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土壤学复习资料

土壤学复习资料

第一章 1 土壤(Soil) :陆地表面由矿物、有机质、水分、空气和生物组成的、具有肥力并能生长植物的未固结层。 2 土壤肥力(Soil Fertility):土壤肥力是土壤具有的能同时不断的供应和调节植物生长发育所需的水、肥、气、热生活因素 的能力。水、肥、气、热是水分、养分、空气和温度的简称,是土壤肥力的四大因素。 3 肥料 Fertilizer 肥料是指直接供给植物生长必需的营养元素的物料。目前,肥料是指直接或间接供给植物营养元素以 实现提高产量、改善品质和改良土壤的物质。 4 土壤生产力 在特定的耕作管理制度下,土壤生产特定的某种植物的能力。 5 典型自然土壤剖面结构 旱地 水田 (1)覆盖层(A0) 耕作层(A) 耕作层(A) (2)淋溶层(A) 犁底层(P) 犁底层(P) (3)淀积层(B) 心土层(B) 潴育层(W) (4)母质层(C) 底土层(G) 潜育层(G) (5)基岩层(D) 6 土壤形成因素:1 母质 2 气候 3 地形 4 时间 5 生物 母质(Parent material)概念:母质是母岩经风化、搬运、堆积等过程在地表形成的一 层疏松的、最年轻的地质矿 物质层, 是形成土壤的物质基础, 土壤的前身。 Parent material is the layer or mantle of loose, non-cohesive or cohesive rock material that nearly everywhere forms the surface of the land and rests of bedrock. (1)影响土壤矿物组成及养分状况 (2)影响土壤质地、孔隙性、酸碱性等理化性质 气候(climate)水分和热量(湿度和温度)Temperature regime and moisture regime (1)水热直接参与母质的风化 (2)直接影响土壤矿物质的分解与合成、物质的淋失与淀积 (3)控制植物生长和微生物的活动,影响有机质的积累和分解,决定养料物质循环的速度 生物(Organisms)包括植物、土壤动物和土壤微生物生物,在土壤形成过程中起主导作用 主导营养元素在土壤中的生物学积累和循环 (1) 能量转化 (2) 有机质形成与转化 (3) 土壤形成及结构体的发展 地形( Relief )主要影响水、热条件及母质的再分配。 时间( Time)土壤是一个历史自然体,时间因素对土壤形成没有直接的影响,但成土时间长,土壤受气候、生物、 地形等的作用时间长,土壤个体发育越显著。 人类活动(human’s activity) 风化作用(weathering):地表或接近地表的岩石在温度变化、水、水溶液、大气及生物等的作用下发生的机械崩解 及化学变化过程。 7 主要成土过程:原始成土过程、有机质积聚过程、粘化过程、钙化过程、盐化、脱盐过程、碱化、脱碱化过程、灰化 过程、潴育化过程、潜育化过程、富铝化过程、熟化过程。 8 土壤矿物质 Soil mineral 原生矿物 Primary minerals:由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物。如石英、长石、云母、辉石、角 闪石等。 次生矿物 Secondary minerals:原生矿物经物理、化学风化作用,组成和性质发生化学变化,形成的新矿物。如蒙 脱石、高岭石、伊利石等。 1.四大元素:氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)占总质量的 88.7%以上 2.三大化合物:二氧化硅(SiO2)三氧化二铝(Al2O3)三氧化二铁(Fe2O3)占总质量的 75%以上 9 土壤质地 Soil texture:土壤中各粒级土粒的比例组合 10土壤粒级(soil particle fraction)按照土粒的大小,将其分为若干组称为土壤粒级,一般分为石砾(>1mm)、砂 粒(0.05-1mm)、粉砂粒(0.002-0.05mm)和粘粒(<0.002mm)。 物理性砂粒: 1mm-0.01mm;物理性粘粒: <0.01mm 11土壤质地与肥力的关系: (1)砂土类(sandy):轻、薄、暖。 特点:俗称“白土”、“白塘土”;通气透水性强;保水保肥性差;养分含量低,肥效快,“发小苗不发老苗”;升 温降温快,热性土;耕性好,亦耕期长。 宜:适种抗旱耐瘠作物,保证水源,及时灌溉,多施有机肥,少施勤施化肥,保证养分、水分供给。 (2)粘土类(clay):重、壮、冷 特点:俗称“红土”、“红泥土”;通气透水性差;保水保肥性强;养分含量高但释放较慢,肥效时间长,“发老苗 不发小苗”;升温降温慢,冷性土;耕性较差。 宜:适种小麦、水稻、玉米等禾本科作物,多施有机肥,加强水分管理。 (3)壤土类(loam):柔、沃、温 特点:俗称“两合土”、“连合土”;兼具砂土、粘土类的优点,消除了砂土和粘土的缺点,是农业生产中质地较理 想的土壤;通气透水性适中,保水保肥性好,土温比较稳定,“发小苗又发老苗”; 宜:适种作物种类多。 12土壤质地改良措施:(1)增施有机肥料;(2)客土法;(3)翻淤压砂,翻砂压淤;(4)引洪放淤、引洪漫沙; (5)因地制宜的耕作管理措施 13土壤有机质(SOM)概念:指土壤中形成的和外部加入的所有动、植物残体不同分解阶段的各种产物和合成产物的总称 土壤腐殖质 chumus 有机物残体经过微生物作用形成的一类特殊的,复杂的、性质比较稳定的高分子有机化合物 (1)、土壤微生物的种类 化能有机营养型 全部真菌和绝大多数细菌 化能无机营养型 亚硝酸 硝酸细菌 、硫化细菌、铁细菌和氢细菌 光能有机营养型 深红红螺菌 光能无机营养型 藻类和大多数光能细菌 (2)、土壤有机质的来源与组成 来源 植物的枯枝落叶、根系等土壤动物、微生物残体施入的有机肥、工农业废水废渣 形态 新鲜有机物质 半分解的有机物质 腐殖质 (3)、土壤有机质的转化过程 1、土壤有机质的矿质化过程(mineralization process)即土壤有机质的分解过程。土壤有机质在微生物的作 用下,最终分解为简单无机化合物(CO2、H2O等),同时释放出矿质养料的过程。 2、土壤有机质的腐质化过程(humification process)土壤微生物将生物残体矿化过程中产生的中间产物合成 更为复杂的腐殖质的过程。 3、影响土壤有机质转化的因素 (1)有机残体的化学组成、物理状态及碳氮比(2)土壤水、热状况(3)土壤通气状况(4)土壤酸碱度 (4)土壤有机质对土壤肥力的作用 1、植物和微生物养分的重要来源 2、改善士壤的物理性质 3、提高土壤保肥性和 缓冲性能 4、促进植物、微生物的生命活动 5、减少农药和重金属污染

4、毛管断裂含水量 (作物生长阻滞含水量) 土壤中的悬着毛管水因作物吸收和土表蒸发而发生断裂时的土壤含水量。 : 5、田间持水量(field capacity):土壤中悬着毛管水达到最大量时的土壤含水量。是土壤不受地下水影响所能保持 水量的最大值。 6. (最大)毛管持水量(maximum capillary capacity):土壤所有毛管孔隙中都充满水分时的土壤含水量。 7. 饱和含水量/全持水量 (Saturation):土壤所有孔隙中全部充满水分时的土壤含水量。 三、土壤水分的有效性 影响土壤有效水量的因素: 土壤有机质含量越高,有效水量越大; 土壤结构、土壤松紧度 W /? 四、土壤含水量及其表示方法 ? ? 100 W /r 1.土壤重量/质量含水量:θ m(mass water content of soil)土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。? W ? ? 100 ? r 2.容积/体积含水量(volumetric water content):θ 土壤水分体积占土壤体积的百分数。 W V
w w S d
m

(%) ?

Ww W ? WS ? ?100 Ws WS

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w

V

?100

W /? ? w w ? 100 ? Ww ? 100 ? rd WS / rd Ws ?
? ? m ? rd Ww ? 100 ? rd Ws

Ww / ? w ? 100 WS / rd

w s

d

? ? m ? rd

3.水层厚度( water thickness ) :hw 土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。与降雨量及腾发量相对应 hw (mm) ? hs (mm) ??v =hs(mm)×θ m ×r d 4.土壤贮水量(soil water-storage capacity) :Vw 一定厚度单位面积土壤中水的体积。 与灌、排水定额相对应 1
? ? m ? rd

V (m3 / ha) ? hw (mm) ?

1000

?10000

? hw (mm) ?10

5.相对含水量(relative soil water content) :Rw 土壤实际含水量与田间持水量(或全持水量)的百分比值。无量纲值。 自然状态土壤含水量
R(%) ? w 田间持水量 ? 100

6.土壤水分饱和度(percent saturation of soil water)土壤水分体积占土壤孔隙体积的百分数。 五、土水势(ψ s )及其分势 soil water potential and its sub-potential 1.基质势(ψ m)Matric Potential 土水系统中由于土壤固体特性所引起的一种势值 非饱和水土壤: ψ m<0 饱和水土壤: ψ m=0 2.重力势(ψ g)Gravitational Potential 土壤水受重力作用所引起的一种势值。与土壤本身的性质无关。ψ g=ρ gh 3.压力势(ψ p)Pressure Potential 土水系统中的压力超过参照状态下的压力而引起的势值。ψ p=ρ gh 4.溶质势/渗透势(ψ o)Solute/Osmotic Potential 由土壤水中溶解的溶质而引起的势值。 Ψ o<0 六、土壤水吸力(S)soil water suction 土壤水中在承受一定土壤吸力情况下所处的能态。 七、 土壤水分特征曲线 (Soil water characteristic 表示土壤水分在被吸附或释放过程中土壤含水量 (数量) 与水吸力 (基 质势) (能量)相关关系的曲线。 水分特征曲线的用途进行土壤水吸力 S 和含水率?之间的换算。 可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。 可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。 应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时,水分特征曲线是必不可少的重要参数。 影响土壤水分特征曲线的因素: (1)土壤质地; (2)土壤结构; (3)土壤温度。
饱和度(%)?

土壤水分体积 ? 100 土壤孔隙体积

第二章

1、土壤酸性(Soil acidity)由土壤溶液中的 H+和土壤胶体上吸附的酸离子(H+和 Al3+)引起的土壤反应。 (1)活性酸度(active acidity)土壤溶液中游离的 H+所直接显示的酸度 (2)潜性酸度(potential acidity)土壤胶体上吸附的 H+、Al3+所引起的酸度,只有转移到土壤溶液中形成游离 的 H+才显示出酸性。用 1kg 烘干土中氢离子(或正电荷)的厘摩尔数(cmol)表示:cmol(H+)/kg 或 cmol(+)/kg 是土壤酸性的容量(数量)指标 是土壤酸度的主体 (3)活性酸和潜性酸的关系 活性酸和潜酸的总和,称为土壤总酸度。由于它通常是用滴定法测定的,故又称之为土壤的滴定酸度。它是 土壤的酸度的容量指标。它与 pH 值在意义上是不同的。活性酸是土壤酸度的起源,代表土壤酸度的强度;潜在酸是土 壤酸度的主体,代表土壤酸度的容量。 2、土壤缓冲性(Soil buffer power )在土壤中加酸或加碱时,土壤的酸碱反应并不会因此而产生剧烈变化,这种对 酸碱变化的抵抗能力称为土壤的缓冲能力 它使土壤的酸碱度保持在一定范围内,避免因施肥、根系呼吸、微生物活动、有机质分解等而使 PH 值强烈变化,为植 物生长和微生物活动创造一个稳定良好的土壤环境条件。这在农业生产上具有重要意义。 3、土壤胶体:直径为 1~100 nm 的土壤固体颗粒。 土壤胶体的特性 1. 土壤胶体具有巨大的比表面积和表面能 2.胶体一般带有电荷 3.土壤胶体有凝聚与分散的作用 4、(1 )阳离子交换作用的特点(1)可逆反应(Reversible reaction)2) 等价离子交换(Equal charge)(3) 符 合质量作用定律(Mass action law) (2). 阳离子交换能力 Fe3+ 、Al3+ >H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+ (3). 土壤阳离子交换量 (Cation exchange capacity,CEC)在中性条件下,每 kg 干土所能吸附的全部交换性阳离 子的厘摩尔数,单位是 cmol/kg 或 cmol(+)/kg。 (4)影响因素:(1)胶体数量(2)胶体类型(3)土壤 pH 值 5、 盐基饱和度 (Base saturation percentage)土壤中交换性盐基离子(K+、Na+、NH4+、Ca2+ 、Mg2+等)总量占阳 离子交换量的百分数。 盐基离子(Bases):K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+等阳离子。 6、土壤养分 在植物必需营养元素中依靠土壤提供的营养元素 7、土壤团粒结构 优点 1、能协调土壤水分和空气的矛盾 2、能协调土壤养分的消耗与积累的矛盾 3、能稳定土温,改善土壤温度状况 4、改良土壤耕作,改善植物扎根的土壤条件 8、孔隙度:是指单位土体内孔隙所占体积的百分数,它表示土体中大小孔隙的总和。 (1)土粒容重:指单位体积(不 包括孔隙体积)固体土粒的干重, 与土壤比重在数值上相等; (2)土壤容重:指自然状态下单位体积(含土粒和孔隙体 积)固体土粒的干重。 第三章 一、土壤水分类型 1、吸湿水(紧束缚水)hygroscopic/hydroscopic water 干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分 2、膜状水(松束缚水)membrane/film water (loosely bonding water )吸湿水达到最大量后,靠土粒剩余的分子引 力吸附在吸湿水外面的一层水膜。 3、毛管水 capillary water 受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运动的水分。 4、重力水 gravitational water 当土壤含水量超过田间持水量后,过量的水分不能被毛管力所吸持,而在重力作用 下沿土壤大孔隙向下移动的水分。 二、土壤水分常数 1、吸湿系数(hygroscopic coefficient):干燥土壤从湿度接近饱和(>95%)的空气中吸收水汽而达到的最大含水 量。 2、凋萎系数(wilting coefficient):植物产生永久凋萎(permanent wilting)时土壤的含水量。植物可利用的土 壤水量(有效水)的下限。 3、最大分子持水量(maximum molecular moisture holding capacity):土壤膜状水达到最大值的土壤含水量。

第六章 植物与水 2、水在作物生理中的作用①水是原生质的主要组成部分 important component of cell protoplasm②水直接参与作物体内重要的 代谢过程 main raw material for photosynthesis6CO2+6H2O →(CH2O)6+6O2+2822kJ③水是许多生化反应的良好介质 medium (reactant or resultant)for all biochemistry reaction④水能使作物保持固有的姿态 dissolve and transport nutrient upward transportation in xylem and downward one in phloem⑤细胞的分裂和延伸生长需要足够的水 keep the turgidity of plant body spreading of leaves;opening of stomas;rigidity of root tips;blooming of flowers⑥调节温度 adjust the temperature of plant body depending on the transpiration of leaves 3、细胞的吸水方式 ①渗透性吸水 Osmosis absorption: (最主要方式) 。借助渗透作用,即水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进 行吸水②代谢性吸水 metabolism absorption : 利用细胞呼吸释放出的能量,使水分经过质膜进入细胞的过程。③吸胀性吸水 imbibition absorption: 亲水性胶体物质吸水膨胀的现象(种子和根尖分生组织) 4、质壁分离(plasmolysis)植物细胞失水时,因原生质的收缩性大于细胞壁的伸缩性,使原生质与细胞壁分离。质壁分离后 降低外界溶液浓度,水分内渗,使质壁复合。 5、细胞间的水分运动( water movement between plant cells) 相邻单细胞:水分从水势高的细胞向水势低的细胞运动,且水势差越大,运动越快。 多细胞之间:沿水势梯度(water potential gradient)降低的方向运动。 根部→地上部 根周边→根中柱 下位叶→上位叶 叶片中脉→叶片边缘 6、植物细胞的水势 ( water potential of plant cell ) ①未形成液泡时:ψt =ψs +ψp +ψm ②有液泡时:ψt =ψs +ψp 渗透势(ψs)/ Osmotic potential:决定于细胞液中溶质分子的总数,一般为负值 压力势(ψp)/ Pressure potential:细胞壁伸缩性对细胞内容物产生的静水压(细胞壁受细胞吸水的膨压作用而产生的反 压力) 。一般为正值,质壁分离时ψ p=0。 7、根系吸水的动力( driving power for water uptake of roots) ①根压(root pressure):主动吸水 由于根系的生理活动使水分从根部向上提升的压力。是无叶面蒸腾时植物吸水的主要方式。 ②蒸腾拉力( transpiration pull) :被动吸水 叶面蒸腾使气孔附近叶肉细胞水势下降,进而从相邻细胞吸水,依次到中脉—茎导管-根。 是旺盛蒸腾时根系吸水的主要动力。 根压的生理基础 渗透理论:由于植物活细胞的新陈代谢造成根木质部-根皮层-根毛细胞的水势梯度。 代谢理论:呼吸释放的能量参与根系的吸水过程。例如,当外界环境温度降低、氧分压下降或呼吸抑制剂存在时,根压、伤流、 吐水或根系吸水便会降低或停顿;相反,低浓度的生长素溶液则能促进伤流速度。 9、植物水分的散失-蒸腾(Water dissipating of plant-transpiration) (1)定义:植物体内水分通过植物体表面(主要是叶片)以气态散失到体外(大气)的过程。受植物体结构和气孔运动的影响。 (2)蒸腾作用的生理作用意义 (physiological function of transpiration) ①蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力; ②蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输; ③蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度; ④蒸腾作用的正常进行,气孔开放,有利于光合作用中 CO2 固定。 (3)蒸腾作用的度量: A、蒸腾速率/蒸腾强度; 单位时间内单位叶面积(或单位叶片质量) 蒸腾的水量(g) ,g/(m2 ? h) or g/(100g ? h) 白天:15~250 g/(m2 ? h) ;晚上:1~20 g/(m2 ? h) B、蒸腾效率/蒸腾比率; 植物蒸腾消耗 1kg 水所形成干物质的质量(g 数)(g/kg;值越大,水分利用效率越高) 。 野生植物 1~8 g/kg;作物 2~10g/kg C、蒸腾系数/需水量 植物每制造 1g 干物质所蒸腾消耗的水的 g 数。 (比值,无单位;值越大,水分利用效率越低) 野生植物 125~1000;作物 100~500 (4)影响蒸腾作用的环境因素 ①影响气孔开闭的所有因素:光、温度、风(微风加强蒸腾作用) ②大气湿度:大气湿度越小,叶片表面与大气间的蒸汽压差越大,蒸腾作用越强 ③土壤条件 10、影响气孔运动的因素:光、温度、CO2 浓度、空气湿度、风、土壤条件 第六章 作物与水分关系 1、植物的含水量及其存在状态: (1)一般禾谷类作物的含水量约为鲜重的 60%-80%;而块茎作物和蔬菜的含水量多达 90%左右。就同一作物而言,通常生命 活动越旺盛的器官或部位,其含水量越高。随着这些器官的衰老,含水量逐渐降低。同一种作物生长在不同环境中,含水量也 有差异。凡是生长在荫蔽、潮湿环境里的作物的含水量比生长在向阳、干燥的环境中要高一些。 (2)作物体内的水分以自由水和束缚水两种不同的状态存在。自由水与束缚水含量的高低与作物的生长及抗性有密切关系。 2、水在作物生理中的主要作用: (1)水是原生质的主要组成部分; (2)水直接参与作物体内重要的代谢过程; (3)水是许多生化反应的良好介质; (4)水能使作物保持固有的姿态; (5)细胞的分裂和延伸生长需要足够的水 3、作物细胞对水分的吸收 P194-197:A、细胞的渗透性吸水;B、细胞的吸胀性吸水;C、细胞的代谢性吸水;D、细胞的水势 4、作物根系的吸水: (1)根系吸水方式及其动力: A、主动吸水:它是由于根压的存在,把根部水分压到地上部,土壤中的水便不断补充到根部,由此形成了由根部形成力量引 起的根的主动吸水。 B、被动吸水:当作物进行蒸腾作用时,水分便从叶子的气孔和表皮细胞表面蒸腾到大气中去,使叶肉细胞的水势因失水而减 小,失水的叶肉细胞便从邻近含水量较多的细胞吸水,如此传递,接近叶脉导管的叶肉细胞向叶脉导管吸水,这种力量通过茎 最终从土壤中吸收水分。这种吸水完全是由于蒸腾失水而产生的蒸腾拉力所引起的,是由枝叶形成的力量传到根部而引起的吸 水。 (2)影响根系吸水的因素:A、土壤水分状况;B、土壤通气状况;C、土壤温度;D、土壤溶液浓度 5、蒸腾作用: 是指作物体内的水分以气态方式从作物的表面(主要是叶子)向外界散失的过程。 (1)蒸腾作用的生理意义:A、蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力;B、蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和 运输;C、蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度;D、蒸腾作用的正常进行,气孔开放,有利于光合作用中 CO2 固定。 (2)蒸腾作用的度量:A、蒸腾速率;B、蒸腾效率;C、蒸腾系数 6、气孔运动及其机理: (1)气孔运动的机理:A、光合作用促进气孔开放的学说;B、淀粉与糖转化学说;C、K+累计学说;D、苹果酸代谢学说;E、 激素 ABA 对气孔运动的调节 (2)影响气孔运动的因素:A、光照;B、CO2;C、空气温度;D、温度;E、风;F、土壤条件 7、干旱对作物的危害及作物的抗旱性 (1)干旱的类型:A、大气干旱;B、土壤干旱;C、生理干旱 (2)干旱对作物的伤害:A、破坏原生质的机能;B、改变各种生理过程;C、引起体内水分重新分配;D、使细胞遭受机械损 伤 8、水分过多对作物的危害 (1)水分过多常对作物造成的危害:A、根系吸水吸肥受阻;B、有毒物质的危害;C、根系进行无氧呼吸;D、导致作物倒伏 (2)渍害和涝害的防控技术:A、改善耕作制度;B、选用耐湿品种;C、其他措施 9、灌溉、排水对改善作物生态环境的影响: (1)灌溉排水对土壤的影响: 合理灌溉可以调节土壤水、肥、气、热状况,改善作物的土壤环境条件,改良土壤。反之,则破坏土壤结构,形成沼泽化、盐

碱化、恶化土壤环境。 农田排水是防止土地退化、改造盐碱地和涝渍中低产田的重要手段,通过排除过多的地表水、加大渗漏强度在一定程度上起到 降低淹水深度及地下水位从而满足除涝防渍和改良盐碱地的作用,但同时也加大了农田土壤颗粒、养分和其他污染物的流失, 增大了水环境产生的非点源污染,且农田排水已经成为了非点源污染的最重要的原因之一。 (2)灌溉排水对农田小气候的影响:影响农田小气候的因素很多,其中通过灌溉排水改变农田水分状况,对改善农田小气候 有着显著的作用。P215 (3)灌溉排水对农业技术措施的要求(提高耕作质量、提高施肥效果、防除病虫和杂草危害、促进或控制作物的生长发育) 10、灌溉排水对农业技术措施的要求: (1)提高耕作质量; (2)提高施肥效果; (3)防除病虫和杂草危害; (4)促进或控制作物的生长发育 11、作物需水量: 指生长在大面积上的无病虫害作物,土壤水分和肥力适宜时,在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾、 棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。 12、作物需水基本规律: (1)作物的需水量:不同种类的作物,由于其本身形态构造和生长季节的不同,需水量差异较大。凡生长期长、叶面积大、 生长速度快、根系发达的作物,需水量较大;反之需水量较小。同一作物,不同品种其需水量也不同。一般可根据蒸腾系数的 大小来估计某作物对水分的需要量,即以作物的生物产量乘以蒸腾系数作为理论最低需水量。 (2)作物不同生育时期需水:同一作物在不同生育时期对水分的需要量也有很大差别,一般作物在生育前期、后期需水较少, 生育中期需水较多。 (3)作物水分临界期:指作物对水分最敏感的时期,即水分过多或缺乏对产量影响最大的时期。临界期不一定是植物需求量 最多的时期。各种作物需水的临界期不同,但基本都处于营养生长即将进入生殖生长时期。一般作物的水分临界期与花芽分化 的旺盛时期相联系。 (4)不同自然条件作物需水量:当日照与气温高、辐射强、空气干燥、风速大时,作物需水量增大;反之则减小。就地区而 言,湿度较大,温度较低的地区,其需水量小;而气温高,相对湿度小的地区需水量则大。就水文年份而言,湿润年作物需水 量小,干旱年作物需水量则相对较大。 (5)农业技术措施与作物需水关系: ;例如深耕多肥、合理密植等农业措施下,作物需水量有逐渐增加的趋势,但并不一定成 比例。在灌区安排作物种植计划时,也应根据各种作物的需水临界期合理安排作物种植比例,以使用水不致过分集中,避免渠 道输水时松时紧。 13、作物对灌溉排水的基本要求 (1)作物对灌溉的基本要求:A、采用合理的灌溉制度(气象指标、土壤指标、作物指标) ;B、采用正确的灌水方法;C、对 灌溉水质和水温的要求:a、对水质的要求;b、对水温的要求 (2)作物对排水的基本要求:A、尽快排除涝水和土壤中的滞水;B、降低和控制地下水位深度;C、采用适宜的排水措施

【计算题】 题型一:根据土壤水分状况设计灌水量; 题型二:根据计划产量设计施肥量; 题型三:求土壤的 CEC、盐基饱和度、K+的饱和度、土壤的保肥性、K+的有效性;

题型一:根据土壤水分状况设计灌水量;
某一旱地土壤容重为 1.2g/cm ,田间持水量θ m 为 30%。为保证作物正常生 长,需使 30cm 土层的相对含水量达到 80%。灌水前取湿土 27.60g,105℃下充分烘干后称重,土样质量为 24.00g。灌 水前适逢降雨 10.0mm,问还需灌水多少(m3/ha)才能达到要求? 【解】 降雨前土壤质量含水量: 30cm 土层中需增加的水层厚度: θ m1=(27.60-24.00)/24.0×100%=15% hw(mm)=9%×1.2×300=32.4(mm) 相对含水量为 80%时的土壤质量含水量: 需灌溉补充的水层厚度: θ m2=30%×80%=24% hwi=32.4-10.0=22.4(mm) 需增加的土壤质量含水量: 相当的土壤贮水量: θ m=24%-15%=9% Vwi=22.4×10=224(m3/ha)
3

题型二:根据计划产量设计施肥量;
2.1 亩水稻田,2011 年计划产量 7000kg/ha,不施氮肥的情况下产量为 3800kg/ha.已知稻谷含 N 量为 8.7g/kg,N 肥的利 用率为 30%,尿素 N%=46.6%。求,尿素用量。 【注】补充条件:秸秆含氮量为 a% 秸秆重 b kg/ha 【解】

题型三:求土壤的 CEC、盐基饱和度、K+的饱和度、土壤的保肥性、K+的有效性;
阳离子组成 [cmol(+)/Kg] 土 壤 K+ Ca2+ Mg2+ Fe3+ Al3+ H+ NH4+ A 6.6 6.4 3.8 0.4 0.8 0.5 8.5 B 4.6 2.3 0.4 0.4 2.5 0.8 3.0 求:两土壤的 CEC、盐基饱和度、K+的饱和度,并比较两土壤的保肥性和 K+的有效性。 【解答】 土壤 A B

CEC 24.2 14.0

盐基饱和度 95.2% 76.4%

K+饱和度 24.4% 32.8%

保肥性 强 弱

K+有效性 小 大

1.用标准土壤环刀(v=100cm3)在0-25cm土层取土后称得鲜重276.0g,放入105 ℃下烘箱烘干至恒重为246.0g,已知土 壤环刀重量为120.0g,试问该土壤的容重、重量含水率、容积含水率、水分饱和度、25cm土层土壤水层厚度(mm)以 及土壤贮水量(m3 ha-1)是多少? 【解】容重=(246.0g-120.0g)/100cm3=1.26 g cm-3 重量含水率=(276.0g-246.0g)/ (246.0g-120.0g)=23.8% 容积含水率=(276.0g-246.0g)/100cm3=30% 水分饱和度=( 276.0g-246.0g )/[100*(1-1.26/2.65)]=57.2% 土壤贮水量=74.97mm*10=749.7 m3 ha-1 10、土壤的通气性:是指土壤空气与近地面大气之间以及土体内部的气体交换的性能。 (1)土壤通气性的指标 P59-60: A、土壤呼吸系数(RQ) ;B、土壤中氧的扩散率(ODR) ;C、土壤通气量;D、土壤通气孔隙度重要性:更新土壤空气, 保证土壤空气质量(2)土壤氧化还原反应:影响氧化还原反应的因素:A、土壤通气性;B、易分解有机质的含量;C、 微生物活动;D、植物根系的代谢作用 第三章 土壤水分 土壤诊断层(soildiagnostichorizon) :在土壤分类是用以鉴别区分土壤类别的性质上具有一系列定量规定 (诊断特 征)的土壤发生层。 1、土壤水可分为固态水、气态水、束缚水、自由水;束缚水分为物理束缚水、化学束缚水;化学束缚水分为化合水和 结晶水土壤水分类型:(1)吸湿水:干燥土粒从大气和土壤空气中吸附的气态水分(2)膜状水:吸湿水达到最大量后, 靠土粒剩余的分子引力吸附在吸湿水外面的一层水膜。(3)毛管水:受毛管力的作用在土壤毛管孔隙中保持和运动的 水分。(4)重力水:当土壤含水量超过田间持水量后,过量的水分不能被毛管力所吸持,而在重力作用下沿土壤大孔 隙向下移动的水分。 5、土壤水分特征曲线的概念:土壤水分在被吸附或释放过程中土壤含水量与水吸力相关关系的曲线 6、影响土壤水分特征曲线的因素: (1)土壤质地;曲线反映土壤水基质势和含水量的关系,故受土壤质地影响(2) 土壤结构;基质势高时尤为明显(3)土壤温度,温度升高,水的黏滞度和表面张力下降,土水势升高,水吸力降低。 7、土壤水分特征曲线的测定P83: (1)张力计法(2)压力薄膜法 8、土壤水分特征曲线的应用: (1)土壤基质势与含水量的换算;(2)土壤水吸力与当量孔径的关系:D=3/S, D—— 毛管当量孔径(mm),S——土壤水吸力(hPa);(3)计算土壤的容水度。

说;E、激素ABA对气孔运动的调节(2)影响气孔运动的因素:A、光照;B、CO2;C、空气温度;D、温度;E、风;F、 土壤条件 7、SPAC系统水分传输 土壤-植物-大气连续体 Soil–Plant- Atmosphere Continuum(SPAC)1966年澳大利亚水文与土壤物理学家Philip提 出,认为尽管介质不同,介面不一,但在物理上都是一个统一的连续体,水在该系统中的各种流动过程就象连环一样, 互相衔接,而且完全可以应用统一的能量指标一“水势”来定量研究整个系统中各个环节能量水平的变化,并可计算 出流通量。农田水利、土壤物理、自然地理、植物生理、农业气象、农田生态、农业水文等领域。SPAC系统水分传输 的路径:土壤→根毛→根的皮层和内皮层→根的中柱鞘→根的导管和管胞→茎的导管和管胞→叶柄的导管和管胞→叶 脉的导管和管胞→叶肉细胞→叶细胞间隙→气孔下腔→气孔→大气中;质外体:由细胞壁、细胞间隙、木质部导管等 组成的体系(不包括细胞质)。 特点:水分运输的阻力小,适于长距离运输。 共质体:由活细胞的原生质体通过胞间连丝形成的体系。 特点:水分运输的阻力较大(垮膜)。 水分移动:质外体空间为主→内皮层(共质体)→质外体空间为主。茎中的纵向运输:根导管(或管胞)→叶脉末端的 导管(或管胞)。导管(被子植物 )或管胞(裸子植物),对水分运输的阻力很小。 内聚力:相同分子之间有相互吸引的力量。水分子的内聚力很大,20 MPa以上。上拉下拖使水柱产生张力。木质部水 柱张力为0.5~3 MPa。水分子内聚力大于水柱张力,故可使水柱连续不断。水分子与细胞壁分子之间又具有强大的附 着力,所以水柱中断的机会很小。 水的传输:大气水势很低,产生蒸腾拉力,叶片蒸腾,叶水势下降,叶-茎间水势差和水势梯度,水从茎流向叶,进一 步引起茎-根之间的连锁反应,形成SPAC系统水流的连续流动。 7、干旱对作物的危害及作物的抗旱性 (1)干旱的类型:A、大气干旱;B、土壤干旱;C、生理干旱 (2)干旱对作物的伤害:A、破坏原生质的机能;B、改变各种生理过程;C、引起体内水分重新分配;D、使细胞遭受 机械损伤 8、水分过多对作物的危害 (1)渍害:指土壤水分达到饱和时对植物的危害;涝害:指地面积水淹没了作物的全部或部分而造成的伤害。 (2)水分过多常对作物造成的危害:A、根系吸水吸肥受阻;B、有毒物质的危害;C、根系进行无氧呼吸;D、导致作 物倒伏 (3)渍害和涝害的防控技术:A、改善耕作制度;B、选用耐湿品种;C、其他措施 9、灌溉、排水对改善作物生态环境的影响: (1)灌溉排水对土壤的影响: 合理灌溉可以调节土壤水、肥、气、热状况,改善作物的土壤环境条件,改良土壤。反之,则破坏土壤结构,形成沼 泽化、盐碱化、恶化土壤环境。土壤水分状况影响土壤的热状况;作物从土壤中吸收养分,必须以水为媒介,而灌溉 能提高作物对土壤养分的吸收能力;在干旱和半干旱、部分半湿润地区灌溉还会直接影响土壤的水盐状况。农田排水 是防止土地退化、改造盐碱地和涝渍中低产田的重要手段,通过排除过多的地表水、加大渗漏强度在一定程度上起到 降低淹水深度及地下水位从而满足除涝防渍和改良盐碱地的作用,但同时也加大了农田土壤颗粒、养分和其他污染物 的流失,增大了水环境产生的非点源污染,且农田排水已经成为了非点源污染的最重要的原因之一。 (2)灌溉排水对农田小气候的影响:农田小气候一般指地面以上2m内的空气层温度、湿度、光照和风的状况,以及土 壤表层的水、热状况。影响农田小气候的因素很多,其中通过灌溉排水改变农田水分状况,对改善农田小气候有着显 著的作用。在干旱气候条件下,经过灌溉的土地上,土壤变湿、热容量显著变大、蒸发吸收了潜热,土壤温度和近地 面空气温度的昼夜变化趋于缓和。大规模灌溉的效应主要是造成一个局部地区中温度、湿度等要素的变化,而小范围 的农田灌溉则主要改变所灌农田的土壤水热条件。在低温季节,通过灌水可以防止霜冻危害。在高温季节利用灌溉可 以提高空气湿度、降低气温,使作物免受高温或干热风的危害。灌溉土地比未灌溉土地白天升温慢,温度低;夜间降 温慢,温度高,土温日变幅小。日平均土壤温度在升温季节灌溉地比未灌溉地低;在降温季节灌溉地则比未灌溉地高。 由于灌溉排水能对农田小气候产生多方面的效应,因而在农业生产中,常用灌溉在高温季节防止高温干旱和干热风的 危害;在低温季节防止低温和霜冻的危害。在土壤墒情尚可,而温度对作物生育影响较大的时候,则考虑灌水时间和 灌水量,以避免灌水引起低温造成不良后果。水稻田采用合理灌溉和适时晒田等措施,更可以收到改善农田小气候的 良好效果。 (3)灌溉排水对农业技术措施的要求 (提高耕作质量、提高施肥效果、防除病虫和杂草危害、促进或控制作物的生长发育) 10、灌溉排水对农业技术措施的要求: (1)提高耕作质量,主要包括耕、耙、耱、中耕以及开沟作畦; (2)提高施肥效果,各种肥料都必须溶于水,并保持一定溶液浓度,才能被作物吸收利用; (3)防除病虫和杂草危害,这两种危害与田间水分状况和农田小气候有关系; (4)促进或控制作物的生长发育,作物播种后必须搞好田间管理,而灌溉排水是促控管理的中心环节 11、作物需水量: 指生长在大面积上的无病虫害作物,土壤水分和肥力适宜时,在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植 株蒸腾、棵间蒸发、组成植株体所需要的水量。 12、作物需水基本规律: (1)作物的类型:不同种类的作物,由于其本身形态构造和生长季节的不同,需水量差异较大。凡生长期长、叶面积 大、生长速度快、根系发达的作物,需水量较大;反之需水量较小。同一作物,不同品种其需水量也不同。一般可根 据蒸腾系数的大小来估计某作物对水分的需要量,即以作物的生物产量乘以蒸腾系数作为理论最低需水量。 (2)作物不同生育时期需水:同一作物在不同生育时期对水分的需要量也有很大差别,一般作物在生育前期、后期需 水较少,生育中期需水较多。 (3)作物水分临界期:指作物对水分最敏感的时期,即水分过多或缺乏对产量影响最大的时期。临界期不一定是植物 需求量最多的时期。各种作物需水的临界期不同,但基本都处于营养生长即将进入生殖生长时期。一般作物的水分临 界期与花芽分化的旺盛时期相联系。 (4)不同自然条件作物需水量:当日照与气温高、辐射强、空气干燥、风速大时,作物需水量增大;反之则减小。就 地区而言,湿度较大,温度较低的地区,其需水量小;而气温高,相对湿度小的地区需水量则大。就水文年份而言, 湿润年作物需水量小,干旱年作物需水量则相对较大。 (5)农业技术措施与作物需水关系:;例如深耕多肥、合理密植等农业措施下,作物需水量有逐渐增加的趋势,但并 不一定成比例。在灌区安排作物种植计划时,也应根据各种作物的需水临界期合理安排作物种植比例,以使用水不致 过分集中,避免渠道输水时松时紧。 13、作物对灌溉排水的基本要求 (1)作物对灌溉的基本要求: A、采用合理的灌溉制度(气象指标、土壤指标、作物指标); B、采用正确的灌水方法,对作物灌水要求将应灌水量在需湿润的根区内达到湿润均匀,避免水的浪费, 而且不破坏土壤结构和降低土壤肥力; C、对灌溉水质和水温的要求:a、对水质的要求;b、对水温的要求 (2)作物对排水的基本要求: A、尽快排除涝水和土壤中的滞水,为使作物不受水涝的危害,根据作物的耐淹能力,尽快排出涝水; B、降低和控制地下水位深度,地下水位过高使作物根层土壤含水率过高产生渍害减产,也会使理化性质 变坏造成土壤次生盐碱化; C、采用适宜的排水措施,有工程措施、耕作措施、生物措施等。 14、中国土壤的退化特征及防治措施 ①it is fearful to take the soil erosion of our country in consideration. ②concerning on the condition of soil fertility, the proportion of the organic matter of the plough in china draws a low containing. Additionally, other problems of soil degradation gradually remain pretty serious. ①首先,我国水土流失状况相当严重,在部分地区有进一步加重的趋势。 ②其次,从土壤肥力状况来看,我国耕地的有机质含量一般较低,此外,其它形式的土壤退化问题也十分严重。 Nowadays, the soil degradation in china primarily presents as follows: Soil Erosion, Soil Nutrient Depletion, soil Heavilize, Acidification, etc. 目前我国土壤退化主要表现为土壤侵蚀、土壤养分贫瘠化、土壤粘重化、土壤粗骨沙化、土壤酸化、土壤障碍层及其 高位化、土壤污染毒化等. Primary degradation type: Physical degradation: Soil erosion, Skin thinning Sandy soiling, Deterioration of soil structure, Drainage problems, Poor tilth, etc. 物理退化:水土流失、表层变薄、土壤沙化、粘化;三相(固、气、液)比例失调、土壤结构变劣、通气不良、排水困难、 耕性变差。 Chemical degradation: 化学退化:土壤有机质的分解和含量下降、土壤养分贫瘩化、养分比例失调、土壤酸化及铝的毒害作用的发生、土壤 盐碱化、土壤的保肥、供肥性能及缓冲性能下降、土壤矿物的化学风化、土壤潜育化等、土壤的化学污染; Biological degradation: Plant Diversity, Decline in soil animal diversity, Decline in soil microbial diversity, etc. 生物退化:植物多样性、下降、土壤中动物的多样性下降、土壤中微生物的多样性下降。 Solutions: 1. Increased publicity to 2. Rationalization of Fertilize 3. Reduce the amount of arable agricultural chemicals 4. Enhance environmental awareness, Reduce emissions of industrial pollutants to Prevent chemical contamination of soil 5. Reasonable irrigation 土壤退化的工程技术措施主要有:盐碱地改良措施,坡改梯田措施,植物病虫害防治措施,水资源时空再分配措施,小流 域综合治理措施等。选择行之有效的治理方法,是防治土壤退化,实现土壤资源持续利用的基础。 1.加大宣传力度,增加人民对土壤退化的危害及其严重性的认识; 2.保持良好的植被结构,减少植被的破坏; 3.合理施肥与轮作; 4.合理灌溉; 5.减少耕地中农用化学品的投放量; 6.有目的、有计划、有步骤地开展退化土壤的恢复重建工作; 7.增强环保意识,减少工业污染物的排放,防止土壤的化学污染;

第六章 作物与水分关系 1、影响根系吸水的因素:土壤水分状况;土壤通气状况;土壤温度;土壤溶液浓度。 1、植物的含水量及其存在状态: (1)一般禾谷类作物的含水量约为鲜重的60%-80%;而块茎作物和蔬菜的含水量多达90%左右。就同一作物而言,通常 生命活动越旺盛的器官或部位,其含水量越高。随着这些器官的衰老,含水量逐渐降低。同一种作物生长在不同环境 中,含水量也有差异。凡是生长在荫蔽、潮湿环境里的作物的含水量比生长在向阳、干燥的环境中要高一些。 (2)作物体内的水分以自由水和束缚水两种不同的状态存在。自由水与束缚水含量的高低与作物的生长及抗性有密切 关系。 2、水在作物生理中的主要作用: (1)水是原生质的主要组成部分; (2)水直接参与作物体内重要的代谢过程; (3)水 是许多生化反应的良好介质; (4)水能使作物保持固有的姿态; (5)细胞的分裂和延伸生长需要足够的水 3、作物细胞对水分的吸收P194-197:A、细胞的渗透性吸水;B、细胞的吸胀性吸水;C、细胞的代谢性吸水;D、细胞 的水势 4、作物根系的吸水: (1)根系吸水方式及其动力: A、主动吸水:它是由于根压的存在,把根部水分压到地上部,土壤中的水便不断补充到根部,由此形成了由根部形成 力量引起的根的主动吸水。 B、被动吸水:当作物进行蒸腾作用时,水分便从叶子的气孔和表皮细胞表面蒸腾到大气中去,使叶肉细胞的水势因失 水而减小,失水的叶肉细胞便从邻近含水量较多的细胞吸水,如此传递,接近叶脉导管的叶肉细胞向叶脉导管吸水, 这种力量通过茎最终从土壤中吸收水分。这种吸水完全是由于蒸腾失水而产生的蒸腾拉力所引起的,是由枝叶形成的 力量传到根部而引起的吸水。 (2)影响根系吸水的因素:A、土壤水分状况,土壤中的水分对植物来说并不是都能被利用的。 ;B、土壤通气状况, 用CO2处理根部,可使幼苗吸水量降低,通以空气则吸水量增加;C、土壤温度,低温能降低根系吸水速率;D、土壤溶 液浓度,土壤溶液含有一定盐分,具有水势。 5、蒸腾作用:是指作物体内的水分以气态方式从作物的表面(主要是叶子)向外界散失的过程。 (1)蒸腾作用的生理 意义:A、蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力;B、蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输;C、蒸腾 作用能降低植物体和叶片的温度;D、蒸腾作用的正常进行,气孔开放,有利于光合作用中CO2固定。 (2)蒸腾作用的度量:A、蒸腾速率;作物在一定时间内单位叶面积通过蒸腾作用所散失的水量;B、蒸腾效率;作物 每消耗1kg的水所生产干物质的克数;C、蒸腾系数;需水量,指植物制造1g干物质所消耗水分的克数。蒸腾效率的倒 数。 6、气孔运动及其机理: (1)气孔运动的机理:A、光合作用促进气孔开放的学说;B、淀粉与糖转化学说;C、K+累计学说;D、苹果酸代谢学


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