第3章-土壤的环境特征分析课件.ppt

1、第三章 土壤的环境特征（6）光学性质：颜色力学性质：温度及变化热学性质溶液性质-土壤溶液：土壤溶液中分散质的微颗粒由单个分子、离子或高分子构成，其微颗粒的直径一般小于lO-9m.胶体性能-土壤胶体：土壤胶体中分散质的粒子（1nm-1um），一般由较多分子聚集而成，这些粒子各以一定的界面与周围的介质分开，成为一个不连续的相. 因此，由土壤胶体构成的分散系属于多相分散系。根据土壤胶体的分散质粒子大小，又可以将其划分为溶胶和浊液两种,溶胶中分散质粒子的直径在10-910-7 m之间,浊液中分散质粒子的直径大于10-7m。第一节 土壤的光学和力学性质 1. 土壤颜色2. 土壤重要力学物理特性 土壤密度

2、/土壤容重 土壤孔隙/土壤孔隙度 土壤团聚体力稳性/团聚体水稳性/团聚体生物稳定性 土壤粘结性 土壤抗机械强度蒙氏土壤颜色卡图式第二节、土壤重要热学性质第二节、土壤重要热学性质2.12.1 土壤热量来源及平衡土壤热量来源及平衡土壤热量来源：太阳辐射（土壤热量的最主要来源）、地热、土壤物质转化过程所释放的化学能、人类耕作过程中所施加的化学能。土壤热量损失：土壤获得热量其土壤温度开始上升，但土壤表面接受的这些热量也会以长波辐射、土壤水分蒸发、土壤与大气的湍流交换的形式而损失、小部分为生物所消耗、极小部分通过热传导进入土壤底部。影响土壤热量状况的主要因素：土壤吸收的净热量；使土壤温度变化所需热量；土

3、壤水相态转化及其扩散所需热量；土壤物质迁移转化所消耗或释放的热量。2.2土壤主要热学性质 土壤热容量、土壤导热率、 土壤热扩散率2.3土壤温度土壤热的来源：土壤热的来源： 土壤热量主要来源于太阳辐射，因此随着太阳辐射的周期性变化土壤温度亦具有日变化和季节性变化。 白天白天表土接受太阳辐射及大气逆辐射的总速率超过表土向大气发送长波辐射速率时，表土将出现热量的净增加，表土层的热量将通过热传导、热扩散等方式向心土层和底土层传送； 夜间夜间土壤表面接受的大气逆辐射小于表土向大气发送的长波辐射时，表土出现热量亏损，心土层和底土层将会有热量向表土层输送。这就引起了不同深度土壤层次土壤温度的日变化。 土壤温

4、度土壤温度变化：变化： 土温日变化的极端值一般滞后于气温日变化的极端值。 土壤温度与气温一样具有明显的季节性变化，一般来说0-15 cm表土层的年均温度高于年均气温值；与同时期的气温相比较，心土层和底土层温度在秋冬季高于气温，而在春夏季低于气温。亚热带地区裸露粉壤质土壤温度日变化图式(据Scott H D，2000)2.4 土壤温度类型土壤温度类型 自然界土壤温度状况存在空间上的差异，即从南北极地区土壤终年冻结，到温带地区土壤季节性冻结与融化并存，再到热带地区裸露土壤表面的温度很少低于25。在美国土壤系统分类中，将全球陆地表面土壤的温度状况划分为以下6个类型（该土壤温度状况划分方案已经被世界许

5、多国家的土壤分类与土壤科学研究所采用）。第三节 土壤的胶体性质一、 土壤胶体 1.胶体的概念2.土壤中胶体种类： 土壤胶体按其分散质的性质可以分为三种类型， 土壤矿质胶体：其分散质颗粒有次生黏土矿物，如蒙脱石、蛭石、伊利石、高岭石和简单氧化物，如铁、铝氧化物和二氧化硅等。 有机胶体，其分散质有土壤腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物等高分子有机化合物。 有机一无机复合胶体，土壤中的矿质胶体与有机胶体往往通过氢键、库仑引力、表面引力相互结合，形成有机一无机复合胶体。 3. 土壤中胶体体系的特征 土壤胶体类型与地理环境密切相关 在不同的地理环境条件下，土壤中胶体的种类与数量差异较大，如在温带半湿润地区

6、，其土壤胶体为有机胶体、蒙脱石胶体，以及它们通过钙离子桥结合而形成的有机一无机复合胶体，且土壤中胶体数量巨大；而在热带亚热带地区，其土壤胶体则为高岭石、铁铝氧化物胶体及其与活性较强的腐殖质形成的有机一无机复合胶体胶体体系。 在土壤中，往往是多种胶体同时存在。4. 土壤胶体的性质 土壤胶体对土壤中营养元素、金属元素、有机污染物、农药等迁移转化有重要的影响，影响等实质与土壤胶体下列性质密切相关，主要性质有下列方面：土壤胶体具有巨大的比表面面积和表面能。土壤胶体具有电性。土壤胶体微粒具有双电层，微粒内部称为微粒核或胶核，一般带有负电荷，形成一个负离子层(即决定电位离子层)，故在库仑引力作用下形成一个

7、正离子层(又称反离子层，包括非活性离子层和扩散层)。下图士壤胶体的凝聚一分散性。因土壤胶体比表面面积和表面能均大，胶体微粒之间就有相互吸引、凝聚的趋势，这就是土壤胶体的凝聚性。土壤胶体结构模型示意图5.土壤胶体电荷的起因胶体微粒向介质解离离子而带电。 土壤胶体微粒表面的羟基(一COOH)、酚羟基(一OH)、矿质胶体晶层之间的羟基(OH)等，可向溶液中解离出H+，而使胶体微粒本身带负电荷。例如：如果胶体微粒从介质溶液中吸收H+或向介质解离OH一，就可使其带正电荷。有的矿质胶体在不同pH值的介质溶液中会表现两种不同的解离与吸附特性，因而表现不同的带电性，如Al(OH)3胶体： 碱性介质中：A1(O

8、H)3+NaOH A1(OH)2 0- + Na+ + H20 A1(OH)3+OH- A1(OH)30H- 在酸性介质中：Al(OH)3 + HCl Al(OH)2+ + Cl- + H20 Al(OH)3 + H+ A1(OH)3H+等电点：随土壤pH值变化，当pH值变至某一固定值时，两性胶体微粒向介质解离H+和OH-数量相等，此时胶体既不带正电荷也不带负电荷，呈电中性，这时溶液的pH值即为该两性胶体的等电点。一般来说，当介质的pH值大于两性胶体的等电点时，胶体微粒带负电荷；pH值小于两性胶体的等电点时，胶体微粒带正电荷。 同晶置换同晶置换作用（类质同像作用）。作用（类质同像作用）。 土壤

9、矿质胶体微粒内，低价态离子同晶置换高价态离子使微粒带负电荷，如：A13+置换硅氧四面体中的Si4+，Mg2+置换铝氧八面体中A13+均可使矿质胶体带负电荷。粘土矿物晶体矿物断键。粘土矿物晶体矿物断键。 次生黏土矿物胶体微粒(即晶格)的边缘或棱角面上，因原有的共加键断开，可引起胶体微粒带电。这种断键现象与土壤物理机械破碎程度、土壤颗粒大小密切相关。二. 土壤胶体的分散与凝聚土壤胶体的分散：土壤胶体的分散： 在自然土壤介质中，土壤胶体微粒之间相互排斥、并呈现布朗运动的状态称为胶溶状态。土壤胶体微粒从聚积絮凝状态转化为胶溶状态的过程称为胶溶作用。土壤胶体呈现胶溶状态的条件：土壤胶体呈现胶溶状态的条件

10、：胶体微粒的电动电位车增大，使得胶体微粒相互排斥，同时胶体微粒水化阻碍相互絮凝； 可溶性盐分浓度降低至絮凝阈值以下；介质中Na+、NH4+的比例相对增多以取代起絮凝作用的Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等；土壤碱性增强。土壤胶体的絮凝：土壤胶体的絮凝：由于土壤环境条件和理化性质的变化，土壤中的部分胶体会发生絮凝而沉淀。絮凝发生条件是：絮凝发生条件是： 胶体微粒的电动电位降低、离子水化程度下降； 土壤由于过量蒸散使得土壤中盐分浓度上升，特别是Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等盐基离子浓度的增加。土壤胶体絮凝过程：土壤胶体絮凝过程：可逆和不可逆土壤机械吸收：指土壤对介质中物质颗粒的阻滞

11、截留作用，如土壤中黏土颗粒在心土层的聚积就与土壤机械吸收密切相关。土壤物理吸收：指土壤微颗粒借助其表面能从介质中吸收并保持一些分子态物质(C02、H20、H2S、NH3等)的作用，它可以吸收部分养分暂时免于淋失，同时使土壤溶液浓度分布不均，有利于植物根系的选择性吸收。土壤化学吸收：指介质中可溶性化合物转化为难溶性化合物的过程。生物吸收：指植物吸收，植物吸收是指在植物叶面蒸腾作用及生理代谢作用的驱动下，植物根系或叶片从土壤或大气中选择性吸收养分元素，并经导管运输至植物体不同组织的过程。植物吸收的最大特点是具有生物放大的功能，即植物能够逆浓度梯度摄取和累积化学元素。三、土壤的吸附性能第四节第四节

12、土壤的溶液性质土壤的溶液性质一、土壤溶液体系组成 1.土壤溶液的溶剂 主要是土壤水分，及少量其他成分，如有机酸等2. 溶质组成和来源 组成：无机盐类； 简单有机物；溶解性气体 来源：母质、成土过程形成、人类 1. 土壤中酸的来源水的解离：碳酸解离：有机酸的解离：土壤中换性Al3+和H+的解离：酸性物质的沉降：人类来源（灌溉、施肥等） ： 二. 土壤酸度 按土壤中H+和Al3+的存在形式和测定方法的不同，可将土壤酸度分为活性酸度和潜在酸度两类。土壤活性酸度：是指土壤溶液中所含H+引起的酸度，亦称为土壤有效酸度，常用pH表示。土壤潜在酸度：是指由土壤胶体或吸收性复合体表面吸收的交换性H+和Al3+

13、 所引起的酸度，只有当这些交换性H+和Al3+ 被其他阳离子交换而转入土壤溶液之后才显示其酸度。 代换性酸度 水解酸度2.土壤酸度类型 不同pH值土壤中酸根离子及阳离子组成图式（3 3） 土壤酸度等作用土壤酸度等作用P49P49生物对土壤酸度有适应范围生物对土壤酸度有适应范围对生物养分有效性产生影响对生物养分有效性产生影响影响有毒物质的分解和累积影响有毒物质的分解和累积一. 土壤的缓冲性能。概念：概念：指土壤具有抵抗在外界化学因子作用下酸碱反应剧烈变化的性能，即当减少或增加土壤溶液中H+的浓度时，其pH值并不随之相应地上升或降低的能力。第五节. 土壤的缓冲性能和氧化-还原体系 土壤缓冲性能等机

14、理土壤缓冲性能等机理 土壤胶体引起的缓冲作用土壤胶体引起的缓冲作用。土壤胶体微粒表面的离子交换过程是土壤缓冲性能形成的重要原因，模式如下： 对酸的缓冲作用式： 胶体=Ca + 2HClH-胶体一H + Ca2+ + Cl- 对碱的缓冲作用式： H-胶体-H+2NaOH Na-胶体-Na+2H20土壤胶体土壤胶体引起的缓冲作用引起的缓冲作用特点特点 随着阳离子交换量的增加而增大，即土壤腐殖质、蒙脱石、次生二氧化硅等含量较高的土壤，其对酸碱的缓冲性能较大； 土壤盐基饱和度对其也有重要影响，如土壤对酸的缓冲性能随盐基饱和度的增高而增大，对碱的缓冲性能随盐基饱和度的减小而增大。 土壤中的酸碱两性化合物

15、如土壤中的酸碱两性化合物如Al(OH)3Al(OH)3相互转化。相互转化。 对酸的缓冲作用式： Al(OH)3 + H+ A1(OH)2- + H20 对碱的缓冲作用式： A1(OH)3 + OH- H2AlO3- + H20 美国学者斯科费尔德研究发现，在酸性土壤中的水化美国学者斯科费尔德研究发现，在酸性土壤中的水化Al3+Al3+对碱也具有明显的对碱也具有明显的缓冲性能，其缓冲机理为：缓冲性能，其缓冲机理为： 2 A1(H2O)63+ + 20H- A12(HO)2(H20)84+4H20土壤中的弱酸强碱盐或强酸弱碱盐类物质也会表现出一定的缓冲性能土壤中的弱酸强碱盐或强酸弱碱盐类物质也会表

16、现出一定的缓冲性能。土壤中的有机一无机复合体、可溶性氨基酸、胡敏酸微粒本身就含有羟基和氨基等官能团，在酸或碱的作用下这些官能团就会发生相应地解离或转化，并表现出一定的缓冲性能。 土壤的缓冲性能土壤的缓冲性能的功能的功能为植物生活维持了比较稳定的环境，是影响土壤肥力的重要性质。但是任何土壤的缓冲性能都是有限的，过度地利用会导致土壤缓冲系统的彻底崩溃。如在西北欧、东北美、东南亚及中国江南等酸雨多发地区，许多土壤对酸的缓冲性能已经衰竭，并已出现了不同程度的土壤酸化问题。影响土壤缓冲性能的因素影响土壤缓冲性能的因素土壤质地：影响 土壤 胶体的数量。土壤 黏粒矿物的种类土壤有机质含量 二、土壤氧化一还原

17、反应体系 土壤中同时存在多个氧化还原体系 影响土壤氧化还原状况的影响土壤氧化还原状况的因素（因素（p51)p51)。土壤通气状况：土壤通气状况：决定土壤与大气之间的气体交换。在通气良好时，土壤空气中氧气分压较大，如一般旱地土壤的既多在300 mV以上，高者可达700 mV以上，此时土壤中的Fe和Mn多呈高价态，故土壤颜色为红、黄棕、褐等鲜亮的色调；当土壤通气状况不好时，如水稻土，土壤的髓多在200 mV以下，此时土壤中的Fe和Mn多呈低价态，而土壤呈灰白或灰色，且土壤中大量还原态物质也对作物生长发育有强烈的毒害或抑制作用。微生物活动：微生物活动：土壤中易分解有机质等含量：土壤中易分解有机质等含

18、量：含量高，有机质的生物化学氧化作用，会消耗土壤中的大量氧，导致土壤有大量还原性物质的产生，其氧化还原电位髓急剧下降。土壤土壤中可变价态物质的状况中可变价态物质的状况：土壤土壤pHpH值值植物根系等新陈代谢：植物根系等新陈代谢：植物根系及根际微生物具有分泌特殊有机物的功能，会造成根际氧化还原状况的改变，如水稻根系分泌氧的功能能够使其根际土壤的氧化还原电位高出外围土壤数十毫伏，从而为水稻的正常生长发育创造有利条件。（3 3） 氧化氧化- -还原状况对土壤等影响还原状况对土壤等影响P52P52对对土壤形成发育等影响：土壤形成发育等影响：对土壤有机质分解和积累等影响：对土壤有机质分解和积累等影响：对土壤养分有效性等影响对土壤养分有效性等影响对土壤还原性有毒五成产生和积累等影响对土壤还原性有毒五成产生和积累等影响：对植物生长等影响对植物生长等影响对大气环境和全球变化等影响对大气环境和全球变化等影响