环境土壤学-东北林业大学






环境土壤学
教 案





环境专业



第章  土壤形态特征

    　根形态特征
    土壤形态土壤外部特征种外部特征通感官视觉嗅觉触觉认识土壤形成土层组成性质市反映剖面形态特征层差异野外通土壤剖面形态观察判断出土壤重性质土壤重形态特征： 颜色结构质坚实度孔隙湿度新生体侵入体动物孔穴等
()土壤颜色
   土壤颜色土壤物质组成外色彩表现於土壤矿物组成化学组成土壤颜色种样通常鉴土壤层次土壤分类时土壤颜色非常明显特征土壤颜色采芒塞尔颜色命名系统土块标准颜色卡予命名土壤颜色定名时种颜色常常困难两种颜色表示棕色暗棕黑棕红棕等分样定名前面字形容词指次颜色面字指颜色 决定土壤颜色种物质：
  腐殖质 含量时土壤颜色呈黑色含量少时土壤颜色呈暗灰色
  氧化铁 土壤中德氧化铁般含水氧化铁褐铁矿针铁矿等矿物土壤呈铁锈色黄色
  石英斜长石方解石高岭石二氧化硅粉末碳酸钙粉末等土壤呈白色 氧化亚铁广泛出现沼泽土潜育土中土壤具蓝色青灰色蓝铁矿类矿物白色遇空气中德氧快变青灰色 物质成分影响土壤颜色外土壤物理性状会土色差异例土壤愈湿颜色愈深土壤愈细颜色愈浅光线愈暗颜色愈深拟土壤颜色时必须注明条件
    土壤颜色身树木生长重颜色指示土壤许重特征土壤颜色影响土壤温度深色土壤浅色土壤易吸热森林植土壤受温度影响裸露土壤森林火灾表层土壤颜色变深导致土温增加
(二)土壤结构
    土壤结构土壤固体颗粒空间排列方式然界土壤单粒状态存形成形态异团聚体团聚体颗粒种土壤结构根土壤结构形状纳块状核状柱状片状微团聚体单粒结构等
   土壤结构状况土壤肥力微生物活动耕性等影响 时活动程度破坏土壤结构森林采伐重型机械导致土壤压实土壤表层结构破坏
(三) 土壤质
   土壤质土壤中种颗粒砾砂粉粒粘粒重量百分含量土壤质影响土壤肥力土壤持水力土壤通气性机质贮存营养元素吸附土壤耕性影响树木生长
    准确测定土壤质机械分析进行野外常指测法判断土壤质土壤质分：砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土等
(四) 土壤湿度
    土壤水分植物生长必需土壤肥力素根土壤水分含量野外土壤湿度分：干潮湿重湿极湿等
(五) 新生体
    土壤形成程中新产生聚积物质称新生体具定外形界限新生体外观分类化学组成分类 外观分新生体 盐霜盐斑结核等
    化学组成分新生体易溶性盐类组成氯化钠硫酸钠碳酸钙等晶质非晶质化合物组成含水氧化铁化合物氧化亚铁化合物锰化合物二氧化硅机物等
    新生体判断土壤性质土壤组成发生程等非常重特征例盐结皮盐霜表示土壤中溶性盐类存锈斑铁结核代水影响产生干湿交特征
(六) 侵入体
    位土体中土壤形成程中聚积产生物体称侵入体侵入体砖头瓦片铁器磁器等般常见耕作土壤中判断营活动土壤层次影响达深度土层源等

二土壤剖面

〔〕概念
    1土壤剖面：表凋落物直土壤母质垂直切面
    2土壤发生层：成土作形成土层
　


〔二〕然土壤剖面形成
〔〕土壤剖面定义
1定义：土壤剖面指面挖掘裸露段垂直切面段垂直切面深度般两米
2然土壤剖面五成土素影响形成
3土壤剖面构造：指土壤剖面土层排列方式般情况土层颜色结构紧实度形态特征土层特征该层组成性质致土壤性状外部表现土壤长期发育程中形成

〔二〕淋溶作淀积作
    1土壤剖面发生层次形成：成土程中原生矿物断风化产生种易溶性盐类含水氧化铁含水氧化铝硅酸等定条件合成粘土矿物时通土壤机质分解腐殖质形成产生种机酸机酸降雨淋洗作引起土壤中物质淋溶淀积形成土壤剖面种发生层次
   〔1〕淋溶作：指土壤中渗水土壤剖面层淋溶浮悬土壤中某种成分作般土壤剖面层称淋溶层简称A层
〔2〕淀积作：指渗水达剖面层沉淀中某溶解物悬浮物作土壤剖面层般称淀积层简称B层B层般未受淋溶淀积作土壤母质层简称C层土壤母质面果未风化基岩称基岩层简称D层

〔三〕物质转移作
   1物质转移作
  淋溶作淀积作密切联系物质转移程导致两种结果土壤水携带着溶解悬浮物质产生移动称物质转移作种转移作分物理性转移化学性转移
   2物理性转移
    矿物质机物质胶粒微粒A层B层沉淀B层质相变粘枯燥时发生裂隙
   3化学性转移
    矿物风化程中产生溶性盐类等A层着渗水移停积B层达水层流失草原区域易溶性盐聚积常生成石灰质石膏质硬盘温带森林区域含铁铝机机胶体悬浮渗漏水毛水中A层移动B层形成铁质硬盘
   4潜育层
  水位高排水良方矿物风化程中产生溶性盐类剖面层着毛水升达面形成盐结皮种物质转移方般情形相反通气良特水位高情况B层段C层局部复原作变蓝灰色绿灰色称潜育层灰粘层简称G层
　
〔四〕土壤发生层次
1O层：枯落物层
    分解程度分三亚层
     L层：分解较少枯枝落叶层
     F层：分解较半分解枯枝落叶层
     H层：分解强烈枯枝落叶层已失原 植物组织形态
2A1层：腐殖质层
   分两亚层
    A11层：聚积程占优势〔然淋溶作〕颜色较深腐殖质层
    A12层：颜色较浅腐殖质层
3A2层：灰化层
4AB层：腐殖质层淀积层渡层
5B层：淀积层里面含层淋洗物质般较坚实发育程度分 B1B2B3等亚层
6BC层：淀积层母质层渡层
7G层：潜育层
8C层：母质层盐：
CC层：母质层中碳酸盐聚积层
CS层：母质层中硫酸盐聚积层
9D(R)层：母岩层
根土壤剖面发育程度土壤类型面介绍模式剖面实际工作中会出现层次层次间渡情况会层次明显明显逐渐层次间交线直曲折带状舌状等种形式
三耕作土壤剖面形成
类生产活动然素综合作耕作土壤产生层次分化典型耕作土壤剖面层次体分三层：表土层心土层底土层
   1 表土层
分两层  
    1耕作层：受耕作施肥灌溉影响强烈土壤层厚度般约20厘米左右耕作层易受生产活动表生物气候条件影响般疏松孔干湿交频繁温度变化通透性良物质转化快含效态养分根系集中分布层中般约占全部根系总量60
    2犁底层：位耕作层厚约68厘米典型犁底层紧实孔隙度非毛孔隙〔孔隙〕少毛孔隙〔孔隙〕通气性差透水性良结构常呈片状甚明显见水层理常受耕畜犁压力通降水灌溉粘粒沉积形成
   2 心土层
位犁底层厚度约2030厘米该层受定犁畜压力影响较紧实象犁底层样紧实耕作土壤中心土层起保水保肥作重层次生长期供水肥层次层中根系数量约占根系总量2030
   3 底土层
心土层般位土体外表5060厘米深度层受表气候影响少时拟紧实物质转化较缓慢供利营养物质较少根系分布较少般常层土壤称生土死土



第二章 土壤生态系统物质根底

第二节 土壤机质
土壤机质源组成类型
土壤机质土壤固相局部重组成成分土壤机质含量占土壤总量局部土壤形成土壤肥力环境保护农林业持续开展等方面着极重作意义方面含植物生长需种营养元素〔〕土壤微生物活动源土壤物理化学生物学性质着深刻影响方面土壤机质重金属农药等种机机污染物行显著影响土壤机质全球碳衡起着重作认影响全球温室效应重素
土壤机质指存土壤中含碳机化合物包括土壤中种动物植物残体微生物体分解合成种机化合物
国域辽阔然条件农林业营水土壤机质含量差异较低者少1者高达20土壤机质含量少根反映土壤肥力水
土壤机质源
   土壤机质指土壤中含碳机化合物土壤中机质源十分广泛
   〔1〕植物残体：包括类植物凋落物死亡植物体根系然状态土壤机质源森林土壤尤重森林土壤相农业土壤言具量凋落物庞树木根系等特点国林业土壤年土壤凋落物干物质量气候植带划分次：热带雨林亚热带常绿阔叶林落叶阔叶林暧温带落时阔时林温带针阔混交林寒温带针叶林热带雨林凋落物干物质量达16700Kg(km2·a)荒漠植物群落凋落物干物质量仅530kg(nm2·a)
   〔2〕动物微生物残体：包括土壤动物非土壤动物残体种微生物残体局部源相较少原始土壤说微生物土壤机质早源
   〔3〕动物植物微生物排泄物分泌物：土壤机质局部源然量少土壤机质转化起着非常重作
   〔4〕施入土壤中种机肥料〔绿肥堆肥沤肥等〕工农业生活废水废渣等种微生物制品机农药等
二 土壤机质含量
    土壤机质含量土壤中差异含量高达20％30％〔泥炭土某肥沃森林土壤等〕含量低缺乏1％05％〔荒漠土风沙土等〕土壤学中般耕作层中含机质20％土壤称机质土壤含机质20％土壤称矿质土壤般情况耕作层土壤机质含量通常5全球土壤0FONT>100cm0FONT>15cm土层中机碳含量〔机质含碳量均58％土壤机质含量致机碳含量1724倍〕情况见表21FONT>1
表21 全球土壤0100cm015cm土层中机碳含量
土纲
面积
〔103km2〕
0100cm土层中机碳
015cm土层中机碳
Mghm2 总量1015g 占全球
范围〔％〕 代表值〔％〕
新成土
始成土
机土
暗色土
变性土
旱成土
软土
灰化土淋溶土
老成土
氧化土

14921
21580
1745
2552
3287
31743
5480
4878
18283
11330
11772
7644
99 148 9
163 352 22
2045 357 23
306 78 5
58 19 1
35 110 7
131 73 5
146 71 5
69 127 8
93 105 7
101 119 8
24 18 1
006~ 60 —
006 ~60 —
12 ~57 47
12 ~10 6
05~ 18 09
01~ 10 06
09 ~40 24
15 ~50 20
05 ~38 14
09 ~33 14
09~ 30 20
FONT> —
总计
135215
1576 100

〔引黄昌勇土壤学2002年〕
三 土壤机质组成
   〔〕 土壤机质类型
进入土壤中机质般三种类型状态存
〔1〕新鲜机物：指进入土壤中尚未微生物分解动植物残体保存着原形态等特征森林土壤言般指枯凋落物L层〔Litter〕相土壤剖面形态记述中A层
〔2〕分解机物：微生物分解已进入土壤中动植物残体失原形态等特征机质已局部分解相互缠结呈褐色包括机质分解产物新合成简单机化合物森林土壤言般指枯凋落物层中F层〔Fermetation〕层般土壤剖面形态记述中A层
〔3〕腐殖质：指机质微生物分解合成种褐色暗褐色分子胶体物质土壤矿物质土粒紧密结合土壤机质存形态类型占土壤机质总量85％FONT>90％森林土壤言般指枯落物层中H层〔Humus〕土壤剖面形态记述中通常述F层记A层
   〔二〕生物机质组成
土壤机质组成决定进入土壤机物质组成进入土壤机物质组成相复杂种动植物残体化学成分含量动植物种类器官年龄等差异般情况动植物残体机化合物碳水化合物木素蛋白质树脂蜡质等土壤机质元素组成COHN分占52％FONT>58％34％FONT>39％33％FONT>48％
〔1〕碳水化合物
碳水化合物土壤机质中机化合物碳水化合物含量约占机质总量15FONT>27％包括糖类纤维素半纤维素果胶质甲壳质等
糖类葡萄糖半乳糖六碳糖木糖阿拉伯糖氨基半乳糖等然然土类间植气候条件等差异悬殊述糖相含量相剖面分布绝含量相含量均深度降低
纤维素半纤维素植物细胞壁成分木植物残体含量较高两者均溶水易化学分解微生物分解
果胶质化学组成构造半纤维素相似常半纤维素伴存
甲壳质属糖类纤维素相似含氮真菌细胞膜甲壳类昆虫类介壳中量存甲壳质元素组成〔C8H13O5N4〕n
〔2〕木素
木素木质部组成局部种芳香性聚合物较纤维素含更碳纤维素半纤维素元素组成差异表4FONT>2　
木素林木中含量约占30％木素化学构造尚未完全清楚关木素中否含氮问题目前尚未说明木素难微生物分解土壤中断真菌放线菌分解C14研究指出机物质分解序：葡萄糖>半纤维素>纤维素>木素
〔3〕含氮化合物
动植物残体中含氮物质蛋白质构成原生质细胞核成分植物器官中含量变化见表4FONT>3
表42 植物器官中蛋白质含量〔％〕
　 针叶阔叶
35 — 92
苔藓
45— 80
禾木科植物茎杆
35 — 47
蛋白质元素组成碳氢氧外含氮〔均10％〕某蛋白质中含硫〔03％FONT>24％〕磷〔08％〕蛋白质种氨基酸构成
般含氮化合物易微生物分解生物体中常少局部拟简单溶性氨基酸微生物直接吸收局部含氮化合物需微生物分解利
〔4〕树脂蜡质脂肪单宁灰分物质
树脂蜡质脂肪等机化合物均溶水溶醇醚苯中复杂化合物
单宁物质种元酚衍生物易溶水易氧化蛋白质结合形成溶性易腐烂稳定化合物木植物木材树皮中富含单宁草植物低等生物中含量少
植物残留体燃烧留灰灰分物质元素钙镁钾钠硅磷硫铁铝锰等外少量碘锌硼氟等元素元素植物生活中着巨意义
　
土壤机质矿质化

矿化程影响素
  〔〕 土壤机质矿化程
    土壤机质矿化程：土壤机质微生物作分解简单机化合物程
    土壤机质矿化程分化学转化程活动物转化程微生物转化程程土壤机质转化二氧化碳水氨矿质养分〔磷硫钾钙镁等简单化合物离子〕时释放出量程植物土壤微生物提供养分活动量直接间接影响着土壤性质时合成腐殖质提供物质根底
   (1)土壤机质化学转化程
    土壤机质化学转化程含义广义实际包括着生物学物理化学变化
1 水淋溶作：降水土壤机质中溶性物质洗出物质包括简单糖机酸盐类氨基酸蛋白质机盐等约占5％—10％水溶性物质淋溶程度决定气候条件〔降水量〕淋溶出物质促进微生物发育促进剩余机物分解程森林土壤尤重森林常渗水流表机质〔枯落物〕中溶性物质带入供林木根系吸收
2 酶作：土壤中酶源三方面：植物根系分泌酶二微生物分泌酶三土壤动物区系分泌释放酶土壤中已发现酶50FONT>60种研究较氧化复原酶转化酶水解酶等酶机体代谢动力想象酶土壤机质转化程中起巨作
   (2)土壤机质活动物转化程
    原生动物脊椎动物数植物植物残体食森林土壤中生活着量类动物温带针阔混交林公顷蚯蚓达258万条等见活动物机质转化起着极重作
1 机械转化：动物植物残体碎解植物残体进行机械搬进土粒混合均促进机物微生物分解
2 化学转化：动物吞食机物〔植物残体〕未动物吸收局部肠道排泄物粪便形式排体外已动物体分解半分解土壤动物中蚯蚓分解作某种程度土壤中蚯蚓数量评价土壤肥力
   (3)土壤机质微生物转化程
土壤机质微生物转化程土壤机质转化重积极进程
1 微生物含氮机物生转化 含氮机物指碳水化合物包括糖类纤维素半纤维素脂肪木素等简单糖类容易分解糖类较难分解淀粉半纤维素纤维素脂肪等分解缓慢木素难分解表性细菌作缓慢分解
                   〔C6H10O5〕n+nH2o →  nC6H12O6
     葡萄糖气条件酵母菌醋酸细菌等微生物作生成简单机酸〔醋酸草酸等〕醇类酮类中间物质空气流通土壤环境中继续氧化完全分解成二氧化碳水时放出热量　
    土壤碳水化合物分解程极复杂环境条件受类型微生物作产生分解程种分解进程实质量释放程量促进土壤中种生物化学程根动力土壤微生物生命活动需量重源般说嫌气条件种碳水化合物分解形成复原性产物时释放出量气条件释放量少产生CH4H2等复原物质植物生长利
2 微生物含氮机物转化    土壤中含氮机物分两种类型：蛋白质类型种类型蛋白质二非蛋白质型丁质尿素叶绿素等土壤中含氮机物土壤微生物作终分解机态氮〔NH4+FONT>NNO3—N〕
①水解程 蛋白质微生物分泌蛋白质水解酶作分解成简单氨基酸类含氮化合物
蛋白质→ 水解蛋白质→ 消化蛋白质→ 肽 →氨基酸
② 氨化程  蛋白质水解生成氨基酸种微生物分泌酶作产生氨程氨化程气嫌气条件均进行种类微生物作
③硝化程  通气良情况氨化作产生氨土壤微生物作亚硝酸中间阶段进步氧化成硝酸氨微生物作氧化成硝酸作做硝化作硝酸盐转化成亚硝酸盐作称亚硝化作 硝化程氧化程亚硝酸转化硝酸速度般氨转化亚硝酸速度快土壤中亚硝酸盐含量通常情况拟少亚硝化程通气良土壤中含量新鲜机物量硝酸盐发生林业生产程害降低土壤肥力程应量防止
④ 反硝化程   硝态氮土壤通气良情况复原成气态氮〔N2ON2〕种生化反响称反硝化作　
3 微生物含磷机物转化   土壤中机态磷微生物作分解机态溶性物质植物吸收利
    土壤中表层26％FONT>50％机磷状态存核蛋白核酸磷脂核素等物质种腐生性微生物作分解终产物正磷酸盐类供植物吸收利
   嫌气条件嫌气性土壤微生物引起磷酸复原作产生亚磷酸进步复原成磷化氢
4 微生物含硫机物转化   土壤中含硫机化合物含硫蛋白质胱氨酸等微生物腐解作产生硫化氢硫化氢通气良条件硫细菌作氧化成硫酸土壤中盐基离子生成硫酸盐仅消硫化氢毒害作成植物易吸收硫素养分
    土壤通气良条件已形成硫酸盐复原成硫化氢发生反硫化作造成硫素散失硫化氢积累定程度时植物根素毒害作应量防止
    进入土壤机质种类机化合物组成具定生物构造机整体土壤中分解转化程单机化合物表现整体动力学特点植物残体中类机化合物致含量范围：溶性机化合物〔糖分氨基酸〕5％FONT>10％纤维素15％FONT>60％半纤维素10％FONT>30％蛋白质2％FONT>15％木素5％FONT>30％含量差异植物残体分解转化影响
    估计进入土壤机残体年降解23机质二氧化碳形式释放损失残留土壤中机质13中土壤微生物量占3％FONT>8％糖糖醛酸苷机酸等非腐殖质物质占3％FONT>8％腐殖质占10％FONT>30％植物根系土壤中年残留量局部稍高    
二影响矿化素
1机残体组成状况
     〔1〕机残体物理状态：
般情况汁幼嫩新鲜绿肥易分解
     〔2〕机残体化学成分
般情况阔叶针叶快叶片残根快豆科禾科快
     〔3 〕机残体碳氮
CN 表示 微生物吸收1份氮吸收5份碳构成身细胞时消耗20份碳作生命活动量微生物分解需机质CN25：1
2外界条件
    外界条件通制约微生物活动影响机质转化
    〔1〕适温度：20～30度
    〔2〕湿度通气状况：田间持水量60
    〔3〕土壤pH：细菌适pH65—75放线菌中性碱性真菌酸性中性条件


机质腐殖化

腐殖化程 
    1腐殖质 机质分解程中中间产物微生物作生物化学程合成种暗色含N稳定复杂高分子化合物种然形成物
   2形成程 体包括2阶段
      第阶段：产生腐殖质分子组成成分元酚氨基酸肽等机物质
      第二阶段：元酚含氮化合物缩合成腐殖质单体分子缩合程包括两步：
首先元酚酚氧化酶作氧化醌：
然醌含氮化合物〔氨基酸〕缩合腐殖质单体分子继续缩合成高级腐殖质分子
二土壤腐殖质根性质组成
    土壤腐殖质褐色暗褐色芳香族结构具官解团含氮复杂高分子机化合物
    前述土壤腐殖质土壤机质腐殖化程土壤机质矿质化程分解简单机化合物缩合成土壤养分储存库土壤肥力重指标
    土壤腐殖质研究较早十九世纪初认识研究局限性度认植物直接吸收腐殖质生存生长直十九世纪中叶德国化学家李希提出植物矿物营养学说根推翻植物营养腐殖质学说〔伊乐1809〕认植物吸收矿物质营养元素土壤腐殖质必须微生物分解变成简单机化合物植物吸收土壤腐殖质进步研究根底具划时代意义
〔〕 土壤腐殖质分组存状态
1 土壤腐殖质分组
土壤腐殖质类组成结构十分复杂天然高分子化合物〔聚合物〕类腐殖质分子相性质相似深入研究腐殖质性质必须土壤中离提取出项工作十分困难目前般方法先土壤中分解局部分解动植物残体离掉通常水浮选手挑静电吸附法移然溶液浸提土壤腐殖质分三组分：富里酸组〔黄腐酸〕胡敏酸组〔褐腐酸〕胡敏素〔黑腐素〕里浸提剂十分重理想浸提剂应具备：1〕腐殖酸性质没影响影响极2〕获均匀组分3〕具较高提取力腐殖酸完全离出腐殖酸复杂性组成非均质性满足条件浸提剂尚未找
    离土壤中植物残体时密度18gcm320gcm3重液更效残体移局部机物质称轻组留土壤组成称重组然根腐殖质碱酸溶液中溶解度划分胡敏酸富里酸胡敏素等三组分
　 腐殖酸组成胡敏酸富里酸通常占腐殖酸总量60％左右富里酸包括克连酸阿波克连酸胡敏素胡敏酸素异构体分子量较矿质局部紧密结合致失水溶性碱溶性胡敏素腐殖酸中占例腐殖酸局部目前胡敏酸富里酸研究较需特指出腐殖物质组分仅仅操作划分特定化学组分划分
土壤腐殖质般情况游离态腐殖质结合态腐殖质两种状态存土壤中游离态腐殖质少绝数结合态腐殖质存腐殖质土壤机组成尤粘粒矿物阳离子紧密结合机机复合体方式存通常52—98％土壤机质集中粘粒局部 结合态腐殖质般分三种状态类型1〕腐殖质矿物成分中强盐基化合成稳定盐类腐殖酸钙镁2〕腐殖质含水三氧化化物AL2O3·XH2O·Fe2O3·YH2O化合成复杂凝胶体3〕土壤粘粒结合成机机复合体 土壤机机复合体形成程十分复杂通常认范德华力氢键静电吸附阳离子键桥等土壤机机复合体键合机理
机机复合体形成程中时两种更种机理起作取决土壤腐殖质类型粘粒矿物外表交换性离子性质外表酸度系统水分含量等等国南方酸性土壤中FeAL离子键结合腐殖质种结合具高度坚韧性时甚腐殖质砂粒结合起定具备水稳性土壤团粒状结构形成提高肥力关系十分巨国北方中性石灰性土壤Ca离子键结合腐殖质具较强水稳性改善土壤结构提高肥力重意义尤农业土壤显特重
  〔二〕 土壤腐殖酸性质
1 腐殖酸元素组成
腐殖酸CHONS等元素组成外少量CaMgFeSi等元素种土壤中腐殖酸元素组成完全相般腐殖质含C55％FONT>60％均58％含N3％FONT>6％均56％CN10：1FONT>12：1般情况胡敏酸CN含量高富里酸OS含量低富里酸〔表44〕　
表44 国土壤表土中腐殖物质元素组成〔灰干基〕　
腐殖物质
胡敏酸HA〔％〕
富里酸FA〔％〕
范 围
均
范 围
均
C
H
O
N
CH
439~596
31~70
313~418
28~59
72~192
547
48
361
42
116
434~526
40~58
401~498
16~43
80~126
465
48
459
28
98
2 腐殖酸物理性质
腐殖酸土壤中功分子形状着密切关系腐殖酸分子量土壤类型腐殖酸组成异样品方法测结果较差异报腐殖酸分子量变动范围百万间趋势土壤富里酸均分子量胡敏素均分子量胡敏酸介二者间国种土壤类型胡敏酸富里酸均分子量分890—2500675FONT>1450间
土壤腐殖酸整体结构紧密整分子表现出非晶质特征具较外表积高达2000m2g远粘土矿物金属氧化物外表积
腐殖酸种亲水胶体强吸水力单位重量腐殖质持水量硅酸盐粘土矿物4—5倍吸收量超身重量500％
腐殖质整体呈黑褐色组分腐殖酸颜色略深浅富里酸颜色较淡呈黄色棕红色胡敏酸颜色较深棕黑色黑色腐殖酸光密度分子子分子结构化程度体呈正相关
3 腐殖酸化学性质
胡敏酸溶水呈酸性K+Na+NH4+等形成价盐溶水CaMgFeAL等价盐基离子形成盐类溶解度相低胡敏酸盐类环境条件发生变化时干旱冻结高温土壤矿质局部相互作等引起变性化学性质变成溶水较稳定黑色物质
富里酸水中溶解度水溶液呈强酸性反响切盐类〔包括价价〕溶水易造成养分流失
腐殖质带负电荷机胶体根电荷性相斥原新形成腐殖质胶粒水中呈分散溶胶状态增加电解质浓度高价离子电性中相互凝聚腐殖质凝聚程中土粒胶结起形成结构体外腐殖质种亲水胶体通枯燥冻结脱水变性形成凝胶腐殖质种变性中逆形成水稳性团粒状结构
腐殖质分子中含种功基中含氧酸性功基包括芳香族脂肪族化合物羧基〔RFONT>COOH〕酚羟基〔酚FONT>OH〕中羧基重功基团
腐殖质总酸度通常指羧基酚羟基总总酸度胡敏素胡敏酸富里酸次序增加总酸度数值腐殖质活性关般较高总酸度意味着较高阳离子交换量
〔三〕 中国土壤腐殖质分布
土壤腐殖质组分受植微生物活动土壤性质等影响腐殖质变化球外表北南呈现定规律性表45国森林土壤类型中土壤腐殖质组成情况
表25 中国然植森林土壤腐殖质组成
　
土类名称
机碳
〔％〕
占全碳〔％〕
胡敏酸富里酸
活性胡敏酸〔占胡敏酸总量％〕
备注
胡敏酸
富里酸
棕色针叶林土
暗 棕 壤
白浆化暗棕壤
〔森林黑灰土〕
528
524
　
610
1960
2572
　
283
3320
2967
　
264
059
081
　
107
918
7105
　
FONT>
东北林院1964
棕 壤
黄 棕 壤
黄 壤
红 壤
砖 红 壤
437
102
447
054
350
264
124
132
61
58
236
283
337
419
303
112
044
038
015
019
327
734
　
854
931
中国土壤1977
    表中明显出国北方寒温带针叶林棕色针叶林土南方热带雨林红壤砖红壤土壤腐殖质组成呈现规律变化气候冷寒温带湿热热带均适胡敏酸形成具较胡敏酸富里酸值冷暖适中暖温带棕壤条件胡敏酸形成程较强烈具较胡敏酸富里酸值

机质作

土壤机质特组成性质等决定土壤中土壤圈层植物圈层中起着极重作
 机质土壤肥力作
   土壤机质含量土壤肥力水密切相关然机质仅占土壤总量局部土壤肥力起着方面作显著通常条件相相情况定含量范围机质含量土壤肥力水呈正相关
1 机质植物营养源
    土壤机质中含量植物营养元素NPKCaMgSFe等重元素微量元素土壤机质矿质化程释放量营养元素植物生长提供养分机质腐殖化程合成腐殖质保存养分腐殖质矿质化程度释放养分保证植物生长全程养分需求
   机质矿质化程分解产生CO2植物碳素营养重源估计土壤机质分解微生物根系呼吸作产生CO2年达135亿七致相陆植物需量见土壤机质矿质化程产生CO2气中CO2重源植物光合作重碳源
    土壤机质土壤NP重营养库植物速效性NP源土壤全N92％FONT>98％储藏土壤中机N机N集中腐殖质中般腐殖质含量5％研究植物吸收氮素50％FONT>70％土壤
   土壤机质中机态P含量般占土壤全磷20％FONT>50％着机质分解释放出速效磷供植物营养
   数非石灰性土壤中机质中机态硫占全硫75％95％着机质矿质化程释放植物吸收利
   土壤机质分解转化程中产生机酸腐殖酸土壤矿物局部定溶解力促进矿物风化利某养分效化机酸富里酸络合金属离子保存土壤溶液中致沉淀增加效性
土壤腐殖质铁形成某化合物酸性碱性土壤中植物微生物效
2 促进植物生长发育
   土壤机质尤中胡敏酸具芳香族元酚官团加强植物呼吸程提高细胞膜渗透性促进养分迅速进入植物体
   胡敏酸钠盐植物根系生长具促进作试验结果证明胡敏酸钠玉米等禾科植物草类根系生长发育具极促进作
3 改善土壤物理性质
  机质改善土壤物理性质中作方面中直接作改进土壤结构促进团粒状结构形成增加土壤疏松性改善土壤通气性透水性
    腐殖质土壤团聚体胶结剂土壤中腐殖质少游离态存数矿质土粒相互结合通功基氢键范德华力等机制胶膜形式包矿质土粒外表形成机机复合体形成团聚体孔隙分配合理具较强水稳性较结构体
    土壤腐殖质粘结力砂粒强砂性土壤中增加砂土粘结性促进团粒状结构形成腐殖质粘结力粘粒般粘力112粘着力粘粒12腐殖质覆盖粘粒外表减少粘粒间直接接触降低粘粒间粘结力机质胶结作形成较团聚体更进步降低粘粒接触面土壤粘性降低改善粘土土壤耕性通透性机质通改善粘性降低土壤胀缩性防止土壤干旱时出现裂隙
   土壤腐殖质亲水胶体具巨外表积亲水基团测定腐殖质吸水率500％左右粘土矿物吸水率仅50％左右提高土壤效持水量砂土着重意义
    腐殖质棕色呈褐色黑色物质土粒包围土壤颜色变暗增加土壤吸热力提高土壤温度特性北方早春时节促进种子萌发特重腐殖质热容量空气矿物质水导热性居中土壤机质含量高土壤土壤温度相较高变幅保温性
4 促进微生物土壤动物活动
    土壤机质土壤微生物生命活动需养分量源没会土壤中生物化学程土壤微生物种群数量活性机质含量增加增加具极显著正相关土壤机质矿质化率低会新鲜植物残体样微生物产生迅猛激发效应持久稳定微生物提供源富含机质土壤肥力稳持久易造成植物徒长脱肥现象
    土壤动物中〔蚯蚓等〕机质食物量源机质改善土壤物理环境增加疏松程度提高通透性〔砂土言降低通透性〕土壤动物活动提供良条件土壤动物身加速机质分解〔尤新鲜机质分解〕进步改善土壤通透性土壤微生物植物生长创造良环境条件
5 提高土壤保肥性缓性
土壤腐殖质种胶体着巨外表外表腐殖质胶体带负电荷吸附土壤溶液中交换性阳离子K+NH4+Ca2+Mg2+等方面防止水流失方面交换供植物吸收利保肥性非常显著
土壤腐殖质粘土矿物样具较强吸附力单位质量腐殖质保存阳离子养分力粘土矿物倍十倍土壤机质具巨保肥力
腐殖酸身种弱酸腐殖酸盐类构成缓体系缓土壤溶液中H+浓度变化土壤具定缓力更重腐殖质种胶体具较强吸附性较高阳离子代换力土壤具较强缓性
6 机质具活化磷作
    土壤中磷般速效态存常迟效态缓效态存土壤中磷效性低土壤机质具难溶性磷反响特性增加磷溶解度提高土壤中磷效性磷肥利率外土壤腐殖酸证明类生理活性物质加速种子萌发增强根系活力促进植物生长土壤微生物言腐殖酸种促进生长发育生理活性物质
必须指出机质分解时产生利植物生长甚害中间物质特嫌气条件种情况更易发生
二 机质生态环境作
1 机质降低延缓重金属污染
   土壤腐殖质组分重金属污染物毒性影响通静电吸附络合〔鳌合〕作实现土壤腐殖质含种功基功基重金属离子较强络合力土壤机质重金属离子络合作土壤水体中重金属离子固定迁移极重影响
   果腐殖质中活性功基〔桟OOH酚桹H醇桹H等〕空间排列适通取代阳离子水化圈中水分子金属离子结合形成鳌合复合体胡敏酸金属离子键合总容量约20000μmolg约33％阳离子复合位置固定复合位置羧基酚基
    腐殖质富里酸复合体条件稳定常数排列次序：Fe3+>AL3+>Cu2+>Ni2+>CO2+>Pb2+>Ca2+>Zn2+>Mn2+>Mg2+中稳定常数PH50时PH35时稍羧基等功基较高PH值条件较高离解度PH值低时量H+金属离子起争夺配位体吸附位腐殖质络合金属离子较少
    胡敏酸富里酸金属离子形成溶性溶性络合物赖饱度富里酸金属离子络合物胡敏酸金属离子络合物溶解度
    胡敏酸作复原剂毒Cr6+复原Cr3+作Lewis硬酸Cr3+胡敏酸羧基形成稳定复合体限制动植物吸收性外腐殖质Hg2+复原HgFe3+复原Fe2+等等腐殖酸通金属离子络合鳌合吸附复原作降低重金属毒害作
2 机质农药等机污染物具固定作
   土壤机质农药等机污染物强烈新力机污染物土壤中生物活性残留生物降解迁移蒸发等程重影响农药固定腐殖质功基数量类型空间排列密切相关农药身性质关般认极性机污染物通离子交换质子化氢键危德华力配位体交换阳离子桥水桥等种机理土壤机质结合非极性机污染物通分隔〔Paxtioning〕机理结合腐殖质分子中极性亲水基团非极性亲水基团
   溶性腐殖质增加农药土壤水迁移富里酸较低分子量较高酸度胡敏酸更溶更效迁移农药等机污染物质腐殖酸作复原剂改变农药结构种改变腐殖酸中羧基酚羟基醇羟基杂环半醌等存加强毒机化合物腐殖质结合毒性降低消失
3 机质全球碳衡影响
    土壤机质全球碳衡程中非常重碳库统计全球土壤机质总碳量14×10175×1017g约陆生物总碳量〔56×1017g〕25倍年土壤机质生物分解释放气总量68×1015g全球年燃烧燃料释放气碳远低仅6×1015g土壤呼吸作释放碳8％％见土壤机质损失球然环境具重影响全球土壤机碳水断降全球气候变化影响亚类活动气排放影响
第三节 土壤生物
土壤动物

土壤动物指长期生中局部时间生活土壤表凋落物层中动物直接间接参土壤中物质量转化土壤生态系统中分割组成局部土壤动物通取食排泄挖掘等生命活动破碎生物残体土壤混合微生物活动机物质进步分解创造条件土壤动物活动土壤物理性质〔通气状况〕化学性质〔养分循环〕生物化学性质〔微生物活动〕均发生变化土壤形成土壤肥力开展起着重作
土壤动物分类土壤动物介绍
土壤动物陆生态系统中生物量类生物门类齐全种类繁数量庞土壤中植物土壤微生物组成土壤生态系统三者相互作相互影响土壤动物分类种类型面列举较常见四种分类方法
   〔〕土壤动物分类
1系统分类
表21 土壤动物门类
门
纲
原生动物门
扁形动物门
线形动物门
软体动物门
环节动物门
节肢动物门
脊椎动物门
 
涡虫纲
轮虫纲线虫纲
腹足纲
寡毛纲
蛛形纲甲壳纲足纲昆虫纲
两栖纲爬行纲哺乳纲

2体形分类
①型土壤动物体长02毫米包括鞭毛虫变形虫等原生动物轮虫局部熊虫线虫等
②中型土壤动物体长022毫米螨类拟蝎跳虫等微节肢动物涡虫蚁类双尾类等
③型土壤动物体长220毫米型甲虫蝽象金针虫蜈蚣马陆蝉假设虫盲蛛等
④巨型土壤动物体长20毫米脊椎动物中蛇蜥蜴蛙鼠类食虫类鼹鼠等脊椎动物中蚯蚓许害昆虫〔包括蝼蛄金龟甲蚕〕
3食性分类：分落叶食性材食性腐植食性植食性藓苔类食性菌食性藻食性细菌食性捕食性尸食性粪食性杂食性寄生性土壤动物
4土壤中生活时期分全期土壤动物周期土壤动物局部土壤动物暂时土壤动物渡土壤动物交土壤动物
(二) 重土壤动物介绍
土壤动物种类数量令惊叹难计数里仅介绍种土壤性质影响较生理性生态功较类熟知优势土壤动物类群
1原生动物
原生动物生活土壤苔藓中真核单细胞动物属原生动物门相原生动物言土壤动物门类均称生动物原生动物结构简单数量巨微米毫米般克土壤104~105原生动物土壤剖面分布层层少已报导原生动物300种运动形式原生动物分三类：①变形虫类〔假足移动〕②鞭毛虫类〔鞭毛移动〕③纤毛虫类〔纤毛移动〕数量鞭毛虫类分布森林枯落物层次变形虫通常进入原生动物达微孔隙纤毛虫类分布相较少原生动物微生物藻类食物维持土壤微生物动态衡起着重作养分整植物生长季节缓慢释放利植物矿质养分吸收
2土壤线虫
线虫属线形动物门线虫纲种体形细长〔1毫米左右〕白色半透明节动物土壤中非原生动物已报导种类达1万种方米土壤线虫体数达105106条线虫般喜湿分布机质丰富潮湿土层植物根系周围线虫分腐生型线虫寄生型线虫前者取食象细菌真菌低等藻类土壤中微原生动物腐生型线虫活动土壤微生物密度结构起控制调节作外通捕食种土壤病原真菌防止土壤病害发生传播寄生型线虫寄活植物体部位寄生结果通常导致植物发病线虫数森林土壤中湿生型动物优势类群
3蚯蚓
土壤蚯蚓属环节动物门寡毛纲研究早〔1840年达尔文起〕土壤动物蚯蚓体圆细长长短粗细种类异长044毫米宽013毫米长达3600毫米宽24毫米身体许环状节构成体节数目分类特征蚯蚓体节数目相差悬殊达600节少7节目前全球已命名蚯蚓约2700种中国已发现200种蚯蚓典型土壤动物集中生活表土层枯落物层捕食量机物矿质土壤机质丰富表层蚯蚓密度均高达方米170条土壤中枯落物类型影响蚯蚓活动重素具蜡层叶片蚯蚓容易取食象〔榆柞椴槭桦树叶等〕类树林土壤中蚯蚓数量含蜡叶片针叶林土壤丰富〔柞树林公顷294万条蚯蚓云杉林仅公顷61万条〕蚯蚓通量取食排泄活动富集养分促进土壤团粒结构形成通掘穴穿行改善土壤通透性提高土壤肥力土壤中蚯蚓数量衡量土壤肥力重指标
4弹尾螨目
弹尾〔名跳虫〕螨目分属节肢动物门昆虫纲蛛形纲土壤中数量节肢动物〔分占土壤动物总数54928〕国森林土壤中中型动物优势类群跳虫般体长13毫米腹部第4第5节弹器目前2000种生活土壤表层〔06厘米1530厘米少〕1方米土壤达2000尾绝数跳虫取食花粉真菌细菌少数危害甘蔗烟草磨菇螨目代表甲螨〔占土壤螨类62~94〕般体长02–13毫米分布表土层中05厘米土层数量约占全层数量8225厘米难找数甲螨取食真菌藻类已分解植物残体控制微生物数量促进机质分解程中起着重作
土壤中动物包括蠕虫蛞蝓蜗牛千足虫蜈蚣蛤虫蚂蚁马陆蜘蛛昆虫等
二 土壤动物生态环境关系
    〔〕生态环境土壤动物影响
土壤复杂然体生活土壤中动物群落受种环境素影响包括土壤性质〔土温土壤湿度土壤pH机质土壤容重枯落物数量质量土壤矿质元素污染物质含量〕植形气候等土壤动物群落结构环境素时间变化呈明显时空变化空间变化表现：①水变异土壤动物群落植土壤微貌类型海拔高度活动等素变化呈现出群落组成数量密度样性等水差异然植改耕作土壤土壤动物种类数量明显减少显示植类型土壤动物群落水结构巨影响王宗英等皖南农业生态系统调查发现土壤动物群落样性指数H：菜>次生林>灌丛>工杉林>旱>菜园>稻田>果园②垂直变异表现土壤动物表聚性特征土壤动物种类体数密度样性着土壤深度逐渐减少土壤动物时间变化表现季节变异土壤动物季节变化环境季节性节律密切相关中温带寒温带区土壤动物群落种类数量般79月达高雨量温度变化根致亚热带区般秋末冬初达高〔11月〕
〔二〕土壤动物指示作
生活土壤中动物受环境影响反土壤动物数量群落结构变异指示生态系统变化土壤动物样性认土壤肥力生态稳定性效指标土壤中某种类土壤动物快速灵敏反映土壤否污染污染程度例分布广数量种类甲螨广泛接触害物质时机土壤环境发生变化时种类数量变化反映出外线虫常作生态系统变化农业生态系统受干扰敏感指示生物土壤动物样性破坏威胁整陆生态系统生物样性生态稳定性应加强土壤动物样性研究保护


土壤微生物

土壤微生物包括： 细菌真菌放线菌藻类
特点：土壤中数量高繁殖快般土壤中细菌107～10 8g土真菌105～10 6g土放线菌106～10 7g土藻类104～10 5g土
作：分解机质合成腐殖质土壤总代谢活性中起重作
    土壤微生物指生活土中光学显微镜微生物包括细胞核构造完善原核生物细菌蓝细菌放线菌具完善细胞核结构真核生物真菌藻类衣等土壤微生物参土壤物质转化程土壤形成发育土壤肥力演变养分效化毒物质降解等方面起着重作
植物残体土壤微生物营养量源肥沃土壤机质丰富森林土壤微生物数量常较缺乏机质土壤微生物数量较少表22国种土壤微生物数量
表22 国土壤微生物数量〔104g土〕
土壤
植
细菌
放线菌
真菌
黑土
林
3370
2410
17
草
2070
505
10
灰褐土
林
438
169
4
黄绵土
草
357
140
1
红壤
林
144
6
3
草
100
3
2
砖红壤
林
189
10
12
草
64
14
7
〔中国土壤1987〕
土壤微生物营养类型呼吸类型
      〔〕 土壤微生物营养类型
根微生物营养源求般分成四类型
1化机营养型
化机营养型称化异养型类土壤微生物需机化合物作碳源通氧化机化合物获取量土壤中绝局部细菌全部真菌属类型类微生物土壤中起导作微生物
2光机营养型
光机营养型称光异养型源光需机化合物作供氢体复原CO2合成细胞物质紫色非硫细菌中深红红螺菌〔Rhodospirillum rubrum〕利简单机物作供氢体
CO2+ CH2CHOHCH3 → CH2O+ CH3COCH3
3化机营养型
化机营养型称化养型类土壤微生物CO2作碳源氧化机物中获取量类微生物土壤中种类土壤物质转化中起重作属类土壤微生物：亚硝酸细菌硝酸细菌硫氧化细菌铁细菌氢细菌等
4光机营养型
光机营养型称光养型类土壤微生物利光进行光合作机物作供氢体复原CO2合成细胞物质藻类光合细菌中绿硫细菌紫硫细菌属光养型
〔二〕土壤微生物呼吸类型
土壤微生物呼吸类型分三类
1气性微生物
类微生物氧环境中生长氧分子呼吸基质氧化时终电子受体空气中氧断供基质彻底氧化释放出全部量土壤中数细菌芽孢杆菌假单胞菌根瘤菌硝酸化细菌硫化细菌等属类外土壤放线菌藻类等属气性微生物
气性微生物通气良土壤中生长转化土壤中机物获量构建细胞物质行生理功土壤中气性化养型细菌复原态机化合物呼吸基质赖特殊氧化酶系统活化分子态氧氧化相应机物质获取量土壤中亚硝酸细菌〔NH4+呼吸基质氧化成NO2〕硝酸细菌〔NO2基质氧化成NO3〕硫化杆菌〔S基质氧化成SO42〕等均属类
2嫌气性微生物
类微生物嫌气条件进行氧呼吸机氧化物〔NO3SO42CO2〕作终电子受体通脱氧酶氢传递机机化合物复原土壤中嫌气固氮菌属类嫌气性固氮细菌代表巴氏梭菌〔Clostridium Pasteurianum〕酸性森林土壤中生活进行固定氮素作外产甲烷细菌脱硫弧菌等属嫌气性微生物
3兼嫌气性微生物
类氧氧环境中均进行呼吸土壤微生物土壤中反硝化假单胞菌某硝酸复原细菌硫酸复原细菌等属兼性微生物氧环境中气性细菌样进行氧呼吸缺氧环境中呼吸基质彻底氧化硝酸碳酸中氧作受氢体硝酸复原亚硝酸分子氮硫酸复原硫硫化氢  

二土壤细菌
        〔〕 土壤细菌般特点
土壤细菌类单细胞完整细胞核生物占土壤微生物总数70~90克土中100万细菌细菌菌体通常直径02~05微米长度约微米土壤细菌生物量高细菌根形态三种：球状杆状螺旋状相应细菌种类球菌杆菌螺旋菌
土壤细菌常见属：节杆菌属〔Arthrobacter〕芽孢杆菌属〔Bacillus〕假单胞菌属〔Psendomonas〕土壤杆菌属〔Agrobacterium〕产碱杆菌属〔Alcaligenes〕黄杆菌属〔Flavobacterium〕
〔二〕 土壤细菌生理群
土壤中存中种细菌生理群中纤维分解细菌固氮细菌氨化细菌硝化细菌反硝化细菌等土壤元素循环中起着作
1纤维分解细菌
土壤中分解纤维细菌气纤维分解细菌嫌气纤维分解细菌
气纤维分解细菌生孢噬纤维菌属〔Sporocytophaga〕噬纤维菌属〔Cytophaga〕囊菌属〔Polyangium〕镰状纤维菌属〔Cellfalcicula〕等类纤维分解菌活动适温度22~30℃通气良太高太低温度类细菌活性均较影响
嫌气纤维分解细菌热性嫌气纤维分解芽孢细菌包括热纤梭菌〔Cl thermocellum〕溶解梭菌〔Cl dissolvens〕高温溶解梭菌〔Cl thermocellulolyticus〕等热性纤维分解菌活动适宜温度达60~65℃高活动温度达80℃
土壤纤维分解细菌活动强度受土壤养分水分温度酸度通气等素影响通常纤维分解细菌适宜中性微碱性环境酸性土壤中纤维素分解菌活性明显减弱纤维分解细菌活动受分解物料CN率影响般情况细菌细胞增长需CN率41~51时呼吸程中消耗倍碳分解物料CN率201~251时纤维分解细菌进行分解活动般植物性材料〔蒿杆树叶杂草等〕CN率常251利材料作堆肥基肥时加速分解适补充氮素化肥粪尿等
2固氮细菌
土壤中固氮微生物种类年气中固定氮素达亿吨〔表33〕中固氮细菌固氮微生物中占优势位约三分二分子态氮固氮细菌固定固氮细菌分生固氮细菌生固氮细菌二类
表23 种固氮微生物固氮量统计
固氮微生物种类
全年总固氮量〔×104t〕
单位面积固氮量〔kghm2〕
生固氮细菌
5500
90~240
生固氮细菌
100~200
30~75
非豆科生微生物
2500
45~150
固氮藻类
1000
38~75
〔1〕生固氮细菌
生固氮细菌指单独生活时分子态氮复原成氨营养细菌类群目前已发现确证具生固氮作细菌70属
固氮细菌中属气性固氮菌属〔Azotobacter〕氮单胞菌属〔Azomonas〕拜叶林克菌属〔Beijerinckia〕德克斯菌属〔Derxia〕嫌气性丁酸发酵型梭状芽孢杆菌重巴斯德梭菌兼性肠杆菌科中属种芽孢杆菌属中少数种
生固氮细菌属中温性细菌适活动温度28~30℃适宜中性反响土壤气性固氮细菌嫌气性固氮细菌土壤反响适应性前者土壤pH降60固氮活性会明显影响者pH50~85范围均较高活性酸性森林土壤中气性固氮细菌占位嫌气性固氮细菌广泛分布森林土壤中甚酸性沼泽化泥炭中长生固氮力气性固氮细菌适应性强森林土壤中数量超气性固氮细菌十倍甚百倍嫌气性固氮细菌森林土壤固氮起着重作
〔2〕生固氮细菌
生固氮作指两种生物相互存生活起时固氮微生物进行固氮作生固氮作中根瘤菌豆科植物生固氮作重根瘤菌指豆科植物生形成根瘤固定气中分子态氮植物提供氮营养类杆状细菌根瘤菌土壤中独立生活豆科植物根瘤中进行旺盛固氮作根瘤菌根瘤菌属〔Rhizobium〕慢生根瘤菌属〔Bradyrhizobium〕
根瘤菌工培养条件细胞呈杆状05~09×12~30微米革兰氏染色阴性根瘤菌豆科植物形成根瘤分两阶段
① 侵染土壤阶段 阶段中根瘤菌菌体生活土壤中呈球菌短杆菌逐渐变成具鞭毛运动杆菌时没固氮力受豆科植物根系分泌物诱导根际量繁殖
② 根瘤菌形成阶段 侵入根毛细胞中根瘤菌细胞中量繁殖根瘤菌时期固氮菌体侵入达皮层深处时皮层细胞受菌分泌物刺激强烈增生产生分生组织局部形成根瘤皮层局部分化维束根部维束相联通根瘤宿生关系通道样植物根部形成根瘤根瘤增长强烈时期根瘤菌固氮旺盛时期时形成真正生关系
根瘤菌固氮生物化学程菌体细胞中进行根瘤组织受根瘤菌分泌物影响产生某种固氮酶系统根瘤组织中进行固氮作
根瘤菌豆科植物生关系专化性某种豆科植物根系中离出根瘤菌互接种族〞植物根部形成根菌土壤中发育条件宿植物求条件相
3氨化细菌
微生物分解含氮机化合物释放氨程称氨化程氨化程般分两步第步含氮机化合物〔蛋白质核酸等〕降解肽氨基酸氨基糖等简单含氮化合物第二步降解产生简单含氮化合物脱氨基程中转变NH3
参氨化作微生物种类较中细菌测定条件适宜时土壤中氨化细菌克土达105~107气性细菌蕈状芽孢杆菌〔Bacillus mycoides〕枯草杆菌〔Bacillus subtilis〕嫌气性细菌某种群腐败芽孢杆菌〔Bacillus putrificus〕外兼性细菌变形杆菌等
氨化细菌需适土壤含水量田间持水量50~75适温度25~35℃氨化细胞适宜中性环境中生长酸性土壤添加石灰增加氨化细菌活性土壤通气状况决定氨化细菌优势种群通气状况坏影响氨化作进行
含氮机化合物CN氨化细菌活动强度氨化程较影响般CN机物氨化进行快CN机物氨化进行缓慢氨化细菌细胞CN4~5：1合成样体质细胞利16~20份碳作量氨化细菌生长繁殖中求提供CN20~25：1氨化细菌分解CN机物料时机碳剩氮素缺乏会导致微生物土壤机氮中吸取氮合成身体质时添加适量机氮会加速氨化作进行氨化细菌分解CN机物料时机碳缺乏氮素供余时氮矿化作固持作导致土壤机氮积累增加
4硝化细菌
微生物氧化氨硝酸中获量程称硝化程土壤中硝化程分两阶段完成第阶段亚硝酸细菌NH3氧化亚硝酸亚硝化程第二阶段硝酸细菌亚硝酸氧化硝酸程
参硝化程土壤微生物硝化细菌包括亚硝酸细菌硝酸细菌两亚群亚硝化细菌包括亚硝化单胞菌〔Nitrosomomas〕亚硝化螺菌〔Nitrosospira〕亚硝化球菌〔Nitrosococcus〕亚硝化叶菌〔Nitrosolobus〕四属硝酸细菌包括硝化杆菌〔Nitrobacter〕硝化刺菌〔Nitrospina〕硝化球菌〔Nitrococcus〕三属
硝化细菌属化机营养型适宜pH66~88更高范围生活pH低60时硝化作明显降硝化细菌气性细菌适宜通气良土壤土壤中含氧量相气中氧浓度40~50时硝化作旺盛硝化细菌适温度30℃低5℃高40℃硝化作甚弱许森林土壤pH常低50 森林土壤中硝酸盐含量通常低积累铵盐较高
5反硝化细菌
微生物硝酸盐复原复原态含氮化合物分子态氮程称反硝化程
引起反硝化程微生物反硝化细菌反硝化细菌属兼嫌气性微生物反硝化细菌脱氮杆菌〔Bacteria denitrificans〕萤光极毛杆菌〔Pseudomonas fluorescens〕等反硝化细菌适宜pH6~8pH35~112范围进行反硝化作反硝化细菌适温度25℃2~65℃范围反硝化作均进行
三 土壤真菌
土壤真菌指生活土壤中菌体呈分枝丝状菌丝体少数菌丝兴旺缺乏菌丝具真正细胞核类微生物土壤真菌数量约克土含2~10万繁殖体数量土壤细菌少真菌菌丝体长真菌菌体远细菌测定克表土中真菌菌丝体长度约10~100米公顷表土中真菌菌体重量达500~5000千克土壤中细菌真菌菌体重量拟1：1见土壤真菌构成土壤微生物生物量重组成局部
土壤真菌常见土壤微生物适宜酸性pH低40条件细菌放线菌已难生长真菌发育许酸性森林土壤中真菌起重作国土壤真菌种类繁资源丰富分布广青毒属〔Penicillium〕曲霉属〔Aspergillus〕木霉属〔Trichoderma〕镰刀菌属〔Fusarium〕毛霉属〔Mucor〕根霉属〔Rhizopus〕
土壤真菌属气性微生物通气良土壤中通气良渍水土壤中少土壤剖面表层层少土壤真菌化机营养型氧化含碳机物质获取量土壤中糖类纤维类果胶木质素等含碳物质分解积极参者
  四土壤放线菌
土壤放线菌指生活土壤中呈丝状单细胞革兰氏阳性原核微生物土壤放线菌数量仅次土壤细菌通常细菌数量1~10克土中10万放线菌占土壤微生物总数5~30生物量细菌接常见土壤放线菌链霉菌属〔Streptomyces〕诺卡氏菌属〔Nocardia〕单胞菌属〔Micromonospora〕游动放线菌属〔Actinoplanes〕弗兰克氏菌属〔Frankia〕等中链霉菌属占70~90
土壤中放线菌细菌真菌样参机物质转化数放线菌够分解木质素纤维素单宁蛋白质等复杂机物放线菌分解机物质程中形成简单化合物外产生特殊机物生长刺激物质维生素抗菌素挥发性物质等
五 土壤藻类
土壤藻类指土壤中类单细胞细胞含种色素低等植物土壤藻类构造简单体微根茎叶分化数土壤藻类机营养型身含叶绿素利光合成机物质土壤藻类常分布表土层中藻类分布较深土层中藻类常机营养型利土壤中机物质碳营养进行生长繁殖保持叶绿素器官功
土壤藻类分蓝藻绿藻硅藻三类蓝藻称蓝细菌体直径05~60毫微米形态球状丝状细胞含叶绿素a藻蓝素藻红素绿藻含叶绿素外含叶黄素胡萝卜素硅藻单细胞群体藻类叶绿素a叶绿素b外含β胡萝卜素种叶黄素
土壤藻类真菌结合成生体风化母岩瘠薄土壤生长积累机质时加速土壤形成藻类直接溶解岩石释放出矿质元素例硅藻分解正长石高岭石补充土壤钾素许藻类代谢程中分泌出量粘液改进土壤结构性藻类形成机质拟容易分解养分循环微生物繁衍具重作沼泽化林中藻类进行光合作时吸收水中二氧化碳放出氧气改善土壤通气状况  
  六 衣
衣真菌藻类形成离生体衣广泛分布荒凉岩石土壤物体外表衣通常裸露岩石土壤母质早定居者衣土壤发生早期起重作

植物根系微生物联合

植物根系通根表细胞组织脱落物根系分泌物土壤输送机物质机物质方面土壤养分循环土壤腐殖质积累土壤结构改进起着重作方面作微生物营养物质刺激根系周围土壤微生物生长根周围土壤微生物数量明显增加表34列举根表细胞组织脱落物根系分泌物物质类型营养作
表34根产物中机物质种类植物营养中作
根产物中机物质种类
植物营养中作
低分子机化合物
糖 类
 
养分活化固定
微生物养分源
机 酸
氨 基 酸
酚类化合物
高分子粘胶物质
糖酚类化合物
抵御铁铝锰毒害
聚半乳糖醛酸等
细胞组织脱落物溶解产物
根冠细胞
微生物源
根毛细胞含物
间接影响植物营养状况
 
植物根系形态
高等植物根生长营养器官单株植物全部根总称根系林木根系分布范围广根量土壤影响广泛节中阐述林木根系形态林木根系形态概括起分成五种类型
1垂直状根系
类根系明显兴旺垂直根根伸展出许侧根侧根着生着许营养根营养根顶端常生长着根毛菌根局部阔叶树针叶树根系属类型尤种松树栎类中特普遍类根系发育拟干旱透水良水位较深土壤
2辐射状根系
类根系没垂直根初生次生侧根根茎四周延伸纤维状营养根土层中结成网状槭属水青冈属杉木冷杉等具种根系辐射状根系发育通气良水分适宜土质肥沃土壤
3扁状根系
类根系侧根水方周围伸展具垂直根侧根生出许顶端呈穗状营养根云杉冷杉铁杉趋腐朽林木具类根系尤积水土壤泥炭土种根系发育突出
4串联状根系
类根系变态茎例竹类根属种类型类根分布较浅定方四周蔓延萌蘖生长出定根类根土壤求较严格紧实积水土壤生长利
5须状根系
类根根兴旺茎基部生长出许粗细相似须状定根棕榈根系属类型类根呈丛生状态土壤中紧密盘结
二 根际根际效应
根际〔Rhizosphere〕指植物根系直接影响土壤范围根际概念早1904年德国科学家黑尔特纳〔Lorenz hiltne〕提出根际范围植物种类较变化时受植物营养代谢状况影响根际界限十分清楚区域通常根际范围分成根际根面二区受根系影响显著区域距活性根1~2毫米土壤根外表粘附土壤〔称根面〕
植物根系细胞组织脱落物根系分泌物根际微生物提供丰富营养量植物根际微生物数量活性常高根外土壤种现象称根际效应根际效应常根际土根外土中微生物数量值〔RS值〕表示RS值越根际效应越明显然RS值总1般5~50间高达100土壤类型RS值影响机质含量少贫瘠土壤RS值更植物生长势旺盛会RS值增
三根际微生物
根际微生物指植物根系直接影响范围土壤微生物
〔〕数量 总说根际微生物数量根外植物种类品系生育期土壤性质根际微生物数量较变异水方离根系越远土壤微生物数量越少〔表35〕  
表35蓝羽扇豆根际微生物数量〔×103g干土〕
距根距离〔mm〕
细菌
放线菌
真菌
0*
159000
46700
355
0~3
49000
15500
176
3~6
38000
11400
170
9~12
37400
11800
130
15~18
34170
10100
117
80**
27300
9100
91
*根面 **土壤
垂直方数量土壤深度增加减少通板计数法分析通常克根际土壤微生物中细菌数量106~107放线菌数量105~106真菌数量103~104
〔二〕类群 受根系选择性影响根际微生物种类通常根外少微生物组成中革兰氏阴性芽孢细菌占优势假单胞菌属〔Pseudomonas〕农杆菌属〔Agrobacterium〕黄杆菌属〔Flavobaterium〕产碱菌属〔Alcaligenes〕节细菌属〔Arthrobacter〕分枝杆菌属〔Mycebacterium〕等
假设生理群分反硝化细菌氨化细菌纤维素分解细菌根际较
四 菌 根
菌根指某真菌侵染植物根系形成生体菌根真菌菌丝根部伸土壤中扩根土壤养分吸收菌根真菌分泌维生素酶类抗生素物质促进植物根系生长时真菌直接植物获碳水化合物植物真菌两者进行互惠生活
已发现菌根植物二千种中木植物数量根菌根菌植物栖特点菌根分成三类：外生菌根生菌根外生菌根
〔〕外生菌根
外生菌根分布北半球温带热带丛林区高海拔处南半球河流岸树种担子菌亚门子囊菌亚门真菌侵染形成类菌根形成时菌根真菌植物幼根外表发育菌丝包根外形成厚紧密菌丝鞘少量菌丝穿透表皮细胞皮层23层细胞间隙中形成稠密网状——哈氏网〔Harting net〕菌丝鞘哈氏网伸入土中菌丝组成外生菌根整体
具外生菌根树种松云杉冷杉落叶松栎栗水青岗桦鹅耳枥榛子等
〔二〕生菌根
类菌根根外表形成菌丝鞘真菌菌丝发育根皮层细胞间隙深入细胞少数菌丝伸出根外
生菌根根结构分泡囊丛枝状菌根〔简称VA菌根〕兰科菌根杜鹃菌根中VA菌根生菌根类型真菌中囊霉科侵染形成
生菌根发育草植物较兰科植物具典型生菌根许森林植物济林木形成生菌根柏雪松红豆杉核桃白蜡杨楸杜鹃槭桑葡萄杏柑桔茶咖啡橡胶等
〔三〕外生菌根
外生型菌根生型菌根中间类型外生菌根相处根外表明显菌丝鞘菌丝具分隔根皮层细胞间充满菌丝构成哈氏网菌丝穿入根细胞
类菌根已报导桨果鹃类菌根水晶兰菌根桨果鹃类菌根菌丝穿入根表皮皮层细胞形成菌丝圈水晶豆菌根根细胞菌丝顶端形成枝状吸器
类菌根发育许林木根部松云杉落叶松栎树等
菌根寄植物作：①扩寄植物根吸收范围作显著提高植物磷吸收②防御植物根部病害菌根起机械屏障作防御病菌侵袭③促进植物体水分运输增强植物抗旱性④增强植物重金属毒害抗性缓解农药植物毒害⑤促进生固氮
五 根 瘤
根瘤指原核固氮微生物侵入某裸子植物根部刺激根部细胞增生形成瘤状物根瘤微生物植物根联合种形式根瘤分豆科植物根瘤非豆科植物根瘤豆科植物根瘤生固氮中已表达
非豆科植物根瘤中生菌放线菌少数细菌藻类中放线菌弗兰克氏菌属目前已发现9科20属约200种非豆科植物弗兰克氏属放线菌侵染结瘤
国许非豆科植物放线菌细菌结瘤桤木属杨梅属木麻黄属植物放线菌形成根瘤具固氮作沙棘属胡颓子属植物细菌形成根瘤根瘤样固氮力
六土壤酶
土壤酶指土壤中催化土壤生物学反响类蛋白质土壤中种生物化学反响类相应土壤酶参完成土壤酶活性表征土壤生物活性强弱
〔〕土壤酶源存状态
土壤酶源土壤微生物植物根土壤动物进入土壤动植物残体土壤酶存状态分成胞酶胞外酶胞酶指存土壤中微生物动植物活细胞死亡细胞酶胞外酶指游离态存土壤溶液中土壤机矿质组分结合脱离活细胞死亡细胞酶
〔二〕土壤酶种类功
目前已发现土壤酶达50种研究氧化复原酶类水解酶类转化酶类现土壤中酶类酶促反响纳：
1氧化复原酶类
脱氢酶〔dehydrogenase〕促进机物脱氢起传递氢作
葡萄糖氧化酶(glucose oxidase) 氧化葡萄糖葡萄糖酸
醛氧化酶(aldehyde oxidase) 催化醛氧化酸
尿酸氧化酶(urafe oxidase) 催化尿酸尿囊素
联苯酚氧化酶(pdiphenol oxidase) 促酚类物质氧化生成醌
磷苯二酚氧化酶(catalase oxidase) 促酚类物质氧化生成醌
抗坏血酸氧化酶(ascorbate oxidase) 抗坏血酸转化脱氢抗坏血酸
氧化氢酶(catalase) 促氧化氢生成O2H2O
氧化物酶(peroxidase) 催化H2O2氧化酚类胺类醌
氢酶(hydrogenase) 活化氢分子产生氢离子
硫酸盐复原酶(sulfate reductase) 促SO42SO32硫化物
硝酸盐复原酶(nitrate reductase) 催化NO3NO2
亚硝酸盐复原酶(nitrite reductase) 催化NO2复原成NH2(OH)
羟胺复原酶(hydramine reductase) 促羟胺氨
2水解酶类
羧基酯酶(carboxy lesterase) 水解羧基酯产羧酸产物
芳基酯酶(arylesterase) 水解芳基酯产芳基化合物
脂酶(1ipase) 水解甘油三脂产甘油脂肪酸
磷酸脂酶(phosphatase) 水解磷酸脂产磷酸
核酸酶(nuclease) 水解核酸产机磷
核苷酸酶(nudclrotidase) 核苷酸脱磷酸
植素酶(plytase) 水解植素生成磷酸肌醇
芳基硫酸盐酶(arylsulphatase) 水解芳基硫酸盐生成硫酸芳香族化合物
淀粉酶(amylase) α淀粉酶β淀粉酶葡萄糖苷酶终产物葡萄糖：
纤维素酶(cellulase) 水解纤维素生成纤维二糖
木聚糖酶(xylanase) 水解木聚糖产木糖
α葡萄糖苷酶麦芽糖酶(αblucosidase) 水解麦芽糖产葡萄糖
β葡萄糖苷酶纤维二糖酶(βglucosidase) 水解纤维二糖产葡萄糖
α半乳糖苷酶蜜二糖酶(αgalactosidase) 水解该底物产半乳糖
β半乳糖苷酶乳糖酶(βgalactmidase) 水解该底物产半乳糖
蔗糖酶转化酶(invertase) 水解蔗糖产葡萄糖果糖
蛋白酶(proteinase) 水解蛋白质产肽氨基酸
肽酶(peptidase) 断肽链生成氨基酸
天冬酰胺酶(asparaginase) 水解天冬酰胺产天冬氨酸氨
脲酶(urease) 水解尿素生成CO2NH3
机焦磷酸盐酶(inorganie pyrophosphatase) 水解焦磷酸盐生成正磷酸
聚磷酸盐酶(polymetaphsphatase) 水解聚磷酸生成正磷酸盐
ATP酶(adenosine triphosphatase) 水解ATP生成ADP
3转移酶类
葡聚糖蔗糖酶(dextransucrase) 进行糖基转移
果聚糖蔗糖酶(1evan sucrase) 进行糖基转移
氨基转移酶(aminotransferase) 进行氨基转移
4裂解酶类
天冬氨酸脱羧酶(aspartate decarboxylase) 裂解开冬氨酸β丙氨酸CO2
谷氨酸脱羧酶〔glutamate decarboxylase〕裂解谷氨酸γ氨基丙酸CO2
芳香族氨基酸脱羧酶〔aromatic amino and decarboxylase〕裂解芳香族氨基酸色氨酸脱羧酶裂解色氨酸生成色胺
〔三〕 土壤酶活性影响素
土壤酶活性指土壤中酶催化生物化学反响力常单位时间单位土重底物剩余量产物生成量表示
影响土壤酶活性素土壤性质耕作理措施
1土壤性质 影响酶活性土壤性质①土壤质质粘重土壤酶活性常高质较砂土壤＇②土壤水分状况渍水条件常降低转化酶〔例蔗糖酶〕活性提高脱氢酶活性③土壤结构粒径团聚体含较粘土矿物机质径团聚体土壤酶活性常较粒径团聚体强④土壤温度适温度土壤酶活性温度升高升高⑤土壤机质含量般情况土壤机质含量高土壤酶活性较强⑥土壤pH土壤酶适宜pH定差异
2耕作理措施 ①施肥土壤酶活性影响施机肥常提高土壤酶活性施矿质肥料土壤酶活性影响土壤肥料酶种类施含磷矿质肥料常提高磷酸酶活性长期施磷肥降低磷酸活性机质含量低土壤施磷肥会提高磷酸酶活性②土壤灌溉灌溉增加脱氢酶磷酸酶活性降低转化酶活性③农药土壤影响杀真菌剂外施正常剂量农药土壤酶活性影响农药施土壤酶活性农药抑制增强影响般维持月然恢复正常长期施农药导致土壤化学性质发生较变化时会土壤酶活性产生持久影响

第三章  土壤物理性质环境

第节 土壤质

根概念
　 1单粒：相稳定土壤矿物质根颗粒包括机质单粒
    2复粒〔团聚体〕：假设干单粒团聚成次生颗粒复粒团聚体
    3粒级：定直径范围土划分假设干组土壤中单粒直径连续变量测定划分方便进行分组土壤中颗粒成分性质异根土粒特性粒径划分假设干组组土粒成分性质根致组间差异较明显土粒成分性质变化渐变
    4土壤机械组成：土壤颗粒组成土壤中种粒级占重量百分
    5土壤质：土壤颗粒组成区分种组合组合定名称种分类命名称土壤质：砂土砂壤土轻壤土中壤土重壤土粘土等

二粒级划分标准：
     国土粒分级2： 　
   1前苏联卡庆斯基制土粒分级〔简明系统〕
     001mm作划分界限直径1——001mm颗粒称物理性砂粒<001mm颗粒称物理性粘粒
  2科研中常分级标准：
    标准1995年制定8级：2～1mm极粗砂1～05mm粗砂 05～025mm中砂025～010mm细砂010～005mm极细砂005～002mm粗粉粒 002～0002mm细粉粒0002mm粘粒
三粒级组特征 
     国划分粒级标准名称均分四等级： 石砾砂粒粉粒粘粒
   1石砾 岩石碎块
   2砂粒 常单粒存石英颗粒通透性保水肥力差粘着性塑性胀缩性等性质矿质养分含量低
   3粉粒 砂粒外表积保水性加强透水性减弱粘结性粘着性塑性较弱矿质营养较砂粒高
4粘粒    呈片状常复粒存具强粘性塑性通透性差保水保肥力强矿质养分含量丰富

四土壤质分类
   1国际三级制 根砂粒〔2—002mm〕粉砂粒(002mm—0002mm)粘粒(<0002mm)含量确定三角坐标图
2简明系统二级制 根物理性粘粒数量确定考虑土壤条件物理性质影响土类定质分类标准国较常



 
3国土壤质分类系统 结合国土壤特点农业生产中采前苏联卡庆斯基质分类石砾含量较高土壤制定石砾性土壤质分类标准砾质土壤分砾质少砾质砾质三级土壤质前冠少砾质砾质名称

五土壤质土壤肥力性状关系

       1土壤质土壤营养条件关系
肥力性状 砂土 壤土 粘土
保持养分力 中等
供养分力 中等
保持水分力 中等
效水分含 少 中少
   2土壤质环境条件关系
肥力性状 砂土 壤土 粘土
通气性 易 中等 易
透水性 易 中等 易
增温性 易 中等 易
     外土壤中石砾土壤肥力定影响
六简易土壤质测定方法
砂土：见感觉单砂粒干时抓手中稍松开散落湿时捏成团碰散
壤土：干时手握成团极易散落润时握成团手心会散开
壤土：干时手握成团手心会散开润时手握成团般性触动散开
   粉壤土：干时成块易弄碎湿时成团塑性胶泥湿时拇指食指撮捻成条呈断裂状
   粘壤土：湿土拇指食指撮捻成条受住身重量
   粘土： 干时常坚硬土块润时极塑通常粘着性手指间撮捻成长塑土条
七土壤质改进
〔〕良土壤质缺点
    粘质土：粘重紧实通透性差早春土温易升高称冷性土〞早春利播种出苗起苗时容易断根
    砂质土：养分含量低保肥性差炎热季节导致幼苗灼伤〞失水肥料浓度高易烧苗〞
    渣砾质土壤严重土壤肥力缺陷
〔二〕粘重土壤改进
   1掺沙子砂土根方法
     改进前应先测定土壤机械组成计算掺沙〔砂〕量河沙〔05——01毫米〕风积沙应>2毫米局部海岸沙应盐分洗掉
   2翻砂压淤积母质中 粘土层面砂土层〔腰砂〕采深翻措施
   3施膨化岩石类珍珠岩膨化页岩岩棉陶粒浮石硅藻土等草坪建植中粉煤灰炉渣〔碱性〕
   4施机肥施CN高机物料时应配合氮肥




〔三〕砂质土壤改进
   1掺入粘土河泥塘泥等
   2翻淤压砂
   3施腐熟细质机肥泥炭
   4翻压绿肥
〔四〕碴砾质土壤改进
   1耐旱树木灌木渣砾含量<30时改进
   2栽花种草时渣砾应量挖走必时筛渣砾
   3渣砾超50时植物法生长应掺土采换土方法 　


 附：1993年美国高尔夫球场制定根际混合层粒径分布：
砾石〔>2〕0极粗沙(12)适7
粗沙(051)0 中等沙(02505)适范围75
细沙(01025)0
极细沙(00501)适10
粉沙粘粒(<005)适3





第二节 土壤结构


概念
   1土壤结构体：单粒互相胶结起形成团聚体
   2土壤结构性：土壤颗粒空间排列方式呈现出稳定程度孔隙状况
稳定程度包括： 1〕然状况保持该结构时间长短
              2〕条件〔耕作施肥〕保持该结构时间长短
二土壤结构类型
根土壤结构体形状
分立方体状〔块状核状粒状团粒〕柱状〔棱柱状〕片状板状等




三土壤结构形成素
  1需定数量直径足够土粒土粒愈细数量越粘结力愈
  2土粒聚合阳离子
     种类离子聚合力：
     Fe3+ >Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > H+ > NH4+ > K+ > Na+聚合力逐渐减
  3胶结物质
种土壤胶体
    机胶体：粘土矿物含水氧化铁氧化铝氧化硅等
    机胶体：包括腐殖质机质糖〔线性高分子聚合体〕葡萄糖胡敏酸等
  4外力推动作
促较土壤颗粒破碎成细颗粒时促进颗粒间粘结起外力推动作素三方面：
   土壤生物：根系生长〔穿插挤压分泌物根际微生物〕动物活动
气变化：干湿冻融交
活动：耕作施肥
四土壤结构土壤肥力
  1土壤表层A1层没破坏良团粒结构粒状块状结构
  2具团粒结构粒状土壤透气性渗水性保水性利根生长
  3质砂土砂壤土轻壤土土壤土壤结构影响较质粘土重壤土中壤土沉积紧实砂土土壤结构影响较土壤结构改变质土壤孔隙影响
五土壤结构改进
  1良土壤结构
块状结构：漏风跑墒压苗阻碍根系穿插
片状结构：通透性差易滞水扎根阻力
散砂结构：漏水漏肥贫瘠易旱水蚀严重
  2创造草坪土壤团粒结构措施
    1〕合理耕作般土壤外白〔干〕里暗〔湿〕干块湿块呈花脸时宜耕手摸时捏成团手松粘手落散时宜耕期
    2〕合理灌溉：喷灌滴灌防止水漫灌太急喷灌等良方式
    3〕围栏保护防止践踏通生物措施改进
    4〕深翻施机肥常腐叶土
    5〕施结构改进剂   结构改进剂工提取工合成高分子机化合物
   合成剂：应效果：聚丙烯腈水解物钠盐羧化聚合物钙盐聚丙烯酰胺改进土壤结构蓄水保墒公顷200——400千克遇水形成水稳性团粒结构土壤蓄水力提高100倍绿化沙漠中意义
天然土壤结构改进剂：机物中提取出腐殖酸盐树脂胶糖醛类缺点：易微生物分解量 优点：刺激植物生长



第三节  土粒密度土壤容重孔隙度

 土粒密度〔土壤重〕
  1概念
     单位体积固体物质质量
  2影响素
土壤矿物质种类数量
    机质〔腐殖质较125—140间〕
  3般土壤土粒密度均265〔26—27〕左右

二土壤密度〔土壤容重〕
  1概念：单位原状土壤体积烘干土重gcm3
  2影响土壤密度素：土壤矿物质土壤机质含量孔隙状况
般矿质土壤密度133 gcm3
  3土壤密度途
计算题：亩耕层深度20cm土壤密度115gcm3土粒密度265 15gcm3
     1〕计算耕层土重总孔隙度
     计算总孔隙度：P(1土壤密度土粒密度)*100　
     2〕测定土壤机质含量2计算土壤机质重量

  4土壤密度坚实度关系：等条件密度土壤疏松密度土壤坚实
  5极限土壤密度适宜土壤密度
    极限土壤密度：土体坚实致根系生长密度值
    适宜土壤密度：土壤结构性孔隙状况适宜植物扎根生长时密度
    两者均取决土壤质根系身固定数值
　
三土壤孔隙度
  1定义：单位原状土壤体积中土壤孔隙体积占百分率
总孔隙度直接测定计算出
     总孔隙度(1容重土粒密度)*100

  2孔隙类型分级：孔隙真实直径难测定土壤学说直径指定土壤水吸力相孔径孔隙形状均匀度关孔隙粗细分三类：
  〔1〕非毛孔隙〔〕：孔隙直径002mm水受重力作流动植物幼中利伸展气体水分流动
  〔2〕毛孔隙：孔隙直径002—0002毫米间毛力发挥作植物根毛〔001〕伸入中原生动物真菌菌丝体进入水分传导性较时保存水分水分植物利
  〔3〕非活性毛孔隙：0002毫米细菌〔0001—005mm〕难中居留种孔隙持水力极时水分移动阻力中水分植物利〔效水分含量低〕
  3 适宜土壤孔隙状况
土壤中孔隙时存土壤总孔隙度50左右毛孔隙30—40间非毛孔隙20—10非活性毛孔隙少拟理想
  假设总孔隙60—70分疏松难立苗保水 假设非毛孔隙10保证空气充足通气性差水分难流通〔渗水性差〕


第四章  土壤化学性质环境

第节  土壤胶体


概念
土壤胶体指颗粒直径0001mm0002mm土壤微粒
目前土壤胶体粒径范围绝胶体性质出现着粒径减逐渐加强没截然划分界限
土壤胶体成分拟复杂化学成分源分机胶体机胶体机机复合胶体三类土壤胶体系列性质表现具巨外表带电荷原
二种胶体类型
    〔〕土壤机胶体
    土壤机胶体存极微细土壤粘粒局部包括成分较简单次生含水氧化铁含水氧化铝含水氧化硅等成分较复杂结晶层状次生铝硅酸盐类〔粘土矿物〕
        1含水氧化硅胶体
分子式SiO2•H2OH2SiO3般情况含水氧化硅外层分子发生解离解离出H+HSiO3SiO32留胶核外表组成决定电位离子层胶粒带负电土壤反响越偏碱性硅酸解离度越带负电荷越
       2 含水氧化铁铝胶体
类胶体包括褐铁矿〔2Fe2O3•3H2O〕水赤铁矿〔3Fe2O3•H2O〕针铁矿〔Fe2O3•H20〕水铝矿〔Al2O3•H2O〕三水铝矿〔Al2O3•3H2O〕等晶质矿物氢氧化铁[Fe(OH)3]氢氧化铝[Al(OH)3]等非晶质矿物矿物铝硅酸盐深度风化产物均两性胶体电荷土壤溶液酸碱反响变化变化环境反响等电点酸性方面时带正电反响等电点碱性方面时带负电
纯洁氢氧化铁等电点pH71氢氧化铝等电点pH81数酸性中性土壤中带正电荷土壤中氢氧化铁氢氧化铝胶体覆机胶体测定胶体等电点时pH值低纯洁氢氧化铁铝等电点未腐殖质砖红壤胶体等电点约pH4~5间
铁铝氧化物常胶膜状态包土壤颗粒成稳定性强土壤结构铁铝氧化物吸附阳离子力低酸性条件甚吸附阴离子磷酸根固结作温带区土壤中矿物常层状硅酸盐矿物混存热带亚热带土壤中类矿物占优势区土壤胶体性质影响颇
      3水铝英石
类非晶质定形胶态物质成分水化硅铝二三氧化物简化分子式：12SiO2•Al2O3•nH2O 土壤中含水铝英石特火山灰发育土壤中更普遍
水铝英石硅氧四面体中Al3+置换Si4+ 产生净负电荷时外表Al—OHSi—OH 溶液碱性增加pH增时产生解离带负电：
Al OH pH加 Al O + H+

≡Si OH ≡Si O + H+
   
水铝英石外表吸附阳离子外表积阳离子交换量达154~210 cmol(+)·kg1
定条件水铝英石外表带正电荷例溶液酸度增加pH降低时产生质子化作H+加矿物边角氢氧根样水铝英石外表带净正电荷吸附H2PO4SO42NO3Cl等阴离子
     4粘土矿物
指土壤中次生层状铝硅酸盐类粒径般2µm般土壤中胶体矿物局部土壤矿质局部离子交换作载体
粘土矿物结晶层状构造外形种形态薄片部离子排列特点决定部结构硅氧片水铝片迭合成根迭合情况粘土矿物分类型土壤中粘土矿物高岭石蒙脱石水云母〔包括伊利石〕等类
粘土矿物硅氧片水铝片迭合成解粘土矿物构造性质必须先说明硅氧片水铝片结构状况
硅氧片硅四面体连接成硅四面体硅离子〔半径0039nm〕四氧离子〔半径0132nm〕组成砌成三角形锥形体四面称硅四面体〔图841〕
许硅四面体连接起成硅氧片硅氧层(图842)层面电价饱氢离子结合成OH群成稳定含水氧化硅胶体种情况水铝片结合氧离子结合成铝硅酸盐类粘土矿物  
水铝片铝八面体连接成铝八面体铝离子〔半径0057nm〕六氧离子组成具八面〔图８５１〕称铝八面体铝八面体相互连接成片水铝片〔图８５２〕水铝片层面氧离子电价饱氢离子结合成OH群形成水铝矿硅氧片结合氧离子形成铝硅酸盐粘土矿物  
层状铝硅酸盐矿物晶层硅氧片水铝片叠合成硅氧片水铝片相互重迭正负离子价达中较稳定叠合方式形成种类样层状铝硅酸盐矿物概括讲层状铝硅酸盐晶层两类类片硅氧片片水铝片叠合成称1﹕1型矿物高岭石类矿物种两片硅氧片中间夹片水铝片叠合成称2﹕1型矿物类矿物分膨胀型矿物非膨胀矿物膨胀型矿物蒙脱石类蛭石类非膨胀型水云母类类矿物分述
1 高岭石类矿物 类矿物代表分子式Al4Si4O10(OH)8晶层片硅氧片片水铝片叠合成晶层相叠加时晶层面氢氧离子组〔水铝片〕面氧离子〔硅氧片〕出露外表叠加时晶层间氢键紧密相连〔图86〕联结力强晶层间距离〔072nm〕较固定易扩展膨胀系数仅5左右水分子离子难进入间含高岭石较土壤透水性较高岭石晶粒呈六角形片状矿物颗粒较约01～50μm外表仅5～20m2•g1仅外外表塑性粘结性粘着性胀缩性均弱阳离子交换量〔表84〕富含高岭石土壤保肥力差高岭石类吸附盐基胶粒晶体外表效度
2 蒙脱石类矿物 类矿物属膨胀型代表分子式Al4Si8O20(OH)4系两片硅氧片中间夹片水铝片晶层两面氧离子晶层间通氧桥〞联结〔图87〕种联结力弱晶层易碎裂晶粒高岭石般001～1μm晶层联结力弱水分阳离子容易进入晶层间距扩096nm214nm间变化膨胀型晶体晶层间距扩时表现吸持水分种离子见蒙脱石仅外外表更巨外表外表700～800m2•g1阳离子交换量保肥力强蒙脱石类吸附盐基胶粒晶层间效度较蒙脱石胀缩性粘结性塑性等强〔表84〕枯燥时土壤易开裂土块坚硬
温带湿润半湿润气候条件丰富盐基时利蒙脱石类矿物形成类矿物存土壤粘粒细局部国东北华北栗钙土黑钙土褐土等土壤中富含类矿物蒙脱石类矿物种类成分复杂蒙脱石外富含铝拜石富含铁绿脱石富含镁皂石等
蛭石2﹕1型膨胀型粘土矿物晶层结构蒙脱石根相两层硅氧片中夹层水铝片蒙脱石硅氧片中硅局部铝取代水铝片中铝少镁取代具蒙脱石高净负电荷具高吸附阳离子力阳离子交换量达150 cmol(+)·kg1蛭石膨胀性蒙脱石晶层间距145nm属限膨胀型具外表较蒙脱石晶体颗粒介蒙脱石高岭石间蛭石黄棕壤黄壤中含量较高
3 水云母类矿物 类矿物属2﹕1型非膨胀型矿物代表分子式 (KH3O)2 (AlFeMg) 4 [(SiAl) 8O20](OH)4晶层蒙脱石相水云母晶层中硅氧片中硅约15铝取代产生正电荷缺乏层间钾离子补偿〔图88〕钾键联结晶层引力远较氧桥〞晶层联结紧密易扩展属非膨胀型矿物类矿物胀缩性粘结性塑性阳离子吸附力等特性远蒙脱石高岭石强〔表84〕水云母土壤中含钾粘土矿物钾离子固定硅氧片六角形网孔中晶层破裂时固定钾重新释放出供植物利
水云母类矿物分布广泛许土壤中类矿物特西北干旱区高寒带风化度浅土壤中常成粘土矿物长江中游河湖积物发育土壤中含较类矿物类矿物伊利石云泰绢云母等现均统称水云母
现述三种粘土矿物性质汇总表44  
表44 三种粘土矿物性质拟
粘土矿物
结晶
类型
分子层
排列情况
晶格距离
(nm)
晶层间
联结力
颗粒

面
(m2•g1)
CEC
〔cmol(+)·kg1〕
粘结性
塑性
胀缩性
高岭石
11
OH层O层相接
072
强

5～20
5～15
弱
弱
水云母
21
O层相接中间K
100
较强
中
100～120
20～40
中等
中等
蒙脱石
21
O层相接
096～214
弱

700～800
80～100
强
强
  4 国土壤粘土矿物分布 土壤粘土矿物受种然素影响风化成土程中形成粘土矿物分布定带性生物—气候带变化呈纬度带性中国土壤资料国粘土矿物分布情况致：温带干旱漠境半漠境带风化程度低化学风化程度弱形成水化度低水云母蒙脱石着湿润程度增加半干旱草原区蒙脱石迅速增加结晶良蒙脱石水云母暖温带湿润区蛭石显著增加水云母—蛭石说明环境利水云母进步脱钾作中亚热带南区着生物水热作增强矿物脱硅作旺盛高岭石逐渐代水云母铁铝氧化物迅速增
〔二〕机胶体
机胶体中成分种腐殖质少量木素蛋白质纤维素等作胶体讲机胶体性颗粒极具巨面带电荷外机胶体特点碳氢氧氮硫磷等组成高分子机化合物定形物质高度亲水性气中吸收水分子高达身重量80~90腐殖质电荷腐殖质含羧基〔COOH〕羟基〔OH〕酚羟基解离出COOO等离子留胶粒胶粒带负电胺基〔NH2〕吸收H+成NH3+带正电般机胶体带负电腐殖质带负电荷量粘土矿物般千克腐殖质代换量200 cmol(+)·kg1左右高者达500～1000 cmol(+)·kg1腐殖质耕作土壤中含量然起保肥作
机胶体易受微生物作分解机胶体稳定易通施机肥料秸秆田绿肥等加调节控制农业生产意义
   〔三〕机机复合胶体
土壤中矿质胶体机胶体少单独存互相结合成机机复合胶体土壤腐殖质中存着活泼功团粘土矿物外表存着许活泼原子团化学键间必然产生物理化学物理化学作通机械混合非极性吸附极性吸附两者结合起形成种稳定性性质机机复合胶体
机机复合胶体结合程拟复杂形成机制现十分清楚根现材料结合方式种：
1 机机胶体通钙结合 结合原理表示：
 
 
 
通 Ca2+结合机机复合胶体水稳性结构形成关土壤肥力起着良作
2．机胶体铝铁胶体结合 胡敏酸铁铝结合二种方式Fe3+Al3+结合形成铁铝胡敏酸化合物胶态铁铝结合形成铁铝胡敏酸凝胶
 
 
 
 
 
高温雨冷湿区土壤中铁铝机胶体结合土壤结构稳定性意义
3．机胶体机胶体直接结合 机胶体高度分散状态直接渗入粘土矿物晶层包围整晶体外部进行结合
 
 

新形成腐殖质键状结构形成胶膜状态矿质胶体包围起高湿枯燥冰冻氧化作固定矿物胶体较粗颗粒外表形成层胶膜
国农民长期生产实践中充分体会机机复合体重创造施机肥加速土壤机机复合体形成措施群众称土肥相融土壤机机复合胶体形成利土壤结构形成改善土壤理化性质复合体中胡敏酸单独存时分解显著减慢土壤中效磷增加增强土壤缓性等
三粘土矿物晶格构造   
    1粘土矿物硅酸盐层根单位：
     〔1〕硅氧片：硅氧四面体连接成
硅氧两元素组成单位原： 硅具正原子价氧具负原子价二者相互吸引 二原子关四氧原子堆积成四面体时间形成空隙硅原子 根相似四面体键价衡〔SiO44〕许四面体氧原子形成层  时键价衡铝水八面体结合组成粘土矿物硅酸盐层




    〔2〕铝氧片称铝氧八面体
六氧原子围绕铝原子构成六氧原子构成八面体空隙铝原子相似 许铝八面体相互连接形成铝氧片 铝氧片两层面电价衡硅氧片通方式连接结合成铝硅酸盐




  根粘土矿物硅酸盐晶层构造分1：1型矿物2：1型矿物划分二层矿物三层矿物1：1型矿物二层矿物硅酸盐层硅氧片铝氧片构成2：1型矿物三层矿物硅酸盐层二硅氧片中间夹铝氧片构成
　


第二节  土壤阳离子交换
       
 土壤阳离子交换吸附作特点
土壤胶体外表吸附阳离子〔扩散层中阳离子〕土壤溶液中阳离子胶粒阳离子相互交换作称阳离子交换吸附作节述土壤中胶体数带负电荷土壤中阳离子交换吸附作非常普遍土壤中溶性效阳离子保存形式阳离子吸附胶体时表示阳离子养分暂时保蓄保肥程阳离子解离土壤溶液中时表示养分释放供肥程
阳离子交换吸附作特点方面：
1．阳离子交换吸附作种逆反响般情况迅速达成逆衡
例式偏酸性土壤施入氮素化肥离子交换反响反响时两方进行方反响进行底式中胶体Ca2+Mg2+K+Na+等NH4+代换进入土壤溶液时重新胶体吸收NH4+驱回溶液中反响达衡时单位时间进入扩散层扩散层排出离子量数相等种衡相种动态衡溶液离子组成浓度发生变化时会引起衡状态转移反响
阳离子交换吸收逆反响然状况土壤胶体某阳离子全部代换溶液中时土壤胶体吸附阳离子必然种样单种离子组成湿润区般酸性土壤中吸附阳离子Al3+H+Ca2+Mg2+K+等干旱区中性碱性土壤中吸附性阳离子Ca2+次Mg2+K+Na+等
2．阳离子交换吸收程等量电荷关系进行 例二价钙离子交换价钠离子时Ca2+交换两Na+二价钙离子交换两价氢离子
3．交换反响速度受交换点位置温度影响 阳离子交换速度认湿润情况快分钟达衡期研究认离子交换速度条件情况果溶液中离子直接胶粒外表代换性离子接触交换速度快离子扩散胶粒层进行交换交换时间较长需昼夜达成衡粘土矿物交换速率高岭石类矿物交换作发生胶粒外表边缘速率快蒙脱石类矿物离子交换局部发生胶粒晶层间速率取决层间间距膨胀程度水云母类交换作发生狭窄晶层间交换速率较慢外温度升高离子热运动变更剧烈致单位时间碰撞固相外表次数增升高温度加快离子交换反响速率
二土壤阳离子交换量
土壤溶液定pH值时土壤含交换性阳离子量称阳离子交换量〔CEC〕通常1kg干土含阳离子厘摩尔数表示写：厘摩[尔]〔+〕千克简写：cmol(+)·kg1阳离子交换量土壤pH值变化变化般控制pH7条件测定土壤交换量
阳离子交换量土壤吸收速效养料容量土壤保肥力关交换量土壤吸收量速效养料防止短期完全流失
决定土壤阳离子交换量子土壤胶体负电荷少影响土壤胶体负电荷土壤中带负电荷胶体数量性质具体四方面：
1．土壤质 土粒愈细机胶体数量愈交换量便愈高般说粘土交换量壤土砂土粘土保肥力较高土壤机质纯矿质土壤约数表46
表46 质矿质土壤阳离子交换量
质
砂 土
砂 壤 土
壤 土
粘 土
阳离子交换量
cmol(+)·kg1
1~5
7~8
7~18
25~30
2．土壤腐殖质 土壤殖质含量—COOH—OH 等功团解离出H+ 时胶体带量负电荷腐殖质分散度具吸收外表腐殖质阳离子交换量远远机胶体交换量般150~500cmol(+)·kg1施机肥料增加土壤腐殖质提高阳离子交换量增强土壤保肥力
3．土壤机胶体种类 前述机胶体化学组成结晶构造面交换量相蒙脱石类阳离子交换量水云母类次高岭石类阳离子交换量较含水氧化铁铝等胶体阳离子交换量更酸性条件反带正电根吸附阳离子类土壤胶体阳离子交换量见表47
表47 土壤胶体阳离子交换量
胶体种类
腐殖质
蛭 石
蒙脱石
水云母
高岭石
含水氧化铁铝
阳离子交换量
cmol(+)·kg1
150~500
100~150
80~100
20~40
5~15
微 量
4．土壤酸碱反响 土壤反响阳离子交换量明显影响氢氧化铁氢氧化铝等两性胶体带正电负电受反响条件支配外负电胶体带负电荷少受反响条件影响胶体外表OH群COOH群解离定pH条件进行果土壤溶液pH值H+浓度述功团中H+解离受抑制土壤胶体负龟荷少阳离子交换量pH值增定数值时功团H+开始解离胶体负电荷阳离子交换量增加例粘土矿物中联系破裂边角硅离子氢氧群pH值6时H+解离少pH值增7时解离增加碱性增负电荷逐渐增反响：
≡SiOH + H2O ≡SiO + H3O+
破裂边缘联系铝离子氢氧群样pH值增解离H+开始解离时求pH值较高pH值8时H+开始显著解离反响：
AlOH + H2O AlO + H3O+
土壤机胶体〔腐殖质〕pH值变化增减负电荷现象更明显腐殖质电荷源变电荷图89表示机胶体负电荷阳离子交换量pH4pH9范围pH值提高显著增加机胶体蒙脱石pH值6时负电荷阳离子交换量根变pH6时幅度提高蒙脱石负电荷局部晶置换作产生永久负电荷局部电荷pH值变化变化直pH值6时晶格外表OH群开始解离H+增加负电荷高岭石蒙脱石类似pH6交换量根变pH6pH提高增加变电荷阳离子交换量高岭石pH6永久电荷交换量蒙脱石












总讲土壤阳离子交换量土壤中带负电荷胶体数量组成性质溶液反响关情况土壤类型中种土壤阳离子交换量国北方土壤含蒙脱石水云母较土壤反响中性微碱性阳离子交换量般较高例东北黑土蒙栗钙土交换量30~50 cmol(+)·kg1华南西南红黄壤带机胶体高岭石含水氧化铁氧化铝土壤酸性pH值低阳离子交换量般千克土十厘摩尔广东砖红壤交换量52cmol(+)·kg1长江中游发育积母质土壤粘土矿物蒙脱石水云母交换量约20~30cmol(+)·kg1江苏省丘陵区发育黄土母质土壤土质较粘粘土矿物水云母蒙脱石交换量约30cmol(+)·kg1左右苏南区发育湖湘沉积物土壤黄泥土乌栅土等土质粘重粘土矿物水云母蒙脱石时腐殖质较阳离子交换量达30~40cmol(+)·kg1
表4—8 pH条件土壤胶体阳离子交换量〔cmol(+)·kg1〕
 
pH45
pH64
pH81
沼泽土胡敏酸
1700
2863
4000
灰化土胡敏酸
2340
4100
5087
黑钙土胡敏酸
2922
4329
5905
 
pH25~6
pH7
高 岭 石
4
10
蒙 脱 石
95
100
阳离子交换量施肥密切关系施肥时仅解作物需时考虑土壤交换量例砂土施化肥土壤交换量土壤保肥力差应该分屡次施肥次施量宜免养分淋失交换量保肥力差土壤通施河塘泥厩肥泥炭掺粘土增加土壤中机机胶体通施石灰调节土壤反响等提高土壤阳离子交换量
三影响阳离子交换作素
阳离子交换反响进行方程度决定阳离子交换力阳离子相浓度反响生成物性质
1．阳离子交换力 指种阳离子胶体种阳离子交换力阳离子胶粒吸附力量称阳离子胶体结合强度实质阳离子胶体间静电
(1) 离子电荷价 种阳离子交换力结合强度等服库仑定律：

式中F表示吸力ε介电常数q1代表阳离子电荷量q2代表负电胶体电荷量 阳离子水化效半径
知阳离子交换力首先受离子电荷价影响离子电荷价越高受胶体电性吸持力愈具低价离子较高交换力说胶体吸着阳离子价数越低越容易交换出越容易解吸通常情况阳离子胶体结合强度交换力具序：
M3+>M2+>M+〔M表示阳离子〕
(2) 离子半径水化程度 价离子交换力结合强度决定离子重量离子身半径愈重量愈离子代换力结合强度愈离子半径交换力关系水化作解释离子半径越单位面积带电荷〔电荷密度〕越水分子吸引力水化程度弱离子水化半径越胶粒间距离愈库仑定律胶粒间吸引力愈代换离子力愈强〔表45〕
表45 离子价离子半径水化程度交换力关系
离 子
价 数
原 子 量
离子半径〔nm〕
代换力序
未 水 化
水 化
Na+
1
2300
0093
0790
6
NH4+
1
1801
0143
0532
5
K+
1
3910
0133
0537
4
Mg2+
2
2432
0078
1330
3
Ca2+
2
4008
0106
1000
2
H+
1
1008
—
—
1
  外离子交换力受离子运动速度影响离子运动速度愈交换力愈例氢离子样氢离子水化弱通常H+带水分子H3O+形态参加交换水化半径交换力具特殊位置
综述阳离子交换力序：
Fe3+>Al3+>H+>Sr2+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>Rb+>K+>NH4+>Na+
国红壤砖红壤中测定阳离子结合强度代换力序述序根致序：
Al3+>Mn2+≥Ca2+>K+
提请注意种次序绝变般情况土壤中吸附剂〔种胶体〕浓度导致离子交换力序列变化严格说没统序列够适应种土壤
2．阳离子相浓度交换生成物性质 阳离子交换作受质量作定律支配果溶液中某种离子浓度较交换力较样胶体交换力较阳离子代换外交换形成溶性难溶性物质时交换生成物断时交换作继续进行例：
 

式中Na+交换力Ca2+溶液中Na+代换生成难溶性草酸钙溶液中Ca2+浓度维持低交换作继续进行：
 
   
假设交换程中产生Ca2+断交换作快达衡改变溶液中Na+Ca2+浓度衡破坏假设增加溶液中Na+浓度生成Ca2+淋洗掉时反响右进行土壤分析中采钠盐浸提土壤中阳离子道理假设增加溶液中Ca2+浓度反响左进行利规律完全控制土壤中阳离子交换作方定改造土壤提高土壤肥力
3．胶体性质 阳离子交换作受胶体性质影响般情况交换量胶体〔蒙脱石〕结合两价离子力强结合价离子力稍弱反交换量胶体〔高岭石〕结合价离子力强两价离子结合力较弱价离子两价离子交换：水云母具六角形网孔〔晶孔〕容易吸附孔径相K+NH4+离子旦进入六角形孔穴发生配位作难出晶层破裂时固定K+NH4+方重新释放出
阳离子交换作特点规律非常重施肥改进土壤等措施理例施化肥溶性养分保蓄施石灰改进酸性土施石膏改进盐碱土等措施原理实际应
四土壤盐基饱度
土壤胶体吸附阳离子分两类类H+ Al3+类盐基离子〔Ca2+Mg2+K+Na+NH4+等含Al3+盐水溶液中强烈水解溶液呈酸性Al3+包括盐基离子〕土壤盐基饱度指土壤胶体交换性盐基离子占交换性阳离子总量百分率算式表示：

果土壤胶体交换性阳离子绝局部盐基离子盐基饱土壤否属盐基饱国南方酸性土壤盐基饱土壤北方中性碱性土壤盐基饱度80盐基饱度pH值间明显相关性盐基淋失饱度降低pH定例降低pH5~6暖湿区pH变动010盐基饱度相应变动5左右例设pH55时盐基饱度50pH5060时盐基饱度分约2575
类型土壤交换性阳离子组成般土壤中交换性阳离子Ca2+Mg2+次K+Na+等少江苏蜀黄土黄棕壤交换性阳离子Ca2+占65~85Mg2+占15~30K+Na+占2~4盐碱土中显著数量Na+酸性土中较H+Al3+沼泽化淹水状态Fe2+Mn2+等土壤盐基饱度交换性离子效性密切关盐基饱度越养分效性越高盐基饱度土壤肥力指标
五交换性阳离子活度影响素
植物吸收养分植物土壤间进行离子交换吸收程种离子交换吸收方式两种：种根胶体离子土壤溶液中离子进行交换种根胶体土壤胶体直接进行离子交换需通溶液作媒介种吸收根毛土壤胶体紧密接触情况发生称接触交换植物交换吸收般情况通土壤溶液绝枯燥情况进行交换土壤溶液中离子胶体交换性离子植物根系吸收密切关
土壤交换性离子溶液中离子二者总量确切反映植物根系离子环境胶体吸附离子全部解离出交换性离子活度指实际解离出交换性离子数量试验说明粘土矿物悬浊液中交换性钙含量交换性钾15倍钾离子活度钙离子66倍离子活度概念反映实际效浓度般浓度概念更意义种交换性离子土壤胶体体系中总浓度c解离达动态衡时解离出活性离子数量活度a表示该离子总浓度c称活度系数f表示：f a c
胶体交换性离子全部解离时活率a浓度c活度系数f达1解离f达值接零定离子浓度交换性离子活度系数说明衡体系中活动难易程度时说明进入植物体难易程度作养分效度指标影响素：
1．交换性离子饱度 胶体某种阳离子占整阳离子交换量百分数该离子饱度饱度愈该离子效性愈离子胶体结合强度饱度增加降低活度饱度增加增强特Ca2+Mg2+等二价离子活度饱度增加增加现象更明显饱度50增加100时活度系数提高3~4倍价离子Na+K+NH4+等饱度增加增活度系数现象二价离子明显相饱度价离子活度远远二价离子说相饱度价离子效性二价离子价离子胶体结合强度二价离子
果某离子饱度低定程度植物仅胶体吸取反植物根部解吸出土壤吸收时时该离子饱度称界饱度试验：燕麦黑麦蒙脱石类粘粒交换性钾低饱度4左右高岭石类粘粒低饱度2左右
生产实践效施肥措施原提高离子饱度增加离子效性例农谚：施肥片条线〞采穴施〞条施〞窝施肥〞等集中施肥方法增加离子饱度提高肥料利率
2．陪补离子种类 土壤胶体般时吸附种离子中某离子说离子陪补离子胶体吸附H+Ca2+Mg2+K+等离子H+说Ca2+Mg2+K+陪补离子Ca2+说H+Mg2+K+陪补离子土壤胶体结合强度离子身效性低存离子效性愈利反假设某离子胶体结合强度较存离子弱抑制离子效性K+例果陪补离子Ca2+Ca2+结合强度代换均K+促进K+效性果K+陪补离子Na+Na+结合强度代换力K+抑制K+效性种现象称陪补离子效应
浙农Ca2+三种陪补离子胶体种类数量相〔交换量相〕土壤试验甲土H+作Ca2+陪补离子乙土丙土分Mg2+Na+作Ca2+陪补离子三种土壤处理中Ca2+饱度相等甲土Ca2+效度远较乙丙土影响产量〔表4—9〕
表4—9 陪补离子交换性钙效性影响〔麦盆栽试验〕 〔浙农资料〕
土壤处理
交换性阳离子组成
盆中幼苗干重〔g〕
盆中幼苗吸钙量〔mg〕
甲
40Ca+60H
280
1115
乙
40Ca+60Mg
279
783
丙
40Ca+60Na
234
436
离子相互抑制力序： Na+>K+>Mg2+>Ca2+>H+Al3+
序离子结合强度交换力正相反中离子强烈抑制面离子植物营养效性特Na+作陪补离子达定含量时植物吸收Ca2+Mg2+等离子会幼苗中Ca2+等土壤解吸
3．机胶体种类 般说饱度相情况营养离子高岭石效性蒙脱石次水云母情况例外〔表4—10〕
表4—10 类粘土矿物阳离子活度系数
粘 土 矿 物
阳 离 子 活 度 系 数
Na+
K+
NH4+
H+
Ca2+
高 岭 石
034
033
025
0008
0080
蒙 脱 石
021
025
018
0059
0022
水 云 母
010
013
012
0036
0040
4．离子半径晶格孔穴关系 根培济〔Page〕巴维尔〔Baver〕等晶格孔穴理〞粘土矿物外表存六硅四面体联成六角形孔穴孔隙半径014nm离子孔径相易进入晶孔降低效性K+半径0133nmNH4+半径0143nm晶格孔隙容易固定晶孔中降低效性蒙脱石外表硅四面体数量种晶孔固定作含蒙脱石土壤含高岭石土壤


第三节  土壤阴离子交换
 
土壤吸收阴离子原

    1两性胶体带正电荷
       酸性 Al(OH)3 +HCl Al(OH)2++Cl+H2O
       碱性Al(OH)3 +NaOH Al(OH)2O+Na++H2O
     2土壤腐殖质中—NH2 酸性条件吸收H+ 成—NH3+ 带正电
    3粘粒矿物外表—OH原子团土壤溶液中阴离子代换
 二土壤中阴离子吸附方式
土壤中两性胶体例含水氧化铁含水氧化铝酸性反响条件带正电荷某带负电胶体某部位带定正电荷例硅酸盐粘土矿物晶格碎片外部边缘SiAlFeMg等离子正电荷外土壤环境均性生物代谢产物施肥造成局部酸化区域土壤胶体总带负电荷土壤中酸化区域带正电荷土壤具阴离子交换吸附作阴离子交换吸附作逆反响快达衡衡转移受质量作定律支配土壤中阴离子交换吸附化学固定作相伴生难分清外阴离子交换吸附没明显量关系阴离子交换作阳离子交换作处吸附阴离子转固定土壤中土壤学中常常阴离子交换吸附化学固定作总称阴离子吸附作
阴离子吸附程度决定胶体矿物硅酸铁铝氧化物例〔胶体矿物全量化学组成中SiO2Fe2O3+Al2O3克分子率简写SiO2R2O3〕S Mattson认SiO2R2O31时阴离子吸附较强SiO2R2O32时阴离子阳离子吸附相SiO2R2O33更时阴离子吸附减弱阳离子吸附增强土壤中1∶1型粘土矿物愈铁铝锰氢氧化物定形胶体物质愈pH值愈低阴离子吸附愈强
土壤阴离子吸附量证实述规律表811说明黑钙土红壤阴离子吸附量增加正黑钙土红壤pH值降低1∶1型粘土矿物铁(铝)氢氧化物增SiO2R2O3减结果
表4—11 土壤阴离子吸附量[cmol(+)·kg1]
土 壤
PO43
SO42
NO3
Cl
红 壤
740
78
↑
弱吸附
灰 化 土
410
42
负吸附

黑 钙 土
183
30
↓
负吸附
    〔〕阴离子交换吸附力
根实验结果土壤中种阴离子吸附力分三类：
1．易土壤吸附阴离子 磷酸离子〔H2PO4HPO42PO43〕硅酸离子〔HSiO3SiO32〕某机酸阴离子类阴离子常土壤中阳离子进行化学反响产生难溶性化合物固定土壤中谓化学固定作磷酸化学固定土壤养分极突出问题
2．少吸附吸附产生负吸附阴离子 ClNO3NO2等阴离子土壤溶液中浓度超胶粒溶液界面浓度负吸附现象
3．介两者间阴离子 SO42CO32某机酸阴离子
实测阴离子吸附力次序：
F >草酸根>柠檬酸根>H2PO4>HCO3>H2BO3>CH3COO>SCN>SO42>Cl>NO3
BA柯夫达提出阴离子吸附般序：
OH>PO43≥SiO32>SO42>Cl>NO3
土壤中阴离子吸附常伴化学反响阴离子吸附机制认识更困难现代土壤学知识方面涉深述吸附力次序原解释尚清楚体认胶体种类电解质溶液浓度pH离子吸附形成复合体溶解度关2∶1型粘土矿物般发生SO42Cl吸收1∶1型矿物高岭石含水氧化铁含水氧化铝等易带正电胶体阴离子吸收作明显SO42具更吸附力说明阴离子吸附受胶体类型身价数影响BA柯夫达提出序中见OH外阴离子吸附力阴离子价数递减递减外阴离子吸附量电解质溶液中离子浓度增增加pH值升高负电荷增减少某pH值出现负吸收外阴离子半径愈接OH半径(0132~0140nm)者交换吸附力愈F 半径0133nm交换力外阴离子吸附形成复合体溶解度愈吸附力愈
      〔二〕土壤阴离子负吸附
阴离子负吸附指距带负电荷土壤胶粒外表愈阴离子排斥力愈负电胶粒外表阴离子数量反较溶液少前已说明土壤中数胶体数情况带负电根库仑定律带负电胶粒必然阴离子产生负吸附现象土壤中少带正电荷阴离子化学固定作掩盖负吸附
根实验阴离子负吸附阴离子价数增加增加阳离子价数增加减少钠质澎润土中钠盐陪伴阴离子负吸附次序：Fe〔CN〕63>SO42>ClNO3
条件变时阴离子负吸附衡体系中土壤阳离子交换量增加增加粘土矿物说阴离子负吸附次序：蒙脱石>伊利石>高岭石原粘土矿物负电荷阳离子交换量说明负电荷量阳离子交换量：蒙脱石>伊利石>高岭石

第三节  土壤酸碱性

 土壤酸度类型源
    1活性酸
    土壤溶液中游离H+引起常pH值表示溶液中氢离子浓度负数
土壤中水分含种溶机机成分离子态分子态胶体态土壤中水实际种极稀薄溶液
盐碱土中土壤溶液浓度拟高
    土壤酸碱性根活性酸划分：pH66~74间中性
    国土壤pH般49间理分布南北pH逐渐减致长江界长江南土壤酸性强酸性长江北土壤中性碱性少数强碱性
  2潜性酸
   土壤胶体吸附氢离子铝离子进入溶液会显示出酸性称潜性酸常1000克烘干土中氢离子厘摩尔数表示
潜性酸分两类：
  〔1〕代换性酸：量中性盐〔氯化钾氯化钙等〕溶液土壤胶体发生交换作土壤胶体外表氢离子铝离子侵提剂阳离子交换溶液酸性增加测定溶液中氢离子浓度交换性酸数量
  〔2〕水解性酸：量强碱弱酸盐〔CH3COONa〕浸提土壤胶体氢离子铝离子释放溶液中表现出酸性
         CH3COONa水解产生NaOHpH值达85Na+绝局部代换性氢离子铝离子代换形成醋酸滴定溶液中醋酸总量水解性酸度
改变土壤酸性程度必须中溶液中胶体全部交换性氢离子铝离子酸性土壤改进时根水解性酸计算施石灰量
　   3土壤酸源
   〔1〕土壤中H+源
       CO2引起〔土壤空气机质分解植物根系微生物呼吸〕
       土壤机体分解产生机酸
       硫化细菌硝化细菌产生硫酸硝酸
       生理酸性肥料〔硫酸铵硫酸钾等〕施
   〔2〕气候土壤酸化影响
    雨潮湿带盐基离子淋失溶液中氢离子进入胶体取代盐基离子导致氢离子积累土壤胶体东北区酸性土寒冷雨气候条件产生
北方西北区降雨量少淋溶作弱导致盐基积累土壤局部石灰性碱性中性土壤
   〔3〕铝离子源
    粘土矿物铝氧层中铝较强酸性条件释放出进入土壤胶体外表成代换性铝离子数量氢离子数量土壤中表现潜性酸
长江南酸性土壤铝离子引起
二土壤碱度
1OH离子源
土壤弱酸强碱盐水解碳酸重碳酸钾钠钙镁等盐类Na2CO3NaHCO3CaCO3等次土壤胶体Na+代换水解作
2碱度表示方法
土壤碱性pH值表示
Na+饱度表示



土壤酸碱性植物养分效性影响

土壤酸碱性植物影响
1数植物pH>90<25情况难生长植物宽范围正常生长种植物适宜pH
喜酸植物：杜鹃属越桔属茶花属杉木松树橡胶树帚石兰
喜钙植物：紫花苜蓿草木犀南天竺柏属椴树榆树等
喜盐碱植物：柽柳沙枣枸杞等
  2植物病虫害土壤酸碱性直接相关：
    1〕害虫求定范围pH环境条件竹蝗喜酸金龟子喜碱
    2〕病害定pH值范围发作悴倒病碱性中性土壤发生
  3土壤活性铝：土壤胶体吸附交换性铝土壤溶液中铝离子重生态子然植分布生长演重影响
强酸性土壤中含铝生活类土壤植物耐铝甚喜铝〔帚石兰茶树〕植物说三叶草紫花苜蓿铝毒性土壤中富铝时生长受抑制研究说明铝中毒工林力衰退重原
二土壤酸碱性养分效性影响
1正常范围植物土壤酸碱性敏感原土壤pH值影响土壤溶液中种离子浓度影响种元素植物效性
  2土壤酸碱性营养元素效性影响：
   〔1〕氮6~8时效性较高6时固氮菌活动降低8时硝化作受抑制
   〔2〕磷65~75时效性较高65时易形成磷酸铁磷酸铝效性降低高75时易形成磷酸二氢钙

机磷固定

 
〔3〕酸性土壤淋溶作强烈钾钙镁容易流失导致元素缺乏pH高85时土壤钠离子增加钙镁离子取代形成碳酸盐沉淀钙镁效性pH68时
  〔4〕铁锰铜锌钴五种微量元素酸性土壤中溶效性高钼酸盐溶酸溶碱酸性土壤中易缺乏硼酸盐pH575时效性较
三土壤酸碱性改进
   1土壤酸性土改进
     常石灰达中活性酸潜性酸改进土壤结构目
     海区含钙贝壳灰紫色页岩粉粉煤灰草木灰等
          生石灰需量〔gm2 )阳离子代换量*〔1—盐基饱度〕*土壤重量*28*11000
  2中性石灰性土壤工酸化
露花卉硫磺粉〔50g方米〕硫酸亚铁〔150克方米〕降低05——1pH单位矾肥水浇制
  3碱性土壤
施石膏磷石膏硫酸亚铁硫磺粉酸性风化煤



土壤酸碱缓性

定义：
然条件土壤参加定量酸碱土壤pH值土壤酸碱环境条件改变发生剧烈变化说明土壤中具抵抗酸碱变化力土壤种特殊抵抗力称缓性
二意义：
    土壤酸度保持定范围防止施肥根呼吸微生物活动机质分解湿度变化pH值强烈变化高等植物微生物提供利环境条件
三原：
  1土壤胶体代换性
土壤胶体吸收盐基离子土壤酸缓力强
吸附阳离子氢离子时碱缓力强
  2土壤中种弱酸盐类
     弱酸种类：碳酸重碳酸硅酸种机酸
  3两性机物质
     氨基酸两性化合物氨基中酸羧基中碱
  4两性机物质
  5酸性土壤中铝离子
四 影响土壤缓性素
  1粘粒矿物类型：含蒙脱石伊利石土壤起缓性
  2粘粒含量：粘粒含量增加缓性增强
  3机质含量：机质少土壤缓性成正相关
般说土壤缓性强弱序腐殖质土粘土砂土增加土壤机质粘粒增加土壤缓性






第四节 土壤氧化复原反响

土壤中许化学生物化学反响具氧化复原特征氧化复原反响发生土壤〔尤土壤溶液〕中普遍现象土壤重化学性质氧化复原作始终存岩石风化土壤形成发育程中土壤物质剖面迁移土壤微生物活性机质转化养分转化生物效性渍水土壤中毒物质形成积累污染土壤中污染物质转化迁移等深刻影响农林业生产湿理环境保护等工作中土壤氧化复原反响关知识
根概念
〔〕氧化复原体系
土壤中种氧化物质复原物质存氧化复原反响发生物质间氧化反响实质失电子反响复原反响电子反响实际氧化反响复原反响时进行属反响程两方面电子受体〔氧化剂〕接受电子氧化态转变复原态电子供体〔复原剂〕供出电子复原态转变氧化态氧化复原反响通式表示：
〔9—1〕
土壤中存着种机机氧化复原物质〔氧化剂复原剂〕条件参氧化复原程情况相参加土壤氧化复原反响物质土壤空气土壤溶液中氧外许具变价态元素包括CNSFeMnCu等污染土壤中AsSeCrHgPb等种类繁氧化复原物质构成氧化复原体系〔redox system〕土壤中氧化复原体系表4—1

表4—1 土壤中氧化复原体系
体系
物质状态
代表性反响举例
氧化态
复原态
氧体系
O2
O2
O2 + 4H+ + 4e 2H2O
机碳体系
CO2
COCH4复原性机物等
CO2 + 8H+ + 8e CH4 + 2H2O
氮体系
NO3
NO2 NON2ON2NH3NH4+
NO3 +10H+ +8e NH4++ 3H2O
硫体系
SO24
SS2H2S …
SO42 + 10H+ + 8e H2S+4 H2O
铁体系
Fe3+Fe(OH)3 Fe2O3…
Fe2+Fe(OH)2…
Fe(OH)3+3H++ e Fe2++3H2O
锰体系
MnO2Mn2O3Mn4+…
Mn2+Mn(OH)2…
MnO2+ 4H+ + 2e Mn2++2H2O
氢体系
H+
H2
2H+ + 2e H2
〔二〕    氧化复原指标
    〔1〕强度指标
1氧化复原电位〔Eh〕
氧化复原电位〔redox potential〕长期惯氧化复原强度指标理解物质〔原子离子分子〕提供接受电子趋力物质接受电子强列趋势意味着高氧化复原电位提供电子强烈趋势意味着低氧化复原电位
氧化复原电极电位产生Fe3+ + e Fe2+反响例加说明：果溶液中插入铂电极Fe2+铂电极接触时种趋势e 转铂电极电极趋带负电荷Fe2+氧化成Fe3+时溶液中原Fe3+趋铂电极获取e电极带正电荷身复原成Fe2+述两种趋势时存方相反总净趋势方Fe2+ Fe3+相浓度〔活度〕定说反响体系中铂电极电性电位决定电极周围溶液中[Fe3+]／[ Fe2+]氧化复原反响体系氧化复原电位通公式表达：
〔9—2〕
式斯特〔Nernst〕公式中Eh氧化复原电位单位伏毫伏E0该体系标准氧化复原电位铂电极周围溶液中[氧化态][复原态]值1时氢电极测溶液电位值〔E0化学手册查〕R气体常数〔8313J〕T绝温度F法拉第常数〔96500库仑〕n反响中转移电子数[氧化态][复原态]分氧化态复原态物质浓度〔活度〕
常数值代入式〔9—2〕25℃时采常数：
〔9—3〕
〔9—3〕式中Eh单位伏特定氧化复原体系中E0n常数[氧化态][复原态]值决定Eh值值愈Eh值愈高氧化强度愈反复原强度愈
           2电子活度负数〔pe〕
正pH描述酸碱反响体系中氢离子活度样pe描述氧化复原反响体系中电子活度pe log[e]〔9—1〕式示氧化复原反响衡常数：

取数 (9—4)
[氧化态][复原态]值1时pe1nlogKpe0〔9—4〕式写：
〔9—5〕
根衡常数K反响中标准变化关系：


〔9—6〕
〔9—6〕式代入〔9—2〕式

〔9—7〕
25℃时〔9—7〕式写：
Eh0059pe 〔9—8〕
式Ehpe般关系式pe作氧化复原强度指标氧化体系中值正氧化性愈强pe值愈复原体系中值负复原性愈强pe负值愈
            3pH影响
土壤中数氧化复原反响H+参[H+]氧化复原衡直接影响H+参氧化复原反响简单通式：
氧化态+ne +mH+ 复原态+xH2O (9—9)
衡常数：

液态水活度1式取数：
(9—10)
相应：
(9—11)
25℃时写：
(9—12〕
(9—12)式知mn温度25℃时单位pH变化引起Eh变化〔⊿Eh⊿pH〕59mv氧化复原体系m／n值样m／n＞1时⊿Eh⊿pH会成例增加见pH影响氧化复原电位重素体系中影响程度常超活度般土壤pH值4～9高标准状态〔pH0〕总Eh值降低
土壤化学研究中常根体系氧化复原反响式Eh表达式绘制Eh—pH图pH横坐标Eh〔pe〕坐标绘制体系EhpH改变趋势图〔见图9—1图9—2图9—3〕
(2) 土壤氧化复原强度指标数量素关系
现实土壤中氧化物质复原物质种类十分复杂标准电位〔E0〕相根公式计算Eh值困难实际测Eh值作衡量土壤氧化复原强度指标表征种氧化复原物质混合性指标土壤中氧化剂复原剂氧化复原电极建立衡电位
氧化复原数量素指氧化性物质复原性物质绝含量目前已提出区分土壤中氧化复原体系氧化态物质复原态物方法够测定土壤中复原性物质总量样土壤物质体系复杂性测氧化复原物质数量难直接Eh联系起定条件土壤氧化复原强度Eh复原性物质含量〔浓度〕间表现出明显相关性量测定结果说明土壤复原性物质愈氧化复原电位愈低天仁等39然植红黄壤Eh7〔pH7时Eh值〕复原性物质浓度〔C〕测定统计结果说明氧化复原电位复原性物质含量〔浓度〕数间显著负相关：
r0745
氧化复原强度素数量素着实际意义：前者决定化学反响方者定量研究种氧化复原反响时两种指标结合起更全面解土壤氧化复原状况
〔3〕氧化复原缓性
体系氧化复原缓性指参加限数量氧化剂复原剂该体系氧化复原强度〔Eh〕保持相稳定力种氧化复原缓性进理推导：
设氧化态活度X氧化态复原态总活度A复原态活度AX根式(9—2)氧化态活度增加dX时Eh增量：
〔9—13〕
倒数作氧化复原缓性指标称缓指数
〔9—14〕
式出氧化复原体系言A值愈缓作愈强定A值条件氧化态复原态活度相等时缓作强种氧化复原体系进行反响缓性较强体系决定整反响系统氧化复原电位
需指出理推导式难简单现实土壤土壤种氧化复原物质组成混合体系Eh值仅种物质例关氧化复原反响速率关特机质含量高土壤中出现氧化复原缓反响滞现象外土壤氧化复原反响存固相参反响速度更慢Eh情况相似实际测缓性指标更具现实意义
〔三〕氧化复原衡
定条件体系氧化复原反响达衡状态时该体系便建立起衡电极电位体系浓度〔活度〕开时变化氧化态开始复原态转化复原态开始氧化态转化时氧化复原电位称界Eh值﹡作判断定条件氧化反响复原反响否进行指标界Eh值土壤中许
氧化复原物质〔养分污染物等〕特征指标土壤中存体系溶液离子组成pH值等素关种pH值条件界Eh值体系Eh—pH图中出特定条件界Eh值种形式化合物稳定范围
两E0相异体系存时E0高体系中氧化型物质氧化E0低体系中复原型物质两种氧化复原体系反响达衡时假设两体系n值相等两体系Eh值相等
〔9—15〕
〔9—16〕
9—17〕
见两体系E0值相差愈lnK绝值愈差值正值愈反响右进行愈完全反左进行愈完全
氧化复原体系存时标准状态E0高体系优先进行复原反响E0低进行氧化反响直衡果足够复原剂供衡程中体系氧化态物质体系Eh〔E0〕序次作电子受体复原种现象称序复原作
二土壤物质氧化复原程
    通前节介绍已初步解土壤氧化复原物质氧化复原体系〔表91〕节根底介绍重体系氧化复原程特点体系中影响土壤氧化复原状况体系缺乏显著影响土壤整体状态土壤氧化复原状况变化中会发生相应氧化复原反响养分转化生态环境产生系列影响
〔〕氧体系
氧土壤中源丰富活泼氧化剂具通气条件非渍水土壤中氧决定氧化强度体系
氧体系氧化复原反响：
O2 + 4e + 4H+ 2H2O
〔9—18〕
O2分压021atm温度25℃pH7时体系氧化复原电位达810mv见通气条件决定氧气数量土壤氧化复原状况极影响
〔二〕    铁体系
铁土壤中量存氧化复原反响相频繁元素土壤氧化复原性质影响然土壤中铁+3价铁+2价铁化学形态复杂具体氧化复原体系〔表4—2〕
表4—2 土壤中铁体系氧化复原反响Eh值〔v〕
氧化复原反响〔复原作半反响〕
E0
Eh
1Fe3(OH)8+8H++2e 3Fe2++8H2O
1373
Eh13730086log[Fe2+]0236pH
2Fe(OH)3(定形)+ 3H++e Fe2++3H2O
1058
Eh10580059log[Fe2+]0177pH
3Fe3++e Fe2+
0771
Eh07710059log[Fe2+]0177pH
42FeOOH+3H++e Fe2++2H2O
0736
Eh07360059log[Fe2+]0177pH
5Fe2O3+6H++2e 2Fe2++3H2O
0728
Eh07280059log[Fe2+]0177pH
6Fe(OH)3(晶形)+3H++e 2Fe2++3H2O
0693
Eh06930059log[Fe2+]0177pH
73Fe(OH)3+H++e Fe3(OH)8+H2O
0429
Eh04290059pH
8Fe(OH)3+H++e 3Fe(OH)2+H2O
0273
Eh02730059pH
9Fe3(OH)8+2H++2e 3Fe(OH)2+2H2O
0195
Eh01950059pH
土壤中含铁化合物转化定pHEh条件体系存定pHEh范围铁体系Eh—pH图〔图9—1〕出pH＜27Fe3+—Fe2+反响Eh值较高pH27～68范围Fe(OH)3—Fe2+反响⊿Eh⊿pH0177vpH68Eh003v点开始形成Fe3(OH)8沉淀Fe3(OH)8—Fe2+间⊿Eh⊿pH0236vFe(OH)3—Fe3(OH)8间⊿Eh⊿pH0059v pH ＞81Eh＜027v时开始形成固体Fe(OH)2 Fe3(OH)8—Fe(OH)2间⊿Eh⊿pH0059v述分析难理解般土壤Eh〔+700～200mv〕pH〔4～8〕范围铁氧化复原程发生Fe(OH)3—Fe2+Fe(OH)3—Fe3(OH)8Fe3(OH)8—Fe2+等体系中 
图9—1中出种形式铁化合物稳定范围定条件界Eh值实际土壤中含铁化合物样性种素交错影响土壤中铁氧化复原界Eh值较复杂简单反响数表示国外关资料说明土壤铁氧化复原界Eh值约变化+300～+100mv间着pH异pH5时界Eh值+300mvpH6～7时Fe2++300～+100mv时量出现pH8时100mv显著Fe2+出现
般认通气土壤Eh值约+700～+400mv 渍水土壤Eh值+300～200mv通气土壤中铁绝局部高价氧化态存土壤铁量复原渍水条件关然缺乏机质土壤长久渍水定产生量亚铁土壤含量机质土壤中参加机质时渍水条件量亚铁出现机质促进土壤铁化合物复原机理机质嫌气分解显著降低土壤Eh值pH值够达铁量复原求Eh—pH条件
〔三〕    锰体系
土壤中锰般+2+3+4三种价态高价锰常种氧化物存二价锰呈离子态氢氧化物碳酸盐等种稳定形态锰体系氧化复原反响土壤中普遍存锰总含量较铁低土壤氧化复原状况整体影响较铁
土壤中锰体系氧化复原反响MnO2—Mn2+Mn2O3—Mn2+Mn3O4—Mn2+MnO2—Mn2O3MnO2— Mn3O4Mn3O4—MnCO3等〔表4—3〕中Mn2+溶性较溶液中复原形式 
表4—3 土壤中锰体系氧化复原反响Eh值〔v〕
氧化复原反响〔复原作半反响〕
E0
 
Eh
1Mn3O4+8H++2e 3Mn2++4H2O
182
 
Eh18200885log[Mn2+]0236pH
2Mn2O3+6H++2e 2Mn2++3H2O
145
 
Eh1450059log[Mn2+]0177PH
3MnO2+4H++2e Mn2++2H2O
123
 
Eh12300295log[Mn2+]0118pH
4Mn3O4+3CO2+2H++2e 3MnCO3+H2O
110
 
Eh11000885log Pco20059pH
52MnO2+2H++2e Mn2O3+H2O
101
 
Eh1010059pH
6Mn2O3+2CO2+2H++2e 2MnCO3+H2O
097
 
Eh097+0059logPco20059pH
7Mn(OH)3+e Mn(OH)2+ OH
010
 
Eh010+0059pH
8MnO2+ H2O +2e Mn(OH)2 + 2OH
005
 
Eh005+0059pH
注：尚许进行反响未列入
总锰体系E0值远高铁体系〔表9—3表9—2〕决定锰铁容易复原特性相条件复原态锰含量较复原态铁高稳定反复原态锰氧化较铁困难土壤溶液中Mn2+浓度般103～106molL104molL计pH7时表9—3中第123反响Eh值分522447522mv第456反响E07值分686596557mv见通气土壤中锰氧化物复原Mn2+盐类
现实土壤中锰氧化复原体系反响机理复杂性关实测数理值着较差距例Gotch根实验出EhpHMn2+浓度间关系：
Eh0061+0276pMn2+0158pH 〔9—19〕
显然述实验式出E0值表9—3中单项体系E0值[Mn2+]影响系数高
综合国外关资料土壤锰氧化复原界Eh值变化+300—+600mv间视pH条件定pH愈低界Eh值愈高值注意锰界值总说铁高〔铁界Eh值变化100 ～ +300mv间〕般土壤中锰较铁易复原较难氧化溶性锰含量拟高
〔四〕    硫体系
硫种具种氧化复原状态元素氧化数+6+40直12土壤中进行硫种化学生物化学反响具氧化复原特征硫氧化复原反响生物参许化学程尚完全清楚
土壤中硫机机两种形态存具备通气条件氧化环境中果温度湿度pH值拟适宜机硫生物氧化作较快转化SO42定复原条件机硫生物复原作直接产生H2S(参见土壤机质章)然土壤中硫氧化复原反响更表现种形态机硫间机硫含硫矿物含硫机质两方面土壤中机硫氧化条件SO42存复原条件进行系列复原反响〔表4—4〕
表4—4土壤中硫体系氧化复原反响标准电位〔V〕
氧化复原反响〔复原作半反响〕
E0
氧化复原反响〔复原作半反响〕
E0
1 H2SO3+4H++4e S+3H2O
045
6 S+2H++2e H2S
014
2 SO42+10H++8e H2S+4H2O
030
7 S+2e S2
048
3 SO42+9H++8e HS+4H2O
025
8 SO32+3H2O+6e S2+6OH
061
4 SO42+4H++2e H2SO3+H2O
017
9 SO42+4H2O+8e S2+8OH
069
5 SO42+8H++8e S2+4H2O
015
10SO42+H2O+2e SO32+2OH
093
注：表中列出土壤中存反响存反响未列入
硫氧化复原体系标准电位般较低〔表4—4〕硫种较易氧化较难复原元素低价硫〔S2SS0S4+〕容易氧化氧化态SO42复原硫化物需强复原条件进行需微生物参硫体系Eh—pH图〔图4—2〕出：硫种形态中SO42稳定范围广元素SpH7狭Eh范围稳定H2SHS仅较低Eh范围稳定
通气土壤中硫氧化反响硫化物〔FeSH2S〕二硫化物〔FeS2黄铁矿〕元素态硫系列中间阶段逐步氧化SO42 程程微生物参产生强烈酸性总反响式：
4FeS2 + 2H2O + 15O2 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4 (9—20 )
4FeS + 6H2O + 3O2 4Fe(OH)3 + 4S 〔9—21〕
2S + 3O2 + 2H2O H2SO4 〔9—22〕
嫌气土壤中硫酸盐复原需微生物参进行需系列中间阶段：
SO42 SO32 S4O62S3O62S2O32 S S2HSH2S 〔9—23〕
参述程细菌种群统称硫酸盐复原细菌活动pH范围55～90酸复原作中间产物稳定硫酸盐更易复原SO42复原产物硫化物SO42量复原土壤界Eh值〞约100～150mvEh低150mv土壤中会产生量硫化物值注意强烈复原条件硫复原产生H2S植物根部产生毒害般植物受害H2S浓度约106～104molL渍水土壤中H2S产生积累受pH值强烈影响H2S常常Fe2+Mn2+等金属离子沉淀降低H2S浓度尤复原性土壤中Fe2+较Fe2+程度控制着H2S 浓度关系式：
pH2S2pH－pFe2+－352 〔9—24〕
根式pH7时果Fe2+浓度 ＞104molLH2S浓度＜106molL强烈复原沼泽土中Fe2+相缺乏时积累量H2S
〔五〕    氮体系
氮具种氧化复原状态元素氧化数+5+4+3+2+10直123氮氧化复原反响甚复杂生物固氮机氮矿化〔氨化〕土壤氮素形态转化重途径带氧化复原特征土壤中氮氧化复原反响般针种形态机氮言土壤中常见机氮形态NH4+NO3次NH3NO2产生NON2ON2等氧化复原反响见表4—5
表4—5 土壤中氮体系氧化复原反响标准电位〔V〕[2]
氧化复原反响
E0
E07
Pe0
Pe07
12NO2+4H++3e N2+2H2O
22HNO2+4H++4e N2O+3H2O
32NO3+6H++5e N2+3H2O
4HNO2+H++e NO+H2O
5NO3+4H++4e NO+2H2O
6NO2+8H++6e NH4++2H2O
7NO3+10H++8e NH4++3H2O
8NO3+2H++2e NO2+H2O
9N2+8H++6e 2NH4+
10N2+6H++6e 2NH3
152
129
126
100
096
090
088
085
027
009
097
088
075
059
055
035
036
042
028
032
2569
2183
2106
1692
1624
1517
1491
1411
464
152
1636
1483
1266
992
924
584
616
711
469
548
注：表中列出土壤中进行反响进行反响未列出
硫体系相氮氧化复原体系标准电位高氧化态氮〔NO3 〕氧化态硫〔SO42〕容易复原时某复原态氮〔NO2NH4+ NH3〕微生物作难氧化NO3表9—5中678式出 NO2—NH4+ NO3 —NH4+ NO3 —NO2反响E07 035～042V属容易达土壤Eh状态反响容易土壤条件进行应该注意土壤氮氧化复原程中反响实际逆单纯氧化复原电位说明衡关系
氮体系Eh—pH图出：NO3存必须充足氧化条件土壤EhpH范围实际稳定区间限NO2更稳定稳定区间限定正常土壤pH值窄Eh范围般易量积累氮种氧化复原形态化合物中NH4+ N2稳定范围符合然土壤实际情况
  土壤氮氧化复原纳三条途径：1〕硝化作2〕反硝化作3〕硝酸复原作然作皆微生物活动关Eh外需适温度pH值等条件
硝化作实质氨〔铵〕态氮生物氧化作生成硝态氮反响第步NH4+〔NH3〕→NO2第二步NO2 → NO3具体反响程前面关章节已述般认硝化作必须良通气条件前提实验证明硝化作氧求高空气含氧1～5时旺盛进行NH4+ 转化NO3 求氧化条件NH4+ — NO2反响E07 +035V NO2—NO3反响E07 +042V〔表9—5〕见铵态氮转化硝态氮般求Eh值+400mv左右较铁硫需Eh值高果土壤Eh值高生成硝态氮快复原般通气土壤Eh+400mv硝酸盐较稳定存渍水土壤中硝酸盐般难存外消化作第阶段〔亚硝化程〕通气性求显然略低阶段〔硝化程〕土壤通气缺乏时〔进行亚硝化程缺乏完成硝化程〕产生亚硝酸盐积累
反硝化作通微生物硝态氮复原气态氮〔N2ON2NH3等〕程程通常嫌气条件进行般微生物必需O2时利硝酸态氮作电子受体产生复原态氮系列反响程已第 章述氧化复原角度表9—5中第12345式似表述反硝化程作生化反响情况样国外资料pH值5～6时土壤反硝化作〔NO3 减少指征〕界Eh值约+300～+350mvEh值降+200mv时N2ON2等气态氮生成量便显著增加
硝酸复原作指嫌气条件NO3 复原NH4+ 程反响机理反硝化作关系尚清楚NO3 转化NH4+ 求复原条件表9—5中第7反响式E07 036V值恰接通气土壤限渍水土壤限见土壤中NO3 —NH4+ 间转化应该相频繁Buresh研究Eh值+300mv时参加土壤15NO3 —N约1转化15NH4 + —NEh值0mv时转化率约15Eh200mv时复原转化率高达35
〔六〕    污染重金属体系
汞铬砷铅硒等重金属着变氧化复原状态土壤重金属污染重金属定Eh—pH条件发生复杂氧化复原反响〔表4—6〕
表4—6 污染土壤中重金属元素氧化复原反响
氧化复原反响
备注
氧化复原反响
备注
汞
 
砷
 
1 Hg2+ Hg22+
酸性条件
1 H2AsO4 H3AsO3
酸性条件
2 Hg2+Hg22+ Hg0
酸性条件
2 HAsO42 H3AsO3 H2AsO3
中碱性条件
3 Hg(OH)2 Hg0
碱性条件
 
 
铬
 
硒
1 HSeO4 SeO42 HSeO3 SeO32
——
1 Cr2O72 Cr3+
pH﹤65
2 H2SeO3 Se0
强复原条件
2 Cr2O42 Cr3+ CrO2
PH﹥65
3 Se0 Se2 H2Se
强复原条件
污染重金属土壤中氧化复原反响极影响着环境系统中迁移性生物毒性土壤环境化学重研究容
〔七〕    机物体系﹡
机质土壤中转化包含着系列氧化复原程气条件机质生物氧化作彻底分解CO2H2O机盐类〔矿化〕嫌气条件发酵程生成中间产物复原性机酸醇等CH4 H2等强复原物质
般认通气良渍水土壤中Eh值迅速幅度降低复原性机物积累密切关系
复原条件拟兴旺情况机质嫌气分解产生量复原性机物高价金属离子氧化物复原低价金属离子原新鲜未分解生物机质机酸复原糖等〔生物体根微生物分泌作〕适宜温度湿度pH条件身具相复原力
机体系氧化复原反响机体系特点：
1〕pH7时机体系标准氧化复原电位负值说明机体系复原性较强
2〕机体系数反响属生物化学程定条件逆
3〕许复原性机物分解程中间产物暂时处动态衡适氧化条件易分解转化消失〔局部机体系样反复变化〕变动甚剧烈
〔八〕  土壤氧化复原程特点
土壤中氧化复原物质〔体系〕氧化复原程特点已前述相般化学概念言土壤氧化复原程尚纳出特点：
1〕体系样性 土壤中氧化复原体系机体系机体系两类机体系中重氧体系铁体系锰体系硫体系氮体系等机体系包括种分解程度机化合物微生物细胞体代谢产物等体系形态例存土壤中组成复杂变混合体系
2〕反响复杂性 土壤中氧化复原反响纯化学反响更微生物参生化反响反响具程度逆性逆半逆逆分反响速度差异常导致某物质氧化—复原形态变化土壤Eh变化步〔滞〕加种氧化复原反响交错影响难简单推导计算表达土壤氧化复原程
3〕决定氧化复原电位体系 土壤中氧化作O2NO3 Mn4+Fe3+等氧化剂引起复原作复原性机物嫌气性微生物生命活动Fe2+ Mn2+等低价金属离子引起通气土壤中〔Eh＞+300mv〕氧体系氧化复原电位起着决定作嫌气性土壤中〔Eh＜+100mv〕决定氧化复原电位机复原性物质然铁体系起较作受氧体系机体系控制
4〕复原序 土壤中存着明显序复原作嫌气条件土壤中O2消耗掉着Eh值逐渐降低氧化态物质NO3 Mn4+Fe3+SO42次作电子受体复原图9—4便说明种特征 
5〕动态衡 土壤中氧化复原衡常变动时间空间理措施会Eh值改变
三土壤氧化复原状况生态影响调节

〔〕土壤氧化复原状况影响素
根量实测结果土壤Eh范围致+750～300mv相应pe值约127～51间包括然生物界变异范围成土条件利条件水分通气机质 pH等状况土壤氧化复原状况差异便土壤剖面层次甚团聚体外根际外Eh值明显差异土壤学中常约+300mv作氧化性复原性分界点学者根Eh值土壤氧化复原状况进行分级：Eh＞+700mv强氧化状态时通气性强+700～+400mv氧化状态时氧化程占绝优势种物质氧化态存+400～+200mv弱度复原状态时NO3 Mn4+复原+200～100mv中度复原状态时出现较复原性机物Fe3+SO42复原Eh＜100mv强度复原状态时CO2H+复原硫化物开始量出现然划分带定相性

影响土壤氧化复原状况素纳起方面：

(1) 土壤通气状况

通气状况决定土壤空气土壤溶液中氧浓度通气良土壤气间气体交换迅速土壤氧浓度高氧化作占优势Eh较高通气良土壤气间气体交换缓慢加微生物活动根系呼吸耗氧氧浓度降低Eh降长期渍水条件土壤通气状况恶化强烈持续性复原作会Eh降低例般森林土壤农业旱作土壤通气条件良Eh+700～+400mv沼泽化土壤水稻土渍水处嫌气状态Eh值+200mv〔图9—5〕土壤言Eh值总着水分通气状况波动产生相应变化Eh值作土壤通气性指标

〔2〕微生物活动

通气土壤中氧性微生物氧呼吸消耗土壤溶液土壤空气中氧气活动愈强烈耗氧愈迅速总趋Eh值降通气良渍水时土壤中O2逐渐耗竭厌氧性微生物活动占优势微生物夺取机质含氧盐〔NO3 SO42等〕中含氧形成量复杂机机复原性物质Eh急剧降低

〔3〕土壤中易分解机质含量

土壤中易分解机质指生物机质局部某机物机物身具定复原性显著降低土壤氧化复原电位方面定通气条件适湿度条件机质分解微生物完成耗氧程土壤中易分解机质愈耗氧愈氧化复原电位降低趋势愈明显例数森林土壤表层机质含量高Eh值层低数十数百毫伏〔图9—5〕
尤值指出阶段性渍水土壤Eh值迅速幅度降低含较易分解机质密分较充足机基质〔物源源〕存时厌氧性微生物量繁殖产生量基质更复原中间产物终产物

〔4〕土壤中易氧化易复原机物状况

土壤中易氧化复原态机物质愈复原条件愈兴旺抗氧化衡作愈明显许易氧化复原态机物质氧直接起反响〔Fe2+〕通气条件电位会快升物质快氧化
相反土壤中易复原氧化态机物质愈抗复原力愈强例土壤中含量氧化铁锰较硝酸盐时削弱复原条件显著延缓减轻Eh降速度程度氧化铁锰〔尤前者〕作渍水土壤氧化复原状况调节剂

〔5〕土壤pH值

前述具体氧化复原体系说⊿Eh⊿pH 59mv例〔m／n〕倍数土壤作体系存混合体Eh—pH关系复杂通气良然土壤旱作土壤氧体系起导作实验⊿Eh⊿pH值接59mv〔氧体系理值〕复原性土壤〔水稻土沼泽土〕说复原性机物亚铁起重作⊿Eh⊿pH变化60～150mv间〔Fe2+关氧化复原反响⊿Eh⊿pH01770236mv表9—2〕

〔6〕植物根代谢作

植物根分泌物直接间接影响根际土壤氧化复原状况般植物根根际土壤中分泌量碳水化合物机酸氨基酸类物质物质身具定复原性局部直接参根际土壤复原反响尤根分泌物造成特殊根际微生物活动条件微域氧化复原状况产生显著影响分泌物导致根际Eh值降低植物根际Eh值根外土体低十百毫伏根际pH值较低缺乏抵抗Eh值降湿生植物情况完全根系分泌氧根际土壤Eh值较根外土体高百毫伏

述诸素孤立相互联系相互影响控制着土壤氧化复原状况变异性条件着导素

〔二〕土壤氧化复原状况生态影响

土壤氧化复原程影响土壤中物质量转化氧化复原状态程度决定土壤物质存形态活动性土壤氧化复原状况会产生方面生态影响包括土壤身性状植物生长表环境系统素〔水体气〕等

〔1〕土壤形成发育影响

冷湿带森林土壤中表层常含较复原性机质矿物质中铁锰氧化物复原低价态易溶低价Fe2+Mn2+淋洗Eh较高B层局部Fe2+Mn2+氧化成锈纹锈斑铁锰结核中锰铁淋溶程根相锰较铁更难氧化淋更深部位淀积导致铁锰剖面分化

某局部低湿条件土壤季节性干湿交导致氧化复原状态交错频繁氧化复原作常形成量铁锰锈斑结核假设常年积水形成种潜育化土壤

热带区机残落物微生物作迅速氧化CO2H2O机残体复原作时表层中铁高温易氧化容易脱水成移动氧化铁某湿热条件氧化复原作引起铁土壤剖面中移动中层氧化脱水淀积土壤中层积聚量铁湿润热带古老沉积层中常夹铁盘等新生体

总然界许成土程皆氧化复原反响关漂灰化程白浆化程草甸化程潜育化程等长期处氧化复原状态变化特征常导致土壤亚类土类分化

〔2〕土壤机质分解积累影响

般认氧化状态机质矿化消耗速率较快高Eh值利土壤腐殖质积累偏湿水分状态较低Eh值条件机质矿化定抑制利积累量腐殖质区低湿段土壤中积累相较腐殖质粘质土沙质土积累更腐殖质沼泽土中积累腐殖质外尚积累量半分解植物残体——泥炭

然氧化复原状态机质分解积累差异相应微生物条件决定第 章第 章已述

〔3〕土壤养分效性影响

氧化复原状况显著影响土壤中机态变价养分元素生物效性例强氧化状态〔Eh＞700mv〕高价铁锰氧化物溶解性差溶性Fe2+Mn2+水解离子浓度低植物易产生铁锰缺乏适复原条件局部高价铁锰复原Fe2+Mn2+ 植物效性增高研究某土壤植物表现出严重缺铁性失绿植物生长正常程度植物根系根际复原力关氧化态土壤中机氮NO3 —N利喜硝性植物生长弱度复原状态逐渐NH4+ —N中度复原状态开始出现强烈返硝化作引起氮素养分气态损失时SO42逐渐趋复原硫植物效性降

土壤氧化复原状况影响机质分解积累影响机态养分保存释放处氧化状态时机养分矿化释放较快土壤〔尤森林土壤〕肥力般够维持处较强复原状态时〔沼泽〕NP等养分局部固存机质中矿化释放缓慢效养分贫乏

变价元素氧化复原程间接影响机养分效性例低Eh值含水氧化铁复原成溶亚铁减少磷酸盐专性吸附固定氧化铁胶膜包裹闭蓄态磷释放出时磷酸铁复原磷酸亚铁磷效性显著提高

〔4〕土壤复原性毒物质产生积累影响

土壤处中强度复原状态时会产生Fe2+Mn2+甚H2S某机酸〔丁酸〕等系列复原性物质定条件导致物质量积累引起植物毒害作

量亚铁毒害表现植物生理阻碍磷钾吸收氮吸收受影响量Fe2+根易老化抑制根生长H2S丁酸等积累抑制植物含铁氧化酶活性影响呼吸作减弱根系吸收水分养分力〔尤HPO42K+NH4+Si4+吸收力〕强复原状态植物常发生黑根FeS沉淀附着根部显著降低根通透性相严重嫌气复原环境常导致根系腐烂植物死亡

〔5〕植物生长影响

土壤氧化复原状况显著影响植物生长某情况pH值影响重长期形成土壤氧气水分养分复原性毒物质组合状况适应性植物适生Eh范围
土壤氧化复原状况常水分状况相联系植物土壤Eh高低适应性应着耐旱性耐〔喜〕湿性二者等例水曲柳属喜湿性树种常生溪流两侧流水带静水沼泽附生长原该树种喜湿耐缺氧复原性环境

〔6〕土壤污染污质生物环境效应影响

常见土壤污染物重金属农药毒机物等土壤氧化复原状况程度影响形态转化影响生物—环境系统中活性迁移性毒害性例土壤中数污染重金属〔CdHg〕亲硫元素渍水复原条件易生成难溶性硫化物水分排干氧化硫酸盐溶性迁移性生物毒性迅速增加土壤中机汞复原金属汞进步微生物转化甲基汞时毒性会幅增加水田湿生态系统中重砷定复原条件砷酸盐复原亚砷酸盐活性生物毒性会增加十倍农药毒机物氧化条件转化迅速复原条件加速代谢三氯乙醛通气土壤中会微生物氧化更强毒性三氯乙酸DDT艾氏剂Eh＜100mv复原性土壤中加速降解

〔7〕气环境全球变化影响

土壤氧化复原状况气环境全球变化影响表现N2OCH4CO2等温室气体排放方面土壤N2O排放反硝化作消化程中伴N2O产生估计全球然土壤年N2O—N排放量〔600±300〕×104t施肥土壤年气排放N2O—N150×104t农林业生产中氮肥N2O产生量增加根原N2O排出量达施肥量01～2〔Boumwman1990〕复原性土壤施硝态氮肥氮肥淋洗湿常引起显著N2O排放

CH4源水田湿较强复原条件量产生新鲜机物机肥显著增加水田湿CH4排放量施氮肥利抑制排放蔡祖聪等〔1995〕研究施硫铵CH4排放通量施氮肥减少42～60外湿退化开垦全球性问题氧化性加强机碳气性分解加速定程度引起CO2排放量增加

土壤〔包括湿〕氧化复原状况变化温室气体排放影响复杂土壤学环境学面重课题

〔三〕土壤氧化复原状况调节

般说土壤氧化复原状况易变变农林业生产城市绿化然生态系统理中目采取技术措施调节土壤氧化复原状况

〔1〕排水灌溉

土壤氧化复原状况首影响素通气性空气水分存消长关系土壤氧化复原状况常水分状况密切相联土壤水气调节时伴着氧化复原调节

沟谷势低洼段水分通气良常造成较强复原环境影响植物生长时应采取排水通气措施简易方法明沟排水林园圃〔苗圃花圃等〕开挖截渗排水沟城市绿化中宜采暗沟暗排水排水通气条件改善Eh值升200～300mv更低苗圃花圃开沟排水根底施行高床作业垄作进步提高排水通气效果林区复原性强水湿土壤〔腐殖质沼泽土潜育草甸土〕机械排水造林〔耐湿树种〕兴安岭林区20世纪60年代起便积累成功验调查未排水沼泽落叶松生长极差扣垄排水土壤处氧化程占优势状态土温升高微生物活动加强机质逐步分解养分释放立条件变生长落叶松达优质高产工林标准然生态系统样性生态衡角度考虑种操作某然退化沼泽湿草甸中适面积沼泽应该作湿资源加保护

土壤氧化性强时灌溉适降低氧化复原电位某养分〔FeMnP等〕效性增加灌溉首目补充水分调节氧化复原状况附加作〞水田土壤氧化复原性特殊求通前期适灌水〔配合机肥〕土壤复原条件适度开展然根作物〔水稻等〕生长状况土壤性质采取排水烤田等措施

污染土壤时需通吸附沉淀等程污染物固定降低毒性时需促进溶解转移出土体外时需加速降解解危害根情况进行排灌处理氧化复原电位调节适范围

〔2〕施机肥氧化物

氧化性土壤施机肥适加强复原作增加效态铁锰铜等养分供尤新鲜机物〔绿肥枯叶秸秆〕配合灌水短期氧化复原电位降百百毫伏法般旱作土壤具现实意义质粘重涝害威胁土壤应该慎

氧化态机物具抗复原作减缓渍水土壤Eh值剧烈降调节水田湿氧化复原状况定意义铁体系土壤氧化复原状况影响较氧化铁价格相低廉污染土壤提出氧化铁作水田土壤氧化复原调节剂

〔3〕调节措施

改善通透性措施利提高氧化复原电位质改进结构改进中耕松土深耕晒垡等膜覆盖增温保墒透气性难免受影响想象会定程度促进复原作

外水田复原性土壤施氮肥时应氨〔铵〕态氮肥硝态氮助提高氧化复原电位实际量少作限易引起反硝化损失渗漏损失喜硝性树种外林施肥氨〔铵〕态氮防硝态氮淋洗流入湖沼湿引起水体富营养化N2O排放增加硫磺粉作硫肥调节土壤酸度时应氧化态土壤假设施复原性强土壤中会产生H2S危害
〔执笔：  崔晓阳  〕


第五章 土壤退化土壤质量

［章提］章阐述土壤退化概念类型分析国土壤退化根态势针林业特点分述工林力衰退原机理气酸沉降林火采伐等干扰素森林土壤良影响提出相应防治措施

进入二十世纪口资源环境粮食源等五问题日益困扰着类中作类资源环境载体土壤圈出现问题尤土壤退化农林牧业持续开展带严重影响土壤退化类活动诱导加速种然程直接果导致土壤生产力幅度降外土壤退化造成河流湖泊淤积土壤机碳储量变化特殊生境消失生物样性减少等环境生态问题
全球20亿hm2土壤资源受土壤退化影响中国受土壤退化影响严重国家国际应系统分析研究(IIASA)南亚东南亚区素诱导土壤退化现状评估(ASSOD)关数估计国土壤退化总面积465亿hm2中局部属轻微退化轻度退化面积307亿hm2占总退化面积66退化表现物理化学生物学特性退化认识土壤退化性质开展规律寻求尺度水防治土壤退化修复重建退化土壤保持农林牧业国民济持续开展重土壤学理实践课题
51 土壤退化
511 土壤退化概念
土壤退化(Soil degradation)指种然特素影响发生导致土壤农业生产力土利环境调控潜力土壤质量持续性降〔包括暂时性永久性〕甚完全丧失物理化学生物学特征程包括现退化程土退化核心局部土壤退化程两类：土壤物质转移〔水力风力造成土壤侵蚀〕原位土壤退化〔包括土壤物理化学生物退化〕根土壤退化表现形式土壤退化分显型退化隐型退化前者指退化程〔甚短暂〕导致明显退化结果者指退化程然已开始已进行较长时间尚未导致明显退化结果土壤退化受生物物理素社会济政治素相互影响种交互作复杂性加剧土壤退化问题(见图141)土壤退化方面考虑然素〔形气候植成土母质表物质组成等〕影响方面关注类活动干扰〔森林砍伐度放牧水度开采等〕类活动仅加速土壤退化进程影响着土壤退化深度广度
土壤退化土退化核心局部土壤退化简单定义土壤生产植物数量质量降土壤发挥生态功受限制土退化概念相广泛指土途农业生产根底建设运输休闲等方面功降低程现象
土壤退化种素程综合作结果种者两种退化素某种土壤退化类型中占导位种退化现象均时土壤退化程中表现出
弱脆
边际土壤
恶劣
气候
生态敏感生态区
土利
土壤理善
口压力
贫穷
没低输入农业
弱制度支撑
缺乏鼓励
生物物理素
社会济政治素
土壤水资源退化
l 耕停滞
l 产出低
l 次标准生活
l 营养
l 永久社会政治动乱
l 土壤侵蚀
l 沙漠化
l 森林砍伐
l 生物样性降低
l 全球变暖
l 水质差
l 环境质量低
图51 土壤退化影响素〔R Lal and BR Singh 1998〕











512 土壤退化类型
1971年联合国粮农组织(FAO)提出土壤退化问题出版土壤退化专著土壤退化问题日益受关注土壤退化书中土壤退化细分十类：侵蚀盐碱化机废料传染性生物工业机废料农药放射性物质重金属肥料洗涤剂补充旱涝障碍土壤养分亏缺耕非农业占三类目前FAOFAO联合国环境署(UNEP)资助素诱导土壤退化现状全球评估(GLASOD)土壤退化类型亚类相应符号表141示
R Lal (2001)退化性质土壤退化分三类物理退化化学退化生物退化(图142)
国研究土壤退化分类相较晚中国科学院南京土壤研究鉴国外土壤退化分类根底根国实际情况土壤退化分六类：土壤侵蚀土壤沙化土壤盐化土壤污染土壤性质恶化耕非农业占根底进行二级分类(表142)潘根兴(1995)提出较系统土壤退化分类数量退化质量退化根土壤退化原述两类予进步划分
退化类型言种素引发土壤侵蚀全球土壤退化形式侵蚀作甚影响球约50陆外表退化干旱半干旱牧区土壤侵蚀存三种形式：片蚀风蚀沟蚀片蚀普遍风蚀荒漠化南美洲欧洲外洲第二土壤退化形式南美洲欧洲相应化学性质恶化物理退化
快速工业化城市化进程土壤污染已成突出全球问题排入土壤废物数量超土壤净力破坏土壤系统原衡引起土壤系统成分结构功变化发生土壤污染土壤污染物源广种类致分机污染物机污染物害微生物三类中重金属农药固体废物污染土壤污染影响土壤种化学电化学程进影响土壤生物学程会表现出土壤生物活动退化特点

表51 FAOGLASOD土壤退化类型亚类相应符号
退化类型
亚类
符号
退化类型
亚类
符号
水蚀(W)
表土剥蚀
Wt
化学性质恶化(C)
养分机质损失
Cn
体变形块体运动
Wd
盐渍化
Cs
异位效应
Wo
酸化
Ca
水库淤积
Wor
污染
Cp
洪水泛滥
Wof
酸性硫酸盐土壤
Ct
珊瑚礁海藻破坏
Woc
富营养化
Ce
风蚀(E)
表土剥蚀
Et
物理性质恶化(P)
压实密闭结壳
Pc
体变形
Ed
淹水潜育化
Pw
异位效应沙尘
Eo
水位降
Pa


机土沉降
Ps


采矿城市化等活动
Po



生物活性退化(B)



土壤退化
物理退化
化学退化
生物退化





土壤结构降
l 结壳
l 压实
l 缺氧
l 盐化
l 碱化
侵蚀加剧
l 水蚀
l 风蚀
l 淋溶
l 酸化
l 淀积
土壤生物样性降
腐殖质质量数量降低

l 生物量生产力降低
l 水体污染富营养化
l 气质量降
l 微量气体逸失气中





图52 土壤退化类型〔R Lal 2001〕
2



表52 中国土壤退化分类〔中国科学院南京土壤研究〕
退化类型(1级)
亚类(2级)
A土壤侵蚀
A1水蚀
A2冻融侵蚀
A3重力侵蚀
B土壤沙化
B1悬移风蚀
B2推移风蚀
C土壤盐化
C1盐渍化次生盐渍化
C2碱化
D土壤污染
D1机物(包括重金属盐碱类)污染
D2农药污染
D3机废物(工业生物废弃物中生物易降解机毒物)污染
D4化学肥料污染
D5污泥矿渣粉煤灰污染
D6放射性物质污染
D7寄生虫病原菌病毒污染
E土壤性质恶化
E1土壤板结
E2土壤潜育化次生潜育化
E3土壤酸化
E4土壤养分亏缺
F耕非农业占


513 国土壤退化根态势
国土壤退化类型退化程度分布面积见表53
土壤侵蚀水土流失国危害严重土壤退化形式关土壤侵蚀影响面积数源差异较新研究数显示国约2亿hm2土壤侵蚀发生退化ASSOD1997年资料显示受土壤侵蚀影响面积应该18亿hm2左右〔约占国土总面积19〕国资料统计结果应15～2亿hm2间ASSOD数国20万hm2土壤严重水蚀1～10万hm2土壤严重风蚀失肥沃表土层年侵蚀流失土壤物质约50亿ｔ年损失土壤机质氮磷钾营养元素分2700万t550万t6000t5*106t〔相4000万t标准化肥全国1年化肥量〕国土壤侵蚀东西呈逐渐增加趋势水蚀发生兴岭阴山贺兰山青藏高原线东风蚀发生新疆甘肃河西走廊柴达木盆等冰融发生青藏高原新疆甘肃云南等现代冰川高山区
荒漠化沙化问题非常严重目前国荒漠化土已占国土陆总面积273荒漠化面积年2460 km2速度增长土壤沙化发生三北〞干旱半干旱区东部半湿润湿润带风蚀活动频繁区土沙化造成蒙古区居民迫迁移乡
土壤盐碱化发生西北干旱区蒙古半干旱区约3300万hm2土壤遭受程度盐化碱化
重金属农药固体废物等造成土壤污染发生工矿区附农业20世纪90年代开始快速工业化城市化活动已造成约6000 万hm2农业土壤受严重污染中受CdAsCrPb等重金属污染耕面积2000万hm2
土壤养分亏缺〔土壤贫瘠化〕土壤肥力状况国耕机质含量般较低水田土壤1～3旱土壤机质含量较水田低＜1占312国局部耕土壤全氮02缺磷土壤面积673万km2缺钾土壤面积约185万km2缺乏中量元素耕占633东部红壤丘陵区言选择土壤机质全氮全磷速效磷全钾速效钾pH值CEC物理性粘粒含量粉粘表层土壤厚度等11项土壤肥力指标进行土壤肥力综合评价结果说明局部土壤均程度遭受肥力退化影响高中低肥力等级土壤面积分占该区总面积259408333
外南方红壤区例约20万km2土壤酸化问题影响生产潜力发挥

表53 中国土壤退化类型退化程度分布面积(Lynden GWJ and Oldeman LR 1997)
退化类型
亚类
退化程度〔106 hm2〕
忽略
轻度
中度
强度
极度
水蚀
表土剥蚀(Wt)
158
1059
449
38
02
体变形(Wd)
05
79
59
240

异位效应(Wo)
02
02
02


风蚀
表土剥蚀(Et)
17
659
25
+
+
体变形(Ed)
+
72
55
579

异位效应(Eo)
+
20
65
02

化学性质
恶化
肥力降(Cn)
324
317
48


盐渍化(Cs)
05
68
26


营养障碍(Ct)

+



物理性质
恶化
干旱化(Pa)

237



压实结壳(PcPk)

05



淹水潜育化(Pw)
38




退化总面积
类型
550
2519
729
860
025
注：() 显著(+) 1～10万hm2计算总面积时假定 (+) 相5万hm2

514 土壤退化程相逆性
土壤种生性资源旦遭受物理化学生物退化短期法生土壤退化程逆逆果加改造恢复钱相昂贵保护土壤资源防治土壤退化〔防防治重〕已成类迫切务土壤退化程相逆性改造恢复需钱见表54方减少土壤压实采取改进耕作方法保护性耕作覆盖耕作轮作时覆盖农作物等限制采机械化运输耕作体系〔半干旱区采带状耕作〕然土壤压实区需投入相钱恢复

表54 土壤退化程相逆性
退化类型
退化程
程度逆钱低
逆钱显著
程度逆钱极
物理退化
粘盘土壤压实区

X

外表密闭结壳
X


土壤外表沉降


X
风蚀导致表土剥蚀

X()

水蚀导致表土剥蚀


X
体变形(沟蚀)


X
持水量
渗透降排水受阻

X

持水量降

X

淹水

X()
X()
干旱

X

化学退化
机质损失

X

养分损耗淋失
X


养分例失衡
X


养分束缚

X

酸化

X()
X
盐碱化


X
营养障碍


X
富营养化

X

生物退化
土壤干扰导致生物活性降

X

农药导致生物活性降

X

污染


X

污染(毒物质积累)


X
源：热带土壤专家间信息咨询参考关退化文章见In Depthsoil degradation in China ( )

52 森林土壤退化〔变化〕问题森林土壤资源保护
521 工林力衰退防治
工林力衰退实质工培育程中类生产活动影响改变成土程方土壤熟化进程破坏土壤生态性质导致林木土壤生态需求发生变化土壤生态性质间产生差异表现林生产力降土壤肥力降
德国早1883年便发现云杉连栽第二代生产力降问题挪威印度印尼法国前苏联南非等国均工林连栽生产力降报道衰退树种欧洲云杉辐射松日落叶松油棕柚木桉树欧洲松等国工林力衰退现象十分普遍衰退树种杉木马尾松落叶松杨树桉树木麻黄华山松柳杉等
导致工林力衰退原概括：树种生物学特性营林生产活动干扰〔采伐林火〕等连栽造成力衰退树种速生树种轮伐期短吸收养分少凋落物分解慢造成土壤酸化许树种存土壤中毒问题工林造林树种单林分密度〔尤短周期工业工林〕群落结构简单导致功降低林肥力降工林培育程中合理营措施干扰活动样造成土壤肥力降甚导致力衰退直接原火烧清理林造成机质营养元素流失土壤理化性质变化土壤动物微生物区系改变适整幼林抚育易引起水土流失导致营养元素流失合理采伐作方式尤反复短轮伐期全树利会导致土壤养分量消耗采伐集运材程中尤机械采运造成土壤压实土壤结构破坏易产生表径流
针工林力衰退采取防治措施：调整林分结构促进林植物生长方法通抚育间伐调整林分密度减林分郁闭度提高透光度采取生物措施提高然培肥途径营造混交林间种豆科植物绿肥植物利固氮微生物等合理施肥补充养分消耗施肥应树制宜充分考虑济效益肥料资源采取科学营林措施〔天然林〞〕减少水土流失实行轮作休闲制度生态系统理等

522 气酸沉降森林土壤影响
酸沉降包括干湿沉降湿沉降指pH值< 56天然降雨酸雪酸雾等干沉降指硫氧化物氮氧化物包含硫氮氧化物颗粒风降现情况酸雪酸雾酸性粉尘降落物统称酸雨〞酸雨酸沉降导致环境酸化危害21世纪环境问题国继欧洲北美出现面积酸雨分布区秦岭淮河南川桂湘黔粤皖赣局部浙闽海降水pH值低50
酸雨森林生态系统危害通土壤间接表达相关假设：①土壤中CaMgK等盐基离子量淋失造成根系养分严重缺乏②土壤酸化造成土壤养分缺乏③土壤水中毒元素Al浓度升高④NH4+量沉降导致植物养分衡吸收造成森林衰亡生产力降
酸雨土壤系统发生明显酸化重特征盐基饱度降交换性酸增加通常阳离子交换量(CEC)盐基饱度(BS)低CaAlpH缓力强土壤酸雨反响敏感土壤pH酸害阈值酸害偏差酸害变化率等常作土壤酸敏感性评价指标酸害阈值指植物呈受害状态时土壤pH值值酸害偏差指定条件土壤中pH值酸害阈值差酸害变化率指土壤pH值变化快慢模拟条件两种模拟酸雨种土壤淋溶测差值母质海拔高度土壤酸敏感性均影响湖南省母质土壤酸沉降敏感性次：第四纪红土红壤>砂岩红壤>花岗岩红壤>紫色砂页岩红壤垂直域分异作表现山红壤>山黄棕壤>山黄壤
酸雨pH值土壤盐基离子释放具较影响酸雨中氢离子土壤胶体外表吸附盐基离子会发生置换反响酸促粘土矿物风化导致土壤盐基离子淋失某毒性元素释放活化模拟酸雨盐基长期淋溶造成森林土壤营养衡尤Ca2+Mg2+缺乏酸度越尤酸雨pH值低30时盐基离子淋溶量增酸雨淋溶量增加盐基离子释放力逐渐衰减尤强酸性酸雨作衰减速度
目前气沉降量改变森林土壤影响：土壤Al释放原先吸附SO42释放N土壤机质积累根吸收N增加Ca2+土壤溶液中减少
土壤中Al3+认酸性阳离子溶解度质子化程度pH定酸性环境利土壤释放活性铝低pH情况Al3+氢氧化铝中释放出Al(OH)3+3H+→Al3++3H2O土壤酸沉降具缓作外酸雨加速土壤中含铝原生次生矿物风化释放出量铝酸雨起着重缓作
许研究说明土壤溶液中Al3+浓度超定量Al(Ca+Mg)值10时森林植物产生毒性影响植物根生长Noble研究认铝毒害应考虑Al3+考虑形态铝离子例：单体铝：AlOH2+Al(OH)2+AlSO4+样具毒性Parker等证明聚合Al13AlO4Al12(OH)24(H2O)127+毒Al种类Maaike认AlAl敏感植物树种影响表现增加溶液Al含量根生长减慢叶变枯黄植物体MgP含量降少Hirano等认土壤里高含量Al根结构形态产生利影响
土壤中铝存层状铝硅酸盐矿物晶格中余水溶态交换态羟基态机配合态等种化学形态存酸雨淋洗造成土壤中铝形态发生变化：酸雨pH值越低土壤中羟基态铝腐殖质铝含量越低交换态铝含量越高根模拟酸沉降条件中国南方森林土壤中交换态铝含量发生变化引起土壤铝释放活化土壤铝释放活化浸提铝溶液土壤pH值土壤总碳量控制关系式：p({Al3+}CAlorg) pKRAl + x(pH)式中{Al3+}溶液中铝活度KRAl溶解常数Alorg机结合态铝酸沉降中酸度阳离子浓度关阳离子交换反响酸沉降中高浓度盐基离子导致土壤铝释放增加交换态铝增加量降研究发现土壤溶液中溶解铝明显受植物类型根系活动影响含量剖面深度减少针叶林植高阔叶林非根圈土根圈土差异说明酸沉降导致森林土壤表层机络合态铝转化溶解铝样酸沉降影响阔叶林缓力强针叶林系统
基氮氧化物酸雨奉献研究酸沉降N循环转化N输入输出量危害森林机理极重Makarovh等认俄罗斯西北部森林高N沉降导致KCaMg流失加快营养衡气酸沉降森林生态系统水溶态氮形态〔NH4+NNO3NNO2N〕氮分异迁移影响研究发现：总氮酸雨pH值升高增加系统中氮流通量加输入量输出量日柳杉针叶林已出现氮饱灯台树山胡椒阔叶林表现氮吸收阔叶林酸沉降具较强生态耐性
土壤恢复方面采取措施：①量控制气酸沉降输入②施适量石灰合理培肥〔厩肥绿肥等机肥料〕改善土壤结构提高酸雨环境容量③种植酸沉降敏感树种④研究开发分泌碱性次生代谢产物身酸沉降敏感植物树种达土壤直接改善等

523 林火森林土壤影响控制
林火早已熟知然社会现象四季潮湿森林森林某时期烧火潮湿热带雨林林火发生〔成千万年／次〕数千年林火引起次生演保持物种样性形成球森林组成结构起着显著作
火生态系统中独特然环境子火影响时短期时长期火生态系统利害取决火作时间强度般讲低强度火定周期林火促进森林生态系统物质流量流利维持生态系统稳定益森林天然更新林生产力提高高强度频繁林火会破坏森林生态系统稳定性气水资源土壤动物产生利影响方案火烧选择温度风速风湿度植物含水量等适宜季节时间进行巧妙火烧天然燃物火限制规定面定时间产生适宜热量强度蔓延速度达防火育林野生动物理放牧减少病虫害等目标林方案烧外火烧清理采伐迹炼山造林森林铁路公路两旁林缘开设防火线荒山牧场进行生产火属方案火烧方案火烧作应生态系统异火烧效果取决火行植类型形气候条件等数情况方案烧必须林业生产起火烧机械整种植补植林间栽植粗杂材清理草等终开展成森林营分割局部
林火仅土温升高土壤腐殖质机质遭破坏改变土壤理化性质微生物土壤细根系生物量发生改变土壤温度升高规律取决燃烧速率消耗燃料土壤湿度土壤导热性质林火土壤结构影响研究发现：低中强度火烧土壤密度孔隙度影响土壤分散系数定影响高强度火烧土壤密度孔隙度分散系数影响显著降雨火烧迹土壤密度分散系数升高孔隙度降连年火烧土壤密度未烧林降孔隙度分散系数升高火烧土壤pH值盐基饱度阳离子交换量等土壤化学性质均受程度影响呈增加趋势土壤表层变化强烈土壤动物生存种类数量火烧强度林火发生频率着密切关系：火烧强度增土壤动物数量减少越火烧土壤动物恢复需定条件时间林火土壤微生物影响表现：高强度火烧土壤微生物致死作中强度火烧土壤中细菌真菌放线菌数量增加趋势低强度火烧细菌真菌放线菌数量变化规律明显连年火烧迹细菌数量降真菌放线菌数量增加趋势通兴安岭8756火〞火烧迹土壤动物微生物种类度调查发现特森林火灾8年恢复重度火烧中度火烧轻度火烧土壤动物微生物种类数量已根恢复火烧前水略差异说明着火烧时间推移8年土壤生物影响已根结束火烧土壤细根系生物量均增加高强度火烧增加显著次低强度火烧中强度火烧明显
林火通五程导致营养元素损失：①化合物氧化成气态〔气化gasification〕②常温固态化合物蒸发挥发③灰分颗粒火产生风中流④离子淋溶⑤加速侵蚀述程联合效应导致营养元素损失程相重性元素异受林火强度差异土壤特性形气候模式调节林火土壤机质NCaP发生变化导致营养元素损失促进养分效性降低植物间竞争
机质氧化→CO2＋H2O＋热
N→N2→NOx
P→气态溶解磷酸盐
Ca→CaO→Ca(HCO3)2
高强度火烧会增加土壤侵蚀低强度火土壤侵蚀影响甚没美国亚利桑州森林灌丛高强度火烧10cm土层火烧KCaMgP含量增加坡度5°～30°时土壤侵蚀量达72～272 t·hm2坡度30°时土壤侵蚀量达795t·hm2
采伐迹进行炼山种常见伐区清理方式炼山易引起严重水土流失国热带亚热带区营工林时应根实际情况进行方案火烧增加土壤肥力降低土壤酸度须控制火烧强度炼山利影响缓坡段进行炼山应选择炼山季节控制炼山面积强度持续时间减少水土流失炼山利影响采伐迹应禁止炼山

524 采伐森林土壤影响控制
采伐类营森林重手段根森林生长发育程类济需进行营林措施森林采伐作业作生态系统外界干扰潜着森林生态环境负面影响中严重采伐作业引起林水土流失
森林采伐作业包括采伐集运材伐区清理等环节作业程中畜机械木材林运行种作业工程措施造成林表层土壤破坏压实采伐集材方式林土壤干扰程度次：皆伐作业手扶拖拉机集材>皆伐作业土滑道集材>皆伐作业半悬索道集材>皆伐作业手拉板车集材>皆伐作业全悬索道集材>择伐作业力集材森林采伐必然引起素产生剧烈变化导致森林土壤动物微生物区系改变水热物质分配土壤理化性质产生相应变化总趋势土壤温度增高土壤密度土粒密度增加土壤孔隙度导水率减土壤结构受定程度破坏采伐作业引起土壤扰动土壤养分贮量供状况会产生影响采伐方式林土壤养分影响研究说明：择伐林保存带土壤机质全N水解N速效P含量均高皆伐林速效钾含量相反集材方式集材道土壤养分影响研究说明：土壤机质全Ｎ水解Ｎ速效Ｋ含量手扶拖拉机影响土滑道集材次全悬索道集材轻微种集材作业土壤P素含量影响均较轻微
森林通枯枝落叶层森林土壤良结构林冠保护作减缓水土流失采伐作业程序破坏森林功土壤受侵蚀性增加范围强度作业方式〔包括采伐强度集运材方式机械设备类型等〕异受土壤类型形环境条件影响森林采伐种方式终会林冠层发生变化导致林冠截留降水量林植蓄水作发生变化枯枝落叶层厚度减迅速分解降低森林土壤透水性蓄水性林土壤渗水力降排水力增强降雨程中表径流幅度增强坡度采伐方式采伐强度产生林径流量采伐强度越径流越采伐方式坡度越陡径流越
皆伐炼山国南方林区长期种利木材清理采伐迹重营林措施炼山短期强光较高养分含量环境利喜光需养分较林木幼林生长发育炼山特高强度炼山造成表覆盖物消枯落机物养分库量损失增土壤受侵蚀程度炼山相长时期(3～5a)表裸露幼林水土流失十分严重土壤结构遭受定程度破坏炼山程中增加速效养分会伴着严重水土流失移出森林生态系统外林表现退化突变程
森林土壤森林水文生态功重素森林土壤系统中具备良森林植结构林型深厚优良结构土壤层取水文生态效益森林土壤通气降水转化水延缓表径流形成调节河川径流实现水文生态功土壤结构性影响土壤水分状况重特性特土壤团聚体稳定性土壤渗透性持水性等直接作般>025mm>1mm水稳性团聚体含量结构体破坏率表征土壤团聚体稳定性研究发现：采伐作业>025mm>1mm水稳性团聚体含量均采伐前低着采伐强度增降表层土壤结构体破坏率增变化规律水稳性团聚体变化正相反皆伐作业土壤结构稳定性破坏择伐更土壤团聚体均重量直径〔粒级团聚体均直径(mm)重量百分含量()积〕分形维数常土壤结构性评定指标土壤孔隙状况影响水分运动保持重物理属性中非毛孔隙排水迅速径流调节具重作反映土壤动态涵蓄水力土壤总孔隙度反映土壤潜蓄水力调节降雨潜力
森林采伐表生物质量增加矿质土壤中碳含量数情况没明显变化研究发现矿质土壤中碳采伐增加量采伐残留物分解淋溶作造成说森林采伐身土壤碳含量影响土利方式土壤碳含量影响推断热带亚热带外森林采伐中国森林土壤碳储存量会影响
森林采伐作业必须定生态约束进行维持森林生态系统生产力实现森林持续开展森林采伐作业中采取效措施减少水土流失：①采伐方式优化伐区配置根形坡度选择适采伐方式量采择伐面积皆伐控制采伐强度伐区配置方面目前常见面积块状带状皆伐伐区相邻布置美国新林业〞理创立者Franklin教授景观生态学原理出发认应适集中伐区取代现行分散块伐区配置降低森林景观破碎程度利降低伐区作业生产钱②集材方式选择集材机械改进利索道等种悬空集材方式轻型宽轮胎行走式集材机械减少林土壤破坏③伐区清理措施改进量防止火烧清林全垦整采伐剩余物散铺带状堆腐保存倒木活立木全面劈杂带状清理林代全面炼山④采取水土保持措施集运材道防火隔离带修筑截水沟统修建集运材道集材场采伐作业完成时集材场集运材道种植牧草草植物快恢复植盖度坡度样防止采机械作业法侵蚀作整技术采破坏森林植径流缓带等
〔续〕
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