第一章(1) 土壤在生态系统中具有哪些主要作用？土壤支撑着高等植物的生长。主要是土壤为植物根系生长提供了介质，并为所有植物供给必需养分元素。土壤性质决定了植被特性，这又间接影响着依靠植被而生存的动物（包括人类）的数量和类型。是土壤水文循环中影响水行为的一个关键因素，水的流失、利用、污染和净化均受其影响。土壤是一个天然的再循环系统。植物、动物和人类的废弃物和遗体在土壤内部被分解，使其中的基本元素有效化并重新被新一代生命再利用。土壤是众多生物的栖息地。从小型的哺乳动物和爬行动物到微小的昆虫，再到数量和多样性多得难以想象的微生物，它们都生活在土壤中。土壤显著地影响着大气的组成和物理性质，这是由于土壤能吸纳和释放大量CO2、O2、CH4和其他气体，并能向空中输送灰尘和再次辐射热能。在人工建造的生态系统中，土壤作为一种工程介质起着重要作用。土壤不仅能以泥土填充和砖块（烧制的土壤材料）形式作为重要的建筑材料，而且为我们建设的所有道路、机场和房屋提供了地基。（2） 土壤在植物的生长方面主要起了哪些作用？首先，土体通过提供物理支撑，固定了根系，这样植物就不会倒伏或被吹到。土壤一个重要功能就是通气，允许CO2排出土体并让新鲜O2进入根层，以维持土壤空气的数量和质量。土壤通气通过土壤孔隙网络来完成。土壤孔隙另一个同等重要的功能是吸纳雨水，并将这些水分保持并供给植物根系利用。只要植物的叶片能接受到阳光，植物就需要连续不断的水流供给，来进行冷却、养分运输、保持膨压和进行光合作用。土壤的隔热特性保护土壤中的根系免受经常发生在地表的极端冷热的伤害。良好的土壤可以分解或吸附有机毒素、抑制产生毒素生物的生长等，保护植物免于毒性物质的侵害。土壤中的某些微生物还能产生一类能促进生长的有机化合物。植物少量吸收这些物质即可提高植物活力。第二章(1) 化学风化主要有哪些过程？水合作用：整个水分子结合到一个矿物分子中的过程。水解作用：水分子解离成氢和羟基成分，氢通过取代矿物结构中的阳离子。溶解作用：水使矿物的阳离子和阴离子形成水合物，直到它们被水分子所包围并彼此分离。酸性反应：酸的存在增加了水中H+的活性并加速了风化作用。氧化还原作用：含有Fe、Mn或S的矿物特别容易发生氧化还原反应，矿物晶体的结构发生破坏性变化。风化作用中Fe的氧化或释放通常可以导致矿物颜色的改变。络合作用：有机酸与矿物释放出的阳离子结合，形成络合物。(2)植被对土壤形成有什么影响？植被覆盖降低了自然土壤侵蚀速率，减缓了表层土壤矿物的迁移速率。植物枯枝落叶中产生的有机酸通过络合作用携带 Fe 和 Al 进入土壤溶液，加速了这些金属成分的向下迁移并在 B 层累积。有机物质的积累草地土壤有机质输入主要来自草根，而森林土壤有机质则主要来源于落叶。草地土壤与同等条件下的森林土壤相比，通常形成的 A 层更厚、有机质分布更深。而森林土壤大部分有机质都储存在O 层和较薄的 A 层中。草原土壤微生物优势群落是细菌，而森林土壤中真菌群落占优。在酸性森林凋落物层主要由真菌产生的有机酸的作用下，森林土壤在 O 层或 A 层下面通常会出现一个浅色淋溶层，即E 层，草地土壤一般没有E 层。受树种影响的阳离子循环自然植被会通过生物地球化学风化加速矿物中养分元素的释放，并从土壤中吸收这些元素。针叶树在落叶前仅会重吸收少量的 Ca、Mg、K，而一些落叶落叶树在落叶前会大量重吸收和储存上述元素。针叶树植被下的土壤表层酸度的发育往往明显强于大多数阔叶树植被下的土壤。此外，针叶树的针叶具有抗分解和抑制蚯蚓种群特性，从而形成厚厚的 O 层。落叶阔叶树的叶片一般更易分解，从而形成的O层更薄，有更多的凋落物混合到 A 层里面。牧草地的异质性处于干旱和半干旱气候条件下的牧草地，植被之间对有限土壤水的竞争导致植被不能完全覆盖土表。随着时间的推移，植物之间的空地土壤肥力下降。同时，植被创建了肥力不断增强的“群岛”，这些地方具有比较厚的 A 层，通常淋溶的 CaCO3也更深。(3) 气候如何影响土壤形成？有效降水量水须渗入风化层后才能在土壤形成中发挥作用。水渗透得越深，土壤风化发育深度就越大。土壤剖面中渗透的多余水分可以将可溶性和悬浮物质从上层输送到下层，还可通过排水将可溶物从剖面带走。渗透水促进了风化作用，同时也有助于土壤层次的分异。同样，在干旱地区由于缺水，土壤可溶性盐不会淋失，会累积到抑制植物生长的水平。温度温度升高 ，生物化学反应速率加快。温度和湿度都可通过影响植物生长和微生物分解之间的平衡，从而影响土壤有机质含量。假如较高的温度和丰沛的水分同时在土壤剖面中出现，那么风化、淋溶和植物生长等一系列过程都将最大化。气候也会通过影响自然植被，间接影响土壤形成。潮湿的气候有利于树木的生长，此时土壤具有O层、E层与较薄的A层。在半湿润和半干旱地区，草是主要的原生植被，而在干旱地区，灌木和各种灌丛则是优势植被，此时土壤剖面中A层较厚。（4）土壤形成的 4 个基本过程是什么？包括添加过程、流失过程、迁移过程和转化过程。添加过程：外源物质输入到发育中的土壤剖面的过程。迁移过程包括无机物和有机物在同一土层中横向移动，或者在不同土层间向上或向下移动。转化过程是指土壤成分产生化学或物理的改变，或被破坏，以及土壤中其他先前形成的物质被合成新物质的过程。流失过程：土壤剖面中的物质会由于淋溶到地下水、表土侵蚀和气体挥发而流失。蒸发和植物利用造成水的流失过程。第四章(1) 影响土壤容重的因素。土壤质地的影响：细质地土壤如粉壤土、黏土和黏壤土比砂质土壤容重小。这是因为细质地土壤，特别是有机质含量高时，其固体部分主要以多孔状颗粒存在。在这些团聚性较强的土壤中，团聚体之间以及团聚体颗粒内部均存在孔隙，导致土壤具有较高的孔隙度和较低的容重。颗粒的排列方式：当砂粒的粒径均一时容重较小，当不同粒径砂粒混合堆积时容重往往较大，因为小颗粒会填充大颗粒间的一部分孔隙。不同粒径的砂粒混合紧密堆积时，容重最大。土壤剖面深度：土壤剖面越深，容重通常越大，这一般是由于上层土壤的压实、有机质含量较低、团聚体结构较少、根系和土居生物稀少等原因造成的。人为的管理措施：森林砍伐、在植被覆盖的土地开展密集性娱乐和运输活动、景观树木的栽植等通常使得土壤容重增加。此外，土壤耕作可以暂时疏松表层土壤，但长期的高强度耕作会使土壤有机质减少，破坏土壤结构，最终导致土壤容重增加。（2）土壤容重是如何影响植物根系生长的？根系通过孔隙穿透土壤向下生长。如果孔隙太小而容纳不下根冠，根系就必须将土壤颗粒推开以扩大孔隙。容重会限制根系生长，根系贯穿也受到土壤强度的限制。土壤含水量的影响：当土壤被压实到较高容重时，或当细质地土壤变干变硬时，土壤强度增加。因此，在土壤干燥时，容重对根系生长的影响最明显；当土壤比较湿润时，更大容重的土壤才会阻碍根系生长。土壤质地的影响：土壤中黏粒含量越高，平均孔隙直径越小，给定容重下的穿透阻力就越大。因此，如果容重相同，根系穿透湿润砂土比湿润黏土更加容易。土地利用和管理的影响：带状种植农业、放牧、森林经营或越野交通等土地利用方式，通常会对土壤容重和强度同时产生显著影响，从而限制抑或促进根系生长和水分运动。（3）影响土壤总孔隙空间的因素有哪些？土壤质地：细质地土壤如粉壤土、黏土和黏壤土比砂质土壤总孔隙空间大。这是因为细质地土壤的固体部分主要以多孔状颗粒存在。土壤颗粒的排列方式：当砂粒的粒径均一时比不同粒径砂粒混合堆积时总孔隙度大，因为小颗粒会填充大颗粒间的一部分孔隙。不同粒径的砂粒混合紧密堆积时，容重最大，孔隙度最小。土壤结构：当土壤团粒结构较多时，团粒之间以及团粒内部的孔隙较多，因此土壤孔隙较大。有机质含量：有机质本身是团聚体的胶结剂，可以通过影响团聚体，间接影响土壤孔隙。并且有机质本身多孔，有机质越多，土壤孔隙越多。自然因素和土壤管理：天然降水、灌溉、地下水升降等都会使土壤物质沉积，从而减小土壤孔隙。除此之外，土壤耕作和施加有机肥是改变土壤结构，增加土壤孔隙的重要措施。土层深度：一般来说，表层的土壤孔隙较大，而深层的土壤孔隙较小，这是因为深层土壤有机质含量更低，团聚体、根系和土壤生物量更少。(4) 影响土壤团聚体形成和稳定性的因素有哪些？主要因素有物理-化学和生物两种过程。物理-化学过程的作用在小尺度上最重要，而生物过程的作用在大尺度上更为明显。(1）在物理方面主要有絮凝作用和粘粒物质的胀缩作用。絮凝作用指黏粒和有机分子之间的相互吸引作用。絮凝作用形成的微小土块或絮状物是团聚过程的开端。多价阳离子，如铁离子、钙离子、铝离子促进絮凝作用，一价阳离子，如钠离子，不促进絮凝作用。胀缩作用是指黏粒物质体积变化的过程。干湿交替、植物吸水、冻融交替通过改变水分含量而使土壤膨胀收缩。而水分通过影响黏粒中黏粒晶片的距离对膨胀过程产生作用。(2）生物过程包括土壤生物活动、有机质影响、耕作的影响和铁铝氧化物的影响。生物活动：根系和动物的挖穴和塑型活动、根系和真菌菌丝的黏性网络对土壤颗粒进行缠绕、微生物产生有机胶结物等，都会影响土壤团聚过程。有机质影响：有机质是重要胶结物质，提供能量底物，同时参与黏结过程。耕作影响：具有两面性。一方面，它促进团粒结构形成，使土壤稀碎稀松；另一方面，它在一定程度上破坏团粒结构，加剧有机质矿化损失，压碎破坏土壤团聚体。铁铝氧化物：包裹土壤颗粒，胶结团聚体，增强团聚体稳定性。第 5 章(1) 概述植物吸水的机理。植物吸收土壤水分一般有以下两种途径：一是土壤中的水分在毛管力作用下向植物根系运动，供植物吸收利用；二是植物根系延伸进入湿润土体。毛管水运动：植物根系吸收水分将减少土壤含水量，进而降低根系周围土壤水势，由于土水势降低水分向植物根系附近运动。但毛管水运动不是促进植物吸收水分的主要方式。根系延伸：根系延伸作用促进毛管水的运动，同时引起新的根-土体系形成。在最佳含水量条件下根系生长速率保证植物正常生长。根系分布：根系在土壤剖面中的分布在很大程度上决定了植物吸收水分的能力。如果表层土壤供水充足时，根系主要从表层土壤中吸收水分；当表层土壤水分含量不足时，而且下层土壤允许根系吸收水分，即使是一年生植物也会从下层土壤中吸收水分。根系-土壤界面：根系表层细胞和土壤界面有效接触，允许水分在相应水势梯度作用下快速地从土壤向根系流动。当植物处于水分胁迫状态时，根系由于细胞失水而缩小。土壤中的气态水也能被根系吸收利用，虽然吸收速度慢，不能满足所有植物生长，但也可以维持耐旱植物的生存。(2) 简述影响植物有效水分的因素。1.土壤含水量-势能的关系：土壤的田间持水量及永久萎蔫含水量就决定了该土壤有效的持水量。2.土壤质地：当土壤质地变得较细时，砂土到壤土和粉质土壤有效水含量增大。黏土的凋萎系数较大，因此黏土的有效水含量与粉质土壤相比较少。3.土壤有机质：有机质具有较高的体积持水性，含有有机质的土壤的田间持水量显著大于相同体积的矿物颗粒土壤。即使含有有机质的土壤的凋萎系数略高于矿物颗粒土壤，植物可吸收利用的水分含量仍随有机质含量的增加而显著增加。同时，有机质可有效改善土壤结构，增加土壤总孔隙和孔隙大小，间接影响植物有效水利用。4.压实影响：土壤压实作用会减小植物可吸收利用的土壤水分。压实作用会破坏大孔隙，使得较大孔隙变为小孔隙。随着黏土颗粒紧密结合，土壤强度增加，限制根系的渗透与生长。压实作用会减少土体孔隙占有的空间，减小大孔隙直径及其数量，影响土壤持水量。压实作用同样会增加小孔隙数量，永久凋萎系数继而增加，因此