第 2章 土壤的基本物质组成
? 2.1 土壤矿物质与岩石的风化
? 岩石风化形成的矿物质颗粒统称为 土壤矿物质 (soil
mineral matter)。
? 2.1.1 岩石 (rock)的风化
? 2.1.1.1 地壳的元素组成
? 地壳的成分极其复杂，几乎包括绝大多数已知元素，
但以 氧、硅、铝、铁 四种元素为主。
? 2.1.1.2 主要成土矿物、岩石
? 自然界的矿物岩石经风化作用及外力搬运形成母质
（ parent material),母质经成土作用形成土壤。
? 岩石是一种或数种矿物的集合体。根据其成因可分
为三类,
? （ 1）岩浆岩（ magmatic rock)：由岩浆冷凝而成。
? （ 2）沉积岩 (sedimentary rock)：由各种先成的岩
石经风化、搬运、沉积、重新固结而成或由生物遗
体堆积而成的岩石称为沉积岩。
? （ 3）变质岩 (metamorphic rock)：在高温高压下岩
石中的矿物发生重新结晶或结晶定向排列而形成的
岩石称为变质岩。
? 2.1.1.3 岩石的风化
? 风化 (weathering)是指岩石、矿物在外界因素和内部
因素的共同作用下，逐渐发生崩解和分解的过程。
? （ 1）物理风化 (physical weathering)
? （ 2）化学风化 (chemical weathering)
? （ 3）生物风化 (biological weathering)
? 2.1.1.4 母质的类型及分布规律
? （ 1）残积物 (residual deposit) （ 2）坡积物 (slop
deposit) （ 3）洪积物 (diluvial deposit) （ 4）冲积物
(alluvial deposit) （ 5）湖积物 (lacustrine deposit)
（ 6）海积物 (marine deposit) （ 7）风积物
(aerolian deposit) （ 8）黄土 (loess) （ 9）红土
(quaternary red clay)
? 2.1.2 土壤的矿物组成和化学组成
? 2.1.2.1 土壤矿物
? （ 1） 原生矿物 (primary mineral),在风化过程中没
有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物称为原
生矿物。
? （ 2） 次生矿物 (secondary mineral),原生矿物在风
化和成土作用下，新形成的矿物称为次生矿物。
? 2.1.2.2 土壤矿物质的化学组成
? 土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中
所有的元素。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、
钾、钛、碳等 10种元素占土壤矿物质总量的 99%以
上，这些元素中以氧、硅、铝、铁四种元素含量最
多。
? 2.1.3 土壤的机械组成
? 2.1.3.1 土壤粒级
? 土壤粒级分类 土粒分级一般是将土粒分为石砾、砂
粒、粉砂粒和粘粒四级。
? (1)国际制土粒分级
(2) 前苏联制土粒分级（又称卡庆斯基制）是以粒径
1mm为土粒的上限,以粒径小于 0.001mm为土粒的下
限。
? (3) 我国制土粒分级
各粒级的组成
? (1) 矿物组成
? 由于岩石中的各种矿物抵抗风化的强弱不同，造
成各粒级土粒的矿物组成有较大的差别。
? 砂粒和粉砂粒主要是由各种原生矿物组成；粘粒
部分主要由次生矿物组成。
? (2) 化学组成
? 砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，
二氧化硅含量较高；粘粒中，则以次生硅酸盐矿物
为主，铁、钾、钙、镁等的含量较多。
? 2.1.3.2 土壤质地 (soil texture)
? 土壤中各粒级土粒含量 (质量 )百分率的组合,叫做 土
壤质地 (或称土壤颗粒组成、土壤机械组成 ),
? 土壤质地分类, 根据土壤中各粒级含量的百分率进
行的土壤分类,叫做土壤 质地分类,
? (1) 国际制土壤质地分类, 按砂粒、粉粒、粘粒三种
粒级所占百分数划分为 4类 12种。
? （ 2）前苏联土壤质地分类,
? 根据物理性粘粒和物理性砂粒的含量，把土壤质地
分为三类九种,
? (3) 我国制土壤质地分类, 将土壤分为 3大组成 12种质
地名称。
? 2.1.3.3 土壤质地与肥力的关系
? 土壤质地常常是土壤通气、透水、保水、保肥、供肥、
保温、导温和耕性等的决定性因素。
? （ 1）砂土类 (sand soil),
? a、粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内部
排水通畅，不易积聚还原性有害物质,
? b、矿物成分主要是石英，含养分少，要多施有机肥
料；
? c、通气性好；
? d、含水量低，热容量较小；
? e、松散易耕，缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀、
板结、闭气。
? （ 2）粘土类 (clay soil),
? a、粒间孔隙小，多为极细毛管孔隙和无效孔隙，通气
透水性差，内部排水慢，易受渍害和积累还原性有毒物
质；
? b、粘土一般含养分较丰富，特别是钾、钙、镁等含量
较多；
? c、粘土保肥力强、含水量多、热容量较大，升温慢降
温也慢，昼夜温差小；
? d、粘土干时紧实坚硬，温时泥烂，耕作费力，宜耕期
短。
? (3) 壤土类 (loam soil),
? 这类土壤由于砂粘适中，兼有砂土类、粘土类的优点，
消除了砂土类和粘土类的缺点，是农业生产上质地比较
理想的土壤。
? 2.1.3.4 不同质地土壤的利用
各种作物因其生物学特性上的差异，加之对
耕作和栽培措施的要求也不完全一样，所以它
们所需要的最适宜的土壤条件就可能不同。其
中土壤质地就是重要的条件之一。
? 2.1.3.5 土壤质地的改良
? (1) 增施有机肥料
? (2) 掺砂掺粘、客土调剂
? （ 3）翻淤压砂、翻砂压淤
? （ 4）引洪放淤、引洪漫沙
? （ 5） 根据不同质地采用不同的耕作管理措施
? 2.2 土壤生物与土壤有机质
? 2.2.1 土壤生物 (soil organisms)
? 生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生物。
? 2.2.1.1 土壤微生物 (soil microorganisms)
? 土壤微生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类和原生
动物等五个类群。其中，细菌数量最多，放线菌、
真菌次之，藻类和原生动物数量最少。
? （ 1）细菌 (bacteria)
? （ 2）放线菌 (actinomycetes)
? （ 3）真菌 (fungi)
? （ 4）藻类 (algae)
? （ 5）原生动物 (protozoon)
? 2.2.1.2 土壤动物
? 每公顷的土壤中约含有几百千克的各种动物,其中占
优势的类群是蚯蚓、线虫、昆虫、蚂蚁、蜗牛等。
? （ 1）蚯蚓 (earthworm)
? （ 2）线虫 (nematode)
? （ 3）其它土壤动物：螨类、蚂蚁、蜗牛、啮齿类动物、
其实昆虫等。
? 2.2.2 土壤有机质 (soil organic matter)
? 土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质。
? 2.2.2.1 土壤有机质的来源及存在形态
? （ 1）新鲜有机质
? （ 2）半分解的有机质
? （ 3）腐殖质
? 2.2.2.2 土壤有机质的组成和性质
? （ 1）糖类化合物
? （ 2）纤维素和半纤维素
? （ 3）木质素
? （ 4）含氮化合物
? （ 5）脂肪、树脂、蜡质和单宁
? 2.2.2.3 土壤有机质的转化过程
? （ 1）有机质的矿化过程 (mineralization process)
? 有机质的矿化过程 是指有机质在微生物作用下，分
解为简单无机化合物的过程，其最终产物为 CO2、
H2O等，而 N,P,S等以矿质盐类释放出来，同时放
出热量，为植物和微生物提供养分和能量。
? ① 糖类化合物的转化
? ② 含氮有机物的转化：水解作用； 氨化作用； 硝
化作用
? ③ 含磷、含硫有机化合物的转化
? （ 2）土壤有机质的腐殖化过程 (humification
process)
? 有机质的腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程 。
? 2.2.2.4 腐殖质的组成和性质
? （ 1）腐殖质的组成
? 胡敏酸（褐腐酸）、富里酸（黄腐酸）和胡敏素
（黑腐素）。
? （ 2）腐殖质在土壤中存在的形态
? ① 游离状态的腐殖质；②与盐基化合成稳定的盐类；
③与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体；④与粘粒
结合成胶质复合体。
? （ 3） 腐殖质分子结构
? （ 4）腐殖质具有带电性
? （ 5）腐殖质的吸水性
? （ 6）腐殖质的稳定性
? 2.2.2.5 影响土壤有机质转化的因素
? （ 1）有机质的碳氮比和物理状态
? 有机质的碳氮比 是指有机物中碳素总量和氮素总量
的比例。
? 通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为
腐殖质（干重）的克数，称为 腐殖化系数 。
? （ 2）土壤水、热状况
? （ 3）土壤通气状况
? （ 4）土壤酸碱性
? 2.2.2.6 土壤有机质对土壤肥力的作用
? （ 1）土壤养分的主要来源
? （ 2）改善土壤物理性质
? （ 3）提高土壤的保肥性
? （ 4）促进作物生长发育
? （ 5）有助于消除土壤的污染
? 2.3 土壤水分
? 2.3.1 土壤水分的保持
? 2.3.2 土壤水分的类型和性质
? 2.3.2.1 土壤吸湿水
? 固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气和土
壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子或多
分子层，称为 土壤吸湿水 (soil hygroscopic water)。
? 吸湿水的特点：水分子呈定向紧密排列、密度
1.2~2.4g/cm3、无溶解能力、不能以液态水自由移动，
也不能被植物吸收。
? 吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做 最大
吸湿量 。
? 2.3.2.1 膜状水 (soil film water)
? 吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，
在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为 膜状水 。
? 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时
的土壤含水量就称为 凋萎系数 。
? 当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为 最大分子
持水量 。
? 2.3.2.3 土壤毛管水 (soil capillary water)
? 靠毛管力保持在土壤孔隙中水分称为土壤 毛管水 。
? 毛管水的特点：这种水可以在土壤中上下左右移动、
具有溶解养分的能力、作物可以吸收利用。
? 毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和
土壤结构状况。
? 根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为,
? 毛管支持水 (soil capillary supporting water)和 毛管
悬着水 (soil capillary suspending water)
? 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为 田间持
水量 (field water holding capacity)。
? 田间持水量的变化范围：砂土为,160~220g/kg；
壤土为,220~300 g/kg；粘土为,280~350 g/kg。
? 2.3.2.4 土壤重力水 (soil gravitational water)
? 土壤重力水 是指土壤水分含量超过田间持水量之后，
过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿
着大孔隙向下渗漏成为多余的水。
? 土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为 土壤全蓄
水量或饱和持水量 。
? 2.3.3 土壤水分含量的表示方法
? 2.3.3.1 土壤质量含水量 (mass water content of soil)
? 土壤质量含水量 是指土壤中保持的水分质量占土壤
质量的分数,单位 g/kg (也曾用 %表示 )。
? θ m=[(m1-m2)/m2]× 1000
? 式中 θ m为土壤质量含水量（ g/kg）,m1为湿土质量
（ g）,m2为干土质量（ g）。
? 2.3.3.2 土壤容积含水量 (volumetric water content of
soil)
? 土壤容积含水量 是指土壤水分容积与土壤容积之比，
常用 θ v表示单位为 cm3/cm3。
? θ v（ %） = （土壤水分容积 /土壤容积） × 100
? 2.3.3.2 土壤相对含水量 (relative water content of soil)
? 在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤
田间持水量的百分数作为相对含水量来表示土壤水分
的多少。
? 土壤相对含水量 = （土壤含水量 /土壤田间持水量）
× 100%
? 2.3.3.4 水层厚度
? 这是指一定深度（ mm）土层中水分总量相当于若
干水层厚度（ mm）。
? 水层厚度 (mm)=土壤质量含水量 %× 土壤容重 × 土
层深度 (mm）
? 2.3.4 土壤水分的能态
? 土壤中所保持的水分与自由水不同，它不但受到
各种吸力（分子力、毛管力等）的作用，而且还含
有一定的溶质，因此在同样的条件下，土壤水分的
能量比自由水低。
? 2.3.4.1 土水势 (soil water potential)
? 土水势 表示土壤水分在土 -水平衡体系中所具有的能
态。它是指将单位水量从一个土 -水系统移到温度和
它完全相同的纯水池时所做的功。常用（ Ψ） 来表
示。土水势主要由以下几个分势组成,
? 基质势（ matric potential)（ Ψm）,它是指将单位
水量从一个平衡的土 -水体系移动到另一个没有土壤
基质，而其它状态完全相同的水池时所做的功。基
质势在非饱和情况下为负值。
? 压力势 (pressure potential) （ Ψp）,它是指将单位
水量从一个土 -水体系移动到另一个压力不同，而温
度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做
的功。压力势一般为正值。
? 溶质势 (osmotic potential) （ Ψs）,它是指将单位
水量从一个平衡的土 -水体系移动到另一个没有溶质
而其它状态均相同的水池时所做的功。溶质势一般
为负值。
? 重力势 (gravitation potential) （ Ψg）,它是指由
于重力场位置不同于参比状态水平面而引起的势能
变化。
? 2.3.4.2 土壤水吸力 (soil water suction)
? 土壤水吸力 是指土壤水承受一定吸力的情况下所处
的能态。土壤水吸力在数量上与土壤水负压力相等，
通常简称为土壤吸力。
? 2.3.4.3 土壤水分特征曲线 (soil water characteristic
curve)
? 土壤水分特征曲线又称土壤持水曲线。 它是指土壤
水的基质势或土壤水吸力与含量水量的关系曲线。
? 2.3.5 土壤水分状况与作物生长
? 2.3.5.1 作物对土壤水分的需求
? (1) 水分是作物的重要组成部分
? (2) 土壤水分是影响作物出苗率的重要因素
? (3) 作物不同生育期对土壤水分的要求不同
? 若某一生育期土壤缺水,对作物产量影响最为
严重,这一时期称为 需水临界期 。
? 2.3.5.2 土壤水分影响作物对养分的吸收
? 土壤水分状况直接影响作物对养分的吸收，
土壤中有机养分的分解矿化离不开水分，施入
土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分
离子向根系表面迁移，以及作物根系对养分的
吸收都必须通过水分介质来实现。
? 2.4 土壤空气
? 土壤空气是土壤的重要组成,也是土壤的肥力因素之一。
? 2.4.1 土壤空气的组成
? 土壤组成的特点如下,
? （ 1）土壤空气中的二氧化碳含量比大气高十至数百
倍；
? （ 2）土壤空气中氧的含量低；
? （ 3）土壤空气中的相对湿度比大气高；
? （ 4）土壤空气中有时含有还原性气体；
? （ 5）土壤空气数量和组成经常处于变化之中。
? 2.4.2 土壤通气性 (soil aeration)
? 土壤通气性又称土壤透气性,是指土壤空气与近
地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散
和流动的性能。 土壤通气性产生的机制主要有以
下两方面,
? 2.4.2.1 土壤空气扩散 (soil air diffusion)
? 土壤空气扩散 是指某种气体成分由于其分压梯度
与大气不同而产生的移动。其原理服从气体扩散公
式,F = -D·dc/dx
? 式中,F是单位时间气体扩散通过单位面积的
数量； dc/dx是气体浓度梯度或气体分压梯度； D
是扩散系数，负号表示其从气体分压高处向低处扩
散。
? 由上式可知，气体分压梯度是引起土壤空气扩散的
主要动力 。
? 土壤空气与大气间通过气体扩散作用不断地进行着气体交换，使土壤空气得到更新，此过程也称为
土壤呼吸（ soil respiration)。
? 2.4.2.2 土壤空气整体交换 (soil air exchange)
? 土壤空气整体交换也称土壤气体的整体流动,是指
由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而引起
的气体交换,是土体内、外部分气体的整体相互流动。
? 土壤空气的整体交换常受温度、气压、刮风、降
雨或灌溉水的影响。
? 2.4.3 土壤通气状况与作物生长
? 2.4.3.1 土壤通气状况对种子萌发的影响
? 2.4.3.2 土壤通气性对作物根系生长及其吸收水肥功
能的影响
? 2.5 土壤热量
? 2.5.1 土壤热量来源与平衡
? 2.5.1.1 土壤热量来源
? (1) 太阳辐射能 (2) 生物热 (3) 地热
? 2.5.1.2 土壤热量平衡
? 土壤热量平衡是指土壤热量的收支情况。
? 土壤热量平衡可用下式表示,Q = E - Q1 - Q2 - Q3
? 式中,Q为用于土壤增温的热量； E为土壤表面
获得的太阳辐射能； Q1为地面辐射所损失的热量；
Q2为土壤水分蒸发所消耗的热量； Q3为其它方面消
耗的热量。
? 2.5.2 土壤的热特性
? 2.5.2.1 土壤热容量
? 土壤热容量 是指单位容积或单位质量的土壤在温度
升高或降低 1℃ 时所吸收或放出的热量。可分为容积
热容量和质量热容量。
? 容积热容量 是指每 1 cm3土壤 升,降 1℃ 时需要吸收
或释放的热量，用 Cv 表示，单位为 J/(cm3.K)；
质量热容量 也称比热，是指每 1克土壤 升,降温 1℃,
所需吸收或释放的热量，用 C 表示，单位为
J/(g.K)。两者之间的关系式为,Cv = c× ρ （式中
ρ 为土壤容重）。
? 土壤热容量的大小主要受土壤的三相组成影响。
? 2.5.2.2 土壤导热率 (soil thermal conductivity)
? 土壤导热率 是评价土壤传导热量快慢的指标，它
是指在面积为 1m2、相距 1m的两截面上温度相差 1度
（ K）时，每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。
其单位为 J/（ m·K ·s）。
? 土壤的三相组成中，空气的导热率最小，矿物质
的导热率最大，为土壤空气的 100倍，水的导热率介
于两者之间。
? 2.5.2.3 土壤导温率 (soil temperature conductivity)
? 土壤导温率 又称土壤导热系数或热扩散率。它是
指在标准状况下，当土层在垂直方向上每厘米距离内
有 1J的温度梯度，每秒钟流入断面面积为 1m2的热量，
使单位体积（ 1m3）土壤所发生的温度变化。
? 土壤导温率的计算公式为,K=λ /CV
? 式中 K为土壤导温率； λ 为导热率； CV为土壤容积热容量。
? 土壤导温率与导热率呈正相关，与热容量呈负相关。
? 2.5.3 土壤温度与作物生长
? 2.5.3.1 土壤温度与种子萌发
? 2.5.3.2 土壤温度与作物根系生长
? 2.5.3.3 土壤温度与作物营养生长和生殖生长
? 2.5.3.4 土壤温度影响养分转化与吸收
? 2.6 土壤水、气、热的调节与氧化还原性
? 2.6.1 土壤水、气、热的调节
? 2.6.1.1 土壤水分的调节
? (1) 土壤水分平衡 是指在一定时间和一定容积内,
土壤水的收入和支出平衡,
? ① 计算作物日耗水量
? ② 确定灌溉时间
? （ 2）土壤水分调节
? ① 控制地表径流，增加土壤水分入渗
? ② 减少土壤水分蒸发
? ③ 合理灌溉
? ④ 提高土壤水分对作物的有效性
? ⑤ 多余水的排除
? 2.6.1.2 土壤空气调节
? 2.6.1.3 土壤温度调节
? （ 1）合理耕作与施用有机肥
? （ 2）以水调温
? （ 3）覆盖与遮荫
? 2.6.2 土壤氧化还原性质
? 2.6.2.1 土壤氧化还原体系
? 2.6.2.2 土壤氧化还原电位
? 土壤氧化还原电位可用下式表示,
][
][lo g59
0 还原态
氧化态
nEE h ??
? 旱地土壤的 Eh值多在 400~700mV之间，大于
700mV，表明土壤通气过强； Eh值低于
200mV，则土壤通气不良。
? 水田土壤的 Eh值变化较大，正常值低于
200~300mV，长期积水的水稻土可降至
100mV甚至下降到负值。
? 土壤养分的转化也与 Eh值有蜜切的关系。
? 2.1 土壤矿物质与岩石的风化
? 岩石风化形成的矿物质颗粒统称为 土壤矿物质 (soil
mineral matter)。
? 2.1.1 岩石 (rock)的风化
? 2.1.1.1 地壳的元素组成
? 地壳的成分极其复杂，几乎包括绝大多数已知元素，
但以 氧、硅、铝、铁 四种元素为主。
? 2.1.1.2 主要成土矿物、岩石
? 自然界的矿物岩石经风化作用及外力搬运形成母质
（ parent material),母质经成土作用形成土壤。
? 岩石是一种或数种矿物的集合体。根据其成因可分
为三类,
? （ 1）岩浆岩（ magmatic rock)：由岩浆冷凝而成。
? （ 2）沉积岩 (sedimentary rock)：由各种先成的岩
石经风化、搬运、沉积、重新固结而成或由生物遗
体堆积而成的岩石称为沉积岩。
? （ 3）变质岩 (metamorphic rock)：在高温高压下岩
石中的矿物发生重新结晶或结晶定向排列而形成的
岩石称为变质岩。
? 2.1.1.3 岩石的风化
? 风化 (weathering)是指岩石、矿物在外界因素和内部
因素的共同作用下，逐渐发生崩解和分解的过程。
? （ 1）物理风化 (physical weathering)
? （ 2）化学风化 (chemical weathering)
? （ 3）生物风化 (biological weathering)
? 2.1.1.4 母质的类型及分布规律
? （ 1）残积物 (residual deposit) （ 2）坡积物 (slop
deposit) （ 3）洪积物 (diluvial deposit) （ 4）冲积物
(alluvial deposit) （ 5）湖积物 (lacustrine deposit)
（ 6）海积物 (marine deposit) （ 7）风积物
(aerolian deposit) （ 8）黄土 (loess) （ 9）红土
(quaternary red clay)
? 2.1.2 土壤的矿物组成和化学组成
? 2.1.2.1 土壤矿物
? （ 1） 原生矿物 (primary mineral),在风化过程中没
有改变化学组成而遗留在土壤中的一类矿物称为原
生矿物。
? （ 2） 次生矿物 (secondary mineral),原生矿物在风
化和成土作用下，新形成的矿物称为次生矿物。
? 2.1.2.2 土壤矿物质的化学组成
? 土壤矿物质的化学组成很复杂，几乎包括地壳中
所有的元素。其中氧、硅、铝、铁、钙、镁、钠、
钾、钛、碳等 10种元素占土壤矿物质总量的 99%以
上，这些元素中以氧、硅、铝、铁四种元素含量最
多。
? 2.1.3 土壤的机械组成
? 2.1.3.1 土壤粒级
? 土壤粒级分类 土粒分级一般是将土粒分为石砾、砂
粒、粉砂粒和粘粒四级。
? (1)国际制土粒分级
(2) 前苏联制土粒分级（又称卡庆斯基制）是以粒径
1mm为土粒的上限,以粒径小于 0.001mm为土粒的下
限。
? (3) 我国制土粒分级
各粒级的组成
? (1) 矿物组成
? 由于岩石中的各种矿物抵抗风化的强弱不同，造
成各粒级土粒的矿物组成有较大的差别。
? 砂粒和粉砂粒主要是由各种原生矿物组成；粘粒
部分主要由次生矿物组成。
? (2) 化学组成
? 砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，
二氧化硅含量较高；粘粒中，则以次生硅酸盐矿物
为主，铁、钾、钙、镁等的含量较多。
? 2.1.3.2 土壤质地 (soil texture)
? 土壤中各粒级土粒含量 (质量 )百分率的组合,叫做 土
壤质地 (或称土壤颗粒组成、土壤机械组成 ),
? 土壤质地分类, 根据土壤中各粒级含量的百分率进
行的土壤分类,叫做土壤 质地分类,
? (1) 国际制土壤质地分类, 按砂粒、粉粒、粘粒三种
粒级所占百分数划分为 4类 12种。
? （ 2）前苏联土壤质地分类,
? 根据物理性粘粒和物理性砂粒的含量，把土壤质地
分为三类九种,
? (3) 我国制土壤质地分类, 将土壤分为 3大组成 12种质
地名称。
? 2.1.3.3 土壤质地与肥力的关系
? 土壤质地常常是土壤通气、透水、保水、保肥、供肥、
保温、导温和耕性等的决定性因素。
? （ 1）砂土类 (sand soil),
? a、粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内部
排水通畅，不易积聚还原性有害物质,
? b、矿物成分主要是石英，含养分少，要多施有机肥
料；
? c、通气性好；
? d、含水量低，热容量较小；
? e、松散易耕，缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀、
板结、闭气。
? （ 2）粘土类 (clay soil),
? a、粒间孔隙小，多为极细毛管孔隙和无效孔隙，通气
透水性差，内部排水慢，易受渍害和积累还原性有毒物
质；
? b、粘土一般含养分较丰富，特别是钾、钙、镁等含量
较多；
? c、粘土保肥力强、含水量多、热容量较大，升温慢降
温也慢，昼夜温差小；
? d、粘土干时紧实坚硬，温时泥烂，耕作费力，宜耕期
短。
? (3) 壤土类 (loam soil),
? 这类土壤由于砂粘适中，兼有砂土类、粘土类的优点，
消除了砂土类和粘土类的缺点，是农业生产上质地比较
理想的土壤。
? 2.1.3.4 不同质地土壤的利用
各种作物因其生物学特性上的差异，加之对
耕作和栽培措施的要求也不完全一样，所以它
们所需要的最适宜的土壤条件就可能不同。其
中土壤质地就是重要的条件之一。
? 2.1.3.5 土壤质地的改良
? (1) 增施有机肥料
? (2) 掺砂掺粘、客土调剂
? （ 3）翻淤压砂、翻砂压淤
? （ 4）引洪放淤、引洪漫沙
? （ 5） 根据不同质地采用不同的耕作管理措施
? 2.2 土壤生物与土壤有机质
? 2.2.1 土壤生物 (soil organisms)
? 生活在土壤中的生物包括动物、植物和微生物。
? 2.2.1.1 土壤微生物 (soil microorganisms)
? 土壤微生物包括细菌、真菌、放线菌、藻类和原生
动物等五个类群。其中，细菌数量最多，放线菌、
真菌次之，藻类和原生动物数量最少。
? （ 1）细菌 (bacteria)
? （ 2）放线菌 (actinomycetes)
? （ 3）真菌 (fungi)
? （ 4）藻类 (algae)
? （ 5）原生动物 (protozoon)
? 2.2.1.2 土壤动物
? 每公顷的土壤中约含有几百千克的各种动物,其中占
优势的类群是蚯蚓、线虫、昆虫、蚂蚁、蜗牛等。
? （ 1）蚯蚓 (earthworm)
? （ 2）线虫 (nematode)
? （ 3）其它土壤动物：螨类、蚂蚁、蜗牛、啮齿类动物、
其实昆虫等。
? 2.2.2 土壤有机质 (soil organic matter)
? 土壤有机质泛指土壤中来源于生命的物质。
? 2.2.2.1 土壤有机质的来源及存在形态
? （ 1）新鲜有机质
? （ 2）半分解的有机质
? （ 3）腐殖质
? 2.2.2.2 土壤有机质的组成和性质
? （ 1）糖类化合物
? （ 2）纤维素和半纤维素
? （ 3）木质素
? （ 4）含氮化合物
? （ 5）脂肪、树脂、蜡质和单宁
? 2.2.2.3 土壤有机质的转化过程
? （ 1）有机质的矿化过程 (mineralization process)
? 有机质的矿化过程 是指有机质在微生物作用下，分
解为简单无机化合物的过程，其最终产物为 CO2、
H2O等，而 N,P,S等以矿质盐类释放出来，同时放
出热量，为植物和微生物提供养分和能量。
? ① 糖类化合物的转化
? ② 含氮有机物的转化：水解作用； 氨化作用； 硝
化作用
? ③ 含磷、含硫有机化合物的转化
? （ 2）土壤有机质的腐殖化过程 (humification
process)
? 有机质的腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程 。
? 2.2.2.4 腐殖质的组成和性质
? （ 1）腐殖质的组成
? 胡敏酸（褐腐酸）、富里酸（黄腐酸）和胡敏素
（黑腐素）。
? （ 2）腐殖质在土壤中存在的形态
? ① 游离状态的腐殖质；②与盐基化合成稳定的盐类；
③与含水三氧化物化合成复杂的凝胶体；④与粘粒
结合成胶质复合体。
? （ 3） 腐殖质分子结构
? （ 4）腐殖质具有带电性
? （ 5）腐殖质的吸水性
? （ 6）腐殖质的稳定性
? 2.2.2.5 影响土壤有机质转化的因素
? （ 1）有机质的碳氮比和物理状态
? 有机质的碳氮比 是指有机物中碳素总量和氮素总量
的比例。
? 通常把每克干重的有机质经过一年分解后转化为
腐殖质（干重）的克数，称为 腐殖化系数 。
? （ 2）土壤水、热状况
? （ 3）土壤通气状况
? （ 4）土壤酸碱性
? 2.2.2.6 土壤有机质对土壤肥力的作用
? （ 1）土壤养分的主要来源
? （ 2）改善土壤物理性质
? （ 3）提高土壤的保肥性
? （ 4）促进作物生长发育
? （ 5）有助于消除土壤的污染
? 2.3 土壤水分
? 2.3.1 土壤水分的保持
? 2.3.2 土壤水分的类型和性质
? 2.3.2.1 土壤吸湿水
? 固相土粒靠其表面的分子引力和静电引力从大气和土
壤空气中吸附气态水，附着于土粒表面成单分子或多
分子层，称为 土壤吸湿水 (soil hygroscopic water)。
? 吸湿水的特点：水分子呈定向紧密排列、密度
1.2~2.4g/cm3、无溶解能力、不能以液态水自由移动，
也不能被植物吸收。
? 吸湿水达到最大值，此时的土壤吸湿水量就叫做 最大
吸湿量 。
? 2.3.2.1 膜状水 (soil film water)
? 吸湿水达到最大后，土粒还有剩余的引力吸附液态水，
在吸湿水的外围形成一层水膜，这种水分称为 膜状水 。
? 作物无法从土壤中吸收水分而呈现永久凋萎，此时
的土壤含水量就称为 凋萎系数 。
? 当膜状水达到最大厚度时的土壤含水量称为 最大分子
持水量 。
? 2.3.2.3 土壤毛管水 (soil capillary water)
? 靠毛管力保持在土壤孔隙中水分称为土壤 毛管水 。
? 毛管水的特点：这种水可以在土壤中上下左右移动、
具有溶解养分的能力、作物可以吸收利用。
? 毛管水的数量主要取决于土壤质地、腐殖质含量和
土壤结构状况。
? 根据土层中毛管水与地下水有无连接，通常将毛管水分为,
? 毛管支持水 (soil capillary supporting water)和 毛管
悬着水 (soil capillary suspending water)
? 毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为 田间持
水量 (field water holding capacity)。
? 田间持水量的变化范围：砂土为,160~220g/kg；
壤土为,220~300 g/kg；粘土为,280~350 g/kg。
? 2.3.2.4 土壤重力水 (soil gravitational water)
? 土壤重力水 是指土壤水分含量超过田间持水量之后，
过量的水分不能被毛管吸持，而在重力的作用下沿
着大孔隙向下渗漏成为多余的水。
? 土壤所有孔隙都充满水分时的含水量称为 土壤全蓄
水量或饱和持水量 。
? 2.3.3 土壤水分含量的表示方法
? 2.3.3.1 土壤质量含水量 (mass water content of soil)
? 土壤质量含水量 是指土壤中保持的水分质量占土壤
质量的分数,单位 g/kg (也曾用 %表示 )。
? θ m=[(m1-m2)/m2]× 1000
? 式中 θ m为土壤质量含水量（ g/kg）,m1为湿土质量
（ g）,m2为干土质量（ g）。
? 2.3.3.2 土壤容积含水量 (volumetric water content of
soil)
? 土壤容积含水量 是指土壤水分容积与土壤容积之比，
常用 θ v表示单位为 cm3/cm3。
? θ v（ %） = （土壤水分容积 /土壤容积） × 100
? 2.3.3.2 土壤相对含水量 (relative water content of soil)
? 在生产实际中常以某一时刻土壤含水量占该土壤
田间持水量的百分数作为相对含水量来表示土壤水分
的多少。
? 土壤相对含水量 = （土壤含水量 /土壤田间持水量）
× 100%
? 2.3.3.4 水层厚度
? 这是指一定深度（ mm）土层中水分总量相当于若
干水层厚度（ mm）。
? 水层厚度 (mm)=土壤质量含水量 %× 土壤容重 × 土
层深度 (mm）
? 2.3.4 土壤水分的能态
? 土壤中所保持的水分与自由水不同，它不但受到
各种吸力（分子力、毛管力等）的作用，而且还含
有一定的溶质，因此在同样的条件下，土壤水分的
能量比自由水低。
? 2.3.4.1 土水势 (soil water potential)
? 土水势 表示土壤水分在土 -水平衡体系中所具有的能
态。它是指将单位水量从一个土 -水系统移到温度和
它完全相同的纯水池时所做的功。常用（ Ψ） 来表
示。土水势主要由以下几个分势组成,
? 基质势（ matric potential)（ Ψm）,它是指将单位
水量从一个平衡的土 -水体系移动到另一个没有土壤
基质，而其它状态完全相同的水池时所做的功。基
质势在非饱和情况下为负值。
? 压力势 (pressure potential) （ Ψp）,它是指将单位
水量从一个土 -水体系移动到另一个压力不同，而温
度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做
的功。压力势一般为正值。
? 溶质势 (osmotic potential) （ Ψs）,它是指将单位
水量从一个平衡的土 -水体系移动到另一个没有溶质
而其它状态均相同的水池时所做的功。溶质势一般
为负值。
? 重力势 (gravitation potential) （ Ψg）,它是指由
于重力场位置不同于参比状态水平面而引起的势能
变化。
? 2.3.4.2 土壤水吸力 (soil water suction)
? 土壤水吸力 是指土壤水承受一定吸力的情况下所处
的能态。土壤水吸力在数量上与土壤水负压力相等，
通常简称为土壤吸力。
? 2.3.4.3 土壤水分特征曲线 (soil water characteristic
curve)
? 土壤水分特征曲线又称土壤持水曲线。 它是指土壤
水的基质势或土壤水吸力与含量水量的关系曲线。
? 2.3.5 土壤水分状况与作物生长
? 2.3.5.1 作物对土壤水分的需求
? (1) 水分是作物的重要组成部分
? (2) 土壤水分是影响作物出苗率的重要因素
? (3) 作物不同生育期对土壤水分的要求不同
? 若某一生育期土壤缺水,对作物产量影响最为
严重,这一时期称为 需水临界期 。
? 2.3.5.2 土壤水分影响作物对养分的吸收
? 土壤水分状况直接影响作物对养分的吸收，
土壤中有机养分的分解矿化离不开水分，施入
土壤中的化学肥料只有在水中才能溶解，养分
离子向根系表面迁移，以及作物根系对养分的
吸收都必须通过水分介质来实现。
? 2.4 土壤空气
? 土壤空气是土壤的重要组成,也是土壤的肥力因素之一。
? 2.4.1 土壤空气的组成
? 土壤组成的特点如下,
? （ 1）土壤空气中的二氧化碳含量比大气高十至数百
倍；
? （ 2）土壤空气中氧的含量低；
? （ 3）土壤空气中的相对湿度比大气高；
? （ 4）土壤空气中有时含有还原性气体；
? （ 5）土壤空气数量和组成经常处于变化之中。
? 2.4.2 土壤通气性 (soil aeration)
? 土壤通气性又称土壤透气性,是指土壤空气与近
地层大气进行气体交换以及土体内部允许气体扩散
和流动的性能。 土壤通气性产生的机制主要有以
下两方面,
? 2.4.2.1 土壤空气扩散 (soil air diffusion)
? 土壤空气扩散 是指某种气体成分由于其分压梯度
与大气不同而产生的移动。其原理服从气体扩散公
式,F = -D·dc/dx
? 式中,F是单位时间气体扩散通过单位面积的
数量； dc/dx是气体浓度梯度或气体分压梯度； D
是扩散系数，负号表示其从气体分压高处向低处扩
散。
? 由上式可知，气体分压梯度是引起土壤空气扩散的
主要动力 。
? 土壤空气与大气间通过气体扩散作用不断地进行着气体交换，使土壤空气得到更新，此过程也称为
土壤呼吸（ soil respiration)。
? 2.4.2.2 土壤空气整体交换 (soil air exchange)
? 土壤空气整体交换也称土壤气体的整体流动,是指
由于土壤空气与大气之间存在总的压力梯度而引起
的气体交换,是土体内、外部分气体的整体相互流动。
? 土壤空气的整体交换常受温度、气压、刮风、降
雨或灌溉水的影响。
? 2.4.3 土壤通气状况与作物生长
? 2.4.3.1 土壤通气状况对种子萌发的影响
? 2.4.3.2 土壤通气性对作物根系生长及其吸收水肥功
能的影响
? 2.5 土壤热量
? 2.5.1 土壤热量来源与平衡
? 2.5.1.1 土壤热量来源
? (1) 太阳辐射能 (2) 生物热 (3) 地热
? 2.5.1.2 土壤热量平衡
? 土壤热量平衡是指土壤热量的收支情况。
? 土壤热量平衡可用下式表示,Q = E - Q1 - Q2 - Q3
? 式中,Q为用于土壤增温的热量； E为土壤表面
获得的太阳辐射能； Q1为地面辐射所损失的热量；
Q2为土壤水分蒸发所消耗的热量； Q3为其它方面消
耗的热量。
? 2.5.2 土壤的热特性
? 2.5.2.1 土壤热容量
? 土壤热容量 是指单位容积或单位质量的土壤在温度
升高或降低 1℃ 时所吸收或放出的热量。可分为容积
热容量和质量热容量。
? 容积热容量 是指每 1 cm3土壤 升,降 1℃ 时需要吸收
或释放的热量，用 Cv 表示，单位为 J/(cm3.K)；
质量热容量 也称比热，是指每 1克土壤 升,降温 1℃,
所需吸收或释放的热量，用 C 表示，单位为
J/(g.K)。两者之间的关系式为,Cv = c× ρ （式中
ρ 为土壤容重）。
? 土壤热容量的大小主要受土壤的三相组成影响。
? 2.5.2.2 土壤导热率 (soil thermal conductivity)
? 土壤导热率 是评价土壤传导热量快慢的指标，它
是指在面积为 1m2、相距 1m的两截面上温度相差 1度
（ K）时，每秒中所通过该单元土体的热量焦耳数。
其单位为 J/（ m·K ·s）。
? 土壤的三相组成中，空气的导热率最小，矿物质
的导热率最大，为土壤空气的 100倍，水的导热率介
于两者之间。
? 2.5.2.3 土壤导温率 (soil temperature conductivity)
? 土壤导温率 又称土壤导热系数或热扩散率。它是
指在标准状况下，当土层在垂直方向上每厘米距离内
有 1J的温度梯度，每秒钟流入断面面积为 1m2的热量，
使单位体积（ 1m3）土壤所发生的温度变化。
? 土壤导温率的计算公式为,K=λ /CV
? 式中 K为土壤导温率； λ 为导热率； CV为土壤容积热容量。
? 土壤导温率与导热率呈正相关，与热容量呈负相关。
? 2.5.3 土壤温度与作物生长
? 2.5.3.1 土壤温度与种子萌发
? 2.5.3.2 土壤温度与作物根系生长
? 2.5.3.3 土壤温度与作物营养生长和生殖生长
? 2.5.3.4 土壤温度影响养分转化与吸收
? 2.6 土壤水、气、热的调节与氧化还原性
? 2.6.1 土壤水、气、热的调节
? 2.6.1.1 土壤水分的调节
? (1) 土壤水分平衡 是指在一定时间和一定容积内,
土壤水的收入和支出平衡,
? ① 计算作物日耗水量
? ② 确定灌溉时间
? （ 2）土壤水分调节
? ① 控制地表径流，增加土壤水分入渗
? ② 减少土壤水分蒸发
? ③ 合理灌溉
? ④ 提高土壤水分对作物的有效性
? ⑤ 多余水的排除
? 2.6.1.2 土壤空气调节
? 2.6.1.3 土壤温度调节
? （ 1）合理耕作与施用有机肥
? （ 2）以水调温
? （ 3）覆盖与遮荫
? 2.6.2 土壤氧化还原性质
? 2.6.2.1 土壤氧化还原体系
? 2.6.2.2 土壤氧化还原电位
? 土壤氧化还原电位可用下式表示,
][
][lo g59
0 还原态
氧化态
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? 旱地土壤的 Eh值多在 400~700mV之间，大于
700mV，表明土壤通气过强； Eh值低于
200mV，则土壤通气不良。
? 水田土壤的 Eh值变化较大，正常值低于
200~300mV，长期积水的水稻土可降至
100mV甚至下降到负值。
? 土壤养分的转化也与 Eh值有蜜切的关系。
