1、第一章第一章:土壤的组成与性质土壤的组成与性质 第一节:土壤基本组成第二节:土壤性质第三节:土壤形成与发育第三节:中国土壤分布特点与分类第四章:土壤环境及其功能第一章第一章:土壤的组成与性质土壤的组成与性质 第一节:土壤基本组成第二节:土壤性质第三节:土壤形成与发育第三节:中国土壤分布特点与分类第四章:土壤环境及其功能土壤定义：土壤定义：不同学者有不同的观点和认识（工程专家、生态学不同学者有不同的观点和认识（工程专家、生态学家、土壤学家、农学家、环境科学家）。家、土壤学家、农学家、环境科学家）。综合性定义：土壤是历史自然体，是位于地球陆地综合性定义：土壤是历史自然体，是位于地球陆地表面和浅水域
2、底部的具有生命力、生产力的疏松而表面和浅水域底部的具有生命力、生产力的疏松而不均一的聚积层，是地球系统的组成部分和协调环不均一的聚积层，是地球系统的组成部分和协调环境质量的中心要素。境质量的中心要素。土壤具有的特征土壤具有的特征 具有生产力：水分、养分、材料、建筑基础 具有生命力：生物多样性、能量交换、物质循环 具有环境净化能力：吸附、分散、中和、降解 是自然要素的中心环节：矿物颗粒、有机质、水、空气、开放系统土壤圈土壤圈土壤圈由土壤圈由S.Matson(1938)年提出，他是岩石圈、水圈、生物圈年提出，他是岩石圈、水圈、生物圈及大气圈在地表或地表附近相互作用的产物。及大气圈在地表或地表附近相
3、互作用的产物。现代土壤学、环境科学、生态学的研究加深了对土壤圈本质的了现代土壤学、环境科学、生态学的研究加深了对土壤圈本质的了解。解。目前认为：土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏目前认为：土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的一种疏松而不均一的覆盖层及其相关的生态与环境体系；它是地球系统松而不均一的覆盖层及其相关的生态与环境体系；它是地球系统的重要组成部分，处于岩石圈、水圈、生物圈及大气圈的界面和的重要组成部分，处于岩石圈、水圈、生物圈及大气圈的界面和中心位置，既是他们所长期共同作用产物。中心位置，既是他们所长期共同作用产物。土壤圈的功能：土壤圈的功能：从圈层观点出发，土壤学不仅
4、仅局限于研究土壤物质的本身，而且朝着研究土壤与从圈层观点出发，土壤学不仅仅局限于研究土壤物质的本身，而且朝着研究土壤与生存环境及地球圈层间相互关系的方向发展。生存环境及地球圈层间相互关系的方向发展。主要功能：主要功能：对生物：支持与调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理条件，对生物：支持与调节生物过程，提供植物生长的养分、水分与适宜的物理条件，决定自然植物的分布与演替。决定自然植物的分布与演替。对大气：影响大气的化学组成、水分与热量平衡，吸收氧气，释放对大气：影响大气的化学组成、水分与热量平衡，吸收氧气，释放CO2、CH4、N2O、H2S、COS等。等。对水圈：影响水在陆地和水体的
5、重新分配；影响水分平衡、分异、转化一及水圈对水圈：影响水在陆地和水体的重新分配；影响水分平衡、分异、转化一及水圈的化学组成；影响元素的生物地球化学循环。的化学组成；影响元素的生物地球化学循环。对岩石圈：作为地球的对岩石圈：作为地球的“皮肤皮肤”，对岩石圈具有一定的保护。，对岩石圈具有一定的保护。土壤与土壤圈的区别和联系：土壤与土壤圈的区别和联系：土壤与土壤圈二者紧密相连、密不可分，但又有着土壤与土壤圈二者紧密相连、密不可分，但又有着明显区别。土壤属于特指的物质，是具体的；而土明显区别。土壤属于特指的物质，是具体的；而土壤圈是指土壤与生态的整体，是宏观的，概念性的，壤圈是指土壤与生态的整体，是宏
6、观的，概念性的，强调了与其他圈层的相互关系、相互作用与影响，强调了与其他圈层的相互关系、相互作用与影响，具有环境的整体性。具有环境的整体性。在环境土壤化学学习中，要有土壤圈层的思想。在环境土壤化学学习中，要有土壤圈层的思想。一、土壤矿物质一、土壤矿物质（一）土壤矿物质的化学（元素）组成和矿物组成（一）土壤矿物质的化学（元素）组成和矿物组成1、土壤矿物质的化学（元素）组成、土壤矿物质的化学（元素）组成地壳和土壤的平均化学组成地壳和土壤的平均化学组成(重量重量%)%)土壤矿物的化学组成充分反映了成土过程中元素的分散、富积特性和生物积聚作用。继承了母岩特点 元素含量增加（O、Si、C、N)元素含量减
7、少（Ga、Mg、K、Na）淋溶强度影响元素含量1）强移动元素：S,Cl,B,Br2）移动元素：Ca,Na,Mg,Sn,Ra,F3）弱移动元素：K,Ba,Rb,Li,Be,Cs,Ti等阳离子形态;Si,P,Sn,Sa,Ge,Sb等阴离子形态）在氧化环境中移动，而在还原环境中是惰性元素）在氧化环境中移动，而在还原环境中是惰性元素在氧化环境中，随酸性水强烈迁移；而在中性、碱性水中移在氧化环境中，随酸性水强烈迁移；而在中性、碱性水中移动性低的元素（主要呈阳离子形态迁移），如动性低的元素（主要呈阳离子形态迁移），如Zn,Ni,Pb,Ca,Hg,Ag在酸性和碱性水中都强烈迁移的元素（主要呈阴离子形态迁在酸
8、性和碱性水中都强烈迁移的元素（主要呈阴离子形态迁移），如移），如V,U,Mo,Se,REEs5）在还原环境中移动，而在氧化环境中是惰性的元素，如）在还原环境中移动，而在氧化环境中是惰性的元素，如Fe,Mn,Co.6）在多数环境中难移动的元素）在多数环境中难移动的元素形成化合物的微迁移元素，如形成化合物的微迁移元素，如Al,Zn,Cr,Y,Ga,Nb,Th,Se,Ta,W,In,BI,Te不形成或几乎不形成化合物的难移动元素（天然金属），如不形成或几乎不形成化合物的难移动元素（天然金属），如Os,Pd,Ru,Pt,Au,Rh,Ir.元素迁移特点，不仅直接影响土壤矿物质元素组成，而且与土元素迁移特
9、点，不仅直接影响土壤矿物质元素组成，而且与土壤的污染和自净能力密切相关壤的污染和自净能力密切相关2 2、土壤的矿物组成、土壤的矿物组成包含原生矿物（来自母岩），次生（来自原生矿物分解、转化）包含原生矿物（来自母岩），次生（来自原生矿物分解、转化）1 1）原生矿物）原生矿物 经过不同程度的物理风化、未改变化学组成和结晶结构的原始经过不同程度的物理风化、未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。成岩矿物。主要分布在砂粒和粉砂粒中主要分布在砂粒和粉砂粒中 以硅酸盐、铝硅酸盐为主，常见石英，长石，云母，辉石，角以硅酸盐、铝硅酸盐为主，常见石英，长石，云母，辉石，角闪石，橄榄石等。闪石，橄榄石等。土壤中主
10、要原生矿物组成土壤中主要原生矿物组成2 2）、次生矿物）、次生矿物 原生矿物在母质或者土壤的形成过程中，经过化学分解，破坏（如水合、氧化、碳酸化等作用）而形成的。主要包含：层状硅酸盐类、晶质和非晶质的含水氧化物类以及少量残存的的简单盐类（碳酸盐、重碳酸盐、硫酸盐）。次生黏粒矿物：构成土壤黏粒的主要成分的层状硅酸盐类、含水氧化物类。（二）土壤黏粒矿物（二）土壤黏粒矿物1、构造特征、构造特征层状硅酸盐黏土矿物一般粒径小于微米，由一千多个层层状硅酸盐黏土矿物一般粒径小于微米，由一千多个层组所构成，每个层组由硅（氧）片和（水）铝片叠合而成组所构成，每个层组由硅（氧）片和（水）铝片叠合而成硅片硅片由硅氧
11、四面体连接而成。硅氧四面体（四面体）是由个硅离子(Si4+)和个氧离子(O2-)组成，砌成一个三角锥形的晶格单元，共有个面，所以称硅氧四面体硅氧四面体构造示意图硅氧四面体构造示意图从化学上来看从化学上来看,四面体为四面体为(SiO4）4-。在水平方向上四面体通过共。在水平方向上四面体通过共用底部氧的方式在平面二维方向上无限延伸，排列形成近似六用底部氧的方式在平面二维方向上无限延伸，排列形成近似六边形蜂窝状的四面体硅片。硅片顶端的氧仍然带负电荷，边形蜂窝状的四面体硅片。硅片顶端的氧仍然带负电荷，硅片可用硅片可用n（Si4O10）4-表示表示硅四面体在平面相互连接成硅片示意图硅四面体在平面相互连接
12、成硅片示意图硅片硅片(硅氧片硅氧片)示意图示意图四面体片结构示意图（李学垣，2001）铝片铝片铝片由铝氧八面体连接而成。八面体由铝片由铝氧八面体连接而成。八面体由1 1个铝离子（）和个铝离子（）和6 6个氧离子（或氢氧离子）构成。个氧离子（或氢氧离子）构成。6 6个氧离子（或氢氧离子）个氧离子（或氢氧离子）排列成二层，每层由排列成二层，每层由3 3个氧离子（或氢氧离子）排成三角形，个氧离子（或氢氧离子）排成三角形，上面氧离子位置与下层氧离子位置交错排列，铝离子位于上面氧离子位置与下层氧离子位置交错排列，铝离子位于两层氧的中心孔穴内，晶格具有八个面。两层氧的中心孔穴内，晶格具有八个面。铝氧八面体
13、构造示意图铝氧八面体构造示意图在水平方向上的相邻八面体通过共用两个氧离子的方式,在片面两维方向上延伸,排列成八面体,构成铝片.铝片可用n(Al4O12)12-表示，铝片二层氧都有剩余的负电荷铝八面体在平面上相互连接成铝片示意图铝八面体在平面上相互连接成铝片示意图铝片（水铝片）示意图铝片（水铝片）示意图二八面体片结构示意图（李学垣2001）八面体的阳离子是三价离子，如Al3+,Fe3+,只能占据八面体空隙2/3的位置，留下1/3空隙，称二八面体三八面体片结构示意图（李学垣2001）八面体中三价离子阳离子，如Al3+,Fe3+,占据八面体空隙2/3的位置，留下1/3空隙，由二价阳离子，如Mg2+或
14、Fe2+占满，称三八面体晶层类型：晶层类型：硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才形成稳定的化合物硅硅片和铝片都带有负电荷，不稳定，必须通过重叠化合才形成稳定的化合物硅片和铝片以不同的方式在片和铝片以不同的方式在c c方向上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层二种晶方向上堆叠，形成层状铝硅酸盐的单位晶层二种晶片的配合比例不同，而形成：型，：型，：型晶层片的配合比例不同，而形成：型，：型，：型晶层：型单位晶层由一个硅片和一个铝片构成硅片顶端的活性氧与铝片底层的活性氧通过共用的方式形成单位晶层：型层状铝硅酸盐的单位晶层有二个不同的层面，一个是有六角形空穴的氧离子层面，一个是由氢氧构成的层面
15、：型层状硅酸盐（高岭石）晶体结构示意图：型层状硅酸盐（高岭石）晶体结构示意图：型和：型层状硅酸盐晶体结构示意图比较：型和：型层状硅酸盐晶体结构示意图比较同晶置换 在矿物形成时，性质相近的元素，在矿物晶格中相互替换而不破坏晶体结构的现象。通常是晶体中的中心离子被低价的离子所替代。如四面体中Si4+被Al3+离子替代，八面体中Al3+被Mg2+离子替代。所以，土壤黏粒矿物一般以带负电荷为主。同晶替代现象在2：1和2：1：1型矿物中较普遍，而1：1型的黏粒矿物中则相对较少。阳离子同晶替换数量影响晶层表面电荷数量；同晶替换位置（四面体片、八面体片）则影响晶层表面电荷强度。污染重金属阳离子被吸附在黏粒矿
16、物表面，超过环境容量而引发土壤污染。2、黏粒矿物种类及特性1）高岭组 包含：高岭石、珍珠陶土及埃洛石 构成：单位晶胞分子Al4Si4O10(OH)8，是水铝片和硅氧片相间重叠组成的：型矿物特性：高岭石没有或很少有同晶置换，层电荷几乎为零，永久电荷极少，负电荷主要来源于结构边缘的断键或曝露在表面的羟基的解离。无膨胀性，带电荷数量少，胶体特性弱分布特点：南方热带和亚热带土壤中大量存在）蒙蛭组）蒙蛭组 包含：蒙脱石、蛭石、绿脱石、拜来石等 构成：由二个硅氧片中间夹一个水铝片组成。单位晶胞分子（Al,Fe,Mg)4(Si,Al)8O20nH2O，属于2：1型矿物 特性：具有膨胀性，带电荷多，胶体特性强
17、分布特点：在东北，华北，西北地区土壤中广泛分布，蛭石分布各大土类中，但以风化不太强的温带和亚热带排水良好的土壤最多蒙脱石和 蛭石结构示意图膨潤石示意構造圖（修正自 Brindley and MacEwan,1953）蒙脱石电荷产生于四面体中Mg2+对Al3+的同晶置换蛭石之示意構造圖摘自 Bear(ed.),1964 三八面体粗蛭石，只有四面体有同晶置换二八面体粘粒蛭石，四面体和八面体均有同晶置换）水云母组包含：伊利石为主结构：结构类似于蒙脱石区别在于相邻晶层之间有K+离子作用，使晶层间结合较蒙脱石更为紧密属于非膨胀性2：1型矿物特性：膨胀性性小分布特点：广泛分布我国多种土壤类型尤其是西北、华
18、北干旱地区土壤中。雲母之示意構造圖摘自 Bear(ed.),1964 4)4)绿泥石组绿泥石组 包含：以包含：以绿泥石为代表，其富含镁，铁和少量铬的硅酸盐绿泥石为代表，其富含镁，铁和少量铬的硅酸盐黏土矿物。黏土矿物。结构：具有结构：具有2：1：1型晶层结构。型晶层结构。特性：同晶置换普遍，颗粒较小特性：同晶置换普遍，颗粒较小 分布：分布：沉积物和河流冲积物沉积物和河流冲积物中含有较多绿泥石中含有较多绿泥石綠泥石之示意構造圖摘自 Bear(ed.),Chemistry of the Soil.CAS Monograph Series No.160,1964）土壤中粘粒氧化物和氢氧化物）土壤中粘粒
19、氧化物和氢氧化物 包含：水化程度不同的各种铁、铝氧化物及硅的水化氧化包含：水化程度不同的各种铁、铝氧化物及硅的水化氧化物。结晶型（三水铝石、水铝石、针铁矿、褐铁矿等）；非结物。结晶型（三水铝石、水铝石、针铁矿、褐铁矿等）；非结晶的无定型物质（凝胶态物质水铝石英）。晶的无定型物质（凝胶态物质水铝石英）。电荷来源：质子化和表面羟基中电荷来源：质子化和表面羟基中H H+的离解的离解 特性：除水铝英石外，一般对阳离子的静电吸附力较特性：除水铝英石外，一般对阳离子的静电吸附力较弱但是，铁铝氧化物，特别是它的凝胶态物质对阴离子（如弱但是，铁铝氧化物，特别是它的凝胶态物质对阴离子（如磷酸根离子）吸附能力强，
20、其具有专性吸附能力影响污染物磷酸根离子）吸附能力强，其具有专性吸附能力影响污染物的行为的行为分布特点：在红壤中分布广分布特点：在红壤中分布广黏粒矿物表面功能团特性黏粒矿物表面功能团特性）层状硅酸盐矿物表面功能团）层状硅酸盐矿物表面功能团二类：层状硅酸盐四面体片底部的硅氧烷三角网孔表面功能团层状硅酸盐边面断键处的羟基硅氧烷三角网孔功能团层状硅酸盐边面断键处的羟基类型：Si-OH（硅烷醇基）Al-OH(铝醇基）M-OH 性质取决于MSi-OH，能解离出H+Al-OH，其将与H+结合2）粘粒氧化物和氢氧化物表面功能基）粘粒氧化物和氢氧化物表面功能基 类型与活性羟基与一个金属离键合-A,最活性 能与H
21、+形成配合物，也可释放质子羟基与三个金属离键合-B,非活性羟基与二个金属离键合-C,非活性裸露在矿物表面的金属阳离子化学吸附一个水分子，其形成的点位，水可以释放一个质子。二、土壤有机质二、土壤有机质（一）土壤有机质的来源、含量及其组成（一）土壤有机质的来源、含量及其组成1、土壤有机质来源、土壤有机质来源植物（根、分泌物、凋落物等）植物（根、分泌物、凋落物等）生物生物自然土壤与耕种土壤区别自然土壤与耕种土壤区别2 2、土壤有机质含量与组成、土壤有机质含量与组成含量含量差异大！与气候，植被，地形，土壤类型，耕作措施有关！200,300g/kg,泥炭土、森林土g/kg，砂质土，漠镜土有机土：有机质2
22、00g/kg矿质土：有机质200g/kg耕作土壤：有机质50g/kg左右土壤有机质组成元素组成主要元素：C,O,H,N 次要元素：，C/N=10左右化合物组成主要成分：类木质素，蛋白质次要成分：半纤维素，纤维素，乙醚，乙醇等植物与土壤化合物成分比较木质素，蛋白质：土壤有机质植物半纤维素，纤维素：土壤有机质植物土壤腐殖质 除未分解和半分解动、植物残体及微生物以外的有机物质的总称，占土壤有机质量90%以上。土壤腐殖质=非腐殖物质+腐殖物质 （non-humic substances)humic substances 非腐殖物质:具有特定的物理化学性质、结构已知的有机物质，一部分是经微生物改变的植物
23、有机化合物，另一部分是微生物合成的有机化合物。含量：非腐殖物质占土壤腐殖质20-30%，其中碳水化合物（糖、醛、酸）占5-25%。腐殖物质：经过土壤微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而成的含有芳香环结构的，新形成的黄色至棕黑色的非晶形高分子有机化合物。含量：占土壤有机质60-80%，难分解。（一）土壤腐殖酸（一）土壤腐殖酸、土壤腐殖酸的分组土壤腐殖酸的分组腐殖物质=土壤腐殖酸+金属离子腐殖物质+土壤矿物=有机无机复合体土壤有机质分组方法（Brady et al.,1996)腐殖物质腐殖物质 =胡敏酸富啡酸胡敏素胡敏酸富啡酸胡敏素2、土壤腐质酸的性质腐质酸物理性质腐质酸物理性质腐质酸的分子量变
24、幅很大，从几到几百万之间。同一土壤中，分子量依此有，胡敏素 胡敏酸 富啡酸中国代表性土壤胡敏酸分子量为890-2550；富啡酸为675-1450土壤胡敏酸的直径范围：0.001 1微米，富啡酸则更小。形状：腐质酸可能为短棒形。由于腐质酸含有芳香基和烷基，使其具有伸曲性。分子结构内部有交联构造，物理性空隙使一些有机和无机化合物落入其中。腐质酸具有大的比表面积，高达2000m2/g，远大于黏粒矿物。腐质酸具有亲水性，有强大的吸水能力，单位重量腐质酸物质的持水性是硅酸盐黏粒矿物的4-5倍，最大吸水量可以超过其本身重量的500%。腐质酸的化学性质腐质酸的化学性质元素组成：元素组成：、H、O、N、S为主
25、，少量为主，少量Ga、Mg、Fe、SiC占占占占10-12/1、N含量依此有，胡敏素含量依此有，胡敏素 胡敏酸胡敏酸 富啡酸富啡酸O、S含量：富啡酸含量：富啡酸 胡敏酸胡敏酸C/H，C/O：胡敏酸：胡敏酸 富啡酸富啡酸中国主要土壤表层土中腐质物质元素组成（无灰干基）腐质酸的化学性质腐质酸的化学性质官能团官能团含氧的酸性官能团：芳香和脂肪化合物上的羧基（R-COOH)和酚羟基（酚-OH）中性官能团：醇羟基(R-OH)，醚基(-O-)，酮基(C=O)，醛基(-CHO)，酯(ROOC-)碱性功能团：胺(-NH2)，酰胺(-CONH2)中国主要土壤表层土中腐质物质的含氧官能团（中国主要土壤表层土中腐质
26、物质的含氧官能团（cmol/kg）腐质酸的化学性质腐质酸的化学性质总酸度总酸度 总酸度通常是羧基和酚羟基之和。依此有，胡敏素 胡敏酸 富啡酸 总酸度越高，CEC越高 pH为时，羧基解离出质子；pH为7时，酚羟基解离出质子。随pH升高，质子解离越多，负电荷越多。二性胶体二性胶体 羧基和酚羟基解离以及胺基质子化，导致腐质酸具有二性胶体性质。分子表面既带正电荷，也带负电荷。通常腐质酸分子带净负电荷。离子交换离子交换 CEC=500-1200cmol/kg;40-80cmol/L对酸的缓冲性对酸的缓冲性 本身具有弱酸性，以及与Al3+,Fe3+，Cu2+；铁、铝氧化物、水化氧化物的配位作用。金属离子的
27、配位性金属离子的配位性氧化氧化-还原性还原性生理活性生理活性 氨基酸、多肽、糖、核酸、微生素热分解性质及产物光谱性质X光电子能朴是研究固体表面（探测深度10nm)结构的新型物理技术研究FA-金属配合物特别有用能谱性质电子自旋共振（ESR）波谱电子自旋共振技术用于研究金属与HA，FA复合物中（顺磁性）金属离子的特性（对称性质和配位性质）波谱性质核磁共振（NMR）波谱1H-NMR13C-NMR黄棕壤HA-13C-NMR一、土壤有机质一、土壤有机质（一）土壤有机质的转化（一）土壤有机质的转化1、土壤有机质转化过程、土壤有机质转化过程有机质的矿化有机质的矿化R-(C,4H)(N,P,S)CO2+2H2
28、O+能量能量酶氧化腐殖化腐殖化组成结构简单有机化合物组成结构简单有机化合物 形成组成和结构复杂的机化合物形成组成和结构复杂的机化合物微生物2 2、影响有机质转化的因素、影响有机质转化的因素温度温度水分水分通气性通气性植物残体特性植物残体特性pHpH代表性有机质含量与碳氮比代表性有机质含量与碳氮比三、土壤生物三、土壤生物（一）土壤动物（一）土壤动物1、土壤脊椎动物、土壤脊椎动物2、土壤节肢动物、土壤节肢动物3、土壤环节（蠕虫）动物、土壤环节（蠕虫）动物4、土壤线虫（蠕虫）、土壤线虫（蠕虫）5、土壤原生动物、土壤原生动物三、土壤生物三、土壤生物（一）土壤微生物（一）土壤微生物1公斤土壤含有，公斤土
29、壤含有，细细 菌：菌：5X108 放线菌：放线菌：1X1010 真真 菌：菌：1X1091、原核微生物、原核微生物 古细菌、细菌、放线菌、蓝细菌、黏细菌古细菌、细菌、放线菌、蓝细菌、黏细菌2、真核微生物、真核微生物 真菌、藻类、地衣真菌、藻类、地衣3、非细胞型生物（分子生物）、非细胞型生物（分子生物）病毒病毒四、土壤水四、土壤水 参与土壤形成、物质运移、转化等参与土壤形成、物质运移、转化等（一）土壤水的物理形态（一）土壤水的物理形态1 1、吸湿水、吸湿水 由干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称吸湿水。吸湿水的吸持力，内层可达1.01325X109Pa,外层约为3.1408X1
30、06Pa。吸湿水具固性，不移动，对溶质无溶解力。由于植物根细胞的渗透压一般为1.01325X109Pa 2.02650X106Pa，所以吸湿水不能被植物吸收利用。2 2、膜状水、膜状水 土壤吸湿水层外可吸附液态水分子而形成水膜，这种由吸附力吸附在吸湿水层外面的液态水膜叫膜状水。膜状水所吸力为6.33281X105-3.14108X106Pa 膜状水黏滞性较高、移动性较小。其可以从一个土粒水膜较厚处向另一个土粒水膜较薄处移动，速度非常缓慢，0.2-0.4mm/h。3 3、毛管水、毛管水 由土壤毛管空隙内气水界面上产生的弯月面力所吸持的水。根据土层中地下水与毛管水连接如否，分为毛管悬着水和毛管上升
31、水。毛管上悬着水是山区、丘陵等地势较高处植物吸收水分的主要源。4 4、重力水、重力水 受重力支配的水称重力水。土壤被重力水所饱和时土壤含水量称饱和持水量，或全蓄水良或最大持水量。5 5、地下水、地下水 土壤上层的重力水流至下层遇到不透水层，积聚起来形成地下水。当土壤中重力水向下移动，遇到第一个不透水层并在其上较长时期积聚起来的水称潜水。潜水面离地表的深度称为地下水位。潜水为过高能引起土壤沼泽化和盐滞化，过深则引起土壤干汗。（二）土壤水的能态（二）土壤水的能态1、土水势及其分势、土水势及其分势 土水势（土水势（）：）：单位数量土壤水的自由能与标准状态水的自由能的差值，为一负值。基质势（基质势（m
32、）：）：由吸附力和毛管力所制约的土水势称为基质势。土壤含水量越高，则基质势越高土壤水饱和时，基质势达最大值，与参比标准相等，即等于零 压力势（压力势（p p）：）：土壤水在饱和状态时，除承受大气压外，还要承受其上部水柱的静水压力以大气压作为参比（压力势为零），其水势与此之差，即为压力势,为正值 溶质势（溶质势（s s）：）：土壤水中溶解的溶质而引起的土水势。一般为负值。重力势（重力势（g g）：）：由重力作用而引起的土水势。总水势（总水势（t t）：）：以上各势之和 （二）土壤水的能态（二）土壤水的能态2、土水势表示方法、土水势表示方法单位数量土壤水的势能值。单位容积土壤水的势能值用压力单位表
33、示（Pa，kPa，MPa，bar，atm）。单位重量土壤水的势能值用静水压力或相当于一定压力水柱高度的厘米水（cmH2O)表示。1 Pa=0.0102 cm H2O 1 atm=1033 cm H2O=1.0133 bar 1bar=0.9896 atm=1020 cm H2O 土水势的水柱高度厘米数（负值）的对数表示（土水势的水柱高度厘米数（负值）的对数表示（pF)。（二）土壤水的能态（二）土壤水的能态3 3、土壤水吸力、土壤水吸力土壤水在承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力。将基质势（将基质势（m）和溶质势（）和溶质势（s s）的相反数（正数）定义为吸力（）的相反数（正数）定义为吸力（
34、S S）。）。土壤水吸力分段土壤水吸力分段 低吸力段：吸力低吸力段：吸力 1X10 1X105 5PaPa 中吸力段：吸力中吸力段：吸力 1X10 1.5X10 1.5X105 5PaPa 1.5X10 1.5X105 5PaPa吸力，相当于植物有效水吸力，相当于植物有效水（三）土壤水分含量与有效性（三）土壤水分含量与有效性、土壤水分含量、土壤水分含量土壤质量含水量(%)=-X 100湿土质量 干土质量 干土质量土壤容积含水量土壤容积含水量(%)=-X 100 =土壤质量含水量（%）X 容重土壤质量含水量(%)/水密度(1g/cm3）烘干土重（100g）/容重（g/cm3）相对含水量（相对含水
35、量（%）=-X 100土壤含水量田间持水量土壤水储量土壤水储量 水储量深度（水层厚度，水水储量深度（水层厚度，水mm）=土层厚度（mm）X 土壤容积含水量（）土层厚度（mm）X 土壤质量含水量（）X 容重 水储量容积水储量容积=水储量深度 X 面积2 2、土壤水的有效性、土壤水的有效性土壤中水能否被植物利用及其难以程度（）土壤水分常数（）土壤水分常数土壤水分从干燥到饱和持水量，按其含水量多少及水能量关系，分成若干段，表示这一阶段的水分含量称为土壤水分常数。包括，吸湿系数，萎焉系数，田间持水量，饱和持水量，毛管持水量等。吸湿系数：吸湿系数：干燥土壤放入水汽饱和的容器中，土壤媳妇气态水分子的最大含
36、量。萎焉系数萎焉系数：植物因根无法吸水而发生永久萎焉时的土壤含水量。田间持水量：田间持水量：毛管悬着水达到最多时的含水量。其包括吸湿水，膜状水，毛管悬着水。（2）土壤有效水范围及影响因素）土壤有效水范围及影响因素 田间持水量与萎焉系数之间差值为土壤有效水最大含量。土壤质地与有效水最大含量之间关系土壤质地与有效水最大含量之间关系土壤水分物理形态、水分常数、能量及有效性之间关系示意图（林成谷，土壤水分物理形态、水分常数、能量及有效性之间关系示意图（林成谷，1983）五、土壤空气五、土壤空气（一）土壤空气数量及其影响因素（一）土壤空气数量及其影响因素 影响因素：质地、结构、耕作状况、土壤内部生物化学
37、过程等影响因素：质地、结构、耕作状况、土壤内部生物化学过程等土壤质地与水分土壤质地与水分空气之间关系空气之间关系五、土壤空气五、土壤空气（二）土壤空气组成（二）土壤空气组成大气成份与土壤空气差别大气成份与土壤空气差别土壤空气的土壤空气的CO2含量一般高于大气，含量一般高于大气，O2则相反则相反土壤空气与大气组成比较土壤空气与大气组成比较五、土壤空气五、土壤空气（二）土壤空气的运动（二）土壤空气的运动土壤空气对流：土壤空气对流：土壤与大气间由总压力梯度推动的气体的整体流动，也称质流。影响因素包括：大气压变化，温度梯度，土壤表面的风力及降水、灌溉等。土壤空气的扩散：土壤空气的扩散：气体成分按照各自的气压梯度而流动。土壤呼吸：土壤呼吸：土壤从大气中吸收O2,同时排除CO2的气体扩散作用。
