本科土壤科学-土壤性质与过程课件.ppt

1、第四章第四章 土壤性质与过程土壤性质与过程第一节第一节 土壤胶体（纳米土壤胶体（纳米/微米分散系）及其性质微米分散系）及其性质1、基本概念 胶 体：粒径在1-100或1000nm量级的颗粒称胶体颗粒，胶体颗粒分散在分散介质中形成胶体分散体系，简称胶体。纳米颗粒与超微粒子：1-100nm量级颗粒又称纳米颗粒；1-1000nm量级颗粒称超微粒子。介观尺度：1-1000nm量级的空间尺度称介观尺度。2、尺度的重要性与纳米微米尺度的重要性不同的空间尺度，性质和规律将完全不同；生命过程的基本特征：纳米-微米尺度上的相互作用；生态系统的最小单元：纳米微米尺度上的“生物/环境”系统：土壤系统功能的基础：纳米

2、-微米尺度上的“有机-无机-生物”相互作用。3 3、胶体、胶体(纳米纳米/微米分散体系微米分散体系)的构造的构造（1）胶核（胶体颗粒）；（2）界面；（3）近界面区域；（4）介质胶核界面近界面区域介质胶核界面电荷扩散层本体溶液4 4、液相介质中胶体结构的描述、液相介质中胶体结构的描述（1）胶体颗粒；（2）界面电荷层；（3）扩散层；（4）本体溶液1、表面（界面）电荷及其来源、表面（界面）电荷及其来源2、表面电荷密度与表面电位、表面电荷密度与表面电位3、扩散层及扩散状分布出现的原因、扩散层及扩散状分布出现的原因4、扩散层分布的、扩散层分布的Boltzmann方程描述方程描述5、电位分布的、电位分布的

3、Poisson方程描述方程描述1 1）、表面（界面）电荷及其来源）、表面（界面）电荷及其来源 表面或界面上存在大量电荷是胶体构造中的一个重要特点。表面或界面电荷主要来自三个方面：1、胶核形成过程中电荷平衡的破坏。如：粘土矿物形成过程中的同晶替代作用是土壤电荷的重要来源。同晶替代同晶替代(isomorphous replacement)：矿物晶体形成过程中，晶体中的中心离子被电性相同、大小相近的离子所取代，取代的结果晶型不变，但电荷可能失去平衡。常见的同晶替代，比如：Al代Si，Mg代Al,Fe(2+)代Al等。因同晶替代作用产生的电荷是永久电荷，一般带负电。永久电荷永久电荷(permanent

4、 charge)：电荷性质和电荷数量都不随环境pH值的改变而改变的电荷称永久电荷。如同晶替代产生的电荷。土壤中的永久电荷胶体主要是2:1型粘土矿物胶体，如蒙脱石、伊利石等。高岭石有少量永久电荷。2、表面羟基与质子间的反应：OHOH-O-+H2OH2+H+可变电荷（variable charge）：表面电荷性质和电荷数量随溶液pH值的变化而变化，这种表面所带的电荷称可可变电荷。电荷零点（zero point charge）:可变电荷表面上正负电荷的数量相等时的pH值是电荷零点。土壤中的可变电荷胶体（凡是表面含羟基的胶体）包括：各种氧化物的水合物，有机大分子，高岭石。3、表面上的配位吸附（专性吸附

5、）：OO-OPbOH+POO 常见的配位吸附离子：阴离子主要是磷酸根离子，它往往增加表面的负电荷数量；阳离子主要是一些重金属离子，它增加表面正电荷数量。发生配位吸附的表面往往也是羟基化表面，如氧化物及其水合物表面、有机大分子表面等。2 2）、表面电荷密度与表面电位）、表面电荷密度与表面电位 表面电荷密度：表面电荷密度：单位面积颗粒表面的电荷数量，一般用C/m2来表示。CEC:阳离子交换量，即每公斤干土吸附的全部阳离子折合成一价离子的厘摩尔数，用cmolc/kg.S:比表面积，m2/kg.土壤表面电荷密度一般为0-0.4C/m2.表面电位：表面电位：土壤固体颗粒分散在土壤溶液中形成的固液界面上的

6、电位，一般用mV,V等表示。人们通常把扩散层起始面上的电位也称表面电位。土壤表面电位一般为0-400mV，主要与pH和电解质浓度有关。表面电位与表面电荷密度之间的关系：965CEC0S1-20-0RTFZiiecRT3 3）、扩散层的）、扩散层的Poisson-BoltzmannPoisson-Boltzmann描述描述 扩散层形成的原因：扩散层形成的原因：静电引力与热运动的共同作用使颗粒表面附近吸静电引力与热运动的共同作用使颗粒表面附近吸附态离子呈现扩散状分布，附态离子呈现扩散状分布，其分布规律满足其分布规律满足Boltzmann分布：分布：扩散层中电位分布满足扩散层中电位分布满足Poiss

7、on方程：方程：根据根据Bolzmann方程，有：方程，有：因此，扩散双电层的性质可用因此，扩散双电层的性质可用Poisson-Boltzmann方程描述：方程描述：RTFZiiecxc(x)-0)()(4-)(22xdxxdiRTFZiiiiiieFcZxFcZx(x)-0)()(iRTFZiiiecZFdxxd(x)-0224-)(5 5、胶体（纳米、胶体（纳米/微米分散体系）的性质微米分散体系）的性质1 1）表面电荷与电场）表面电荷与电场 电荷密度与电场强度的关系（平面）：电荷密度与电场强度的关系（平面）：电荷密度与电位的关系：电荷密度与电位的关系：土壤胶体颗粒表面的电荷密度可以达到土壤

8、胶体颗粒表面的电荷密度可以达到0.4C/m2，表面电场强度高达，表面电场强度高达108-109V/m数量级。数量级。)(4)()(xdxxdxE1-8)(-0RTxFZiiecRT2 2）、扩散层厚度与扩散层中电场分布）、扩散层厚度与扩散层中电场分布 扩散层厚度（扩散层厚度（Debye特征长度）：特征长度）：不同浓度不同浓度NaCl溶液中蒙脱石颗粒表面附近电场强度分布：溶液中蒙脱石颗粒表面附近电场强度分布：iiicZFRTl0222181lNalCalK0.00001mol/l0.001mol/l0.05mol/l0.01mol/l0.1mol/l1mol/lx(nm)E(x)(V/m)3 3

9、）、胶体颗粒间的静电排斥力）、胶体颗粒间的静电排斥力 理论上，只要知道了电场强度和电荷密度，我们就可以计算土壤胶体理论上，只要知道了电场强度和电荷密度，我们就可以计算土壤胶体颗粒之间的静电排斥力。计算过程比较复杂，这里仅给出一个例子来说明颗粒之间的静电排斥力。计算过程比较复杂，这里仅给出一个例子来说明颗粒之间的静电排斥力与电解质浓度间的关系。颗粒之间的静电排斥力与电解质浓度间的关系。0.1mol/l1mol/l0.01mol/l0.05mol/l0.001mol/l0.00001mol/lx(nm)x(nm)P(atm)P(atm)不同浓度不同浓度NaCl溶液中蒙脱石颗粒之间的静电排斥压强溶液

10、中蒙脱石颗粒之间的静电排斥压强问题：在问题：在CaCl2或或KCl溶液中颗粒间的静电排斥压强与在溶液中颗粒间的静电排斥压强与在NaCl溶液中的区别是什么？溶液中的区别是什么？4 4）、胶体颗粒之间的分子引力）、胶体颗粒之间的分子引力分子引力是一种短程作用力，它与分子间距离的分子引力是一种短程作用力，它与分子间距离的6次方成反比。次方成反比。但是进入纳米尺度后，颗粒间的引力就变成了长程力，其排斥压强用可用下式表示：但是进入纳米尺度后，颗粒间的引力就变成了长程力，其排斥压强用可用下式表示：36.0dAP蒙脱石颗粒间的分子引力分布：蒙脱石颗粒间的分子引力分布：P(atm)x(nm)5 5）、基于经典

11、理论的土壤胶体分散与凝聚）、基于经典理论的土壤胶体分散与凝聚土壤胶体颗粒在水体系中可表现出土壤胶体颗粒在水体系中可表现出分散性分散性与与凝聚性凝聚性。分散性是指土壤颗粒分散在分散介。分散性是指土壤颗粒分散在分散介质中形成分散体系（又称悬液）。凝聚性是指土壤颗粒在土壤溶液中凝聚而形成胶体凝质中形成分散体系（又称悬液）。凝聚性是指土壤颗粒在土壤溶液中凝聚而形成胶体凝聚体的性质。在经典理论中（聚体的性质。在经典理论中（DLVO理论），胶体颗粒发生分散是当颗粒间分子引力小理论），胶体颗粒发生分散是当颗粒间分子引力小于静电斥力而引起；反之，胶体颗粒发生凝聚是当颗粒间分子引力大于静电斥力而引起。于静电斥力

12、而引起；反之，胶体颗粒发生凝聚是当颗粒间分子引力大于静电斥力而引起。下图是蒙脱石颗粒分子引力与静电斥力的合力分布曲线：下图是蒙脱石颗粒分子引力与静电斥力的合力分布曲线：02468101214161820222426-350-300-250-200-150-100-500 10m 5m W(d)%Surface potential(mV)of particles 2m -153mV M ont.aggregates 0.1mol/l1mol/l0.01mol/l0.05mol/l0.001mol/l0.00001mol/lx(nm)P(atm)问题：基于该经典理论，土壤颗粒一旦凝聚后能够再次被分

13、散吗？问题：基于该经典理论，土壤颗粒一旦凝聚后能够再次被分散吗？6 6）、颗粒之间的水合斥力与）、颗粒之间的水合斥力与“水合斥力水合斥力+静电斥力静电斥力+分子引力分子引力”之合力之合力RTFZZjiijj ijieNaNaK2)(-/0水合斥力水合斥力“水合斥力水合斥力+静电斥力静电斥力+分子引力分子引力”x(nm)x(nm)P(atm)P(atm)0.1mol/l1mol/l0.01mol/l0.001mol/l0.00001mol/l1mol/l-330mV下的爆裂-44mV下的膨胀净作用力大小决定团聚体的破碎方式净作用力大小决定团聚体的破碎方式团聚体破碎程度与颗粒表面电位的关系团聚体破

14、碎程度与颗粒表面电位的关系RTFZZjiijjijjiieNaNaK2)(-/0 x(nm)P(atm)-95mV-44mV-153mV-211mV-330mV长程分子引力：20nm 静电排斥力:1000nm水合排斥力:Ca Mg K，NH4 Na 然而对该序列的解释却经历了复杂的过程。直到今天人们才发现，对该序列的解释然而对该序列的解释却经历了复杂的过程。直到今天人们才发现，对该序列的解释所涉及的科学问题远远超过了所涉及的科学问题远远超过了“离子离子”本身，其科学问题涉及任何离子、原子、分子以本身，其科学问题涉及任何离子、原子、分子以及纳米及纳米/微米尺度物质。微米尺度物质。过去人们一直认为

15、该效应与离子半径及其水和半径相关，近年来人们发现这是错误的。过去人们一直认为该效应与离子半径及其水和半径相关，近年来人们发现这是错误的。目前普遍接受的观点是，离子与离子、离子与水分子、离子与胶体颗粒表面之间的目前普遍接受的观点是，离子与离子、离子与水分子、离子与胶体颗粒表面之间的量子量子涨落力涨落力（色散力）才是（色散力）才是HofmeisterHofmeister效应的根本原因。对此，目前学术界正在热烈的争论效应的根本原因。对此，目前学术界正在热烈的争论中，因为该理论仍然不能解释许多效应，包括土壤中的一些效应。中，因为该理论仍然不能解释许多效应，包括土壤中的一些效应。本实验室近期研究发现：胶

16、体颗粒周围的电场电场/量子涨落耦合量子涨落耦合作用这一新效应是特殊离子效应的本质原因。这一发现可能在物理学、化学、生物学和土壤学中产生重要影响。我们期待更多的同学加入到这一有意义的研究中来。第二节第二节 土壤中的阳离子交换吸附土壤中的阳离子交换吸附1、阳离子交换吸附的概念：依赖于静电引力吸附的任何阳离子都可能被溶液中的其它阳离子交换而重新回到溶液中。自然土壤一般带净负电荷，这些电荷形成的电场将因静电力作用而使阳离子吸附在土壤颗粒周围。由于此静电作用力的强度一般较低，所以吸附的这些离子很容易被其它离子代换而重新回到溶液中。注意几点：1）吸附态离子以什么状态分布在颗粒周围；（2）这种分布与土壤含水

17、量和温度有什么关系；（3）近表面的强静电力作用与离表面较远距离的弱静电力吸附；（3）水化离子的静电力吸附；（5）非水化离子的静电力吸附与离子键。2 阳离子交换吸附的机制Na+K+K+Na+注意：交换吸附态离子的实际状态 扩散层扩散层（吸附态）（吸附态）本本 体体溶溶液液3 阳离子交换吸附的特点1)阳离子交换吸附是一种可逆反应：交换吸附态阳离子可以被溶液中其它阳离子彻底交换下来进入溶液。2)阳离子交换反应满足电中性法则；Ca2+2K+2K+Ca2+注意电中性法则和交换吸附选择性之间的区别注意电中性法则和交换吸附选择性之间的区别：电中性法则是指交换过程；而交换吸附选择性是针对交换平衡而言，常用选择

18、系数来表征。选择性决定某交换过程能否能否发生，也决定发生的程度程度的大小。比如，按特殊离子效应，向一个K/Na平衡体系中加入一个Na（NaCl），则这个Na就可能交换不出一个吸附的K,交换不会发生（涉及能否发生的问题）。但是如果向该平衡体系加入3个Na(NaCl)，则有可能发生一次交换使一个新加的Na去交换一个吸附的K（涉及发生限度的问题）。这就是交换吸附选择性。上述例子中，加入三个NaCl,只有一个Na发生交换。但这个交换过程一定是按这样的方式发生的：这一个Na只能交换一个K,而不能交换多个，即这个交换过程一定满足电中性法则。3 阳离子交换吸附的特点3）阳离子交换能力与离子价数和离子的水化半

19、径相关?离子交换能力强弱顺序（Hofmeister序列的一种）Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+K+,NH4+Na+但最近研究表明，同价离子间的交换能力差异并非水和半径差异，而是离子外层电子量子涨落强弱的差异决定的。4）阳离子交换符合质量作用定律：提高本体溶液中某离子浓度，可以提高该离子的代换能力。比如，当Na+浓度相对较高时，Na+同样可把吸附的 Ca2+交换进入溶液。5）离子交换吸附选择系数 A:A:我们近期用的学则系数公式：我们近期用的学则系数公式：不考虑量子涨落：不考虑量子涨落：考虑量子涨落：考虑量子涨落：B:Vanselow选择系数：不考虑量子涨落：不考虑量子涨落：考虑量子涨落：考

20、虑量子涨落：RTFZZjRTFZZiZjZiZiZjVjjiijjiiijjieaeaXaXaK2)()(00RTFZZjRTFZiZjZiZiZjVjijiijjieaeaXaXaK2)()Z(00dzdHdydHdxdHHKqs其中：02H6）阳离子交换吸附对土壤肥力的影响第三节第三节 土壤中的专性吸附土壤中的专性吸附1 专性吸附的概念：在高浓度碱金属过碱土金属离子存在时，土壤对某些微量或痕迹量离子的吸附作用。因此，专性吸附主要指化学键吸附（配位键等），除此之外还应包含与ofmeister效应相关的作用力。2 专性吸附与离子交换吸附的区别 （1）吸附条件不同，静电吸附只对与表面电荷符号相反

21、的离子产生吸附，而专性吸附；离子可以再带任何电荷和不带电的表面上发生吸附。（2）吸附力不同。（3）吸附结果不同，静电吸附不影响表面电荷性质与电量，但专性吸附可能引起表面电荷性质与电量的变化。3 那些离子在土壤中的那些胶体上可发生专性吸附 （1）阳离子：重金属离子，过渡金属元素，有d轨道的元素；（2）阴离子：磷酸根是最常见的发生专性吸附的阴离子，此外还有硫酸根，F-,Cl-,最不易发生专性吸附的离子是硝酸根。OO-OCu+POOO CuOH第四节第四节 土壤的酸碱性与缓冲性土壤的酸碱性与缓冲性1、土壤酸化与碱化的机制是什么?土壤酸化的机制：土壤硅酸盐矿物水解H+积累H-质胶体铝四面体解体Al-质

22、胶体土壤碱化的机制：积累盐成钠质土洗盐水解过程2、土壤酸的类型与土壤酸度指标2.1 土壤酸的类型（1）活性酸度：土壤溶液中H+所决定的酸度。土壤活性酸总量计算：计算土壤含水量为20%，pH为5.0的耕层土壤H+的总量（耕层土壤质量为2250000/hm2。土壤溶液中H 则每公顷耕层土壤含H+离子为:225000020%10-5=4.5molH+/hm2（2）潜性酸度：土壤颗粒表面吸附态H+、Al3+离子所决定的酸度。盐基离子：除H+和A3+之外的其它阳离子都是盐基离子。盐基饱和度：土壤颗粒表面吸附的盐基离子折合成一价离子的厘摩尔数（cmolc/kg）与阳离子交换量比值的百分数。土壤潜性酸总量的

23、计算：假设某红壤耕层土壤为2250000/hm2，阳离子交换量为10 cmol(+)/kg土,盐基饱和度为60%,试计算该土壤的潜性酸总量。225000010(1-60%)/100=90000 mol H/hm2 交换性酸度与水解性酸度的概念。（3）土壤酸的强度指标：土壤溶液中H+活度，一般用pH值表示。3、土壤酸度调节一般采用石灰（CaO）中和土壤酸（为什么？），石灰施用量应以中和潜性酸目的进行计算。计算举例：假设某红壤耕层土壤为2250000/hm2，阳离子交换量为10 cmol(+)/kg土,盐基饱和度为60%,试计算中和潜性酸所需石灰用量。潜性酸总量：225000010(1-60%)/

24、100=90000 mol H/hm2石灰用量：9000056/2=2520000g=2520/hm2 4、土壤酸碱性与肥力之间的关系 5、土壤缓冲性 概念：向土壤中加入酸或碱时，土壤具有缓冲土壤酸碱度改变的能力。土壤缓冲性的发生机制：土壤缓冲体系 （1）土壤胶体及其吸附态阳离子所构成的缓冲体系 （2）弱酸及其盐构成的缓冲体系 （3）表面羟基第五节第五节 土壤中的氧化还原过程土壤中的氧化还原过程1、土壤中主要的电子供体、电子受体与主要的氧化还原体系 土壤中主要的电子供体：有机质、NH4+;主要的电子受体：O 土壤中主要的氧化还原体系：C体系、N体系、S体系、Fe体系、Mn体系2、土壤氧化还原过

25、程的特点 （1）多种氧化还原体系并存，并存在顺序还原作用；（2）土壤氧化还原是生物参与下的化学与生物化学过程；（3）是不均一体系的氧化还原；（4）是非平衡体系的氧化还原。3、土壤氧化还原对土壤肥力和地球生态环境的影响 （1）通过影响C、N循环影响土壤肥力和生态环境；（2）影响有毒有机物的转化。4、土壤中的氧化还原指标（自学）5、影响土壤氧化还原的因素（自学）第第六节六节 土壤孔隙与土壤结构土壤孔隙与土壤结构1、几个基本概念 土壤密度（比重）：单位土壤固体部分体积的质量。（土壤矿物部分约2.65g/cm3）土壤容重（表观密度）：单位土壤体积（含孔隙）的质量 土壤孔隙度：土壤孔隙体积与 土壤体积比

26、值的百分数。土壤结构：土壤颗粒在土壤中的聚集方式 土壤结构体：土壤中不同形态的结构（structure）土壤团聚体：土壤颗粒的凝聚后形成的聚集体(aggregate)2、土壤孔隙在调节土壤肥力与生态功能中的意义 （1）土壤孔隙状况影响土壤空气与大气间气体交换；包括：氧、二氧化碳，以及其它气态物质。（2）土壤孔隙状况影响土壤氧化还原状况；（3）土壤孔隙状况影响土壤不同类微生物的数量、分布与活性。（4）土壤孔隙状况影响土壤热性质。（5）土壤孔隙状况影响土壤水运动 （6）土壤孔隙状况对土壤水、热、气、养分间的协调作用3、土壤孔隙度的测定与计算 （1）土壤孔隙度（%）=（土壤孔隙体积/土壤体积）100

27、=(土壤体积-固体体积)/土壤体积 100 =（1-固体体积/土壤体积）100=（1-容重/密度）100 （2）已知土壤质量含水量与土壤容重，计算土壤三相比。V(水)=质量含水量土壤容中土壤体积；因此单位体积土壤中水的体积为：V(水)/土壤体积=质量含水量土壤容中；单位体积土壤的孔隙体积为：1-容重/密度；所以土壤固体体积为：1-单位体积土壤中水的体积-单位体积土壤的孔隙体积 （3）土壤容重与孔隙度测定（自学）第第六节六节 土壤孔隙与土壤结构土壤孔隙与土壤结构4、土壤结构体类型:块状与核状结构、柱状与棱柱状结构、片状结构、团粒结构5、土壤结构形成 （1）土壤颗粒凝聚作用。凝聚作用机制：（2）外

28、力成型作用；（3）一次性聚合、非水稳性结构体与非团粒结构的形成 （4）土壤颗粒多级聚合学说、水稳性团聚体与土壤团粒结构形成6、土壤团粒结构在土壤肥力中的重要作用 第第七节七节 土壤水、热、溶质传输土壤水、热、溶质传输1、土壤水运动基本原理 11 土壤水的饱和流动土壤水饱和流的达西定律：土壤的饱和导水率及其影响因素 土壤孔隙大小与分布是影响土壤饱和导水率的主要因素土壤孔隙大小与分布是影响土壤饱和导水率的主要因素土壤水饱和流动的Laplace方程 其中：其中：2222222zyx)(KqddKq)(第第七节七节 土壤水、热、溶质传输土壤水、热、溶质传输1、土壤水运动基本原理 12 土壤水的不饱和流

29、动土壤水饱和流的达西-里查德定律：土壤不饱和导水率及其影响因素 土壤水的基质势大小是影响土壤不饱和导水率的主要因素土壤水的基质势大小是影响土壤不饱和导水率的主要因素壤水不饱和流通量方程（达西-里查德定律）的扩散型表示令：有：ddKD)()()(Dqqdtd)(Kdtd第第七节七节 土壤水、热、溶质传输土壤水、热、溶质传输非稳态条件下的土壤水不饱和流动 质量守恒定律的数学表示：将通量方程代入质量守恒方程的得到非稳态扩散方程：有：或：土壤水不饱和流方程的一个应用：入渗过程中土壤含水量分布：)(Ddtd tZAbtxAnnbDDADtx2222000221ln1),(),(txx1t2t000TkQ

30、 TcktTV2第第七节七节 土壤水、热、溶质传输土壤水、热、溶质传输土壤水运动中的Hofmeister效应 NoImage土粒表面电(mV)K+Na+-97.42-150.2-206.5-264.6-383.6 经典理论不仅不能解释该实验，甚至该实验结果与经典理论完全矛盾经典理论不仅不能解释该实验，甚至该实验结果与经典理论完全矛盾。第第七节七节 土壤水、热、溶质传输土壤水、热、溶质传输2、土壤热性质与热传输 21 土壤热的来源土壤热的来源22 土壤热容量、导热率、导温率及其影响因素土壤热容量、导热率、导温率及其影响因素（1）热容量及影响因素：水的热容量是空气的）热容量及影响因素：水的热容量是

31、空气的3000倍倍（2）热通量方程与导热率及影响因素）热通量方程与导热率及影响因素 水的导热率是空气的水的导热率是空气的30倍倍（3）非稳态传输方程与导温率及影响因素）非稳态传输方程与导温率及影响因素 k/cv是导温率是导温率23 土壤温度变化与土壤热传导的特点土壤温度变化与土壤热传导的特点（1）太阳辐射热的周期性变化与土壤温度的周期性变化）太阳辐射热的周期性变化与土壤温度的周期性变化（2）土壤的稳温性与土壤温度日变化波动曲线的阻尼性）土壤的稳温性与土壤温度日变化波动曲线的阻尼性（3）土壤温度变化的滞后性）土壤温度变化的滞后性vcjcDtccDj2-非稳态稳态：第第七节七节 土壤水、热、溶质传

32、输土壤水、热、溶质传输3、土壤溶质传输 31 土壤溶质的对流传输土壤溶质的对流传输 3.2 土壤溶质（离子）的扩散传输土壤溶质（离子）的扩散传输1）经典理论（）经典理论（Fick扩散定律）扩散定律）经典理论由于忽略了电场的作用，因此不能用于土壤离子扩散的传输。我们通过引入表观通量建立了土壤离子经典理论由于忽略了电场的作用，因此不能用于土壤离子扩散的传输。我们通过引入表观通量建立了土壤离子扩散的新理论：扩散的新理论：其中：其中：通过表观通量可计算出真实通量：通过表观通量可计算出真实通量：令令RTzFRTzFceajeJaDtaaDJ2-非稳态稳态：cdcdcRTZFDRTZFDccDceDejR

33、TZFRTZF1dcdcRTZFDD1cDj有：第五章第五章 土壤发生与分类土壤发生与分类第第一节土壤类型的形成过程与土壤类型分异一节土壤类型的形成过程与土壤类型分异1 土壤类型的形成过程土壤类型的形成过程11 以矿物风化为主的成土过程（1）原始成土过程（2）粘化过程（3）富铝化过程12 以生物积累为主的成土过程类型（1）腐殖质的积累过程（2）泥炭积累过程13 以言分积累为主的成土过程类型（1）钙化过程（2）盐化过程（3）碱化过程（4）脱碱化过程14 以氧化还原为主的成土过程类型（1）潜育化过程（2）潴育化过程第第二节土壤类型的形成过程与土壤类型分异二节土壤类型的形成过程与土壤类型分异1 土壤

34、类型的形成过程土壤类型的形成过程15 以淋溶为主的成土过程类型以淋溶为主的成土过程类型（1）灰化过程）灰化过程（2）白浆化过程）白浆化过程16 以人为因素为主的成土过程类型以人为因素为主的成土过程类型（1）旱耕熟化过程）旱耕熟化过程（2）水耕熟化过程）水耕熟化过程2 土壤类型分化（自学）第第二节二节 我国主要土壤类型及其性质与分布我国主要土壤类型及其性质与分布1、我国主要的水平地带性土壤从南到北依次分布：砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤、灰化土从南到北依次分布：砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤、灰化土从东到西依次分布：暗棕壤、黑土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰钙土

35、、漠境土壤从东到西依次分布：暗棕壤、黑土、黑钙土、栗钙土、棕钙土、灰钙土、漠境土壤2 主要土壤类型、性质与分布21 铁铝土铁铝土：主导成土过程：主导成土过程：富铁铝化过程与酸性条件下的腐殖质积累过程富铁铝化过程与酸性条件下的腐殖质积累过程铁铝土的主要类型与分布：砖红壤铁铝土的主要类型与分布：砖红壤：主要分布在广东雷州半海南、滇南及台南等地，在北纬22以南。分布区属于热带湿润季风气候，具有高温多雨、干湿季节变化明显的特点。赤红壤又称砖红壤性红壤赤红壤又称砖红壤性红壤：分布广东西部和东南部、广西西南部、福建东南部、台中南部、云南德宏及临沧地区西南部，大致北纬22至25之间。红壤红壤：分布范围很广泛

36、：东部从长江以南至南岭山地，包括江西和湖南两省的大部分，福建、广东、广西等省区的北部和安徽、浙江等省的南部；西部包括云贵高原中、北部，云南北部和贵州南部，以及四川的西南部，大致在北纬2531之间。其分布区属中亚热带湿润季风气候。黄壤黄壤：广泛分布于我国亚热带、热带的丘陵山地和高原，以川、黔两省最多，滇、湘、鄂、桂、浙、赣、闽、粤以及台湾等省区也有分布，是南方主要的土壤类型之一。黄壤的水平分布与红壤属同一纬度带，两者的生物气候条件也大体相近，但黄壤的水湿条件略较红壤为好，而热量条件则略低于后者，且云雾多，日照少，冬无严寒，夏无酷热，干湿季不明显。铁铝土的性质：铁铝土的性质：土壤酸性强；土壤矿物彻

37、底风化，次生层状硅酸盐矿物，特别是2:1性矿物少，高岭石和铁铝氧化物大量积累，土壤呈现红色或黄色；土壤结构以块状结构为主，结构差；土壤质地粘重；土壤硅铝铁率底，土壤阳离子代换量小；土壤养分含量少。由于强烈的生物积累作用，自然土壤表层的有机质积累量大，表层养分含量高。但一经开垦，土壤有机质和养分数量将可能迅速降低。2、淋溶土、淋溶土主导成土过程：主导成土过程：强烈的淋溶过程、淀积粘化过程和腐殖质积累过程。强烈的淋溶过程、淀积粘化过程和腐殖质积累过程。淋溶土的主要类型与分布：淋溶土的主要类型与分布：黄棕壤黄棕壤：主要分布在秦岭、淮和一线以南，长江一线以北的地带。29-33N，涉及苏、皖、鄂北、豫南

38、及陕南。棕棕壤壤：集中分布于山东半岛和辽东半岛。暗棕壤暗棕壤：集中分布于东北地区东部和北部山地。淋溶土的性质：淋溶土的性质：黏土矿物主要为水云母蛭石和高岭石（黄棕壤），硅铝铁率2.53.3。理化性质：阳离子交换量可达20cmol(+)/kg；pH5-7；盐基饱和度以上；质地粘重，粘粒含量较高，一般可达在50%以上；有机质含量-5%；养分含量比铁铝土高。3、均腐质土、均腐质土 均腐质土的主要类型与分布均腐质土的主要类型与分布 黑土黑土：集中分布于松嫩平原东侧的起伏台地以及三江平原西部的中温带半湿润草甸草原地区 黑钙土黑钙土：集中分布于松嫩平原西侧及大兴安岭西侧地区，属于中温带半湿润半干旱的草甸草

39、原地区。均腐质土的性质均腐质土的性质 矿物组成与硅铝铁率：黏土矿物主要为水云母与蒙脱石，硅铝铁率.。理化性质：阳离子交换量可达0cmol(+)/kg；pH-；盐基饱和度以上；质地粘重，粘粒含量较高；有机质含量-5%，有机质积累厚度可达到cm以上；养分含量高。4、钙成土、钙成土 钙成土的主要类型与分布钙成土的主要类型与分布 栗钙土：主要分布于内蒙古高原东、南部，呼伦贝尔高原西部、鄂尔多斯高原东部以及大兴安岭东南侧的丘陵平原区。为中温带干旱半干旱的干草原地区的地带性土壤。棕钙土：主要分布于内蒙古高原的中西部偏西地区，在祁连山、柴达木盆地东部山地、昆仑山北侧等地也有分布，属于中温带干旱荒漠草原的地带

40、性土壤。黑垆土：散布于吕梁山以西黄土高原地区的广大黄土塬面、高阶地的暖温带的半干旱干草原地区。灰钙土：集中分布于兰州至银川的黄河两岸，并向西延伸至贺兰山，以及鄂尔多斯高原西南部，伊利和两岸等地区。属暖温带干旱半干旱荒漠草原地区的地带性土壤。钙成土的性质：钙成土的性质：矿物组成与硅铝铁率：黏土矿物主要为水云母与蒙脱石，硅铝铁率2.54.5。理化性质：阳离子交换量51cmol(+)/kg，pH7.5；盐基饱和度以上；质地粗，粉粒含量较高；有机质含量一般小于；碳酸钙含量较高。第四节第四节 土壤污染与土壤退化基本概念土壤污染与土壤退化基本概念1土壤污染基本概念（1）土壤背景值处于某一演化阶段的未受人为

41、活动影响的自然土壤中元素的组成和含量，称土壤背景值。（2）土壤自净作用进入土壤的污染物在土壤中通过物理、化学和生物化学等作用，降低其浓度或改变其形态，从而消除或降低污染物毒性。（3）土壤环境容量土壤环境单元一定时限内遵循环境质量标准，即保证农产品产量和生物学质量，同时也不使环境污染时，土壤所能允许承纳的污染物最大数量或负荷。2土壤质量与土壤退化21 土壤质量与土壤退化的概念 （1）土壤质量 在自然或人类管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高大气和水体质量以及支撑人类健康与生活的能力。（2）土壤退化在自然环境的基础上，因人类开发利用不当而加速的土壤质量和生产力下降的现象和过程。22 土壤退化主要类型：（1）土壤沙化和土地沙漠化；（2）土壤流失；（3）土壤盐碱化；（4）土壤酸；（5）土壤潜育化；（6）土壤肥力衰退；（7）土壤污染NoImage