土壤与肥料理论课教案12[推荐阅读]

第一篇：土壤与肥料理论课教案12

授课内容：

第一章 土壤 第十二节 土壤吸收性

一、土壤吸收性作用

土壤吸收性是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。这种能力在土壤肥力和性质上起着极为重要的作用。

1、施入到土壤中的肥料，无论是有机的或无机的，还是固体、液体或气体等，都会因土壤吸收能力而被较长久的保存在土壤中，而且还可随时释放供植物利用，所以土壤吸收性与土壤的保肥供肥能力关系非常密切。

2、影响土壤的酸碱度和缓冲能力等化学性质。

3、土壤结构性、物理机械性、水热状况等都直接或间接与吸收性能有关。因此土壤吸收性的作用是多方面的，其中最主要的是在土壤保肥能力的大小。

二、土壤吸收性类型

按照土壤吸收性能产生的机制，分为以下五种类型：

1、机械吸收性：机械的吸收是指土壤对物体的机械阻留，这种吸收能力的大小，主要决定于土壤的孔隙状况，孔隙过粗，阻留物少，过细又造成下渗困难，易于形成地面径流和土壤冲刷。故土壤机械吸收性能与土壤质地、结构、松紧度等情况有关。

2、物理吸收性：这种吸收性能是指土壤对分子态物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者称为正吸附，后者称为负吸附。

3、化学吸收性：化学吸收性是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程，这种吸收作用是以纯化学作用为基础的，所以叫做化学吸收性。

4、物理化学吸收性：物理化学吸收性是指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力，由于土壤胶体带有正电荷或负电荷，能吸附溶液中带异号电荷的离子，这些被吸附的离子又可与土壤溶液中的同号电荷的离子交换而达到动态平衡。这一作用是以物理吸附为基础，而又呈现出化学反应相似的特性，所以称之为物理化学吸收性或离子交换作用。

5、生物吸收性：生物吸收性是指土壤中植物根系和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是有选择性和创造性的吸收，并且具有累积和集中养分的作用。上述四种吸收性都不能吸收硝酸盐，只有生物吸收性才能吸收硝酸盐，生物的这种吸收作用，无论对自然土壤或农业土壤，在提高土壤肥力方面也有着重要的意义。

三、土壤物理化学吸收性

土壤物理化学吸收性能即是土壤离子交换作用。土壤离子交换可分为两类：一类为阳离子交换作用，另一类为阴离子交换作用。前者为带负电胶体所吸附的阳离子与溶液中的阳离子进行交换。后者为带正电胶体吸附的阴离子与溶液中阴离子互相交换的作用。

四、土壤阳离子交换作用

土壤胶体通常带有大量负电荷，因而能从土壤溶液中吸附阳离子，以中和电荷，被吸附的阳离子在一定的条件下又可被土壤溶液中其它阳离子从胶体表面上交换出来，此即阳离子交换作用。

离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的吸附过程；原来吸附在胶

体上的离子转移到溶液中的过程，称为离子的解吸过程。

1、阳离子交换作用特点

（1）可逆反应：当溶液中的离子被土壤胶体吸附到它的表面并与溶液达成平衡后，如果溶液的组成或浓度改变，则胶体上的交换性离子就要与溶液中的离子产生逆向交换，把已被胶体表面吸附的离子重新归还到溶液，建立新的平衡。

（2）反应迅速：在土壤水分能使补偿离子充分水化的情况下，一般的交换反应只需几秒钟就可完成，可以说，这几乎是瞬息间的反应。

（3）等量交换：它是等量电荷对等量电荷的反应。如一个二价的阳离子可以交换两个一价的阳离子等。

2、阳离子交换能力：阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来的能力。各种阳离子交换能力大小的顺序为：

Fe3+＞Al3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+ 影响阳离子交换能力的因素有：

（1）电荷的数量：根据库仑定律，离子的电荷价愈高，受胶体电性的吸持力愈大，交换能力也愈大。即三价阳离子大于二价的，二价的又大于一价的。

（2）离子半径和离子水化半径：同价的离子，离子半径愈大，其水化半径趋于减小，则交换能力愈强。

（3）离子浓度：阳离子交换作用受质量作用定律支配，交换力弱的离子，若溶液中浓度增大，也可将交换力强的离子从胶体上交换出来，这就是如盐碱土土壤胶体上的Na+能占显著地位的原因。

3、土壤阳离子交换量（CEC）：阳离子交换量（或吸收容量）是指在一定pH值条件下每1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数（cmol/kg

土），它可以作为土壤保肥力的指标，CEC的大小，受下述因素的影响：

（1）胶体数量：土壤胶体物质越多（包括矿质胶体、有机胶体和复合胶体），则CEC越大。

（2）胶体类型：不同土壤胶体阳离子交换量相差悬殊，有机胶体（腐殖质）的CEC远比矿质胶体要大。

（3）土壤pH值：土壤酸碱度影响胶体表面官能团中H+的解离，因而影响可变电荷的多少。当土壤溶液呈酸性反应时，胶体上的H+不易解离，则胶体所带负电荷减少，CEC随之降低。反之，当pH值增加到一定数值时，H+开始解离，并在一定范围内随着pH值的升高，H+解离越多，即可变负电荷逐渐增多，CEC也随之增加。

4、土壤的盐基饱和度：土壤胶体吸附的阳离子分为两类。（1）一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。（2）另一类是致酸离子，即H+、Al3+。土壤中交换性盐基离子总量占阳离子交换量的百分数称为土壤的盐基饱和度。

5、影响交换性阳离子有效度的因素

（1）交换性阳离子的饱和度：植物根主要吸收土壤溶液中的离子态养分，但也可通过根部表面离子与胶体上的离子进行接触交换而直接吸收。交换性离子的有效度，不仅与某一种交换性离子的绝对数量有关，而且与该离子的饱和度的关系较大。某离子的饱和度愈大，被交换而解吸的机会愈多，则有效度愈大。

（2）陪补离子效应：在土壤胶体上同时吸附着多种阳离子（如Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、K+、Na+、等），对其中某种离子（如K+）来说，其余的各种离子（Al3+、H+、Ca2+、Mg2+、Na+、等）都称为它的陪补离子。这些交换性

营养离子的有效度，与陪补离子的种类有关，陪补离子和被陪补离子吸附的先后顺序也影响有效度。如胶体上K+的饱和度相同，如先施铵盐后施钾盐，因为K+被吸附在外，结合松弛，易于被交换释放，所以K+的有效度高；如先施钾盐而后施铵盐，则NH4+被吸附在外，易于交换释放，从而降低了K+的有效度。所以说，陪补离子的种类和吸附顺序，对于施肥都有一定的参考价值。

（3）阳离子的非交换性吸收：土壤中所有阳离子均可发生非交换性吸收或固定，但以K+和NH4+的固定最为明显，而且与植物营养关系密切，在土壤交换性离子总量中，钾（铵）的饱和度愈大，则愈易发生上述的固定作用。

五、土壤阴离子交换作用

土壤中带正电荷胶体吸附的阴离子与土壤溶液中阴离子相互交换的作用，同阳离子交换作用一样，服从于质量作用定律。但是土壤中的阴离子往往和化学固定作用等交织在一起，很难截然分开，所以它不具有像阳离子交换作用那样明显的当量关系。

1、阴离子吸附类型

（1）易于被土壤吸附的阴离子

如磷酸根（H2PO4-、HPO42-、PO43-）、硅酸根（HSiO3-、SiO32-）及某些有机酸的阴离子。此类阴离子常和阳离子起化学反应，产生难溶性化合物。

（2）很少或根本不被吸附的阴离子

如氯离子（Cl-）、硝酸根（NO3-）、亚硝酸根（NO2-）等。由于它们不能和溶液中的阳离子形成难溶性盐类，而且不被土壤带负电胶体所吸附，甚至出现负吸附，极易随水流失。

（3）介于上述两者之间的阴离子，如SO42-、CO32-、HCO3-及某些有机酸的阴离子，土壤吸收它们的能力很弱。

2、影响土壤对阴离子吸收的因素

（1）阴离子的价数：一般价数愈大，吸收力愈强。土壤对一些常见阴离子的吸收力的大小顺序如下：

Cl-、NO3-＜SO42-＜PO43-＜OH-OH-是个例外，虽为一价离子，但土壤对它的吸附力很强。这是因为OH-的离子半径小，并能同带正电荷胶粒的双电层中的铁、铝离子结合，生成解离度很小的化合物。

（2）胶体组成成分：随着土壤胶体中铁、铝氧化物增多，土壤吸收阴离子的能力也逐渐增大。

（3）土壤pH值：酸碱度变化会引起胶体电荷改变，碱性加强，增大负电荷量，而酸性增强，则正电荷增多。因此，在酸性条件下，土壤胶体吸收阴离子能力增大，反之，在碱性条件下，吸收力则减弱。

第二篇：土壤与肥料理论课教案11

授课内容：

第一章 土壤 第十一节 土壤胶体

土壤是由固体土粒、土壤溶液和土壤空气组成的“多元分散体系”。一般情况下，土粒是分散相、土壤溶液和空气为分散介质，组成土壤胶体分散系。土壤胶体是土壤中最活跃的部分，对土壤理化性质和肥力水平具有明显的影响，对土壤保肥、供肥能力的强弱起着决定性作用。

土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒，胶体颗粒的直径一般在1—100nm（长、宽、高三个方向上，至少有一个方向在此范围内），实际上土壤中小于1000nm的粘粒都具有胶体的性质。所以直径在1—1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。

一、土壤胶体的种类

土壤胶体按其成分和来源可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体。

1、无机胶体：在数量上无机胶体较有机胶体可高数倍至数十倍，主要为极细微的土壤粘粒，包括成分简单的非晶体含水氧化物和成分复杂的各种次生铝硅酸盐粘粒矿物。

（1）含水氧化硅胶体：多为游离态的无定形胶体SiO2·H2O（实际上可写成偏硅酸H2SiO3）分子，当发生电离时，可使H+解离到溶液中，而使胶体带负电。次生的石英多为结晶态，也是带负电的胶体。氧化硅胶体普遍分布于各类土壤中。

（2）含水氧化铁、氧化铝胶体：多为结晶态矿物，属两性胶体，带电情况随环境的酸碱反应变化而改变，在酸性环境下（一般指pH＜5）带正电，而在

碱性条件下可带负电。

（3）层状硅酸盐矿物：其晶型结构由两个基本单位构成，即硅氧片和铝氧片。这类粘粒矿物形成过程中，易发生较强的同晶代换作用，即原来晶格中的中心原子可被其大小相近且电性符号相同而原子价较低的原子所代换，这就是粘粒矿物带负电的原因之一。

2、有机胶体：有机胶体中最主要的成分是各种腐殖质（胡敏酸、富非酸、胡敏素等），还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。作为胶体来讲，它与无机胶体有共性，如颗粒极小，具有巨大的比面和带有电荷。此外，有机胶体还有它自己的特点：它是由碳、氢、氧、氮、硫、磷等组成的高分子有机化合物，是无定形的物质，有高度的亲水性，可以从大气中吸收水分子，最大时可达其本身重量的80%~90％，腐殖质的电荷是由腐殖质所含的羧基（—COOH）、羟基（－OH）、酚羟基（—OH），解离出氢离子后的—COO-、—O-等离子留在胶粒上而使胶粒带负电。胺基（—NH2）吸收H+后，成为—NH3+则带正电，一般有机胶体带负电。腐殖质带的负电荷量比粘粒矿物大。

3、有机无机复合体：在农业土壤的耕层中，有机胶体一般很少单独存在，绝大部分与无机胶体紧密结合而形成有机无机复合体，又称为吸收性复合体。土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进行结合，但大多数是通过二、三价阳离子（如钙、镁、铁、铝等）或功能团（如羧基、醇羟基等）将带负电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起来。有机胶体主要以薄膜状紧密覆盖于粘粒矿物的表面上，还可能进入粘粒矿物的晶层之间。通过这样的结合，可形成良好的团粒结构，改善土壤保肥供肥性能和多种理化

二、土壤胶体的构造

土壤胶体分散系包括胶体微粒（为分散相）和微粒间溶液（为分散介质）

两大部分。胶体微粒在构造上可分为微粒核、决定电位离子层和补偿离子层三部分。由上可见，胶体微粒是由固相部分的微粒核和由其外部电性相反的双电层所组成。

1、微粒核：这是胶体的核心和基本物质。主要由腐殖质、无定形的二氧化硅、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。在表层土壤中，它们多以有机无机复合体的形式为主，而在下层土壤中则以无机矿物质为主。

2、双电层：微粒核表面的一层分子，通常解离成离子，形成符号相反而电量相等的两层电荷，所以称之为双电层。微粒核也可以从周围溶液中吸附离子而形成双电层，因此这一层就包括两部分：决定电位离子层和补偿离子层。

（1）决定电位离子层：这是固定在核表面决定其电荷和电位的一层离子。电荷的正负决定着微粒核表面可以吸附阴离子还是阳离子，电位的高低决定离子的多少。一般情况下，带负电的土壤胶体在数量上占优势，所以土壤的净电荷多为净负电荷。土壤所带净电荷的数量，表现为决定电位离子层的电位，称为全电位。

（2）补偿离子层：这是一些电荷的符号与决定电位离子层相反而电量相等的离子，分布在决定电位离子层的外围。该层离子被吸附力量的大小与离子电荷的数量成正比，而与距离的平方成反比。这层离子由于距离核表面的远近不同，其所受引力亦不同，故其活动能力也有差异，它大, 致可分成两个亚层：

① 非活性补偿离子层：这是一层靠近核表面的决定电位离子层，被吸附得很紧，难以解离，无活动性，不起交换作用，由此所吸附的养分亦较难被植物利用。非活性补偿离子，既然被吸附得相当牢固，它就和微粒核与决定电位离子层成为一个整体活动。通常称为胶粒。

② 扩散层：这层离子分布在非活性补偿离子层以外，距离决定电位离子层较远，因而被吸附得较松，有较大的活动性，可以和周围环境的离子进行交换，即通常所说的土壤离子交换作用。

胶粒与扩散层离子有吸引力，因而扩散层离子始终只能随胶粒移动，而与溶液中的自由离子不同。这就是交换性阳离子可以不随水移动，土壤可以保存它们的原因。

三、土壤胶体的特性

1、土壤胶体比表面和表面能：比表面（简称比面）是指单位重量或单位体积物体的总表面积（cm2/g，cm2/cm3）。表面能，这是由于物体表面分子所处的条件特殊引起的。物体内部分子处在周围相同分子之间，在各个方向上受到的吸引力相等而相互抵消；表面分子则不同，由于它们与外界的液体或气体介质相接触，因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力，不能相互抵消，所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面，故称为表面能。这些能量可做功，能吸附外界分子。胶体数量愈多，比面愈大，表面能也愈大，吸附能力也就愈强。

2、土壤胶体电荷：由于土壤胶体的组成部分的特性不同，产生电荷的机制也各异，据此，把土壤胶体电荷分为永久电荷和可变电荷。

（1）永久电荷：它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。由于同晶替代是在粘粒矿物形成时产生在粘粒晶层的内部，这种电荷一旦产生即为该矿物永久所有，因此称为永久电荷，有人称为内电荷。被土壤永久性负电荷所吸附的阳离子是可交换的。

（2）可变电荷：电荷的数量和性质随介质pH值而改变的电荷称为可变电荷。土壤的pH值是表征其可变电荷特点的一个重要指标，它被定义为土壤的可

变正、负电荷数量相等时的pH值，或称为可变电荷零点、等电点。

土壤胶体在多数情况下是带负电的，它是指土壤的净电荷，即土壤的正电荷和负电荷的代数和。由于土壤的负电荷一般多于正电荷，故除少数土壤在较强的酸性条件下可能出现净正电荷外，绝大多数土壤是带净负电荷的。

3、土壤胶体有凝聚和分散的作用：土壤胶体有两种不同的状态：一种是胶体微粒均匀分散在水中，呈高度分散状态的溶胶；另一种是胶体微粒彼此联结凝聚在一起而呈絮状的凝胶。

土壤胶体溶液如受某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶，这种作用叫做胶体的凝聚作用；反之，由凝胶分散成溶胶，叫做胶体的分散作用。促使胶体凝聚或分散的原因，主要决定于电动电位的高低。

第三篇：土壤与肥料理论课教案1

授课内容：

第一章 土壤 第一节 土壤概述

一、土壤的几个概念

1、土壤：土壤(Soil)是陆地表面由矿物、有机物质、水、空气和生物组成、具有肥力且能生长植物的未固结层。“陆地表面”说明土壤在地球上所处的位置；“矿物质、有机物质、水、空气和生物”则是土壤这一物质客体的基本必要组成分；“具有肥力，能生长植物”说的是土壤的基本特性，即具有肥力；“未固结层”指其物理状态之疏松多孔，明显有别于坚硬固结的岩石等。

2、土壤肥力：在植物生活的全过程中，土壤具有能供应与协调植物正常生长发育所需的养分、水分、空气和热量的能力，这种能力称为土壤肥力。

根据肥力产生的主要原因，可将之分为自然肥力和人为肥力。自然肥力是由自然因素形成的土壤所具有的肥力。也就是土壤在自然因素综合作用下发生和发展起来的肥力。由耕作、施肥、灌排、改土等人为因素作用形成的土壤肥力称为人为肥力。人为肥力是在自然土壤经过开垦耕种以后，在人类生产活动影响下创造出来的。

3、土壤有效肥力：在一定农业技术措施下反映土壤生产能力的那部分肥力称为土壤有效肥力，又称为经济肥力，受环境条件和科技水平限制暂不能被植物利用的那部分肥力称为潜在肥力，土壤潜在肥力在一定条件下可转化为有效肥力。

4、肥料：凡能够直接提供植物生长的必需的营养元素的物料，称为肥料。肥料又可分成有机肥料和化学肥料。

二、土壤的作用

1、土壤作为农业生产的基地和基本生产资料。农业生产主要是由植物生产、动物生产和土壤管理三个环节组成。

2、土壤是植物生长的载体，因此还能给提供大部分生命必需元素。植物生长所需的水分、养分主要是通过其根系从土壤中吸收的。

3、土壤是一种十分重要的自然资源，它是一种不可再生型资源，因为土壤的形成和更新速度非常缓慢，而土壤质量的破坏却可能是极为迅速的。因此，合理开发利用与保护土壤资源是全人类的一项迫切而又长远的历史任务。

三、土壤与肥料学发展概况 1、1910年以后，先后在北京大学农学院、金陵大学农学院、中央大学农学院、浙江大学农学院和西北农学院的农艺化学系建立了土壤学科。2、1930年在中央地质调查所成立了土壤研究室。3、1931年在广东农业厅成立土壤调查所。4、1957年中国农业科学院土壤肥料研究所，在各省农业科学研究所地力监测工作基础上开展了第一次全国肥料试验网工作。5、1958年开展了全国第一次土壤普查。6、1979年开始，进行了全国第二次土壤普查。7、2006年全国推广测土配方施肥技术。

四、土壤肥料在农业可持续发展中的地位与作用

1、土壤肥力是地球生命中能量和物质交流的库容。肥沃的土壤能持续协调地提供农作物生长所需的各种土壤肥力因素，保持农产品产量与质量的稳定与提高。

2、土壤养分是土壤肥力最重要的物质基础，肥料则是土壤养分的主要来源，因而也是农业可持续发展的重要物质基础之一。

3、土壤肥力是可持续农业的重要物质基础，通过调节土壤发育过程，使其朝着可持续高产优质方向发展是可持续农业的根本措施。

第四篇：土壤与肥料理论课教案5

授课内容：

第一章 土壤 第五节 土壤水分

土壤水实质上是极稀的土壤溶液，它除了供作物直接吸收外，还影响着土壤的其它肥力性状，如矿质养分的溶解、土壤有机质的分解与合成、土壤的氧化还原状况、土壤热特性、土壤的物理机械性与耕性等。

一、土壤水分的类型和性质

1、土壤吸湿水：固相土粒及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，称为吸湿水。

密度1.2—2.4 g/cm3，平均1.5g/cm3，无溶解能力，不能以液态水自由移动，也不能被植物吸收。因此，它是一种无效水。

2、土壤膜状水：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。

膜状水所受到的引力比吸湿水要小，其靠近土粒的内层，受到的引力为3.1MPa；外层距土粒相对较远，受到的引力为0.625 MPa。由于一般作物根系的吸水力平均为1.5 MPa，因此，膜状水的外层部分对作物的有效性高。当土壤水分受到的引力超过1.5 MPa时，作物便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。

3、土壤毛管水：当土壤水分含量超过最大分子持水量后，水分不再受土粒引力的作用，成为可以移动的自由水。靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为毛管水。

毛管水所受的毛管引力在0.625—0.01 MPa范围内，远小于作物根系的平均

吸水力（1.5 MPa），因此它既能保持在土壤中，又可被作物吸收利用。

4、土壤重力水：土壤重力水是指当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。

土壤重力水是可以被作物吸收利用的，重力水过多时，土壤通气不良，影响旱作物根系的发育和微生物的活动。

二、土壤水分含量

1、土壤重量含水量：是指一定重量土壤中保持的水分重量占1千克干土重的分数，单位用g/kg 表示。

在自然条件下，土壤含水量变化范围很大，某土壤样品重量为100g，烘干后土样重量为80g，则其重量含水量应为250 g/kg，而不是200g/kg。

2、土壤容积含水量：是指土壤水分容积与土壤容积之比。常用Q表示，单位为cm3/cm3。用百分率表示时，称为容积百分率（Q %）。

Q %=土壤重量含水量（g/kg） 容重（g/cm3）

3、土壤相对含水量：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。某土壤田间持水量为300g/kg，现测得其重量含水量为200g/kg，则其相对含水量为66.7%。

4、以水层厚度（mm）：是指一定深度土层中的水分总量相当于若干水层厚度（mm）。以便于将土壤含水量与降雨量、蒸发散失量和作物耗水量等相比较。

三、土壤水分的能态

1、土水势：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。通常用ψw表示。主要由以下几个分势组成。

（1）基质势：通常用ψm表示，它是指将单位水量从一个平衡的土—水体系移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。

（2）压力势：通常用ψp表示，它是指将单位水量从一个土—水体系移到另一个压力不同，而温度、基质、溶质等状态完全相同的参比系统时所做的功。

（3）溶质势：通常用ψs表示，是指将单位水量从一个平衡的土—水系统中移到一个没有溶质而其它状态均相同的水池时所做的功。

（4）重力势：又称引力势，通常用ψg表示，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、土壤水吸力：这是指土壤水的负压力。土壤水因受到土壤基质的吸附作用和毛管作用，其表面通常形成一个凹形的弯月面，暗示其压力低于大气压力。若以大气压力作为参比，则土壤水的压力为负。为了使用方便，将负压力定义为吸力，以便将负号消除，故土壤水吸力在数量上与土壤水负压力相等，通常简称为土壤水吸力。

四、土壤水分状况与作物生长

1、作物对土壤水分的需求

（1）水分是作物的重要组成部分。一般作物体内含水约60%~80%，水也是光合作用的原料之一，光合产物的运移必须有水分的参与；作物的新陈代谢也必须有水的参与才能进行。农作物从土壤中吸收的水分，大部分用于叶面蒸腾而散失热量，以维持作物体温稳定。因此，土壤水分是维持作物正常的生理和生命活动所必须的重要条件。

（2）土壤水分是影响作物出苗率的重要因素。作物种子的吸水量因其大小及淀粉、蛋白质、脂肪的含量不同而异，从而吸水多少及要求适宜的土壤湿度。豆类需要吸收相当于种子重量90%—110%的水分，麦类吸收50%—60%，玉米

吸收40%，谷子仅需25%即可发芽。

（3）作物不同生育期对土壤水分的要求不同。一般作物的需水特点是苗期需水较少；随着作物的生长需水量逐渐增大，至生育盛期达到最大；随着作物的成熟需水量又减少。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，玉米为抽雄期，豆类在开花期，水稻在孕穗抽穗期，在需水临界期则应满足作物对土壤水分的要求。

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。试验证明，当土壤水分含量适宜时，土壤中养分的扩散速率就高，从而能够提高养分的有效性。

第五篇：土壤与肥料理论课教案3

授课内容：

第一章土壤 第三节 土壤有机质

一、土壤有机质的来源及存在形态

自然土壤的有机质主要来源于生长在土壤上的高等绿色植物(包括地上部分和地下的根系)，其含量达80%以上，植物残体中干物质约占25%左右，其元素组成中，碳占44%，氧占40%，氢占8%，此外，N、P、K、Ca、Si、Fe、B、Zn、Mo、Mn和M等只占8%。其次是生活在土壤中的动物和微生物。农业土壤有机质的重要来源是每年施用的有机肥料和每年作物的残茬和根系以及根系分泌物。

通过各种途径进入土壤中的有机质，不断被土壤微生物分解，所以土壤有机质一般呈三种形态。

1、新鲜有机质

指土壤中未分解的动、植物残体。

2、半分解的有机质

有机质已被微生物分解，多呈分散的暗黑色小块。

3、腐殖质

指有机残体在土壤腐殖质化的过程中形成的一类褐色或暗褐色的高分子有机化合物。腐殖质与矿物质土粒紧密结合，不能用机械方法分离。它是土壤有机质中最主要的一种形态，占有机质总量的85%~90%，对土壤物理、化学、生物学性质都有良好作用。通常把土壤腐殖质含量高低作为衡量土壤肥力水平的主要标志之一。

二、土壤有机质的组成和性质

土壤有机质的化学组成和各组分的含量，因植物种类、器官、年龄等的不同而有很大差异。主要有以下五类有机化合物：

1、糖类化合物

包括单糖、双糖和多糖类，它是广泛的分布在植物中的一类化合物。单糖在水中溶解度很大，在植物残体被分散时，能被水淋洗流失。这类化合物被分解后产生CO2、H2O；在氧气不足的条件下，产生有机酸，甚至产生H2及CH4等还原性的有毒物质。

2、纤维素和半纤维素

纤维素用较强的酸或碱溶液处理才能水解；半纤维素在稀酸或稀碱溶液下处理即可水解。它们均能被微生物分解。

3、木质素

木质素是复杂的有机化合物，不容易被细菌和化学物质分解，但在土壤中可不断地被真菌、放线菌分解。

4、含氮化合物

有机态含氮化合物主要为蛋白质，各种蛋白质经水解后，一般可产生多种不同的氨基酸，少部分比较简单而可溶性的氨基酸，可为微生物直接吸收，但是大部分含氮化合物是需要经过微生物分解后，才能被利用。

5、脂肪、树脂、蜡质和单宁

这类有机化合物属于复杂的化合物，不溶于水，而溶于醇、醚及苯中。在土壤中，这类物质抵抗化学分解和细菌的分解的能力比较强。

三、土壤有机质的转化过程

1、有机质的矿化过程

土壤有机质的矿质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。该过程也为形成土壤腐殖质提供物质来源。

（1）糖类化合物的转化：多糖类化合物首先通过酶的作用，水解成为单糖，单糖再进一步分解成为更简单的物质。

在通气良好条件下，分解迅速，最后产物为CO2和H2O，并放出能量。在

通气不太好(半厌气)条件下，分解较缓慢，最后产物为还原性物质，如CH4、H2等。

（2）含氮有机质的转化

第一步

水解作用：在微生物好气和厌气细菌分泌的蛋白水解酶作用下，水解成氨基酸。

蛋白质→水解蛋白质→消化蛋白质→多缩氨基酸(或多肽)→氨基酸 第二步

氨化作用：借助水解作用、氧化作用和还原作用。将胺态氮(NH2-N)转化为铵态氮(NH3-N)。氨化作用在好气和厌气条件下均可进行。

第三步

硝化作用：在通气良好条件下，铵态氮通过亚硝化细菌和硝化细菌的相继作用，逐级转化成亚硝酸态氮(NO2-N)和硝酸态氮(NO3-N)。

出现反硝化过程的条件是：①通气不良。②土壤中有硝酸盐存在。③土壤中有大量碳水化合物。④适宜pH值，pH7.0~8.2。反硝化过程是造成氮损失的途径之一，应加以控制。

（3）含磷、含硫有机化合物的转化

土壤中的磷绝大部分是以植物不能直接利用的难溶性无机和有机状态存在的。有机态的磷、硫只能经过微生物分解成为无机的可溶性的物质后，才能被植物所吸收利用。

含磷有机化合物的转化

磷主要存在于核蛋白、核酸、磷酯和植素等有机化合物中，它们在土壤酶的作用下，逐渐把磷释放出来，以磷酸形态被植物吸收利用。在厌气条件下，常常引起磷酸还原，产生亚磷酸和次磷酸。在有机质丰富和通气不良的情况下，将进一步被还原成磷化氢，而危害作物生长。

2、土壤有机质的腐殖化过程

有机质腐殖化过程是形成土壤腐殖质的过程。它是一系列极其复杂过程的总称。关于腐殖化过程，尚未研究得十分清楚。

腐殖质形成后比较难分解，在不改变其形成条件下具有相当的稳定性。但是当形成条件变化后，微生物群也发生改变，新的微生物群将引起腐殖质的分解，并将其贮藏的营养物质释放出来为植物利用。所以，腐殖质的形成和分解与土壤肥力都有密切的关系。因此协调和控制这两种作用，是农业生产中的重要问题。

3、腐殖质的组成和性质(1)腐殖质的组成

根据腐殖质的颜色和在不同溶剂中的溶解性，可把腐殖质分为胡敏酸(褐腐酸)、富里酸(黄腐酸)和胡敏素(黑腐素)三组。

(2)腐殖质在土壤中存在的形态

①游离状态的腐殖质，在一般土壤中占极少部分。②与盐基化合成稳定的盐类，主要为腐殖酸钙和镁。

③与含水三氧化物，如Al2O3·xH2O，Fe2O3·yH2O，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

土壤腐殖质分子结构复杂，尚未十分清楚。一般认为腐殖质分子包括芳香族化合物的核。

（4）腐殖质性质

①腐殖质具有带电性 ②腐殖质的吸水性

③腐殖质的稳定性

4、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(C/N)：通常植物残体中的C/N为40:1。C/N较小的植物残体分解快易矿质化，释放的氮素多，但形成腐殖质少。而C/N较大的植物残体则相反，有机质分解缓慢，易引起微生物与植物争氮，造成植物暂时性的饥饿状态

(2)土壤水、热状况

微生物分解有机质需要一定的水分和温度，土壤水、热状况直接影响生物学过程的强弱。一般规律是：

①温度在30℃，土壤水分含量接近于最大持水量的60%~80%，有机质分解强度最大。

②温度和含水量低于或高于最适点时，都会减弱有机质的分解程度。③温度和含水量二者之中，一个数值增大，另一个数值同时减小时，有机质的分解强度则受限制因素的制约。

(3)土壤通气状况

在通气良好条件下，好气性细菌和真菌活跃，有机质分解迅速，可完全矿质化，不含氮有机化合物，分解的最终产物是CO2、H2O和灰分物质。含氮有机化合物的最终产物，主要是硝态氮，易被植物吸收利用。在少氧或无氧的不良通气条件下，有机质分解缓慢，而常积累有机酸，甚至形成还原性物质，如CH4、H2和H2S等物质。一般认为在好气和嫌气分解交替进行时，有利于土壤腐殖质的形成。

(4)土壤酸碱性

各种微生物都有最适宜的环境反应。酸性环境适宜真菌活动，易产生酸性的富里酸型的腐殖质。中性环境适宜细菌繁殖，在适量水分和钙的作用下，易形成胡敏酸型的腐殖质。在微碱性环境中，空气流通时，宜于硝化细菌活动，有利于硝化作用。

四、土壤有机质对土壤肥力的作用

土壤有机质对土壤物理、化学和生物化学等各方面都有良好的作用。(1)土壤养分的主要来源

土壤有机质中含有极为丰富的氮、磷、硫等元素，它们的有机化合物是植物营养物质在土壤中的主要存在形式。

(2)改善土壤物理性质

有机质在改善土壤物理性质方面具有多种功能，首先是促进土壤团粒结构的形成。土壤有机质还可以降低粘土的粘结力，增加砂土的粘结力，改善不良质地的耕作性能。此外，有机质对改善土壤的渗水性，减少水分蒸发等都有明显的作用。

(3)提高土壤的保肥性

腐殖质属胶体物质，具有巨大的比表面和表面能，同时带有大量负电荷，所以它能提高土壤吸附分子态和离子态物质的能力。增强其保肥能力。

(4)促进作物生长发育

提高了植物的抗旱性；能提高氧化酶的活性，加速种子发芽和对养分的吸收，促进作物生长；还可增强植物的呼吸作用，提高细胞膜的透性和对养分的吸收，促进根系的发育。

(5)有助于消除土壤的污染

腐殖质能吸附和溶解某些农药，并能与重金属形成溶于水的络合物，随水排出土壤，减少对作物的毒害和对土壤的污染。