用比重 1.8或2.0重液浮选 （轻组）黄腐酸（富啡酸、富里酸）既能溶解 于碱，又能有解于酸。曾经成为可连 酸、阿波可连酸。分子量相对较小褐腐酸（胡敏酸）：指能溶解于碱 而不溶解于酸。分子量相对较大+=60%土壤腐殖质性质（一）腐殖酸的组成1.腐殖酸的元素组成腐殖酸主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。一般以腐殖质 分子的平均含碳量为58%为有机碳和腐殖质的换算系数（ 1.724=100/58）。C/N=10:112:1,褐腐酸大于黄腐酸腐殖酸C （%）H （%）（O+S） （%）N（%）分子量胡敏酸 富里酸5060 45533.15.3 4.04.83140 40502.85.9 1.64.38902550 6751450我国土壤腐殖酸的元素组成（南京土壤研究所）2.腐殖酸的化学