页数：53页文件大小：10.81 MB来源： 土壤地理学ppt课件
本章聚焦土壤固相组成，先说明土壤固、液、气与生物四部分的体积组成，再按发生类型讲原生矿物与次生矿物的风化序列与地带性分布，随后介绍土壤有机质、腐殖质组分及土壤圈物质循环过程，最后系统讲解土壤结构、密度、孔隙度、质地与颜色等物理诊断特性。
第2章 土壤固相组成及其诊断特性：本章目录。
教学重点：
关键词：
知识结构：2.1 土壤矿物、2.2 土壤有机质、2.3 土壤固相的物理诊断特性。
土壤是由固相、液相、气相和土壤生物体四部分组成。适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成为：土壤孔隙占50%，内含水分和空气；土壤固体占50%，其中矿物质占45%，有机质占5%；土壤生物体均生活在土壤孔隙之中，如图2-1所示。
图2-1 最适宜植物生长的壤质土壤表土的体积组成：图示土壤孔隙（水分与空气）约占50%、土壤固体约占50%（其中矿物质45%、有机质5%），土壤生物体生活于孔隙之中。
2.1 土壤矿物：土壤矿物主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，对土壤组成、性状和功能具有巨大影响。
原生矿物（primary mineral）：直接来源于母岩特别是岩浆岩，包括铝硅酸盐类、长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物类和磷灰石类，如图2-2所示。
原生矿物的风化过程不仅在时间上有阶段性，在空间上也有地带性，如图2-3所示。
图2-2 土壤矿物的风化及稳定性序列图：图示各类原生矿物抗风化能力的强弱次序与风化序列，反映矿物在风化过程中的稳定性差异。
图2-3 中国地表风化壳及风化类型分异断面图：以年均气温（T，℃）与年均降水量（R，mm）为变量，图示中国地表风化壳类型随水热条件的地带性分异。
次生矿物：原生矿物在风化和成土过程中新形成的矿物，包括简单盐类、次生氧化物和铝硅酸盐类。
它们是土壤矿物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的胶体特性，又称为黏土矿物。如图2-4、2-5、2-6、2-7、2-8所示。
图2-4 不同地理环境中次生矿物形成的一般模式：图示不同地理环境（水热组合）条件下次生矿物形成的一般模式与产物差异。
图2-5 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图：图示硅氧四面体、铝氧八面体等基本结构单元及其连接方式。
图2-6 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图：续幅图示铝硅酸盐晶层结构单元的排列方式及其组合关系。
图2-7 1:1型高岭石类晶体结构模型图：图示由一层硅氧四面体与一层铝氧八面体构成的1:1型晶层结构，代表高岭石类矿物。
图2-8 2:1型蒙脱石类晶体结构模型图：图示两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成的2:1型晶层结构，代表蒙脱石类矿物，具有明显膨胀性。
在中国次生矿物分布的地带性表现为：
土壤矿物质由风化与成土过程中形成的不同大小的矿物颗粒组成，其直径相差很大，从10-1~10-9m不等，不同大小土粒的化学组成、理化性质差异巨大。
据此可将粒径大小相近、性质相似的土粒归为一类，称为粒级。世界各国对土壤粒级的划分标准不尽一致，如图2-9所示。
图2-9 国际上主要的土粒分级标准图式：图示不同国家与组织的土壤粒级划分方案及其粒径界限差异。
一般来说，土粒愈细，SiO2含量愈少，而Al2O3、Fe2O3等含量愈多。
随着粒径的减小，孔隙度、吸湿量、持水量、比表面积、膨胀潜能、吸附性能、塑性和粘结性将增加，而土壤通气性、透水性、密度将降低，如图2-10所示。
图2-10 土壤颗粒粒级与理化性状的关系图式（据Pierzynski，2000）：图示随粒径减小，孔隙度、吸湿量、持水量、比表面积与膨胀潜能增加，而通气性、透水性和密度降低。
植物在生长发育过程中需不断从土壤中吸取大量矿质元素。
如图2-11所示。
图2-11 必需元素、非必需元素缺乏与过量对生命体的影响图：A为生命必需元素（如Cu、Zn），B为非生命必需元素（如Cd、Pb），图示其含量不足与过量对生命体的不同影响。
土壤质地分类及划分标准世界各国不一，当今国际土壤学界常用的是美国土壤质地分类标准，如图2-12所示。
图2-12 美国制土壤质地分类标准：图示按砂粒、粉粒、黏粒含量比例在三角坐标图上划分的各类土壤质地。
2.2 土壤有机质：土壤有机质是土壤中重要的固相成分之一，是土壤肥力、缓冲及净化功能的物质基础，也是土壤形成发育的主要标志。
图2-13 绿色植物鲜组织的成分（据Brady N C, 1974）：图示绿色植物鲜组织中水分与干物质的组成及其主要化学元素比例。
土壤腐殖质可为胡敏酸、富啡酸、棕腐酸和胡敏素，如图2-14所示。
图2-14 土壤腐殖质组分及其分离过程图式：图示以不同溶剂与处理步骤从土壤有机质中分离胡敏酸、富啡酸、棕腐酸和胡敏素各组分的过程。
土壤生物主要是指土壤中的植物、动物和微生物，以及地上部分的动植物，它们以最紧密的方式和各种生物的生命活动联系在一起，如图2-15所示。
图2-15 土壤生态系统组分—主要土壤生物图式：图示土壤生态系统中植物、动物与微生物等各类生物及其在土壤中的分布位置。
土壤有机物在微生物作用下进行分解转化的同时，其部分分解产物又在微生物的作用下重新聚合形成腐殖质，如图2-16所示。
有关土壤腐殖质形成的生物化学过程归纳起来有三种学说：
图2-16 土壤腐殖质形成过程图式：图示土壤有机物经微生物分解转化，其分解产物再经微生物作用重新聚合形成腐殖质的过程。
土壤圈物质循环主要是指土壤圈内部的物质迁移转化过程，以及土壤圈与地球其他圈层之间的物质交换过程。
其中土壤营养元素（如N、C、P、S等）循环是当今研究的重点，土壤中的营养元素是维持生物体生理代谢过程所必需的化学元素，如图2-17、2-18、2-19、2-20、2-21所示。
图2-17 土壤圈中的物质能量循环过程图式（据Miller Tyler，1996）：图示土壤圈内部物质迁移转化及与大气圈、生物圈、水圈、岩石圈之间的物质能量交换。
图2-18 土壤中氮素循环过程图式（据Miller Tyler，1996）：图示土壤中氮素经生物固氮、氨化、硝化、反硝化及植物吸收等过程的循环路径。
图2-19 地球表层碳素循环过程图式（据Enger E D，1998）：图示碳在大气、植物、土壤与沉积物之间的固定、归还与释放过程。
图2-20 土壤生态系统中磷素的循环图式（据Miller Tyler，1996）：图示磷由母岩风化释放，经植物吸收、生物归还并在土壤中固定与淋失的循环过程。
图2-21 土壤生态系统中硫素循环图式：图示硫经大气沉降、矿物风化进入土壤，再经植物吸收、有机质矿化与淋失返回环境的循环过程。
2.3 土壤固相的物理诊断特性：主要包括土壤结构、密度、孔隙度、土壤颜色和土壤质地。
它们是土壤发生的重要标志，也是影响土壤与环境间热量、水分、养分和气体交换以及土壤中物质迁移转化的重要因素，因而成为土壤分类和土壤资源开发利用的重要依据。
土壤固相颗粒很少呈单粒存在，它们经常相互作用而聚积形成大小不同、形状各异的团聚体（aggregate），这些团聚体的组合排列称为土壤结构（soil structure）。
土壤结构是成土过程的产物，故不同的土壤及其发生层都具有一定的土壤结构，如图2-22所示。
图2-22 土壤结构类型图解：图示单粒结构（Single Grained）与粒状结构（Grained）两种土壤结构形态。
图2-22 土壤结构类型图解（续）：图示片状结构（Platy）与块状结构（Blocky）两种土壤结构形态。
图2-22 土壤结构类型图解（续）：图示柱状结构（Columnar）与棱柱结构（Prismatic）两种土壤结构形态。
图2-22 土壤结构类型图解（续）：图示大块状结构（Massive），即土体紧实、缺乏明显结构面的形态。
图2-22 土壤结构类型图解（续）：并列图示单粒结构（Single Grained）、粒状结构（Grained）与片状结构（Platy）。
图2-22 土壤结构类型图解（续）：并列图示柱状结构（Columnar）、块状结构（Blocky）、大块状结构（Massive）与棱柱状结构（Prismatic）。
土壤固相物质组成、土壤质地和土壤结构是决定土壤许多重要物理特性的物质基础，而土壤颗粒密度、土壤密度、孔隙度、土壤磁性和土壤颜色则是反映土壤物质组成和土壤发生条件的重要定量指标。
土壤颜色采用国际通用的蒙氏颜色卡来表示，如图2-23、2-24、2-25所示。
图2-23 土壤颜色三维图解：图示土壤颜色由色调、明度与彩度三个维度共同确定的立体色空间。
图2-24 蒙氏土壤颜色卡图式：图示蒙氏（Munsell）土壤颜色卡中标准色页的色调、明度与彩度排列方式。
图2-25 蒙氏土壤颜色卡图式：续幅图示蒙氏土壤颜色卡的另一组标准色页，供野外土壤颜色比色记录使用。
思考题与个案分析：
思考题与个案分析（续）：
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