03 第3章 土壤液相组成及其诊断特性.pptx

第1页：第3章土壤流体组成章节目录

第3章 土壤流体组成及其诊断特性：本章目录。

• 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

第2页：教学重点

教学重点：

• 掌握土壤流体物质组成及其主要诊断特性。
• 了解土壤空气及其运动、掌握土壤热量状况。
• 认识土壤水类型、土水势及土壤水分状况。
• 理解土壤分散系及其中物质转化过程。
• 掌握土壤肥力与生态环境功能。

第3页：关键词

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）

第4页：知识结构

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、土壤水运动特征与土壤水热状况。
• 熟悉土壤分散系、粒子转化、土壤生态环境功能及其调控。

第5页：土壤空气及其组成差异

3.1 土壤空气及其运动：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。

第6页：

本页经判定为表格图片页（表3-1 土壤空气与近地大气组成对比），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第7页：土壤空气与近地大气的气体扩散

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。

第8页：图3-1 土壤空气与近地大气气体扩散

图3-1 土壤空气与近地大气之间气体扩散过程示意图：图示土壤与近地大气之间O₂与CO₂因浓度差而产生的分子扩散方向与过程。

第9页：土壤热量状况及其影响因素

3.2 土壤热量状况：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：

• 土壤吸收的净热量。
• 使土壤温度变化所需热量。
• 土壤水相态转化及其扩散所需热量。
• 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。

第10页：

本页经判定为表格图片页（表3-2 土壤热量状况相关参数），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第11页：

本页经判定为表格图片页（表3-3 土壤热量状况相关参数续表），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第12页：太阳辐射与土壤温度日变化

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。

第13页：图3-2 地球表层能量平衡模式图

图3-2 地球表层能量平衡模式图：图示地表太阳辐射收入与反射、长波辐射、潜热和显热支出之间的能量平衡关系。

第14页：图3-3 土壤温度日变化图式

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）：图示一天中不同深度土层温度随时间的日变化曲线及其变幅差异。

第15页：土壤温度状况的划分

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，制定了中国土壤温度状况划分体系，如表3-5所示。

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本页经判定为表格图片页（表3-4 美国土壤系统分类的土壤温度状况划分），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第17页：

本页经判定为表格图片页（表3-5 中国土壤温度状况划分体系），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第18页：土壤水分及其研究意义

3.3 土壤水分及其特性：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。

第19页：图3-4 全球水分循环示意图

图3-4 全球水分循环示意图（据Botkin D B, 1998）：图示全球尺度上蒸发、水汽输送、降水、地表与地下径流等水分循环环节及其通量。

第20页：

本页经判定为表格图片页（表3-6 土壤水分类型与水分常数），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第21页：图3-5 土壤水分有效性综合示意

图3-5 土壤水分有效性综合示意图：图示土壤水分从吸湿系数、凋萎系数到田间持水量、饱和含水量等水分常数区间及有效性高低。

第22页：图3-6 不同质地土壤的有效水分含量

图3-6 不同质地土壤的有效水分含量图：图示砂质、壤质、黏质等不同质地土壤有效水分含量的多少差异及其与孔隙组成的关系。

第23页：土水势与SPAC系统

土水势（soil water potential）

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（osmotic potential）、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 continuum，SPAC），如图3-7所示。

第24页：图3-7 SPAC系统水分运移过程模式图

图3-7 SPAC系统中水分运移过程模式图：图示水分在土壤—植物—大气连续体中，沿水势梯度由土壤经根系、叶片蒸腾进入大气的运移过程。

第25页：土壤水分状况类型

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：

• 淋溶型与周期淋溶型
• 非淋溶型
• 渗出型
• 停滞型
• 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。

第26页：图3-8 全球土壤水分状况季节性变化图

图3-8 全球土壤水分状况季节性变化图：图示全球不同区域土壤水分状况随季节的干湿更替与水分盈亏变化。

第27页：土壤分散系及其类型

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。

第28页：土壤胶体及其类型

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：

• 土壤矿质胶体
• 有机胶体
• 有机—无机复合胶体

第29页：图3-9 土壤胶体结构示意图

图3-9 土壤胶体结构示意图：图示土壤胶体微粒由胶核、决定电位离子层、非活性补偿离子层与扩散层构成的双电层结构。

第30页：土壤溶液及其溶质组成

土壤溶液（soil solution）

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：

• 无机盐类
• 简单有机物
• 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3-10~3-14所示。

第31页：图3-10 土壤溶液及其影响因素作用模式

图3-10 土壤溶液及其影响因素作用模式：图示气候、母质、生物、地形与人为活动等因素对土壤溶液组成与浓度的综合作用。

第32页：图3-11 土壤酸碱状况及其对植物的影响

图3-11 土壤酸碱状况、形成及其对植物的影响示意图：图示不同酸碱条件下土壤形成过程、养分有效性变化及其对植物生长的影响。

第33页：图3-12 土壤系统氢离子收支平衡

图3-12 土壤系统中氢离子收支平衡图式：图示土壤中H⁺的产生来源（如有机酸解离、硝化作用）与消耗途径（如矿物风化、阴离子吸附）及其收支平衡。

第34页：图3-13 不同pH土壤中离子组成

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）：图示随土壤pH升高，土壤中酸根离子与交换性阳离子的组成比例变化。

第35页：图3-14 土壤pH与养分有效性关系

图3-14 土壤pH值与微生物及营养元素有效性的相关图式：图示不同pH条件下氮磷钾及微量元素有效性与微生物活性的高低变化。

第36页：土壤缓冲性能与氧化还原体系

土壤缓冲性能

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。

第37页：

本页经判定为表格图片页（表3-7 土壤中的氧化—还原体系），源文件未提取到表格数据，表体以图片呈现，待人工补录。

第38页：土壤的生态环境功能

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。

第39页：图3-15 土壤在陆地生态系统中的功能

图3-15 土壤在陆地生态系统中的功能示意图（据Brady，2000）：图示土壤在水分涵养、养分循环、废弃物分解与生物栖息等方面的生态系统功能。

第40页：土壤肥力的概念与核心

土壤肥力

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。

第41页：图3-16 土壤-植物系统养分循环模型

图3-16 土壤—植物系统养分循环模型：图示养分在土壤有效养分库、植物吸收、凋落物归还与矿化之间的循环过程。

第42页：图3-17 植物-土壤系统离子平衡模型

图3-17 植物—土壤系统离子平衡一般模型：图示植物吸收、土壤胶体交换与淋失过程之间阳离子与阴离子的收支平衡关系。

第43页：图3-18 土壤系统的水分运移模型

图3-18 土壤系统的水分运移模型：图示降水入渗、土内再分布、蒸发蒸腾与重力排水等土壤水分运移路径。

第44页：土壤肥力因素及其联系

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。

第45页：

第46页：思考题与个案分析（一）

思考题与个案分析：

• 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。
• 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。
• 土壤酸度的表示方法及土壤呈现酸碱性的原因。
• 土壤缓冲作用及其形成原因和意义。
• 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。
• 从系统观点分析土壤肥力各因子间的关系。

第47页：思考题与个案分析（二）

思考题与个案分析（续）：

• 土壤水分类型及重要水分常数的意义。
• 土壤微生物在土壤中的作用。
• 回想过去一周的活动，并列举出直接或间接地与土壤相互作用的活动。
• 据有关资料：中国国土面积为960×10⁴km²，2000年人口为12.9533亿人；美国国土面积为937×10⁴km²，2000年人口达到2.7639亿人，但中国可耕地面积少于美国。试分析中国土壤肥力与美国土壤肥力的状况。

说明：原文中美国国土面积单位“km²km²”存在重复，此处按标准写法记为937×10⁴km²。