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第一节 土壤的组成和性质

一、土壤的组成 土壤是指地球陆地表面具有一定肥力且能生长植物的疏松表层。它是由岩石风化和母质的成土两种过程综合作用下形成的产物质。其本质属性是具有肥力，由固、液、气三相组成。

矿物质(质量占固相总质量的>90％) 土壤固相 (占容积的50％) 有机质和生物（质量占固相总质量的1％～10％） 土 壤 土壤液相 空隙 土壤气相 土壤溶液和空气占土壤总体积的50％，且二者之间经常处于彼此消长的状态。

1、土壤矿物 原生矿物sprimary minerals􀂾 岩石受物理风化，化学组成和结晶构造都未改变。􀂾 主要有：石英、长石类、云母类、辉石和角闪石。􀂾 土壤中1-0.001mm的砂和粉砂几乎全部是原生矿物。 四类最重要的原生矿物：磷酸盐类、氧化物类、硫化物类、 硅酸盐类（占岩浆岩质量的80％以上）。 次生矿物secondary minerals􀂾 由原生矿物经化学风化形成。􀂾 化学风化的三个历程：氧化、水解和酸性水解。􀂾 分为三类：简单盐类——原生矿物化学风化的最终产物 三氧化物——硅酸盐矿物彻底风化后的产物 次生铝硅酸盐类——伊利石、蒙脱石、高岭石

H+ + Si原子半径 0.39埃 H+ H+ H+

硅氧四面体片tetrahedral sheet H+ H+ 公用底角氧原子

H+ H+ H+ 铝氢氧八面体 中心孔径0.58埃 Al离子半径0.57埃 H+ H+ H+ 化学结 构式 [AlO6H6] -3

铝氢氧八面体片 公用上下两层氧原子形成片

结晶构造示意图 高岭石 伊利石 蒙脱石

2、土壤有机质 土壤有机质：土壤中含碳有机化合物的总称。 非腐殖质：如蛋白质、糖、有机酸等，占10%-15% 。 腐殖质：占85%-90%。包括：富里酸、胡敏酸、胡敏素。其中，富里酸溶于稀酸稀碱；胡敏酸只溶于稀碱，不溶于稀酸；胡敏素不被碱液提取。 鸡粪、甘蔗增甜、掏大粪种菜

3、土壤水分 主要来源于大气降水、灌溉和地下水，土壤水分并非纯水，实际上是土壤中各种成分和污染物溶解形成的溶液，即土壤溶液。

土壤溶液的重要意义早已被人们所认识 1933年Joffe就将土壤溶液比喻成“土体的血液循环”。 土壤溶液是土壤与环境间物质交换的载体，是物质迁移与运动的基础，也是植物根系获取养分最基本的途径。由于土壤溶液与土壤固相构成了一动态平衡体系，因此，土壤溶液的组成在一定程度上反映了发生在土壤中的各种反应。

4、土壤空气 与大气基本相似，主要成分：O2、N2、CO2 几点差异 不连续体系 （土壤是相互隔 离的多孔介质） 含量差异：由于 微生物和植物活 动CO2含量比空气 中高，O2低于 空气中的 与大气基本相似，主要成分：O2、N2、CO2 几点差异 有还原性气体 和污染物CH4、 H2、H2S、NH3 更高的湿度， 水蒸气的含 量比大气 中高得多

5、土壤分层 土壤的剖面分层

淋溶（leaching ）：是指污染物和营养物资随渗透水在土壤中沿土壤垂直剖面向下的运动，是污染物和营养物资在水 —土壤颗粒之间吸附—解吸或分配的一种综合行为。 淋溶层：是指由于淋溶作用使物质下移所经过的土层，也可称过滤层，是土壤中生物最活跃的一层，有机质大部分在这一层。

A：淋溶层 B：沉积层 C：母质层 正常厚度土壤层 薄层土壤层 薄层土壤层 草地 沼地

二 、粒级分组与质地分组

1、土壤粒级分组 1)、土壤矿物质的粒级划分

2)、各粒级的主要矿物成分和理化性质 不同粒径土粒的化学组成（%） 粒级不同，其化学成分有较大的差异。较细粒级中，钙、镁、磷、钾等元素含量增加。 不同粒径土粒的化学组成（%）

2、土壤质地分组 土壤的机械组成（mechanical composition)：土壤是由粗细不等的土壤颗粒物组成的，这种粗细不等的土粒按不同比例组合称为土壤的机械组成，又称为土壤质地（soil texture）。

国际制土壤质地分类 质地分类 各级土粒质量分数/％ 类 别 质地名称 黏粒 (<0.002mm) 粉沙砾 (0.002~0.02mm) 类 别 质地名称 黏粒 (<0.002mm) 粉沙砾 (0.002~0.02mm) 沙砾 (0.02~2mm) 砂土类 砂土及壤质砂土 0~15 85~100 壤土类 砂质壤土 壤土 粉砂质壤土 0~45 35~45 45~100 55~85 40~55 0~55 黏壤土类 砂质黏壤土 黏壤土 粉砂质黏壤土 15~25 0~30 20~45 45~85 30~55 0~40 黏土类 砂质黏土 壤质黏土 粉砂质黏土 黏土 重黏土 25~45 45~65 65~100 0~20 45~75 0~35 55~75 10~55 沙土适合种西瓜、水蜜桃

三、土壤吸附性 1、土壤胶体 (1)特性： 土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物。 具有较大的比 表面和表面能 电性：呈现双 电层 凝聚性和分散性

双电层结构及 扩散双电层模型

2、土壤胶体的离子交换吸附 （1）定义：土壤胶体双电层的扩散层中，补偿离子可 以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等 价交换，称为离子交换。 （2）阳离子交换吸附

5）盐基饱和度=交换性盐基总量/阳离子交换量×100% 1）特点 受等价交换和质量作用定律支配􀂾 可逆反应 反应迅速，能迅速达到平衡 2）阳离子交换能力的强弱与电荷数和离子半径有关 Fe3+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+􀂾 3）可交换阳离子是由致酸离子(H+、Al3+)和盐基离子(Na+、K+、Ca2+)组成的。􀂾 4）阳离子交换量（CEC）：在一定的pH条件下，每kg干土中所含全部阳离子总量，其大小与土壤胶体的种类、特性有关。 5）盐基饱和度=交换性盐基总量/阳离子交换量×100%

定义：带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。 （3）阴离子交换吸附 定义：带正电荷的胶体所吸附的阴离子与溶液中阴离子的交换作用。 阴离子可与胶体微粒(如酸性条件下带正电荷的含水氧化铁、铝)或溶液中阳离子(Ca2+、Al3+、Fe3+)形成难溶性沉淀而被吸附。 由于Cl一、NO3一、NO2一等离子不被或很少被土壤吸附。各种阴离子被土壤胶体吸附的顺序如下：F一>草酸根>柠檬酸根>PO43一≥AsO43一≥硅酸根>HCO3一>H2BO3一>CH3COO一>SCN一>SO42一>Cl一>NO3一。

四、土壤的酸碱性 我国土壤pH一般在4—9之间，以长江为界，长江以南为酸性和强酸性，长江以北的多为中性或碱性，少数为强碱性。

土壤酸碱性对植物的影响 喜酸植物：杜鹃属、越桔属、茶花属、杉木、松树、橡胶树、帚石兰 喜盐碱植物：柽柳、沙枣、枸杞等

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1、土壤酸度 根据土壤中H+的存在方式可分为： （1）活性酸度（有效酸度，pH）土壤溶液中H+浓 度的直接反映。 􀁺CO2→H2CO3􀁺 有机物质分解→有机酸􀁺 土壤中矿物质氧化→无机酸􀁺 施用的无机肥料中残留的无机酸􀁺 大气酸沉降

（2）潜性酸度：来源于处于吸附态的H+、Al3+ 仅有盐基不饱和土壤才具有潜性酸度􀁺 主要来源于(Al3+)􀁺 分类：代换性酸度和水解酸度

土壤活性铝 在强酸性土壤中含铝多，生活在这类土壤上的植物往往耐铝甚至喜铝（帚石兰、茶树）； 但对于一些植物来说，铝是有毒性的，如三叶草、紫花苜蓿，土壤中富铝时生长受抑制； 研究表明铝中毒是人工林地力衰退的一个重要原因。

（3）活性酸度与潜性酸度的关系 同一平衡体系的不同表现形式􀁺 两者可以相互转化，并在一定条件 下处于暂时的平衡态􀁺 潜性酸度是活性酸度的储备

2、土壤碱度soil alkalinity 1）盐基离子CO32-和HCO3-的水解起主导作用，所以碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和称为总碱度。 2）吸附的Na+、K+、Mg2+达到一定饱和度时，会引起交换型阳离子水解作用，导致诸如NaOH等出现，使土壤呈现碱性。

3、土壤的缓冲性能 soil buffering (1)土壤溶液的缓冲作用 H2CO3、H3PO4、H4SiO4 、腐殖酸及其他有机弱酸及其盐类，构成一个良好的缓冲体系，对酸碱具有缓冲作用。两性物质，如：氨基酸，胡敏酸

土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能越强 (2) 土壤胶体的缓冲作用 土壤胶体吸附各种盐基离子和氢离子分别对酸和碱起缓冲作用 土壤胶体的数量和盐基代换量越大，土壤的缓冲性能越强

由R.K.Schofield提出的模型（条件：pH<5) (3)铝离子对碱的缓冲作用 OH- 3+ 由R.K.Schofield提出的模型（条件：pH<5) OH-

五、土壤的氧化还原性能 主要氧化剂：土壤中氧气、少量的NO3—和高价金属离子，如Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)、Ti(Ⅳ)、V(V)等； 主要还原剂：土壤有机质以及厌氧条件下形成的分解产物和低价金属离子等。

土壤氧化还原能力的大小可以用土壤的氧化还原 电位（Eh）来衡量，其值是以氧化态物质与还原 态物质的相对浓度比为依据的。

一般旱地土壤的Eh为400 ～ 700mV，水田的Eh为-200～ 300mV。