土壤学及实验概述

提纲 土壤的重要性 土壤学科的发展概况与展望 土壤学及实验的主要内容 土壤学实验的教学现状与发展趋势

土壤的重要性 土壤是农业最基本的生产资料 土壤是陆地生态系统的重要组成部分 土壤是最珍贵的自然资源 土壤资源是可持续农业的基础

土壤的重要性 土壤是农业最基本的生产资料 民以食为天，食以土本！ 在人类赖以生存的物质生活中，人类消耗的约80％以上的热量，75％以上的蛋白质和大部分的纤维都直接来源自土壤。 土壤 植物生产 动物生产 民以食为天，食以土本！

土壤的重要性 土壤是陆地生态系统的重要组成部分 地球生态系统 陆地生态系统 农业生态系统 农田生态系统 环境系统 生命系统 土壤（Soil） 气圈 释放CO2、CH4、H2S N2O,吸收O2 陆地生态系统 生物圈 支持生物 过程，提 供生物养 分、水分 土壤圈 水分循环 与平衡 水圈 环境系统 生命系统 地球保护层 地质循环 农业生态系统 岩石圈 农田生态系统 生物圈 气圈 土 壤 圈 土壤（Soil） 岩石圈 水圈

土壤的重要性 土壤是最珍贵的自然资源 土壤具有地带性分布规律。 土壤资源的再生性与质量的可变性 治之得宜，地力常新。 土壤资源数量的有限性 土壤资源的破坏＝“吃祖宗的饭，断子孙的路。” 土壤资源空间分布上的固定性 土壤具有地带性分布规律。

土壤的重要性 土壤是最珍贵的自然资源

土壤的重要性 土壤的可持续利用是持续农业的基础 可持续发展的条件： 人口的零或负增长（中国每年净增人口>1000万） 资源破坏的零或负增长（中国每年减少土地>300万亩） 生态环境恶化的零或负增长（中国荒漠化速度2620km2/年） 短期内不可逆转的趋势： 1、耕地减少不可逆转； 2、人口增长不可逆转； 3、消费水平的提高不可逆转； 我国要跨进可持续发展的“大门”还需要： 30-50年？ 粮食供应压力加大！

土壤的重要性 20世纪科学与技术迅速进步， 但“人口―粮食―资源―环境”仍是困扰人类社会发展的难题，科学工作者责任越来越重大。 “老”问题： 21世纪怎么养活16亿中国人？？！ 答案： 土壤和科技！

土壤学的发展概况与展望 现代土壤学科发展的简要回顾 IUSS对土壤学科的新划分 21世纪土壤学科发展展望

1.现代土壤学科发展的简要回顾 19世纪土壤学科的诞生 农业化学土壤学派: (德) 李比希(1803-1873) 农业地质土壤学派: (德) 法鲁等 (19世纪后半叶) 土壤发生学派:(俄) 道库恰耶夫(1846-1902) 一门独立的学科--土壤学科的诞生

60年代后:作物生产和环境质量保护 ---- 双轮驱动 现代土壤学科发展的简要回顾 20世纪土壤学科的迅速发展 土壤学科发展的驱动力 前60年: 作物生产----独轮驱动 60年代后:作物生产和环境质量保护 ---- 双轮驱动

20世纪土壤学科的迅速发展 世界土壤学科的大融合--国际土壤学会ISSS(1924,罗马)

20世纪土壤学科的迅速发展 20世纪土壤学科的新观点 土壤圈: (英) Matson(1938),(美) Arnold(1990) 土壤水能量理论与运动方程的 建立: (美) Buckingham(1907), Richards(1930s) 土壤生态系统: (美) Jenny(1940-1960) 土壤质量 综合调控理论 (美) SSSA(1990s)

20世纪土壤学科的迅速发展 美国 欧洲 19世纪土壤学 20世纪土壤学 化学 地学 生物学 物理学 数学 生态学 系统科学 化学 地学

2. IUSS对土壤学科的新划分 IUSS(1998--) ISSS(1924--1998) ISSS: International Society of Soil Sciences IUSS: International Union of Soil Sciences

2. IUSS对土壤学科的新划分 对土壤的新定义 (定义: 形成--组成--功能) 简明定义：土壤是在地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成能够生长植物的、处于永恒变化中的疏松矿物质与有机质的混合物。

2. IUSS对土壤学科的新划分 对土壤的新定义 (定义: 形成--组成--功能) (定义: 形成--组成--功能) 综合定义：土壤是地球表面生物、气候、母质、地形、时间等因素综合作用下所形成的、可供植物生长的一种复杂的生物地球化学物质；与形成它的岩石和沉积物相比，具有独特的疏松多孔结构，化学和生物学特性；它是一个动态生态系统，为植物生长提供了机械支撑、水分、养分和空气条件；支持大部分微生物群体的活动，来完成生命物质的循环；维持着所有的陆地生态系统，其中通过供给粮食、纤维、水、建筑材料、建设和废物处理用地，来维持人类的生存发展；通过滤掉有毒的化学物质和病原生物体，来保护地下水的水质，并提供了废弃物的循环场所和途径或使其无害化。

国际土壤学联合会的科学结构共分为如下的4个部门（Division）和18个专业委员会（Commission）(2000,4。泰国）。 2. IUSS对土壤学科的新划分 国际土壤学联合会的科学结构共分为如下的4个部门（Division）和18个专业委员会（Commission）(2000,4。泰国）。 部门1（D1）时空中的土壤 部门2（D2）土壤性质与过程 部门3（D3）土壤利用与管理 部门4（D4）土壤在社会持续发展 与环境中的作用

2. IUSS对土壤学科的新划分 部门1（D1）时空中的土壤 1.1 土壤形态学 1.2 土壤地理学 1.3 土壤发生学 1.4 土壤分类学 1.1 土壤形态学 1.2 土壤地理学 1.3 土壤发生学 1.4 土壤分类学 是关于“什么”（What）的问题。它将土壤视作一个实体，研究它如何形成，在全球范围内土被的分布，及其与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈的相互作用。这一部门研究重点是土壤圈诸多“什么”的问题，以及现有知识的延伸。这一部门也体现了所有土壤学家所基于的共同兴趣。

2. IUSS对土壤学科的新划分 部门2（D2）土壤性质与过程 2.1 土壤物理 2.2 土壤化学 2.3 土壤生物学 2.4 土壤矿物学 2.1 土壤物理 2.2 土壤化学 2.3 土壤生物学 2.4 土壤矿物学 是关于“怎样”（How）的问题，或者说它是我们学科的基础学科，强调对土壤基本过程的理解。

2. IUSS对土壤学科的新划分 部门3（D3）土壤利用与管理 3.1 土壤评价与土地利用规划 3.2 水土保持 3.3 土壤肥力与植物营养 3.1 土壤评价与土地利用规划 3.2 水土保持 3.3 土壤肥力与植物营养 3.4 土壤工程与技术 3.5 土壤退化防治与改良 是关于“为什么”（Why）的问题，说明土壤对我们社会的重要性。应用土壤学科的基础知识，去解决许多专业学会所共同关心的、亟待解决的社会、经济和环境挑战。这一部分可以视作学科的应用专业部门。

2. IUSS对土壤学科的新划分 部门4（D4）土壤在社会持续发展 与环境中的作用 4.1 土壤与环境 4.2 土壤、食品安全与人类健康 4.1 土壤与环境 4.2 土壤、食品安全与人类健康 4.3 土壤与土地利用变化 4.4 土壤教育与公众意识 4.5 土壤学的历史、哲学与社会学 土壤学的推广应用部门，传递和拓展我们的知识范畴到社会的其它领域，本部门将其它3个部门所研究出的成果与新科技成果相结合，致力于吸引公众意识到土壤学、教育、国际交流以及人类活动对土壤生态系统、政策、食品安全和学科历史的影响等。这个部门应该被视作“顶级”部门，因为它应整合我们的科学知识实体，使科学家、政策制定者以及那些不熟悉土壤学的专家们能更多地理解如何利用土壤这一地球表面最重要的自然资源。

3. 21世纪土壤学科发展展望 背景：在跨入21世纪后，社会的进步和经济的迅速发展，并没有迹象可以表明，围扰着整个世界的人口—粮食—资源—环境的连锁问题将会得到缓解。 需求与驱动力：在21世纪社会经济的发展对土壤学知识的需求，将会更加迫切和深入。土壤学科的发展，将在农业生产和生态环境保持需求下走向辉煌。 机遇与环境：土壤基础学科的发展也将会在生命科学和信息科学等新兴学科的带动下，迈上一个新台阶。

3. 21世纪土壤学科发展展望

3. 21世纪土壤学科发展展望 可持续农业发展对土壤学科的需求 环境质量保持和改善对土壤学科的需求 生命科学时代的土壤学 信息时代的土壤学 认识和描述复杂系统时代的土壤学

3. 21世纪土壤学科发展展望 可持续农业发展对土壤学科的需求 ——土壤资源开发与高效利用 --综合治理和高效利用，集约经营耕地土壤资源 --低度消耗土壤资源的节约型开发利用 ——提高土壤肥力，保持和提高土地的生产力 --不同生态系统中土壤肥力演变规律研究 --高度集约化条件下施肥制度的建立 --区域土壤养分消长规律及肥料需求预测 --植物营养元素在土壤中的化学行为及其有效性 ——农田土壤水调控与节水农业 --区域水文整治与农田水分调控 --土壤中水和溶质耦合运移

3. 21世纪土壤学科发展展望 环境质量保持和改善对土壤学科的需求 土壤退化的时空变化、形成机制和监控对策 土壤退化的时空变化 土壤退化的机理 土壤退化综合评价和治理模式 土壤生态与环境的改善、控制技术 土壤生态系统中物质循环机制模式 土壤生态系统中能量流及控制技术 提高农田生态系统功能

3. 21世纪土壤学科发展展望 环境质量保持和改善对土壤学科的需求 土壤环境保护及土壤大气、水环境的影响机制 土壤环境保护 土壤对大气环境的影响机制 土壤对水环境的影响机制 土壤环境中元素异常与人畜健康关系 转基因植物对土壤生态系统的影响

3. 21世纪土壤学科发展展望 生命科学时代的土壤学 揭开植物生活隐藏的另一半：土壤—根系微生态学 ----土壤—根系互作机制和产生的效应 根-土界面的物理、化学和生物学过程；不同生态条件下植物的根际效应特征；根系对水分、养分的吸收及调控机理；根际生物与作物根系相互作用机理；菌根在作物适应水分、养分胁迫中作用机理等。 ----土壤—根系微生态系统中土壤过程与水肥效应 土壤水分、养分和微生物的动态过程及其在水肥调控中的作用。具体内容包括：根系层土壤水分和溶质运移的动力学；土壤养分动态转化及其有效性；土壤水分、养分耦合效应及其调控；根际微生物特定种群的时空动态与作物水肥利用。

3. 21世纪土壤学科发展展望 生命科学时代的土壤学 土壤生物工程 ----土壤植物营养生物工程学 ----土壤微生物生物工程 生物工程技术在土壤学中的应用即土壤生物工程是土壤学与分子生物学的结合，使人们可以有的放矢地改良土壤生态系统，这一领域将是21世纪土壤学发展的生长点之一。 ----土壤植物营养生物工程学 ----土壤微生物生物工程 ----土壤资源生物工程

“Frontiers of Soil Science: Technology and the Information Age” 3. 21世纪土壤学科发展展望 信息时代的土壤学 信息技术的发展日新月异，已改造或加速改造着传统的行业，极大地促进了各学科的发展。土壤学科也已顺应了信息化潮流，信息技术在土壤学中应用越来越广泛，这将是21世纪土壤科学发展的重要的手段和支撑技术！！ 数字化：RS, GIS, GPS，SIS等 智能化：模型， 专家系统。 精确化：RS-GIS-GPS+模型，PA. 网络化：Internet,Intranet (教学、科 研、管理各方面） 2008年美国18届世界土壤学大会的主题： “Frontiers of Soil Science: Technology and the Information Age”

3. 21世纪土壤学科发展展望 信息时代的土壤学 精确化：RS-GIS-GPS+模型，PA 精确农业--高新技术的集成 因地制宜 因土制宜

3. 21世纪土壤学科发展展望 信息时代的土壤学 教育！ 教师？ 网络化：Internet,Intranet

3. 21世纪土壤学科发展展望 信息时代的土壤学 迎接信息时代，我国土壤学界的迫切任务 ----国家级土壤地理信息系统的建立 ----建立1∶100万土壤—土地数字化数据库（SOTER） ----区域尺度土地数字化数据库（SOTER）的建立

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 线性的思维方式以及把整体仅仅看作其部分之和的观点应被非线性思维方式取代，这已被许多著名的科学家视为21世纪科学发展的特征。 土壤系统具有高度的非线性和动态性特征，是已知的最为复杂的系统之一。土壤包含着难以数计的、多种多样的物理、化学和生物学现象，这使得土壤系统本身永远不可能处于静态、平衡的状态。如果要真正地了解土壤，就必须以非线性科学理论为指导，从微观（原子学）到宏观尺度（人类社会乃至全球）去认识和研究它。 土壤系统不仅值得我们去研究，而且作为一个代表性的复杂系统，这一科学研究领域可谓海阔天空。

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 土壤过程-- 复杂性

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 —土壤过程的 定量模型化 （一）土壤胶体的界面化学过程的定量研究 ：土壤胶体的界面化学行为已成为土壤学中的重大基础理论问题之一。具体研究内容包括土壤胶体表面结构、特性，特别是可变电荷的发生特点的定量描述；土壤中物质在不同界面上发生的化学反应过程及其转化和迁移的机制。

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 —土壤过程的 定量模型化 （二）土壤水分、溶质、气体、热运移与作物生长发育的耦合建模： 以土壤水分和养分迁移和转化模型和作物生长的耦合模型为主导，建立水、气、热及溶质耦合迁移转化综合模型；建立土壤水分、养分变动条件下对作物影响的长时效、不可逆、非线性整体行为的理论框架和模型。

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 —土壤过程的 定量模型化 （三）虚拟土壤--植物相互作用过程：应研究水分和养分胁迫条件下根/冠生长的三维模拟；建立虚拟典型农田环境的主要农作物生长的虚拟生长系统；在所建立的虚拟的作物—环境系统上对土壤--植物相互作用过程进行模拟分析，提出水肥调控的综合优化调控模式。

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 —土壤过程的 定量模型化 （四）区域土壤—植被—水文—土地利用相互作用过程的模拟：应建立在“3S”技术支持下，基于不同空间尺度的土壤—植被—水文—土地利用相互作用过程的模拟模型，在不同尺度区域上，对土地利用变化、土壤质量的动态、资源的高效利用和生态环境保护进行深入定量的研究，及时为不同层次的决策部门进行咨询服务和提供管理方案。

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 ———非线性数理理论和方法的应用 --地统计学 --分形数学 --混沌动力学等

3. 21世纪土壤学科发展展望 认识和描述复杂系统时代的土壤学 ———非线性数理理论和方法的应用 --地统计学 --分形数学 --混沌动力学等

土壤学及实验的基本内容 土壤学的基本内容和教学目的 土壤学实验的基本内容和教学目的 普通土壤学 土壤学实验

土壤学的教学目的 是农业资源与环境专业的核心课程 是农学、生物、地学、环境工程、气象、生态、土壤资源管理等专业的基础课 是农业院校里的一门大课，选课专业和人数都较多 应用于：植物营养与施肥、水土保护、环境生态建设、区域治理、资源利用与保护、农业持续发展

土壤学的基本内容 土壤组成和结构 土壤矿物质 土壤有机质 土壤生物 土壤水 土壤空气 和热状况 土壤质地和结构 土壤环境过程 土壤形成和发育 土壤的组成与结构 土壤环境过程 土壤管理和利用 土壤组成和结构 土壤矿物质 土壤有机质 土壤生物 土壤水 土壤空气 和热状况 土壤质地和结构 土壤环境过程 土壤形成和发育 土壤胶体化学 土壤酸碱性 氧化还原反应 土壤养分循环 土壤管理和保护 土壤分类和调查 土壤耕作和管理 土壤污染和防治 土壤退化与质量

土壤学实验的目的 加深学生对土壤知识的理解和认识 锻炼本专业学生的土壤分析技能 了解土壤理化性质，研究土壤问题

土壤学实验的基本内容 根据土壤学的内容和分支，土壤学实验大致可分为： 常规土壤分析实验 土壤物理实验 土壤化学实验 土壤生物实验

土壤学实验的基本内容 科学精神： 探索、求实、批判、协作 根据土壤总统实验测试的结果可分为： 定性土壤学实验：揭示土壤中的各种现 象，增强对土壤知识的感性认识 定量土壤学实验：测定土壤中各种成份的数量及土壤性质。 科学精神： 探索、求实、批判、协作

土壤常规分析实验 实验一 野外认地 实验二 室内各中岩石、矿物及其风化标本达到观察 实验三 室内土壤形态特征标本的观察 实验四 室内土壤质地手测法练习 实验五 田间土壤剖面的调察 实验六 土壤分析样品的采集与置备 实验七 土壤密度的测定 实验八 土壤容重的测定 实验九 土壤吸湿水含量的测定 实验十 萎蔫系数的测定 实验十一 土壤水分测定和田间验墒 实验十二 田间持水量的测定 实验十三 毛管持水量的测定 实验十四 几种土壤吸附性能的观察 实验十五 土壤有机质含量的测定 实验十六 土壤酸度的测定 实验十七 土壤全氮的测定

土壤常规分析实验 实验十八 土壤碱解解氮的测定 实验十九 土壤有效磷的测定 实验二十 土壤全磷的测定 实验二十一 土壤全钾的测定 实验十八 土壤碱解解氮的测定 实验十九 土壤有效磷的测定 实验二十 土壤全磷的测定 实验二十一 土壤全钾的测定 实验二十二 土壤水溶性盐分的测定 实验二十三 土壤有效硼和钼的测定 实验二十四 土壤中有效锌、锰、铁、铜的测定 实验二十五 土壤交换酸和石灰使用量的测定 实验二十六 土壤阳离子交换量的分析 实验二十七 土壤交换性盐基组成分析 实验二十八 土壤水溶性盐的分析 实验二十九 土壤碳酸钙和石膏的分析 实验三十 土壤氧化还原电位的测定

土壤物理实验 实验一 土壤的粒径分析 实验二 土壤的微团粒分析—吸管法 实验三 中子测水仪在田间的使用 实验四 张力计的组装和使用 实验一 土壤的粒径分析 实验二 土壤的微团粒分析—吸管法 实验三 中子测水仪在田间的使用 实验四 张力计的组装和使用 实验五 土壤水势及其分势 实验六 高基模势（低吸力）范围的土壤水分特征曲线测定 实验七 压力板（膜）法测定土壤水特征曲线 实验八 土壤饱和导水率的测定 实验九 土壤入渗速率的测定和层状土壤入渗现象的观察 实验十 土壤水再分布的观察 实验十一 土壤水扩散速率的测定 实验十二 土壤空气组成的测定 实验十三 土壤导热率、土壤比热、热扩散率的测定 实验十四 土壤通气性的测定 实验十五 土壤膨胀

土壤化学实验 实验一 土壤胶体的分离、制备与胶体现象的观察 实验二 粘土矿物制片与X射线衍射图谱的判读 实验三 土壤粘粒游离铁、铝氧化物的提取与测定 实验四 土壤粘粒中非晶形氧化物的提取与测定 实验五 土壤中非晶形氧化硅的测定 实验六 土壤粘粒针铁矿和赤铁矿的定量测定 实验七 土壤粘粒晶质氧化铁矿物鉴定与铝同晶替代的计算 实验八 土壤腐殖组成的测定 实验九 土壤比表面积的测定 实验十 土壤电荷量的测定（Mehlich法） 实验十一 土壤电荷零点（PZC）的测定 实验十二 土壤净电荷零点（PZNC）的测定 实验十三 土壤表面羟基释放量的测定 实验十四 土壤对磷的等温吸附 实验十五 土壤Zn2+吸附反应活化能的测定

土壤生物实验 土壤生物：土壤动物、植物、微生物 植物分析实验 土壤动物实验 土壤微生物实验 真菌菌落 交配中的蚯蚓 根瘤 土壤植物分析 植物样品的采集和制备 植物近似组成的分析 （水分,灰分,粗蛋白等） 植物组织的元素分析 （C,N,P,K,Ca,Mg,S,Si) 植物微量元素的分析 (Mn,Cu,Fe,B,Mo) 植物中糖类的分析 种子中含氮化合物分析 植物其他成分的测定 交配中的蚯蚓 根瘤

土壤学实验教学的现状与发展趋势 土壤学实验教学的现状： 实验经费不足 实验仪器老化 实验课时下降 开课实验数减少 滞后于学科研究的发展

土壤学实验的发展趋势 原点定位研究 非接触性分析 综合交叉研究 自动化程度提高

土壤学实验的发展趋势 原点定位研究 更真实地反映实际情况 减少取样和分析误差 适宜研究土壤的动态变化 用TDR（时域反射仪） 测定土壤水分

对土壤进行二维和三维微观的微观或宏观摄像 土壤学实验的发展趋势 非接触性分析方法 许多诞生于医学、航天科学和物理学领域的新技术被土壤研究者采用，其中以不破坏天然土壤结构而进行的非接触性测定技术最令人瞩目。 超声摄像技术 核磁共振成像或粒子感应 X-射线同步加速辐射技术 X-射线或伽玛射击线摄影技术 及ES、GPS、GIS组成的“3S”技术。 对土壤进行二维和三维微观的微观或宏观摄像 土 壤 化 学 土 壤 物 理

土壤学实验的发展趋势 综合化 从单因素研究 多因素的系统研究 从单学科研究 多学科的综合交叉 从点上研究 面上研究

土壤学实验发展趋势 农田土壤中N素循环研究

土壤学实验的发展趋势 自动化程度大幅提高 流动分析仪 气相色谱 液相色谱 自动定氮仪 ICP 土壤分析技术的进步是推动土壤学 科发展的动力之一。 ICP

土壤实验室的设计与建设 土壤学实验室的建设 教学实验室 要求：面积大（30m2左右），功能单一，常规仪器设备 优点：能确保教学正常进行。 缺点：仪器利用率低，经费较少，更新缓慢 房间：样品处理室，消化室、贮藏室、实验教室，标本室 仪器：常规仪器

土壤实验室的设计与建设 土壤学实验室的建设 教研综合实验室 要求：功能多，相互配套，跟踪发展，高效利用， 教学优先 优点：有科研支持，设备更新快，实验起点高 缺点：教学与科研在时间上易冲突，难以管理 房间：样品处理室，消化室、化学分析室、贮藏室 贵重仪器室、实验教室等 仪器：除常规设备外，有定氮仪、滴定仪、分光光度计 火焰光度计、 原子吸收仪、流动分析仪、 各种色谱仪、ICP等

土壤学实验设置 针对外专业：定性和定量实验向结合，主要帮助学生 理解和 掌握课堂讲解内容。 实验一、岩石、矿物、土壤标本以及土壤形态特征 理解和 掌握课堂讲解内容。 实验一、岩石、矿物、土壤标本以及土壤形态特征 的认识和观察 实验二、土壤质地手测法练习 实验三、土壤分析样品的采集与植被 实验四、土壤容重的测定 实验五、土壤含水量的测定 实验六、土壤机械组成的测定 实验七、土壤有机质的测定与分析 实验八、土壤pH值的测定

土壤学实验设置 针对本专业：在定性实验的基础上，增 加定量实验的数量，锻炼学生的土壤 分析技能，帮助其了解土壤发展状况。 实验数目和时数为外专业的1倍。 How to do?

土壤学及实验概述

土壤学实验 土壤样品的采集与制备 一、土壤的非均质性 土壤的非均质性给土壤样品的采集带来很大的困难。如果采样误差过大，任何精密的分析仪器和熟练的分析技术都变得毫无意义。

土壤样品的采集与制备 土壤的非均质性 影响土壤空间变异的因素： 自然因素：地形、母质、侵蚀、植被 人为因素：耕作、施肥、灌水等 土壤学实验 耕地和非耕地有效磷和有效钾变异系数比较

土壤样品的采集和制备 二、土壤样品的代表性 总体：是指一个从特定来源、具有相同性质的大量个体事物或现象的全体。理论上的抽象概念。 土壤学实验 样品：是由总体中随机抽取出来的一些个体组成。个体席间存在着变异。 样品和总体具有同质的“亲缘”联系。 “随机”和“等量”是决定样品代表性的重要条件。

土壤样品的采集和制备 三、混合土壤样品的采集 土壤学实验 采样方法：采样单元和采样路线 从理论上讲：每个混合样品的采样点数愈多，则样品的代表性越大。 实际要求：采样点和量最少，而样品的代表性较好。 方法种类：网格法、X形和S形采样。 网格法 X形采样 S形采样

土壤学实验 土壤样品的采集和制备 在一个采样单元中，如果用多个样品等量地均匀混合，组成一个“混合样品”，工作量可大大减少，而其测定值也可达到近似的代表性。 表2 20个样点的土壤及其混合土样中全铜 和锰的分析结果比较

土壤样品的采集和制备 土壤学实验 组成混合土样的样点数： 两个要求：1、要保证足够多的样点； 2、使采样误差控制与室内分析所允许的误差接近 故可根据各样点的变异系数和试验所要求的精密度计算出来： n=(cv/m)2 cv--变异系数，在土壤变异不大的地方，一般cv可用10~30%估计，对变异大的项目可达到50%左右。如速效钾和速效磷。 m— 实验所允许的最大误差 n—混合样拼应有的样点数，一般5-10点即可。

土壤样品的采集和制备 土壤学实验 注意事项： 1.采样点的分布要尽量地均匀和随机。 2.布点以S形较好，直线形或梅花形易产生系统误差。 3 每个采样点的取样深度及重量应近可能地一致，上下各层的量也应相同。取样时用力的大小、转动的方向以及插入土壤的角度也要尽可能一致。 4.每个混合样品的一般以取1公斤左右为宜。如果取样量太多，可用四分法淘汰。 取其中一份 1 4 2 3

土壤样品的采集和制备 特殊土样的采集 1、剖面土样的采集 土壤学实验 自下而上分层采集；取样部位一般选在各层最典型的中部。 2. 诊断土样的采集 在农田中，选择有各种特殊现象的范围作为采样单元，取10-30个样点，样点间距离随面积而定。同时取正常地段的土样作对比。 3. 养分动态土样的采集 如研究磷在土壤中的移动性，如磷肥是条状集中施肥，可将沿耕作方向的点合并成混合混合土样，而两侧横向上的点用以相互对比。 4. 盐分动态土样的采集 沿剖面垂直取样，或段取或点取，但都要考虑取样的时间和深度。

土壤样品的采集和制备 土壤样品的制备和储存 土壤学实验 新鲜土样 立即测定 要领及注意事项： 风干过程要防止污染；微 要使所有土壤全部过筛，切忌去粗留细。 杂质较多时应统计其比例； 目数的确定：1927年规定，通过2mm（10目）作物理分析，通过1mm（18目）作化学分析做全量分析时应过100目或60目或更细。 注意磨样器具的选择； 混匀后装瓶，内外双标签 或先泠冻 去除杂物 风干土样 磨细 过筛 贮存

土壤容重和孔隙度的测定 一、土壤中重的测定 土壤学实验 1、方法与原理 测定土壤容重的方法有：环刀法，蜡封法、水银排除法、填沙法、-射线法等。目前用的最多最经典的方法是环刀法。即用固定体积（100或50cm3的环刀切割原状土壤，烘干、称量后计算单位体积的烘干土重量。 2、主要仪器：环刀一套，小刀、天平、土铲、烘箱 环刀 用无缝钢管制成，一端有刀口。体积一般为100cm3,内径为5.04cm。高为5.01cm.

土壤容重和孔隙度的测定 土壤学实验 操作要领与注意事项： 4、结果计算 土壤容重（b）＝G干土/100 3、操作步骤： 整平地面或剖面 切忌把环刀打入土中过深； 碰到障碍物时，应拔出再做； 削平土柱要轻削慢刮； 表层土壤要5个重复，底层为3 个。 4、结果计算 土壤容重（b）＝G干土/100 容重单位：g/cm3 把环刀打入土中 挖出环刀 削平两端土柱 将土推入大铝盒 烘干、称量

土壤容重和孔隙度的测定 5、土壤空隙度的计算 土壤总孔度Pt（%）＝（1-b/ s)100 b—土壤容重（g/cm3) 土壤学实验 土壤容重和孔隙度的测定 5、土壤空隙度的计算 土壤总孔度Pt（%）＝（1-b/ s)100 b—土壤容重（g/cm3) s—土壤密度（g/cm3) 土壤毛管孔隙度Pm（%）＝Wm  b 土壤无效孔隙度（%）＝Pt- Pm

土壤学实验 土壤颗粒分析

土壤学实验 土壤颗粒分析 概念： 土壤质地—土壤中各种粒级矿质土粒的百分比组成。 土壤机械组成＝土壤质地 土壤颗粒分析 土壤质地测定

土壤学实验 土壤颗粒分析

土壤颗粒分析 土壤学实验 土壤颗粒分级：(mm) 直径 国际制 美国制 卡庆斯制 中国制 直径 国际制 美国制 卡庆斯制 中国制 石砾 >2 >2 > 1 >1 砂粒 2-0.02 2-0.05 1-0.05 1-0.05 粉粒 0.02-0.002 0.05-0.002 0.05-0.001 0.05-0.002 粘粒 〈0.002 〈0.002 〈0.001 〈0.002 物理性砂粒：1-0.01mm 物理性粘粒：〈0.01mm

土壤学实验 土壤颗粒分析 土壤质地分类制： 国际制；三级 美国制：三级 卡庆斯制：二级 中国制：二级

土壤学实验 土壤颗粒分析

土壤学实验 土壤颗粒分析

土壤学实验 土壤颗粒分析

土壤颗粒分析 土壤学实验 一、方法和原理 土壤颗粒分级和质地分类制： 国际制、美国制、卡庆斯基制、中国制 土壤颗粒分析的方法：比重计法和吸管法，其原理都是斯笃克斯（stocks）定律。 斯笃克斯定律：均匀分布在液体中的固定介质颗粒，在重力的作用下其沉降速度与其颗粒的半径成正比，而与液体的粘滞系数成反比。 当量粒径：

土壤学实验 土壤颗粒分析 吸管法： 测定原理：依据斯笃克斯定律，土壤悬液经充分搅拌后，各不同粒径的土粒在介质中是均匀分布的，土粒沉降一定时间后，在一定深度上，只存在小于某一粒径的土粒，只要在这一时刻和这个深度的液层中吸取一定量的悬液烘干、称重，便能计算出小于该粒径的土粒的含量。因而在给定的深度和不同的时间，便可以将不同粒级的土粒分离并计算出来。

土壤学实验 土壤颗粒分析 只要规定了吸液深度，便可根据司笃克斯公式求出各粒径的土粒在水中沉降至该深度所需的时间表：

土壤颗粒分析 土壤学实验 如计算在20℃时，直径D=0.05mm的土壤颗粒在水中沉降15cm时所需的时间。 设 土粒密度ds＝2.65 g/cm3 水的密度dw＝0.9982 g/cm3 重力加速度g=981 cm/s2 水的粘滞系数＝0.01005g/cm.s

土壤颗粒分析 土壤学实验 主要仪器： 吸管仪示意图： 1、吸管 仪 2、搅拌器 3、土壤筛 4、沉降筒 5、电热板 6、烘箱 7、水浴锅 8、秒表 8、温度计

土壤颗粒分析 土壤学实验 试剂： 1、0.5M NaOH溶液 2、0.5 M Na2C2O4 9、10%(V/V) HNO3 3、0.5 N (NAPO3)6 4、10%（V/V)HCl溶液 5、0.2N HCl 6、0.05 NHCl 7、6%H2O2 8、10%(V/V)NH4OH溶液 9、10%(V/V) HNO3 10、10%(V/V) 11、4%(NH4)2C2O4 12、5%AgNO3 13、异戊醇

土壤颗粒分析 土壤学实验 砾石处理 水煮 实验步骤： 一、样品处理 称样10g 3份 除去有机质 用H2O2氧化分解 脱钙 0.2N HCl 淋洗土样 直至无Ca2+ 淋失量的计算

土壤颗粒分析 土壤学实验 土样的分散 二、悬液的制备 如不需去有机质 酸性土壤： 加0.5NNaOH， 浸泡过夜 过筛0.25mm 石灰性土壤： 加0.5N (NaPO3)6 在电热板上加热 微沸1小时。 过筛0.25mm >0.25mm颗粒 定容 1升 烘干称重 1-0.25mm的% 吸液测定

土壤颗粒分析 土壤学实验 三、吸液测定： 吸管仪的调试 1、土粒直径的选取 直径 时间（t） 〈0.05 mm 45' ds=2.65 g/cm3, 深度＝10cm , 温度T=20℃ 悬液的搅拌 计时 吸液25ml 水浴蒸干 烘干称重计算

土壤颗粒分析 土壤学实验 四、结果计算 1、土壤吸湿水含量计算 2、洗失量 洗失重＝烘干样品重—洗除有机质和碳酸钙后烘干重 3、砾石重 4、小于1mm各级颗粒的含量 （1）1-0.25mm颗粒含量%

土壤颗粒分析 土壤学实验 小于0.25mm粒径的某颗粒的含量： 式中：W1—吸取小于某 粒 的径颗粒的重量（G) W—烘干样品重（g） V-吸管容积（ml） ＊分散剂的校正：只再最后一级粘粒含量%中减去。

土壤颗粒分析 土壤学实验 各粒级百分含量%： 〈1mm的各级颗粒的百分含量加上洗失量之和＝100%。对与砾质土壤则应包括砾石的烘干重计算。 0.05-0.01: 90.5-63.2=27.3% 0.01-0.005: 63.2-48.5=14.7% 0.005-0.001：48.5-29.1=19.4% 〈0.001 29.1-2.1=27.0% 0.25-0.05 ： 100.0-（0.5＋27.3+14.7+19.4+27.0+2.5） ＝8.6% 〈1mm的各级颗粒的百分含量加上洗失量之和＝100%。对与砾质土壤则应包括砾石的烘干重计算。 洗失量

土壤学实验 土壤颗粒分析 土壤颗粒分析结果登记表

土壤学实验 土壤颗粒分析 测定精度： 吸管法两次平行测定误差为： 粘粒〈1%， 粉粒 〈2%

土壤颗粒分析 比重计法简介： 土壤学实验 原理： 比重计法也是依据司笃克斯公式为依据，以特制的家种比重计（Bouyoucos鲍氏比重计）与不同的时间内测定L深度处的土壤悬液的密度，即可得到小于某粒级土粒的含量。 优点：仪器少，操作简单 缺点：精度不高。

土壤质地的手测法 土壤学实验 先看后摸，先干后湿，先砂后粘，先学后练。 方法原理： 根据不同质地的土壤塑性不同和手感不同及光泽的差异进行大致区分土壤的质地类别。 中国土壤质地的简化分类： 砂土 砂壤土 轻壤 中壤 重壤 粘土 实验步骤： 先看后摸，先干后湿，先砂后粘，先学后练。

土壤质地手测法 土壤学实验 各种质地手测法检测标准： 质地名称 判别特征 示意图 成球 成条 成环 成片 光泽 1、砂土      质地名称 判别特征 示意图 成球 成条 成环 成片 光泽 1、砂土      2、砂壤土  易断    3、轻壤土  裂纹  鳞状  4、中壤土    刮痕  5、重壤土   压裂  光亮 6、粘土    不裂  光亮

土壤学实验 土壤剖面的挖掘与观察 五、土壤剖面的挖掘与观察

土壤剖面的挖掘与观察 一、土壤剖面挖掘的原则和方法 土壤学实验 定义： 土壤的垂直分层性是土壤形成过程的反应。 土壤剖面：土壤各发生层次在垂直方向上的排列 而形成的切面。 土壤剖面的挖掘原则与方法： 地点的选择 挖掘地点要有代表性 田边、路边、沟边、 渠边、粪堆边等不要选。 大小 长1.5-2.0米，宽1米，深1-1.5或更深 观察面要向阳且上下垂直；

土壤学实验 土壤剖面的挖掘与观察 底土和表土和分开放； 坑的前方不要站人； 坑的后面要修成台阶式， 示意图

土壤学实验 土壤剖面的挖掘与观察 二、剖面形态特征的观察与描述 1、观察面的修正 修直、修平、修毛 2、形态特征的观察记录

土壤剖面的挖掘与观察 三、剖面土壤的采集和保存 1、分层取样 层次的划分 自下而上取样 中心部位取土 取样记录 内外双标签 土壤学实验 土壤剖面号： 采样地点： 土层深度： 采集人： 日期： 分析项目：

土壤剖面的挖掘与观察 2、整段土壤标本的置备 土壤学实验 制作方法： 活动木匣：一活动透明玻璃盖 A 一活动木盖 长100cm,宽20cm，厚10cm 步骤： 先将木匣两盖取下，将木框大入土壤剖面上，将一面削平盖上盖，然后再将另一面削平取下，涂上固定剂，盖上盖。 A B C

土壤学实验 土壤水分的测定

2010年北京市可供水量为34-41亿 m3,平水年将缺水11.82亿m3。 土壤学实验 土壤水分的测定 水资源紧缺 供需矛盾尖锐 2010年北京市可供水量为34-41亿 m3,平水年将缺水11.82亿m3。 密云水库: 总库容 43.75亿方, 供水量: 平水年 10亿方 官厅水库:总库容 41.6亿方, 供水量: 平水年 4.3亿方

土壤水分的测定 土壤学实验 一、土壤水的测定方法 土壤水的测定方法较多，目前普遍使用的有经典的烘干法，中子法和TDR法。 1、烘干法 目前国际上仍在沿用的标准方法。 先在田间按所需深度取样，放入铝盒，称重，放入烘箱在105-110℃下烘干，称重，即可计算出土壤含水量。 W1- 湿土＋盒重 W3—空盒 W2—干土 ＋盒重 快速烘干法：红外线、微波炉、酒精燃烧法等

土壤学实验 土壤水分的测定 2、中子法 快中子碰到氢原子变成慢中子，土壤含水量越多，产生的慢中子越多。

土壤水分的测定 土壤学实验 3、TDR法（Time-Domain-Reflectometry) 20世纪80年代初产生。 TDR的测定原理：将长度为L的波导棒插入土壤介质中，电磁脉冲信号从波导棒的始端传播到终端，由于波导棒终端处于开路状态，脉冲信号受反射又沿波导棒返回到始端。考察脉 冲输入到反射返回的时间以及反射时的脉冲幅度的衰减，即可计算土壤水盐含量。 土壤含水量与介电常数a的经验公式： V=-5.3×10-2+2.92×10-2a-5.5×10-4a2+4.3×10-6a3 优点：直接、快速、方便、可靠，测定结果几乎与土壤类 型、密度、温度等无关。同时应用与冻土水分含量的测定及土壤盐分的测定。

土壤学实验 土壤水分的测定

土壤水分的测定 土壤学实验 二、烘干法测定土壤水分的步骤 用土钻取样 用小刀刮去浮土 取土钻中部土20g 放入已知重量的铝盒 带回室内称重（3 个重复） 放在105℃烘箱中烘6小时 放干燥器中冷却称重 再烘3小时，称重，直至恒重〈0.03g 注：土壤含水量是以烘干土壤重为分母。

土壤有机质的测定 土壤学实验 一、实验目的 了解土壤有机质在土壤肥力上的重要作用。是经常要分析的项目之一，是评价土壤肥力的重要指标之一。 二、实验方法 测定土壤有机质的方法很多，有重量法，滴定法和比色法等，目前广泛采用的是铬酸氧化还原滴定法，又分为外热源法和稀释热法。后者操作比前者简便，但氧化不完全，且受室温的影响较大。 用铬酸氧化还原滴定法测定有机质，实际上测定的“可氧化碳”，所以要乘以一个系数，通常用“van memmelen”因数，即1.724,即假定土壤有机质的含碳量为58%。

土壤有机质的测定 土壤学实验 方法原理：铬酸氧化还原滴定—外热源法 2 Cr2O72-+ 3 C + 16 H+=4Cr3+ +3 CO2+8H2O 反应剩余的Cr2O72- ，以邻菲罗啉为指示剂，用Fe2+标准溶液滴定。 Cr2O72-+ ＋6Fe2+ +14H+ = 2Cr3+ +6Fe3+ +7H2O 外热源：磷酸浴或石蜡浴 或油浴 温度：170℃。 外热源法的氧化效率为90%，故测定的结果的校正系数为 1.1. 如果土壤中含有大量的Cl-和Fe2+存在时，会导致测定结果 偏高。要设法消除。

土壤有机质的测定 土壤学实验 三、试剂的配制 1、0.4 mol L-1 （1/6 k2Cr2O7-H2SO4 )溶液。 2、0.2 mol L-1 FeSO4标准溶液 3、邻菲罗啉指示剂 4、85%的工业磷酸 使用前要小心加热至180℃，逐出水分。

土壤有机质的测定 土壤学实验 四、操作步骤： 称取土壤＊ 结果计算 小心放入试管 兰绿变褐红色 0.4 N K2Cr2O7 10ml 加入氧化剂 FeSO4滴定 摇匀 加指示剂2 D 60-70毫升,酸度为2-3N 磷酸浴消煮 至250三角瓶 170℃ 保持沸腾5分 取出、冷却

土壤有机质的测定 土壤学实验 五、结果计算 a -空白标定时所用的FeSO4量 b- 土壤测定时所用的FeSO4量 CCr- 重铬酸钾溶液的浓度 VCr- 测定时加入的重铬酸钾溶液的总体积

土壤有机质的测定 土壤学实验 六、注意事项 1、称样量要恰当，如有75%以上的重铬酸钾被还原，需 要减少称样量，反应终了时，重铬酸钾的浓度数保持在 0.1N.，有机含量过高时，可用掺干净的石英稀释。 2、消煮时用磷酸浴较好，但要注意安全，防止飞溅。 3、消煮时间应从大量气泡产生时计时，计时要尽量准确； 4、消除Cl- 和Fe2- 的影响

土壤有机质的测定 土壤学实验 华北地区土壤有机质含量一般为0.6-1.5%， 不同等级土壤肥力的土壤有机质含量为： 高肥力 >2% 高肥力 >2% 上等 1.5-2% 中等 1.0-1.5% 低肥力 0.5-1.0% 薄沙地 〈0.5%

土壤学实验 土壤腐殖质的测定 土壤腐殖质的 分离、提取及各组分的测定

土壤腐殖质的测定 土壤学实验 一、实验的目的 腐殖质：经过微生物的作用，在土壤中新合成的一类高分子有机化合物。 本实验的目的是了解土壤腐殖质的提取及分组的过程，测定黄腐酸、褐腐酸的含量并对其主要性质进行观察、比较。 二主要的仪器与试剂 仪器： 恒温烘箱、恒温水浴锅、振荡机、离心机、油浴锅。 试剂：提取剂：0.1M NaOH 0.1M Na4P2O7+0.1MNaOH 快速提取剂 （1966,科诺诺娃等）

土壤学实验 土壤学实验 土壤腐殖质的提取、分组分析 三、操作步骤 （一）提取、分离、纯化流程

土壤学实验 土壤腐殖质的提取、分组分析 土壤学实验 三、操作步骤（接上页）

土壤学实验 土壤腐殖质的提取、分组分析 土壤学实验 三、实验步骤（接上页）

包括腐殖酸总量、胡敏酸、富里酸含量的测定 土壤学实验 土壤腐殖质的提取、分组分析 土壤学实验 （二）各组分含量的测定 包括腐殖酸总量、胡敏酸、富里酸含量的测定 吸取待测液x ml 80℃下水浴蒸干 铬酸氧化滴定测定

土壤学实验 土壤学实验 土壤全氮的测定 一、实验目的 土壤的氮素主要以有机氮的形式存在，占全氮的92—98% 土壤学实验 土壤全氮的测定 土壤学实验 一、实验目的 土壤的氮素主要以有机氮的形式存在，占全氮的92—98% 其次为无机态氮，主要以铵态氮和硝态氮的形式存在。 测定全氮的方法主要有：干烧法和湿烧法。干烧法是杜马（Dumas,1931)制定，又称杜氏法。经典的杜氏法操作繁琐，费时，在土壤分析中很少使用。湿烧法是丹麦人开道尔（J.Kjiedahl, 1883年）创设，又称开氏法。经过大量的改进，现为土壤农化分析中测定全氮的主要方法。 二、方法原理 样品的消煮 消煮液中铵的定量

NH4+ +OH- = NH3 + H2O （一）样品的消煮 土壤学实验 土壤学实验 土壤全氮的测定 土壤学实验 土壤全氮的测定 土壤学实验 （一）样品的消煮 C + 2H2SO4 ===== CO2 + 2SO2 +2H2O 温度：360-410℃之间，〈360℃，消煮不完全，过高逸失。 亚硝态氮如包括硝态氮和，应在样品消煮前，先用高锰酸钾 把亚硝态氮氧化成硝态氮，再用还原铁粉（或锌粒）将硝态氮还原成铵态氮。由于土壤中的硝态氮一般占土壤全氮数量很少，故一般忽略不计。 （二）蒸馏 NH4+ +OH- = NH3 + H2O NH3+ + H3BO3 = NH4+ + H2BO3 H+ + H2BO3- =H3BO3 催化剂

三、操作步骤 土壤学实验 土壤学实验 土壤全氮的测定 加10M的NaOH 5ml2%硼酸吸收 称样约1.0克 全部转移至蒸馏器 土壤学实验 土壤全氮的测定 三、操作步骤 加10M的NaOH 5ml2%硼酸吸收 称样约1.0克 全部转移至蒸馏器 馏出液至55毫升 送入开氏瓶底 用标准酸滴定 取下、冷却 加少量水湿润 加2g加速剂 再消煮1小时 由蓝绿变紫红 5ml浓硫酸摇匀 至灰白带绿 终点 小火加热15分 高温小心消煮

土壤学实验 土壤学实验 土壤全氮的测定 四、结果计算

五、注意事项 1、测定精度为 平行测定结果的相差： 土壤含氮量>0.1%时，<0.005% 土壤学实验 土壤学实验 土壤全氮的测定 五、注意事项 1、测定精度为 平行测定结果的相差： 土壤含氮量>0.1%时，<0.005% 0.1-0.6%时， <0.004% <0.06%时， <0.003%

2、称样量的决定 以保证消煮液中含1mg以上的氮素。 3、混合指示剂不宜放置时间过久。 4、消煮时开氏加热的部位不要超过液面。 土壤学实验 土壤学实验 土壤全氮的测定 五、注意事项 2、称样量的决定 以保证消煮液中含1mg以上的氮素。 3、混合指示剂不宜放置时间过久。 4、消煮时开氏加热的部位不要超过液面。 5、华北地区土壤氮素的参考值： 土壤氮素水平： 低 中 高 N% <0.05 0.05-0.08 >0.08