【正文】 地衣、苔蘚，直到高等綠色植物生長(zhǎng)。有機(jī)質(zhì)在微生物作用下一部分分解供植物再利用，另一部分有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為特殊的腐殖質(zhì)（humus），積累在土壤的表層，保存了植物需要的營(yíng)養(yǎng)元素。土壤礦物質(zhì)與成土母質(zhì)有關(guān)，區(qū)分為原生礦物和次生礦物（粘土礦物）。在土壤的發(fā)生發(fā)育過(guò)程中經(jīng)歷著不斷粘化的過(guò)程，表現(xiàn)為土壤中次生粘土礦物逐步占主導(dǎo)位置。所以有“南酸北堿”的土壤分布規(guī)律。土壤還具有吸附、固定和轉(zhuǎn)化有毒有害物質(zhì)的效用，即土壤凈化（soil sanitation）功能。 污水土地處理系統(tǒng)、有毒有害物質(zhì)（農(nóng)藥）在土壤中的降解即體現(xiàn)土壤的凈化功能。土壤養(yǎng)分只代表狹義的肥力概念，僅僅是肥力的一部分。 Component of Soil Function土壤的基本功能體系是由土體、土層、土壤結(jié)構(gòu)與土粒成分的功能組成的。 土體的功能 Function of Soil Body土體是立體的土壤基質(zhì)總體。土層的功能 Function of Soil Layer土體的一級(jí)結(jié)構(gòu)（土體是由土層構(gòu)成的）。這是土壤形成過(guò)程的產(chǎn)物。 層次性說(shuō)明土層與土層的不同，與肥力有密切關(guān)系。土層具有上層和下層的傳遞作用，對(duì)于因種種原因?qū)е聜鬏敳粫郴蛩俣冗^(guò)快的情況即會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)成分或污染物）和能量的“滯留層”或“漏層”，即生產(chǎn)上所說(shuō)的障礙層。 這兒所講的傳導(dǎo)主要是指對(duì)水、氣等物質(zhì)的傳導(dǎo)當(dāng)然也包括對(duì)能量的傳導(dǎo)。 結(jié)構(gòu)是土壤肥力的核心，沒(méi)有結(jié)構(gòu)的土壤或結(jié)構(gòu)不良的土壤是肥力低下的土壤。影響到土壤中養(yǎng)分的釋放、保存以及土壤形成則主要受土粒成分及其功能的影響。 土壤膠體顆粒（soil colloid）是土粒成分中最細(xì)小部分，它們具有凝聚能力使水分、養(yǎng)分得以保存；與微生物和酶相結(jié)合，成為載體，使它們得以棲身并發(fā)揮各種生物物理與生物化學(xué)的作用，推動(dòng)土壤中的物質(zhì)與能量流動(dòng)。這些功能是由土粒的組成、結(jié)構(gòu)和行為規(guī)律所決定的。土粒的成分首先繼承了巖石和母質(zhì)的特點(diǎn)，其次包含了生物活動(dòng)的產(chǎn)物，同時(shí)也反映地區(qū)水、熱條件所帶來(lái)的物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化與富集的特點(diǎn)。具體是通過(guò)質(zhì)地類(lèi)型來(lái)反映。 粒徑大于2mm，比表面最小，其功能主要構(gòu)成土壤的粗骨架和大孔隙。 砂粒 粉粒 粘粒（1）土壤的顆粒大小不一樣，其礦物成分也有差異。原生礦物中的石英是最難風(fēng)化的礦物。 原生礦物：形成于高溫高壓下的礦物，例如：石英、長(zhǎng)石、云母等等。 次生礦物：是原生礦物在風(fēng)化和成土過(guò)程中經(jīng)化學(xué)蝕變或由分解產(chǎn)物重新組合而成的礦物。 也就是說(shuō)土壤礦物質(zhì)中同時(shí)包括原生礦物和次生礦物。其中鉀長(zhǎng)石是土壤鉀素的重要來(lái)源。 角閃石和輝石類(lèi)：鈣、鎂、鐵的鋁硅酸鹽。有黑云母和白云母。 橄欖石：土壤中極少見(jiàn)，因?yàn)槭且罪L(fēng)化礦物。次生礦物 Secondary Minerals土壤中細(xì)小的粘粒和膠粒的主要組成部分，故又稱(chēng)粘土礦物。 不同的土壤由于成土條件（主要是母質(zhì)和氣候條件的差異）的不同，礦物的組成和礦物的數(shù)量差異很大。因此，土壤質(zhì)地越粗，原生礦物也就越多。 土壤中最普遍的次生礦物是粘土礦物和次生石英以及鐵鋁氧化物。因此，土壤越粘，次生礦物就越多。 土壤有機(jī)質(zhì)的狀況（數(shù)量和質(zhì)量）是反映土壤肥力的重要指標(biāo)之一。 有機(jī)體進(jìn)入土壤后經(jīng)過(guò)一系列的變化最后變成土壤有機(jī)質(zhì)，可區(qū)分為兩大類(lèi)： 非特殊的土壤有機(jī)質(zhì)（占10－15％，以動(dòng)植物體的組成分和有機(jī)質(zhì)分解的中間產(chǎn)物），如糖類(lèi)、氨基酸、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、有機(jī)堿、樹(shù)脂等； 特殊的有機(jī)化合物（土壤腐殖質(zhì) soil humus），為土壤所特有，占85－90％，主要成分是胡敏酸、富里酸和胡敏素。它是最具代表的土壤小動(dòng)物，作用是把有機(jī)殘?bào)w搗碎或嚼細(xì)，對(duì)有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行又一次加工處理。 現(xiàn)在環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域利用蚯蚓進(jìn)行生物修復(fù)(Bioremediation)。因?yàn)椋?（種類(lèi)多：有細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌，細(xì)菌中又分好氣性、 厭氣性和好氣兼厭氣性的不同種類(lèi)。 環(huán)境微生物工程是目前環(huán)境科學(xué)研究熱點(diǎn)之一。土壤膠體可以大于500納米或小于1納米。 實(shí)際上就是粘土礦物。 有機(jī)膠體 土壤中很少有單純的礦質(zhì)膠體或有機(jī)膠體存在，絕大部分是相互結(jié)合而形成復(fù)合膠體的形式存在。雙電層:膠體結(jié)構(gòu)中，膠核外面由決定電位離子層（負(fù)電層）和補(bǔ)償離子層（正電層）所構(gòu)成膠體的雙電層結(jié)構(gòu)。電荷的大小決定土壤膠體的陽(yáng)離子吸附和代換能力的大小。膠團(tuán)間溶液：膠體分散體系中的分散介質(zhì)。土壤膠體的性質(zhì) Properties of Soil Colloid(1)、表面性質(zhì) 巨大的表面能：表面分子受到內(nèi)部和外部?jī)煞N不同的吸引力而具有多余的自由能。(2)、電學(xué)性質(zhì)不同類(lèi)型的土壤是不一樣的，取決于土壤膠體的種類(lèi)和數(shù)量以及土壤溶液反應(yīng)（pH）的狀況。永久電荷：土壤中不受介質(zhì)pH、離子強(qiáng)度的變化而變化的電荷叫永久電荷（又叫內(nèi)電荷，由于同晶置換產(chǎn)生的電荷一般為永久電荷，呈39。AL＋＋＋被Fe＋＋、Mg＋＋取代）。可變電荷：土壤中有部分電荷隨pH值的變化而變化，這種電荷稱(chēng)為可變電荷，又叫外電荷。 土壤膠體吸附水分發(fā)生體積膨脹的作用。 粘土礦物膨脹能力順序：蒙脫石貝得石伊利石高嶺土氧化物 但對(duì)于不同粘土礦物來(lái)說(shuō)由于其結(jié)構(gòu)特征的影響也存在某些差異。 由于膠體表面帶電，與帶有相反電荷的膠體或離子相互吸引結(jié)合，若這些離子的濃度達(dá)到足以中和膠體表面電荷而壓縮雙電層厚度時(shí)，便發(fā)生膠體凝聚現(xiàn)象。 Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+K+NH4+Na+ (3)、粘結(jié)性和粘著性 粘結(jié)性是土粒相互結(jié)合為土團(tuán)的基礎(chǔ)。 粘著性：粘粒通過(guò)一個(gè)附著層而粘附于外物的性質(zhì)。 土壤從干燥狀態(tài)開(kāi)始吸附水分，粘結(jié)性由強(qiáng)變?nèi)?，而粘著性由弱變?qiáng)。當(dāng)土壤繼續(xù)吸水到粘著性剛剛消失是的含水量稱(chēng)為脫粘點(diǎn)，也叫粘限。土壤可塑性范圍就在粘點(diǎn)到脫粘點(diǎn)之間。包括：物理的、化學(xué)的（沉淀吸附和配位吸附，其機(jī)理尚不清楚）和物理化學(xué)的（交換吸附，其機(jī)理比較明確） (5)、離子交換吸附作用 土壤膠體表面的電荷從溶液中吸附反號(hào)離子（＋），同時(shí)膠體上吸附的離子又重新被其它同號(hào)離子（＋）交換下來(lái)，這一過(guò)程稱(chēng)為土壤膠體離子吸附交換作用。 重要的概念： 土壤陽(yáng)離子代換力：一種陽(yáng)離子將其它陽(yáng)離子從膠體上代換下來(lái)的能力。不同價(jià)陽(yáng)離子的代換力符合離子吸附價(jià)效應(yīng)，其代換力順序?yàn)椋?M+++ M++ M+ 同價(jià)離子代換力和結(jié)合強(qiáng)度的大小取決于離子的大小和質(zhì)量。 Fe3+Al3+Ca2+Mg2+H+K+NH4+Na+ 在這個(gè)排序中，特別要注意的是H ，這主要是因?yàn)闅潆x子水化很弱，通常H 只帶一個(gè)水分子，以H3O＋的形式參加代換，水化半徑很小，與膠粒間的距離短，吸引力就大，故具有較大的代換能力，處在特殊的位置上。通常是不可逆的過(guò)程: 氧化物MOH2】X+＋FF、SO4OH H3SO4 、H2PO4 、CL都能參與此類(lèi)交換，而且比交換反應(yīng)更牢固地被膠體所吸持。例如：許多金屬離子被土壤中的OH 、H2PO4 、SO4 CO32沉淀于土粒表面，經(jīng)過(guò)反復(fù)沉淀與表面覆蓋成為封閉狀態(tài)。 (8)、絡(luò)合作用 腐殖質(zhì)的功能團(tuán)、羧基（－COOH）、酚羥基（－OH）以及可能的酞基（－C＝O）和氨基（NH2）都能與金屬離子相絡(luò)合或螯合，從而使金屬離子失去活性的作用稱(chēng)為絡(luò)合作用。 土壤結(jié)構(gòu)是土粒有規(guī)律性的結(jié)合體。2. 土壤結(jié)構(gòu)的指標(biāo) Index of Soil Structure(1).土壤密度單位體積土壤固相物質(zhì)（不包括孔隙）的質(zhì)量，其單位以g/cm3表示。 （4℃時(shí)水的密度為1g/cm3）。 密度影響因素：礦物類(lèi)型、有機(jī)質(zhì)含量。 （2）.土壤容重單位體積自然狀態(tài)土壤（包括孔隙在內(nèi)）的干重，單位為g/cm3。（3）土壤孔隙度 容重土壤孔隙度＝100 ＝（1 ）100 密度容重的測(cè)定一般采用環(huán)刀法。 ，過(guò)于酥松，恐有扎根不穩(wěn)和水土流失之慮；（4）土壤結(jié)構(gòu)體的大小總的說(shuō)來(lái)，結(jié)構(gòu)俞小，空氣含量也少。另外也應(yīng)根據(jù)地區(qū)的特點(diǎn)，濕潤(rùn)地帶以10～20mm為好，～3mm為好。（5）土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是指水穩(wěn)性。具有良好結(jié)構(gòu)的土壤含有適量的大小孔隙，當(dāng)其孔隙狀況穩(wěn)定，大孔隙以滲入外來(lái)水分，小孔隙可將滲入的水分吸收并保存，從而減少地表徑流，因而提高了抗沖刷能力。 Air Condition by Structure(1)、土壤空氣的特點(diǎn) 其成分與大氣存在差異，高CO2，低O2大氣成分相對(duì)穩(wěn)定。等式右邊的負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向由高濃度向低濃度移動(dòng)。而毛管在土壤中的情形是因結(jié)構(gòu)和組合狀況而定的。假定純自由水的勢(shì)值為零，那么土壤水的自由能與它的差值用勢(shì)值來(lái)表示就是土壤水分的勢(shì)值簡(jiǎn)稱(chēng)土水勢(shì)。 土水勢(shì)＝基質(zhì)勢(shì)＋滲透勢(shì)＋壓力勢(shì)＋重力勢(shì) 土水勢(shì)概念的用途：衡量土壤中水分的移動(dòng)。(實(shí)例)4. 土壤結(jié)構(gòu)保持 Soil Structure Maintance主要取決于土壤的利用方式（適時(shí)耕作、精耕細(xì)作）、控制土壤水分和維持土壤結(jié)構(gòu)的形成條件，其中特別是有機(jī)質(zhì)狀況。例如土壤的淋溶作用；土壤的不同形成過(guò)程（水稻土）；植物根系分布的區(qū)域性；枯枝落葉分布層等作用而形成特定的土層。土壤層次表現(xiàn)為質(zhì)地層次性和結(jié)構(gòu)層次性。 覆蓋層 Ao 淋溶層 A 有時(shí)在下部有AB層出現(xiàn)，向B層過(guò)渡，多似A層； 母質(zhì)層 C 有時(shí)會(huì)出現(xiàn)特殊層次，如CaCOCaSO4 巖 D 旱地： 水田：+ 斑紋層（潴育層）W2. 土壤質(zhì)地層次 Soil Texture Layer質(zhì)地層次的主要類(lèi)型：（1）上砂下粘型原則上是良好的，但有時(shí)雨季會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，尤其是當(dāng)粘土層質(zhì)地太粘時(shí)會(huì)滯水。 上部孔隙細(xì)小而下部孔隙大，是不良的質(zhì)地構(gòu)型。 原則上以表層為砂的比粘的更好。3. 土壤結(jié)構(gòu)層次 Soil Structure Layer結(jié)構(gòu)的形成： 結(jié)構(gòu)層次的功能：第六節(jié) 土體的功能1. 土體的概念 Concept of Soil Pedon土體是土壤性質(zhì)側(cè)向變化的最大均一性為界限的土壤地理個(gè)體，它是土壤在空間上一個(gè)立體的單元。 在土體內(nèi)由于物質(zhì)的重力和張力以及溶解和沉淀等影響，在垂直方向上產(chǎn)生了自然的質(zhì)地分異即形成土層。因?yàn)樗由畈糠衷诖怪狈较蛏希砻娣e沒(méi)變，不增加水分散失的機(jī)會(huì)，但改善了上下土層之間的物質(zhì)交換和傳遞。第三章 土壤與環(huán)境質(zhì)能交換第一節(jié) 土壤養(yǎng)分及其平衡1. 土壤養(yǎng)分的形態(tài) Forms of Soil Nutrient基本概念 土壤養(yǎng)分：土壤形成和發(fā)育過(guò)程中積累的能滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)需要的各種 營(yíng)養(yǎng)元素。必需營(yíng)養(yǎng)元素（ 種）：所有作物都是不可缺少的。對(duì)作物起直接營(yíng)養(yǎng)作用。微量元素：Cu、Zn、B、Mo、Mn、Cl、Ni,含量在十萬(wàn)分子幾或以下。 主要分成有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)。有機(jī)質(zhì)含量高的土壤全氮量也高。土壤中不同氮素形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響因素？土壤氮素研究 既是土壤肥料領(lǐng)域的熱點(diǎn)，又是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)。 無(wú)機(jī)態(tài)磷包括鈣的磷化合物，其中一鈣、二鈣易被作物吸收，高鈣的磷化合物溶解度降低；鐵、鋁磷化合物，為難溶性的。 土壤鉀素的基本形態(tài)土壤中的鉀素平均含量在2％左右，％。鉀從土壤中的淋失量也較磷多。土壤鉀素主要有三種形態(tài)：礦物態(tài)鉀、緩效性鉀、速效性鉀（水溶性和代換性） （1）礦物態(tài)鉀 為相對(duì)無(wú)效性鉀，占90％以上，一般不能被作物吸收利用，只能靠長(zhǎng)期風(fēng)化和分解后才能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑镉行螒B(tài)。 （2）緩效性鉀 又稱(chēng)遲效性鉀，酸溶性鉀。 Mn Zn Mo。微量元素與土壤pH有著密切的關(guān)系。 Mn Zn。其有效態(tài)一般呈水溶性、交換態(tài)及小分子有機(jī)絡(luò)合物。 ～； ；2. 土壤養(yǎng)分的循環(huán) Cycle of Soil Nutrient養(yǎng)分循環(huán)類(lèi)型：地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)在植被完好的土壤中，養(yǎng)分循環(huán)以生物小循環(huán)為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，通常加入動(dòng)物周轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)，成為土壤－植物－動(dòng)物－土壤的形式，但仍然以生物循環(huán)為主。 土壤氮素循環(huán)：“農(nóng)田溫室氣體排放研究”3. 土壤養(yǎng)分的平衡 Balance of Soil Nutrient何謂土壤養(yǎng)分平衡把土壤作為為植物的養(yǎng)分庫(kù)。 土壤養(yǎng)分平衡就是通過(guò)各種措施使得土壤中養(yǎng)分收支平衡。土壤養(yǎng)分的供給量及其收支平衡決定生物生長(zhǎng)勢(shì)及物質(zhì)的生物循環(huán)勢(shì)。有哪些措施可以保持土壤養(yǎng)分平衡呢？ “精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)” “平衡施肥”第二節(jié) 土壤水分及其平衡1. 地表水的循環(huán)地表水循環(huán)是指通過(guò)蒸發(fā)、土壤中的水以植物蒸騰形式進(jìn)入大氣（氣態(tài)），而大氣中水汽隨氣流而遷移，同時(shí)隨溫度的下降而冷凝成雨雪再降落到地面的過(guò)程。2. 土壤中的水分類(lèi)型土壤中的水分按其存在方式及其性質(zhì)來(lái)劃分可包括四種類(lèi)型： 吸濕水、膜狀水、毛管水和重力水不同類(lèi)型的水分其有效性是不一樣的，土壤有效水的范圍在部分膜狀水和全部的毛管水。 土壤中的水分實(shí)際上是不同濃度的溶液。一般用＄表示，它包括四個(gè)分勢(shì)。 土壤中水分的運(yùn)動(dòng)用土水勢(shì)來(lái)衡量，即土壤水分是從土水勢(shì)高處往土水勢(shì)低處流動(dòng)。 土水勢(shì)的量綱：以勢(shì)能單位“巴”來(lái)表示，1 巴＝1033cm水柱高（壓力）。 值得提出的是，由于在不飽和土壤上土水勢(shì)為負(fù)值（意味著需要補(bǔ)充水分，通過(guò)提高土水勢(shì)趨向力的平衡點(diǎn)），而不是負(fù)壓的錯(cuò)誤理解。土壤質(zhì)地的土壤其水分特征曲線(xiàn)是不一樣的。這是土壤保水量的數(shù)量指標(biāo)。單位為％、m3/ha、mm/ha。這就需要用水分特征曲線(xiàn)，從中找到土