1 《土壤地理学》电子教案 第3章土壤流体组成及其诊断特性 3.1 土壤空气及其运动 3.2 土壤热量状况 3.3 土壤水分及其特性 3.4 土壤分散系及其特征 3.5 土壤肥力与生态环境功能 思考题与个案分析 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 2 教学重点 1. 掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性 2. 了解土壤空气及其运动、掌握土壤热量状况 3. 认识土壤水类型、土水势及土壤水分状况 4. 理解土壤分散系及其中物质转化过程 5. 掌握土壤肥力与生态环境功能 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 3 关键词 土壤空气(soil air) 土壤通透性(soil permeability) 土壤水(soil water) 土水势(soil water potential) 土壤酸度(soil acidity) 土壤胶体(soil colloid) 土壤温度状况(soil temperature regime) 土壤水分状况(soil water regime) 土壤肥力因子(soil fertility factor) 土壤生态系统功能(function of soil ecosystem) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 4 知识结构 3.1 土壤空气及其运动 3.2 土壤热量状况 3.3 土壤水分及特性 3.4 土壤分散系及特征 3.5 土壤生态环境功能 认识土壤流体组成 了解土壤空气、土壤 水运动特征，土壤水 热状况 熟悉土壤分散系、粒 子转化、土壤生态环 境功能及其调控 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 5 土壤空气是土壤的重要组成成分，它 和土壤水分共同存在于土壤孔隙之中，是 影响土壤肥力与土壤自净能力的因素之 一。土壤空气的组成与大气层中空气的组 成有明显的不同，如表3-1所示。 3.1 土壤空气及其运动 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 6 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 7 土壤中不断进行的动植物呼吸作用和 微生物对有机质物的生物化学分解作用，使 得土壤空气中O2不断消耗和CO2逐渐累积， 其结果是土壤空气中O2、CO2浓度与近地层 大气中O2、CO2浓度之间差异的扩大，这样 必然引起O2、CO2气体分子扩散的发生，如 图3-1所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 8 图3-1 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 9 土壤热量状况是土壤的重要物理性状之 一。影响土壤热量状况的主要因素有：① 土壤吸收的净热量；②使土壤温度变化所 需热量；③土壤水相态转化及其扩散所需 热量；④土壤物质迁移转化所消耗或释放 的热量，如表3-2、3-3所示。 3.2 土壤热量状况 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 10 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 11 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 12 太阳辐射能是土壤热量最主要的来源， 地球表层土壤表面能量平衡模式，如图3-2 所示。一般来说表土年均温高于当地年均 气温值。与同时期的气温相比，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，如图3-3所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 13图3-2 地球表层能量平衡模式图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 14图3-3 亚热带地区裸露粉壤质土壤温度日变化图 式(据Scott H D，2000) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 15 由于土壤温度状况差异巨大，故美国土 壤系统分类将土壤温度状况划分为6大类， 如表3-4。该方案已被许多国家的土壤科学 研究者所采用。中国土壤科学家参照上述划 分方案，并考虑中国土壤形成的环境条件， 制定了中国土壤土壤温度状况划分体系，如 表3-5所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 16 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 17 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 18 水分是土壤的重要组成部分之一，土壤 水分含量对土壤形成发育过程及肥力水平高 低都有重要的影响作用。土壤水分状况及其 运动规律是土壤地理学、资源环境科学的重 要研究内容之一。全球水循环模式与土壤水 分类型，如图3-4、3-5、3-6和表3-6所示。 3.3 土壤水分及其特性 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 19 图3-4 全球水分循环示意图 (据BotkinD B, 1998) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 20 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 21 图 3-5 土壤水分有效性综合示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 22 图3-6 不同质地土壤的有效水分含量图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 23 土水势(soil water potential)是指单位水量 从一平衡的土-水系统移动到与它同温度而处 于参比状态的水池时所作的功。土水势包括： 基质势(matrix potential)、压力势(pressure potential)、渗透势(osmaticpotential)、重力势 (gravitational potential)、总水势(soil water potential)。土壤-植物-大气的水分运移动态系 统(soil-plant-air contiunm, SPAC) ，如图3-7 所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 24 图 3- 7S PA C 系 统 中 水 分 运 移 过 程 模 式 图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 25 土壤水分状况(soil moisture regimes) 不仅影响土壤中物质能量的迁移转化过 程，还影响土壤形成发育的方向和性质。 根据成土环境及土壤特征，可以将土壤水 分状况划分为以下类型：①淋溶型与周期 淋溶型；②非淋溶型；③渗出型；④停滞 型；⑤冻结型。另外，全球土壤水分状况 还具有明显的季节性变化，如图3-8所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 26 图3-8 全球土壤水分状况季节性变化图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 27 3.4土壤分散系及其特征 土壤是由多相态物质如固相物质、液 相物质、气相物质及生命体构成的复杂综 合体。当某种土壤物质微粒子分布在土壤 液态水之中，就构成了土壤分散系。它包 括土壤溶液、土壤胶体和土壤浊液。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 28 土壤胶体对土壤养分元素、污染物的 迁移转化有重要作用，这种作用与土壤胶 体类型及其性质密切相关，土壤胶体均具 有双电层结构，如图3-9所示。土壤胶体可 分为三种类型： ①土壤矿质胶体； ②有机胶体； ③有机-无机复合胶体。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 29图3-9 土壤胶体结构示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 30 土壤溶液(soil solution)是土壤水分及其 所含气体、溶质的总称。分析土壤溶液组 成、特性及其中化学过程，是土壤地理 学、环境科学研究的重要内容。土壤溶液 的溶质主要包括：①无机盐类；②简单有 机物；③溶解性气体。土壤溶液中溶质成 分具有巨大的时空差异性，它与许多因素 存在相互作用，如图3-10~14所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 31图3-10 土壤溶液及其影响因素作用模式 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 32图3-11 土壤酸碱状况、形成及其对植物的影响示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 33 图3-12 土壤系统中氢离子收支平衡图式 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 34 图3-13 不同pH值土壤中酸根离子及阳离子组成图式 (据Miller R W, 2001) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 35图3-14 土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关图式 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 36 土壤对酸碱的缓冲性能是指土壤系统 具有的抵抗因外界因子作用引起的酸碱剧 烈变化的性能。 氧化还原过程对土壤形成发育有重要作 用，土壤之中存在有多种氧化-还原体系， 如表3-7所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 37 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 38 3.5土壤的生态环境功能 根据同学们的实际观察，并结合图3-15 试简述土壤的生态环境功能。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 39图3-15土壤在陆地生态系统中的功能示意图 （据Brady，2000） PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 40 土壤肥力是指土壤为植物正常生长发 育提供并协调营养物质和环境条件的能 力。它是土壤的综合属性和基本功能。土 壤中植物养分、水热的输入、输出与储存 之间的相互作用，是土壤肥力的核心所 在，如图3-16~3-18所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 41图3-16 土壤-植物系统养分循环模型 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 42图3-17 植物-土壤系统离子平衡一般模型 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 43 图3-18 土壤系统的水分运移模型 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 44 土壤肥力包括土壤营养因素和土壤环 境条件两个方面。由于土壤环境条件范围 相当广泛，这两者之间并无严格区别。土 壤肥力因素状态都是与土壤的组成成分、 土体构型、土壤结构，以及土壤生态系统 紧密联系的，如图3-19所示。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 45 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 46 思考题与个案分析 1. 试阐述土壤呼吸过程的机制，并指出土壤呼 吸与生物呼吸的差异何在。 2. 为什么说阳离子交换量和盐基饱和度不但是 土壤供肥、保肥、稳肥的重要指标，也是土壤 发生和分类的重要指标。 3. 土壤酸度的表示方法及土壤呈现酸碱性的原因。 4. 土壤缓冲作用及其形成原因和意义。 5. 土壤氧化还原反应发生的原因及其意义，并讨论渍 水过程的性质及其对土壤的重要性。 6. 从系统观点分析土壤肥力各因子间的关系。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 47 7. 土壤水分类型及重要水分常数的意义。 8. 土壤微生物在土壤中作用。 9. 回想你过去一周的活动，并列举出你直接或间接 地与土壤相互作用的活动。 10. 据有关资料：【中国国土面积为960×104km2， 2000 年人口为12.9533亿人(未包含台湾省及香港 特别行政区人口)；美国国土面积为937 ×104km2 km2，2000年人口达到2.7639亿人。但中国可耕 地面积少于美国】。结合你所学知识及相关资料 试分析中国土壤肥力与美国土壤肥力的状况。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com