根系陽離子交換量大約

❶ 岩土-水-農作物元素系統

不論土壤中的元素來源是自然源還是人為源，都是在被作物吸收並積累於可食部分(如籽實)進入食物鏈後，才會對人類的健康安全產生影響。植物營養和植物生理學家認為，16種植物必需營養元素除C、H、O 主要從大氣中獲取外，其他如 N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Mo、S、Cl等均主要由根系從地下吸收。植物根系吸收養分的方式主要有3種，其中以質流和擴散方式攝取的養分佔總攝取量的95%以上，而質流和擴散均是藉助於地下水或土壤水的運動來實現的。實際上，植物蒸騰作用使得植物在吸收水分的同時，不僅吸收了必需的養分元素，還吸收了非必需的有害元素，使這些有害元素(如重金屬元素)進入人類食物鏈，對人類生存和健康構成威脅。

這種存在於岩土體→土壤溶液→農作物系統中的元素鏈(圖3-2)，使得土地成為農產品生態安全保障的源頭。這一元素生物鏈的存在構成了利用農業地質環境調查數據開展土地生態安全性評價的理論依據之一。

圖3-2 土地-農作物系統中元素生物循環示意圖

Fig.3-2 Biological recycle of elements in land-crop system

(一)土-水界面的元素遷移

土顆粒向土壤溶液中供給元素的方式主要有兩種。粗顆粒礦物提供元素的主要方式是礦物本身不斷風化分解釋放出元素，如長石、黑雲母、白雲母等礦物風化釋放出K、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、Si、P等植物必需元素，角閃石、鈦鐵礦等礦物風化釋放出Co、Ni等有害元素。隨著礦物的不斷風化和元素釋出，礦物顆粒由粗變細，甚至徹底崩解，同時形成一些顆粒細小的粘土礦物。粘土礦物的形成，使土壤具有了一些新的性質，如比表面積大、本身帶有電荷、有較強的吸附作用，成為元素由土壤進入土壤溶液最重要的途徑。

不同的粘土礦物比表面積不同。蒙脫石類表面積最大(600～800m²/g)，不僅有外表面，並且有巨大的內表面，伊利石次之，高嶺石最小(7～30m²/g)。腐殖質也具有巨大的外表面(可達700m²/g)，與蒙脫石相當。比表面積愈大，表面能愈大，吸收性質愈強。

同時，這些粘土礦物還帶有電荷。土壤吸附離子的多少，決定於其所帶電荷的數量，而離子被吸附的牢固程度則與土壤的電荷密度有關。粘土礦物所帶電荷又有永久負電荷、可變負電荷、正電荷和凈電荷之分。永久負電荷不受環境(如pH、電解質濃度等)的影響，一般不超過電荷總量的15%。可變電荷隨pH的變化而發生變化，在低pH時為正電荷，在高pH時則變為負電荷。可變電荷對高嶺土(1：1型粘土礦物)比對蒙脫石或蛭石(2：1型粘土礦物)來講更為重要。2：1型硅酸鹽可變電荷僅為負電荷的5%～10%，而1：1型粘土礦物可變電荷可達50%或更多。土壤中大量存在的鐵和鋁的氧化物，也可產生可變電荷。凈電荷是土壤的正電荷與負電荷的代數和。由於土壤的負電荷一般多於正電荷，因此，除了少數較強酸性條件下的土壤，大多數土壤帶有凈負電荷。

在通常情況下，帶負電荷的土壤表面上吸附了很多陽離子，如 H⁺、Al³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等。這些被土壤吸附的陽離子，在一定條件下可以被另一些陽離子所交換。例如，某一吸附H⁺、K⁺、

、Na⁺、Mg²⁺等的土壤，施用鈣質肥料後，就會產生陽離子交換作用，使原來被土壤吸附的一部分離子解吸出來。這種陽離子交換作用是一種可逆過程，離子與離子之間交換是以當量關系進行的，並受質量作用定律支配。通常用每千克干土所含的全部交換性陽離子的厘摩爾數表徵土壤的陽離子交換量。另外一些土壤如水合氧化鐵、鋁等礦物帶正電荷，也可以吸附一些陰離子，如

、

、

、

、

等。

元素由土顆粒向土壤溶液供給元素的能力除與單位體積土中所含元素的量有關外，還與單位時間內元素自固相向土壤溶液中轉移的數量有關，且受控於水、土兩相界面上的作用，這是一個非常復雜的過程。一般而言，由固相補給土壤溶液中元素的方式，主要有溶解和解吸兩種(袁可能，1987)。溶解過程只限於沉澱固相，由溶度積控制；解吸過程比較復雜。藉助邊界場理論進行分析，可定量地描述(Kpaйнов и дp.，1980)為：

Q=β·S·(C_s-C₀)

式中：Q——元素在單位時間內通過與固體直接接觸的表面液體層的流量；

S——與土壤溶液相互作用的固體表面面積；

C_s-C₀——元素在表面層溶液中的濃度與土壤溶液中的濃度差；

β——物質遷出系數，表明物質從固體相分界面和液體中遷移的數量，它相當於C_s-C₀=1時，單位時間通過單位表面積的量。

由於元素在溶液中的濃度相對於土顆粒表面層中的濃度小得多，故C₀項可忽略，即C_s-C₀≈C_s。所以，上述方程式可簡化為：

Q=β·S·C_s

顯然，土壤顆粒的表面積是制約土體中的養分元素向土壤溶液中轉移量的重要因素。粒度越小，表面積S越大，轉移量就越大。

(二)土壤溶液中元素遷移的驅動力和量的分析

植物吸收水分主要有兩種途徑，一種是通過葉面上的氣孔吸收大氣中的水分；另一種是通過根系吸收地下土壤中的水分。前者，只有在夜晚沒有蒸發的情況下才是可能的，大部分水分仍是通過根系吸收的。土壤中水分的重要性還在於它不是化學意義上的純水，而是賦存著許許多多元素的土壤溶液。

一般認為，植物從土壤中吸收元素主要通過從土壤溶液中吸收和接觸置換兩種途徑，而且根圈周圍所能提供的元素僅占植物吸收總量的很小部分(袁可能，1987；史瑞和等，1989)。因此，土壤溶液向植物根系表面輸送養分的機制和數量對植物而言至關重要。

1.土壤水勢是土壤溶液中元素遷移的驅動力

從能量的角度分析，水分的運移主要受基質勢ψ_m、溶質勢ψ_s、重力勢ψ_g、壓力勢ψ_p和溫度勢ψ_t的控制(雷志棟等，1988)，即土壤水總勢ψ=ψ_m+ψ_s+ψ_g+ψ_p+ψ_to其中，重力勢是由於重力對土壤水作用的結果，在考慮勢差時，可忽略不計。溫度勢是由溫度場的溫差所引起的，通常認為，由於溫差存在而造成的土壤水分運動通量相對而言很小，也可忽略不計。

基質勢是指土-水系統中吸持水分的能力，它是由於土壤毛管產生的毛管力和土粒表面的吸附力所引起的。設不被吸持的水的基質勢為0，則被土壤基質所吸持的土壤水的勢值必為負值，飽水狀態下，ψ_m=0。為了方便，將基質勢的正值定義為基質吸力(S_m)，則S_m=-ψ_m。對基質吸力而言，土顆粒越小，吸力越大。

溶質勢是由於溶質離子和水分子之間存在吸引力，而降低了土壤水的能量平衡，如果以1g水的溶質勢為零，則在其他條件相同的情況下，含有溶質的土壤中水的溶質勢應為負值。

溶質勢與滲透壓意義相同，一般用滲透壓來確定溶質勢ψ_s(雷志棟等，1988)，即

ψ_s=-CRT/μ

式中：C——溶質濃度(g/cm³)；

R——摩爾氣體常數；

T——絕對溫度(K)；

μ——溶質的摩爾質量(g/mol)。

從上式可以看出，ψ_s只與溶質的摩爾濃度成正比，而與溶質的種類無關。

同樣，也可以定義一個溶質吸力(S_s)等於溶質勢的負值，即S_s=-ψ_s。

因此，土壤水吸力S，為S=-ψ，即

S=S_m+S_s

此式說明，土壤水吸力為基質吸力及溶質吸力之和，前者與土壤顆粒大小有關，後者與溶質濃度有關。

2.土壤溶液中元素遷移量的分析

在土壤吸力的作用下，元素的輸送或運移流量可用下式表示(袁可能，1987)：

J=D₁(dC₁/dx)+D₂(dC₂/dx)+C₃V+a

式中J為流量，即單位時間內到達單位根表面的離子數量；D₁和D₂分別為溶液中和土顆粒表面離子移動的擴散系數；C₁、C₂和C₃分別為溶液中離子濃度、吸附性離子濃度和質流中的離子濃度；V為質流速度；a為補充因子。

一般而言，土顆粒表面離子的擴散系數(交換擴散)是很小的，比離子在液體中的擴散系數低幾個數量級，因此與溶液中的擴散相比，交換擴散可以忽略不計(袁可能，1987)。因此，若忽略交換擴散和補充因子，則土壤中元素的輸送實際上決定於質流和擴散速度，即決定於上式中右側第一和第三項。

質流是由水勢能差引起的元素向植物根系表面的物質遷移。主要由質流作用輸送的元素一般為濃度較高、移動性較大的離子，如

、Ca²⁺、Mg²⁺等(Mengel，1961)。質流通量，相當於上式中右側第三項，可用下列方程式描述：

q_cc=θ·u·C

式中：θ——土壤體積含水量(%)；

u——溶質平均流速(cm/s)，為滲透系數K與有效孔隙度n之比；

C——土壤溶液中的溶質濃度(g/cm³)；

q_cc——質流通量(g/cm²·s)，為通過質流遷移的溶質通量。

由上述表達式可以看出，質流通量除與體積含水量及土壤溶液溶質濃度成正比外，還與溶質的平均流速成正比，即與土體的滲透系數成正比，與有效孔隙度(相當於重力給水度)成反比。

自然界中，有效孔隙度n在數值上接近重力給水度。表3-9為黃淮海平原表層不同粒度組成的沉積物的給水度及滲透系數的經驗值(王大純等，1986；地質部水文地質工程地質技術方法研究隊主編，1978)。

表3-9 黃淮海平原沉積物的給水度和滲透系數Table 3-9 Specific yield and permeability coefficient for sedimentation of the Huang-Huai-Hai plain

擴散是由土壤與根系之間濃度差所引起的元素的遷移，遵循Ficks定律。主要由擴散作用輸送的元素一般是濃度低、移動緩慢的離子，如

、K⁺以及Cu、Zn等微量元素(Mengel，1969；史瑞和等，1989)。擴散通量相當於流量公式中的右側第一項，可用下列方程(史瑞和等，1989)來描述：

q_cm=-θ·D_cm·GradC

式中：θ——體積含水率或體積含水量(%)；

D_cm——水中的分子擴散系數(cm²/s)；

C——土壤溶液中的溶質濃度(g/cm³)；

q_cm——擴散通量(g/cm²·s)，單位時間單位面積上由擴散作用通過的溶質量。

式中右邊以負號說明元素向濃度減小的方向擴散。其中GradC是土壤溶液濃度與根系表面的濃度差，即C溶液-C根表，它受根系生物作用的影響，根系的活力愈大，吸收元素的能力愈強，則元素濃度梯度愈大，離子擴散作用愈大。考慮到根系表面的元素很快進入植物體內，在根表殘留或保留的元素濃度很低，則C_根表可忽略不計(史瑞和等，1989)。分子擴散系數D_cm在液體中為n×10^-6—n×10^-5cm²/s，在孔隙介質的飽和水中為n×10^-6cm/s(Крайновилp.，1980)。因此，擴散通量與體積含水量、擴散系數和土壤溶液中的濃度成正比。

3.土壤溶液pH和E_h影響元素的存在形態和遷聚規律

土壤的酸鹼度是土壤在其形成過程中受生物、氣候、地質、水文等因素綜合作用的結果。我國土壤pH值大多在4.5～8.5范圍內，並且呈「東南酸西北鹼」的規律。從南方的極酸性土壤到北方的強鹼性土壤，氫離子濃度相差可達七個數量級之多。我國酸性土壤分布在兩個地區：一是東北的大、小興安嶺和長白山地區(這里土壤與北歐、北美類似)，另一個是長江以南廣大地區，此區又可分為兩個亞區，即川-貴-滇黃壤亞區和華中—華南紅壤亞區。

土壤溶液中的氧化還原作用在土壤化學反應和土壤生物化學反應中佔有極重要地位。土壤溶液中的氧化作用，主要由自由氧、

離子和高價金屬離子所引起。還原作用由某些有機質分解產物、厭氣性微生物生命活動及少量的鐵、錳等金屬低價氧化物所引起。氧化還原電位E_h可採用Nernst方程來計算：

E_h=E₀+0.0591/nlg(氧化劑)/(還原劑) (在25℃時)

在冷濕氣候區域，土壤中的鐵易還原為低價鐵(Fe³⁺+e=Fe²⁺，E₀=0.77V)。低價鐵是易溶性化合物，隨降水滲透到B層。季節性干濕變化，會引起鐵在土壤剖面中移動，但在干濕季節明顯的地區，常移動不遠，並氧化脫水而淀積，因此土壤中層富含鐵。在漬水土壤中，大量高價鐵還原為亞鐵，但由於在強還原條件下，有大量硫化氫等存在，使亞鐵形成很多不溶性的鐵鹽沉澱，故實際上土壤溶液中亞鐵離子濃度並不是很大。

錳在土壤中發生的氧化還原過程與鐵類似，但錳的標准電位為1.5V，比鐵高。說明鐵易被氧化，錳易被還原。因此，在排水良好的土壤中，當pH為7.0 時，Mn²⁺濃度雖低，但比同條件下Fe²⁺濃度高10倍。當Mn²⁺和Fe²⁺在土壤剖面移動時，Fe²⁺先氧化而沉澱，而Mn²⁺則可移至更深層次後才被氧化並脫水形成黑色MnO₂沉澱。

(三)土壤-植物系統中元素的遷聚

有關營養元素、重金屬元素在土壤-植物體系中的累積和遷移研究很多。一般認為，元素在土壤中的存在形態、含量以及植物種類和環境條件是影響土壤-植物體系中元素遷移累積的重要因素。

1.岩石土壤中元素的含量

根據維諾格拉多夫對岩石圈和土壤中元素含量(表3-10)的研究，C、N、S在土壤中的含量分別是其在岩石圈中的100倍、50倍和2倍，土壤中O、Si、Cr、As、Mo、I的含量明顯高於岩石圈，說明這些元素在土壤中不同程度地富集；土壤中Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Mn、P、F、Ba、Cl、Zn、Ni、Cu、Co、Pb、B含量則低於岩石圈，說明在土壤形成過程中其因相對淋失而貧化。

表3-10 世界土壤中化學元素的平均含量與岩石圈中化學元素含量的對比Table 3-10 Content contrast of chemical elements between soil and geosphere around the world

註：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg數據單位為%，其餘為10^-6。

根據我國837幅1：20萬化探掃面數據統計(表3-11)，我國水系沉積物中元素含量與土壤中含量類似的元素有As、Co、Cr、F、Mo、Ni、P、Pb、Fe、Al等，其中As、Pb含量明顯高於其在陸殼中的含量，Fe、Al、Ca、Mg、K、Na含量明顯低於陸殼。

表3-11 中國水系沉積物、土壤、陸殼中元素背景值Table 3-11 Background value of elements in stream sediment soil and crust in China

續表

註：1.水系沉積物元素含量數據為837幅1：20萬化探掃面圖幅中以1：2.5萬圖幅為單元的平均值統計結果，樣本數為44422。

2.元素質量分數：Ag、Au、Cd、Hg數據單位為10^-9，氧化物為%，其數據單位元素為10^-6。

2.有機體中元素的含量

表3-12概括了人體和植物中元素的含量。表3-12顯示，O、C、H、N、Ca五種元素總和分別占人體、植物體的98.01%和96.79%，與岩石圈、土壤中元素含量分布極不相同。表3-13列出了同樣條件下生長在灰壤上的農作物中4種微量元素的含量，說明不同植物以及同種植物的不同部位，微量元素的含量不同。生長在礦床之上的植物中金屬元素比正常植物富集了100～1000倍(表3-14)，表明土壤中元素含量對植物元素含量具控制性。

表3-12 人體和植物中的元素含量Table 3-12 the content of element in human body and plant(%)

註：人體樣本含60%的水、35.7%的有機質、4.3%的灰分(據 D.Bertrand，1950)；植物資料，據 Russell，1973。其中n表示不確定。

表3-13 同樣條件下生長在灰壤上的農作物中微量元素含量Table 3-13 the content of trace element in the crop growing on podzol under the same condition

(據Katalymov，1955.)

表3-14 正常植物和生長在礦床之上的植物灰分中金屬元素含量Table 3-14 the content of rantalum in normal plant and the plant growing on mineral deposits

(據A.P.Vinogradov，1950，1962)

❷ 土壤學如何考

二.土壤的本質特徵？肥力的四大因子？
答：土壤的本質特徵是土壤具有肥力；肥力的四大因子是水、肥（營養物質）汽、熱（環境）。
三.土壤組成如何？土壤學發展過程的三大學派？
答： 固體顆粒（38%）
固 相（50%）
土壤 有機物（12%）
氣相（50%）
粒間空隙（50%）
液相（50%）
土壤學發展過程的三大學派：1.農業化學學派。（提出礦質營養學說）。2.農業地質學派（19世紀後半葉）。3.土壤發生學派（提出土壤是在五大成土因素作用下形成的）。
四.岩石根據生成方式不同分為哪幾類？
答：分為岩漿岩、沉積岩和變質岩。
五.岩漿岩的分類方式如何？（生成方式、化學成分）
答：按含二氧化硅的多少分為（1）.酸性岩（二氧化硅含量大於65%）。（2）.中性鹽（二氧化硅含量在52%——65%）。（3）.基性岩（二氧化硅含量在45%——52%）。（4）.超基性岩（二氧化硅含量小於45%）。
由構造不同分為（1）.塊狀構造（2）.流紋構造（3）.氣孔構造（4）.杏仁構造。
六.岩石礦物對土壤有何影響？
答：（1）.影響土壤的質地；（2）.影響土壤的酸鹼性：（3）.影響土壤中的化學組成。
七.分別舉出常見的原生礦物以及次生礦物五六類.
答：原生礦物:長石類、角閃石和輝石、雲母類、石英、磷灰石、橄欖石; 次生礦物:方解石，高嶺石，蛇紋石。
八.舉出幾種常見的沉積岩及變質岩.
答:沉積岩:礫岩.砂岩.頁岩.石灰岩.白雲岩. 變質岩:板岩.千枚岩.片岩.片麻岩.大理岩.石灰岩.
二. 物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用的作用方式分別是什麼？
答：物理風化：1.溫度作用或溫差效應2.結冰作用或冰劈作用3.風的作用4流水的作用.
化學風化：1.溶解作用2.水化作用3.水解和碳酸化作用4. 氧化作用5. 溶解作用.
生物風化：1.機械破壞作用(根劈作用)2.化學破壞作用(主要通過新陳代謝來完成).
三. 物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用的最終結果如何？
答：物理風化：產生了與原岩石、礦物化學成分相同而粗細不等的碎屑物質覆蓋在岩石表面。
化學風化：1.形成可溶性鹽類，都是養料成分，為植物提供營養。2.形成了次生粘土礦物，在土壤肥力中作用巨大。3.形成了殘留礦物，如：石英在土壤中以粗大砂粒存在。
生物風化：為母質中增加了岩石和礦物中所沒有的N素和有機質。
四．影響風化作用的因素有哪些？
答：1.氣候條件.2. 礦物岩石的物理特性：礦物顆粒大小、硬度、解理和膠結程度.3. 礦物岩石的化學特性和結晶構造.
五．風化產物的地球化學類型、生態類型分別有哪些？
答：風化產物的地球化學類型: 1. 碎屑類型. 2. 鈣化類型. 3. 硅鋁化類型. 4. 富鋁化類型.
風化產物的生態類型:1. 硅質岩石風化物2. 長石質岩石風化物.3.鐵鎂質岩石風化物.4. 鈣質岩石風化物.
二.母質因素在成土過程中的作用？
答：母質是形成土壤的物質基礎，是土壤的骨架和礦物質的來源。主要表現是：
1．母質的機械組成影響土壤的機械組成。
2．母質的化學成分對土壤形成、性質和肥力均有顯著影響，是土壤中植物礦質元素（氮素除外）的最初來源。
三. 氣候因素在成土過程中的作用？
答：氣候決定著土壤形成過程中的水、熱條件，是直接影響到成土過程的強度和方向的基本因素。它（水分和熱量）對土壤形成的具體作用表現在：
1．直接參與母質的風化和物質的淋溶過程。2．控制著植物和微生物的生長。
3．影響著土壤有機質的累積和分解。4．決定著養料物質生物小循環的速度和范圍
四. 生物因素在成土過程中的作用？
答：在土壤形成過程中，生物對土壤肥力特性和土壤類型，具有獨特的創新作用。其影響及作用可歸納為：
1．創造了土壤氮素化合物，使母質或土壤中增添了氮素養料。
2．使母質中有限的礦質元素，發揮了無限的營養作用。
3．通過生物的吸收，把母質中分散狀態的養料元素，變成了相對集中狀態，使土壤的養料元素不斷富集起來。
4．由於生物的選擇吸收，原來存在於母質中的養料元素，通過生物小循環，更適合於植物生長需要，使土壤養分品質不斷改善。
五.地形因素在成土過程中的作用？
答：1．影響大氣作用中的水熱條件，使之發生重新分配。如坡地接受的陽光不同於平地，陰坡又不同於陽坡；地面水及地下水在坡地的移動也不同於平地，從而引起土壤水分、養分、沖刷、沉積等一系列變化。
2．影響母質的搬運和堆積。如山地坡度大，母質易受沖刷、故土層較薄；平原水流平緩、母質容易淤積、所以土層厚度較大；而洪積扇的一般規律則是頂端（即靠山口處）的母質較粗大、甚至有大礫石；末端（即與平原相接處）的母質較細，有時開始有分選。頂端坡度大、末端坡度小，以及不同部位的沉積物質粗細不同，亦會造成土壤肥力上的差異。

二.研究土壤剖面的意義
答：他不僅能夠反映土壤的特徵，而且還可以了解土壤的形成過程，發展方向和肥力特徵；為鑒別土壤類型，確定土壤名稱提供了科學依據。
三.說明下列符號的土壤學含義:
答：Bk為鈣積層 Bt為粘化層 Bca 鈣積層 C母質層 D母岩層 G潛育層 W瀦育層 T泥炭層;
Cc表示在母質層中有碳酸鹽的聚積層; Cs表示在母質層中有硫酸鹽的聚積層。
A—D 原始土壤類型；A—C 幼年土壤類型；A—B—C 發育完善的土壤類型。

二.問答題
1. 簡述土壤有機質的作用？
答： 土壤有機質是植物營養的重要來源，同時對土壤水、肥、氣、熱起重要的調節作用：
（1）植物營養的重要庫源；（2）提高土壤保水保肥能力和緩沖性能；（3）改善土壤物理性質；
（4）增強土壤微生物活動；（5）活化土壤中難溶性礦質養料；（6）刺激、促進植物的生長發育。
2. 富里酸（FA）與胡敏酸(HA)性質上的區別？
答：（1）溶解性：FA＞HA；（2）酸性：FA＞HA；（3）鹽：HA一價溶於水二三價不溶，F A全溶；.（4）分子組成：式量HA＞FA，HA含碳氮多，含氫氧少，FA相反；（5）顏色：HA深（又名黒腐酸），FA淺（又名黃腐酸）；（6）在土壤剖面中的遷移能力：FA強。
3. 有機殘體的碳氮比如何影響土壤有機物分解過程？
答：一般認為，微生物每吸收一份氮，還需吸收五份碳用於構成自身細胞，同時消耗20份碳作為生命活動的能量來源。所以，微生物分解活動所需有機質的C/N大致為25﹕1
當有機質地C/N接近25﹕1時，利於微生物的分解活動，分解較快，多餘的氮留給土壤，供植物吸收；
如果C/N大於25﹕1，有機質分解慢，同時與土壤爭氮；
C/N小於25﹕1，有利於有機質分解，並釋放大量的氮素。
4．土壤有機物分解的速度主要取決於哪兩個方面：
答：土壤有機物分解的速度主要取決於兩個方面；內因是植物凋落物的組成，外因是所處的環境條件。
①外界條件對有機質轉化的影響：外界條件通過對土壤微生物活動的制約，而影響有機質的轉化速度，這些外界因素主要有土壤水分、溫度、通氣狀況、土壤pH值，土壤粘力等。
②殘體的組成與狀況對有機質轉化的影響：有機殘體的物理狀態，化學組成，及碳氮比影響。
5．土壤有機質的腐殖化過程可分為幾個階段：
答：①第一階段（原始材料構成階段）：微生物將有機殘體分解並轉化為簡單的有機化合物，一部分經礦質化作用轉化為最終產物（二氧化碳、硫化氫、氨等）。其中有芳香族化合物（多元酚）、含氮化合物（氨基酸或肽）和糖類等物質。
②第二階段（合成腐殖質階段）：在微生物作用下，各組成成分，主要是芳香族物質和含氮化合物，縮合成腐殖質單體分子。在這個過程中，微生物起著重要作用，首先是由許多微生物群分泌的酚氧化酶，將多元酚氧化成醌，然後醌再與含氮化合物縮合成腐殖質。
6．土壤有機質的類型及來源：
答：一、土壤有機質的類型： 進入土壤中的有機質一般呈現三種狀態：
①基本上保持動植物殘體原有狀態，其中有機質尚未分解；
②動植物殘體己被分解，原始狀態已不復辨認的腐爛物質，稱為半分解有機殘余物；
③在微生物作用下，有機質經過分解再合成，形成一種褐色或暗褐色的高分子膠體物質，稱為腐殖質。腐殖質是有機
質的主要成分，可以改良土壤理化性質，是土壤肥力的重要標志。
二、土壤有機質的來源：
①動植物和微生物殘體； ②動植物和微生物的代謝產物； ③人工施入土壤的有機肥料。
7．土壤微生物在土壤中的作用：
答：土壤微生物對土壤性質和肥力的形成和發展都有重要的影響。
1．參與土壤形成作用： 2促進土壤中營養物質的轉化： 3增加生物熱能，有利調節土壤溫度：
4．產生代謝產物，刺激植物的生長：5．產生酶促作用，促進土壤肥力的提高：
8．土壤微生物分布的特點：
答：①物分布在土壤礦物質和有機質顆粒的表面。 ②植物根系周圍存在著種類繁多的微生物類群。
③物在土體中具有垂直分布的特點 。 ④微生物具有與土壤分布相適應的地帶性分布的特點 。
⑤壤微生物的分布具有多種共存、相互關聯的特點。
9．菌根菌的類型及特點：
答：菌根菌的類型：根據菌根菌與植物的共棲特點，菌根可分為外生菌根、內生菌根和周生菌根。
①外生菌根在林木幼根表面發育，菌絲包被在根外，只有少量菌絲穿透表皮細胞。
②內生菌根以草本最多。如蘭科植物具有典型內生菌根。
③周生菌根即內外生菌根。既可在根周圍形成菌鞘，又可侵入組織內部，這種菌根菌發育在林木根部。
特點：①菌根菌沒有嚴格的專一性；同一種樹木的菌根可以由不同的真菌形成。
②菌根對於林木營養的重要性，還在於它們能夠適應不良的土壤條件，為林木提供營養。
③在林業生產中，為了提高苗木的成活率和健壯率，使幼苗感染相適應的菌根真菌，是非常必要的。
④最簡單的接種方法，就是客土法，即選擇林木生長健壯的老林地土壤，移一部分到苗床或移植到樹穴中，促使苗木迅速形成菌根。
10．調節土壤有機質的途徑：
答：①增施有機肥料。 ②歸還植物（林木、花卉）凋落物於土壤。 ③種植地被植物、特別是可觀賞綠肥。
④用每年修剪樹木花草的枯枝落葉粉碎堆漚，或直接混入有機肥坑埋於樹下，有改土培肥的效果。
⑤通過澆水，翻土來調節土壤的濕度和溫度等，以達到調節有機質的累積和釋放的目的。

二，簡答題。
1土水勢的特點。
答：土壤中的水分受到各種力的作用，它和同樣條件（溫度和壓力等）下的純自由水的自由能的差值，用符號Ψ表示，所以，土水勢不是土壤水分勢能的絕對值，而是以純自由水作參比標準的差值，是一個相對值。
土水勢由:基質勢（Ψm） 溶質勢（Ψs） 重力勢（Ψg） 壓力勢（ΨP） 等分勢構成。
2土壤空氣特點。
答：a．二氧化碳的含量很高而氧氣含量稍低。二氧化碳超過大氣中的10倍左右，主要原因是由於土壤中植物根系和微生物進行呼吸以及有機質分解時，不斷消耗土壤空氣中的氧，放出二氧化碳，而土壤空氣和大氣進行交換的速度，還不能補充足夠的氧和排走大量的二氧化碳的緣故。
b.土壤空氣含有少量還原性氣體。在通氣不良情況下，土壤空氣中還含有少量的氫、硫化氫、甲烷等還原性氣體。這些氣體是土壤有機質在嫌氣分解下的產物，它積累到一定濃度時，對植物就會產生毒害作用。
c.土壤空氣水氣含量遠高於大氣。除表土層和乾旱季節外，土壤空氣經常處於水汽的飽和狀態。
d.土壤空氣組成不均勻。土壤空氣組成隨土壤深度而改變，土層越深，二氧化碳越多，氧氣越少。
3土壤氣體交換的方式有幾種？哪一種最重要？
答：有兩種方式：即氣體的整體流動和氣體的擴散，以氣體的擴散為主。
4土壤空氣對林木生長的影響。
答：土壤空氣影響著植物生長發育的整個過程，主要表現在以下幾方面：
（1）土壤空氣與根系發育（2）土壤空氣與種子萌發（3）土壤空氣與養分狀況（4）土壤空氣與植物病害
5土壤熱量的來源有哪些？
答：1、太陽輻射能 2、生物熱 3、地球的內能
6土壤熱量狀況對林木生長的影響？
答：土壤熱量狀況對植物生長發育的影響是很顯著的，植物生長發育過程，如發芽、生根、開花、結果等都只有在一定的臨界土溫之上才可能進行。
1.各種植物的種子發芽都要求一定的土壤溫度 2.植物根系生長在土壤中，所以與土溫的關系特別密切
3.適宜的土溫能促進植物營養生長和生殖生長 4.土壤溫度對微生物的影響
5.土溫對植物生長發育之所以有很大的影響，除了直接影響植物生命活動外，還對土壤肥力有巨大的影響
7土壤水汽擴散的特點。
答：土壤空氣中水分擴散速度遠小於大氣中水分擴散速率.
①土壤孔隙數量是一定的，其中孔隙一部分被液態水佔有，留給水汽擴散的空間就很有限。
②土壤中孔隙彎彎曲曲，大小不一，土壤過干過濕都不利於擴散（土壤濕度處於中等條件下最適宜擴散）
8土壤蒸發率（概念）的階段？
答：土壤蒸發率：單位時間從單位面積土壤上蒸發損失的水量。階段性：
a．大氣蒸發力控制階段（蒸發率不變階段） b．土壤導水率控制階段（蒸發率下降階段）
c．擴散控制階段（決定於擴散的速率）

二.簡答題
1.衡量土壤耕性好壞的標準是什麼?
答: 土壤宜耕性是指土壤的性能.
①耕作難易:耕作機具所受阻力的大小,反映出耕後難以的程度,直接影響勞動效率的高低.
②耕作質量:耕作後能否形成疏鬆平整,結構良好，適於植物生長的土壤條件.
③宜耕期的長短:土壤耕性好一般宜耕期長.
2.試論述團粒結構的肥力意義?
答: 1小水庫:團粒結構透水性好可接納大量降水和灌水,這些水分貯藏在毛管中.
2小肥料庫:具有團粒結構的土壤，通常有機質含量豐富,團粒結構表面為好氣作用，有利於有機質礦質化,釋放養分，團粒內部有利於腐殖質化,保存營養.
3空氣走廊:團粒之間孔隙較大，有利於空氣流通。
3.團粒結構形成的條件是什麼?
答:①大量施用有機肥 ②合理耕作 ③合理輪作 ④施用石膏或石灰 ⑤施用土壤結構改良劑
4.砂土,粘土,壤土的特點分別是什麼?
答:1.砂質土類:
①水→粒間孔隙大,毛管作用弱,透水性強而保水性弱,水汽易擴散,易干不易澇.
②氣→大孔隙多,通氣性好,一般不會積累還原性物質.
③熱→水少汽多,溫度容易上升,稱為熱性土,有利於早春植物播種.
④肥→養分含量少,保肥力弱,肥效快,肥勁猛,但不持久,易造成作物後期脫肥早衰.
⑤耕性→鬆散易耕,輕質土.
2.粘質土類:
①水→粒間孔隙小,毛管細而曲折,透水性差,易產生地表徑流,保水抗旱能力強,易澇不易旱.
②氣→小孔隙多,通氣性差,容易積累還原性物質.
③熱→水多汽少,熱容量大,溫度不易上升,稱為冷性土,對早春植物播種不利.
④肥→養分含量較豐富且保肥能力強,肥效緩慢,穩而持久,有利於禾穀類作物生長,籽實飽滿,早春低溫時,由於肥效緩慢易造成作物苗期缺素.
⑤耕性→耕性差, 粘著難耕,重質土.
3.壤質土類:土壤性質兼具砂質土,粘質土的優點,而克服了它們的缺點.耕性好,宜種廣,對水分有回潤能力,是理想的土壤類別.
5.影響陽離子凝聚能力強弱的因素?
答：土壤膠體通常有負電荷，帶負電的土壤膠粒，在陽離子的作用下，發生相互凝聚。
a高價離子凝聚能力大於低價離子。
b水化半徑大的離子凝聚能力弱，反之較強（離子半徑愈小，水化半徑愈大）
c增加介質中電解質濃度也可以。以及有機質，簡單無機膠體。
d比表面積越大凝聚能力越強。

一.影響陽離子交換能力的因素:
答:①電荷電價有關 ②離子半徑及水化程度 ③離子濃度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.影響陽離子交換量的因素:
答:①質地(土壤質地越粘重,含粘粒越多,交換量越大) ②腐殖質,含量↑,交換量↑
③無機膠體的種類,粘粒的硅鐵鋁率↑,交換量↑(腐>蒙>伊>高>非晶質含水氧化物) ④土壤酸鹼性
三.陽離子交換作用的特徵:
答: 特徵：a可逆反應 b等價離子交換 c反應受質量作用定律支配
四.土壤吸收養分作用方式有幾種?
答:①土壤離子代換吸收作用（即，物理化學吸收作用）:對離子態物質的保持。
②土壤機械吸收作用:對懸浮物質的保持。是指疏鬆多孔的土壤能對進入其中的一些團體物質,進行機械阻留。
③土壤物理吸附作用:對分子態物質的保持。是指土壤對可溶性物質中的分子態物質的保持能力。
④土壤吸附作用:對可溶性物質的沉澱保持。是指由於化學作用，土壤可溶性養分被土壤中某些成分所沉澱，保存於土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物對養分具有選擇吸收的能力。從而把養分吸收，固定下來，免於流失。
五.土壤膠體的類型（按成分及來源）有哪些?
答：成分: ①無機膠體(各種粘土礦物) ②有機膠體(腐殖質) ③有機無機復合體(存在的主要方式)
來源：
一.影響陽離子交換能力的因素:
答:①電荷電價有關 ②離子半徑及水化程度 ③離子濃度 ④土壤pH值 ⑤T的高低
二.土壤陽離子交換量(CEC):在一定pH值時,土壤所能吸附和交換的陽離子的容量，用每Kg土壤的一價離子的厘摩爾數表示,即Cmol(+)/Kg.(pH為7的中性鹽溶液)
我國土壤陽離子交換量：由南→北，由西→東，逐漸升高的趨勢。
一種土壤陽離子交換量的大小,基本上代表分了該土壤保存養分的能力.即通常說的飽肥性的高低.交換量大的土壤,保存速效養能力大,反之則小.可作為土壤供肥蓄肥能力的指標.
三.影響陽離子交換量的因素:
答:①質地(土壤質地越粘重,含粘粒越多,交換量越大)②腐殖質,含量↑,交換量↑③無機膠體的種類,粘粒的硅鐵鋁率↑,交換量↑(腐>蒙>伊>高>非晶質含水氧化物)④土壤酸鹼性⑤
四.土壤鹽基飽和度(BSP):交換性鹽基離子佔全部交換性陽離子的百分率.
我國土壤鹽基飽和度:南→北↑,西→東↓
五.交換性陽離子的有效度:
答: 1根系←→溶液←膠粒 離子交換 2根系←→膠粒 接觸交換
六.互補離子(陪伴離子):與某種交換性陽離子共存的其他交換性陽離子.
七.土壤吸收養分作用方式有幾種?
答:①土壤離子代換吸收作用（即，物理化學吸收作用）:對離子態物質的保持。
②土壤機械吸收作用:對懸浮物質的保持。是指疏鬆多孔的土壤能對進入其中的一些團體物質,進行機械阻留。
③土壤物理吸附作用:對分子態物質的保持。指土壤對可溶性物質中的分子態物質的保持能力。
④土壤吸附作用:對可溶性物質的沉澱保持。是指由於化學作用，土壤可溶性養分被土壤中某些成分所沉澱，保存於土中。
⑤生物吸附作用:植物和土壤微生物對養分具有選擇吸收的能力。從而把養分吸收，固定下來，免於流失。
八.粘土礦物的基本構造單元是什麼?
答：是硅氧四面體和鋁水八面體。

一.土壤酸性的形成:
1.土壤中氫離子的來源:①水的解離 ②碳酸的解離 ③有機酸的解離 ④無機酸 ⑤酸雨
2.土壤中鋁的活化。
二.土壤鹼性的形成機理（即土壤中OH根的來源）:土壤溶液中氫氧根的來源主要是鈣、鎂、鈉、碳酸鹽和重碳酸鹽以及土壤膠體表面吸附的交換性鈉水解的結果:
1.碳酸鈣水解 2.碳酸鈉水解 3.交換性鈉的水解
三.土壤酸度的指標:土壤酸性一方面是由土壤溶液中的氫離子引起的,另一方面也可以由被土壤膠體所吸附的致酸離子(氫,鋁)所引起.前者為活性酸,後者潛性酸.
酸性強度排列:潛性酸＞水解酸＞代換性酸＞活性酸
四.土壤鹼性的指標:指總鹼度和鹼化度（見名詞解釋）
五.土壤緩沖性產生的原因:
①土壤具有代換性,可以吸附H,K,Na等很多陽離子②土壤中存在許多弱酸及其鹽類,構成緩沖系統
③土壤中有許多兩性物質,可中和酸鹼 ④在酸性土壤中,Al離子能起緩沖作用.
六.土壤緩沖性的強弱指標及其影響因素:
強弱指標即緩沖量,影響因素有①粘粒礦物類型②粘粒的含量③有機質的影響
七. 土壤酸鹼性差異的原因:

八.石灰改良酸性土的作用?
①中和土壤酸性②增加土壤中鈣素營養，有利於微生物活動促進有機質分解③改良土壤結構
石灰用量=土壤體積×容重×陽離子交換量×(1－BSP) 單位:Kg/公頃

土壤計算題：
1.已知某田間持水量為26%,土壤容重為1.5,當土壤含水量為16%,如灌一畝地使0.5m深的土壤水分達到田間持水量,問灌多少水?
解：（26－16）%×1.5×667×0.5=50（m3/畝）

2.容重為1.2g/cm3的土壤，初始含水量為10%，田間持水量為30%，降雨10mm，全部入滲，可使多深土層達到田間持水量？
解：10%×1.2=12% 30%×1.2=36%
土層厚度=10/（36%－12%）=41.7mm

3.一容重為1g/ cm3的土壤，初始含水12%，田間持水量為30%，要使30cm厚的土層含水達到80%，需灌水多少？
解：12%×1=12% 30%×80%=24% 24%－12%=12%
12%×0.3×667=24 m3

4.某紅壤的pH值5.0，耕層土重2250000kg/hm2，含水量位20%，陽離子交換量10cmol/kg，BSP60%，計算pH=7時，中和活性酸和潛性酸的石灰用量。
解：2250000×20%×（10-5－10-7）=4.455molH+/hm2
4.455×56÷2=124.74g/hm2
2250000×10×1%×40%=90000mol H+/hm2
90000×56÷2=2520000g

5.一種石灰性土壤，其陽離子交換量為15 cmol（+）/kg，其中Ca2+佔80%，Mg2+佔15%，K+佔5%，則每畝（耕層土重15萬kg/畝）土壤耕層中Ca2+，Mg2+，K+的含量為多少？
解：150000×15×1%=22500mol
22500×80%÷2×40=360000g
22500×15%÷2×24=40500g
22500×5%×39=43875g

6.土壤容重為1.36t／立方米，則一畝（667平方米）地耕作層，厚0.165m的土壤重量是多少？該土壤耕層中，現有土壤含水量為5％，要求灌水後達到25％，則每畝灌水定額為多少？
解：667×0.165=110.055t 110.055÷1.36×(25－5)％=16.185立方米

❸ 土壤化學指標

一、土壤酸鹼度(pH值)

土壤酸鹼度對土壤肥力及植物生長影響很大，我國西北、北方不少土壤pH值大，南方紅壤pH值小。因此可以種植和土壤酸鹼度相適應的作物和植物。如紅壤地區可種植喜酸的茶樹，而苜蓿的抗鹼能力強等。土壤酸鹼度對養分的有效性影響也很大，如中性土壤中磷的有效性大；鹼性土壤中微量元素(錳、銅、鋅等)有效性差。在農業生產中應該注意土壤的酸鹼度，積極採取措施，加以調節。

1.電位法

土壤實驗室基本上都採用電位法測定土壤pH值，電位法有準確、快速、方便等優點。其基本原理是：用pH計測定土壤懸濁液的pH值時，由於玻璃電極內外溶液H^＋離子活度的不同產生電位差。

2.比色法

取土壤少許(約黃豆大)，弄碎後放在白磁碟中，滴入土壤混合指示劑數滴，到土壤全部濕潤，並有少量剩餘。震盪磁碟，使指示劑與土壤充分作用，靜置1min，和標准比色卡比色，即得出土壤的酸鹼度。

3.原位酸鹼度感測器法

土壤原位pH測定儀可直接埋入土壤測試，直接讀數，非常方便，在指導農業科研及農業生產中起到了非常重要的作用。

二、土壤氧化還原電位(Eh)

土壤氧化還原電位是以電位反映土壤溶液中氧化還原狀況的一項指標，用Eh表示，單位為mV。

土壤氧化還原電位的高低，取決於土壤溶液中氧化態和還原態物質的相對濃度，一般採用鉑電極和飽和甘汞電極電位差法進行測定。影響土壤氧化還原電位的主要因素有：①土壤通氣性；②土壤水分狀況；③植物根系的代謝作用；④土壤中易分解的有機質含量。

旱地土壤的正常Eh為200～750mV，若Eh﹥750mV，則土壤完全處於氧化狀態，有機質消耗過快，有些養料由此喪失有效性，應灌水適當降低Eh。若Eh﹤200mV，則表明土壤水分過多，通氣不良，應排水或鬆土以提高其Eh值。

水田土壤Eh變動較大，在淹水期間Eh值可低至-150mV，甚至更低；在排水曬田期間，土壤通氣性改善，Eh值可增至500mV以上。一般地說，稻田適宜的Eh值在200～400mV之間，若Eh經常在180mV以下或低於100mV，則水稻分櫱或生長發育受阻。若長期處於-100mV以下，水稻會嚴重受害甚至死亡，此時應及時排水曬田以提高其Eh值。

1.二電極法

測定氧化還原電位的常用方法是鉑電極直接測定法，方法是基於鉑電極本身難以腐蝕、溶解，可作為一種電子傳導體。當鉑電極與介質(土壤、水)接觸時，土壤或水中的可溶性氧化劑或還原劑，將從鉑電極上接受電子或給予電子，直至在鉑電極上建立起一個平衡電位，即該體系的氧化還原電位。由於單個電極電位是無法測得的，故須與另一個電極電位固定的參比電極(飽和甘汞電極)構成電池，用電位計測量電池電動勢，然後計算出鉑電極上建立的平衡電位，即氧化還原電位Eh值。

2.去極化測定儀法

對復雜的介質，可採用去極化法測定氧化還原電位。可以在較短時間內得到較為精確的結果，用去極化法測得的平衡Eh值，與直接電位法平衡48h後測得的穩定Eh值，差數一般﹤10mV。所以去極化法能縮短測定時間，並有較高的測定精度。

將鉑電極接到極化電壓的正端(極化電壓為600mV或750mV)，以銀-氯化銀電極作為輔助電極，接到電源的負端，陽極極化10 s以上(自由選擇)。接著切斷極化電源，進行去極，時間在20 s以上(視極化曲線而定)，在去極化後監測鉑電極的電位(對甘汞電極)，對於大多數的測試樣品，電極電位E(mV)和去極化時間的對數log t間存在直線關系。以相同的方法進行陰極極化和隨後的去極化和監測電位。陽極去極化曲線與陰極去極化曲線的延長線的交點相當於平衡電位。

三、土壤陽離子交換量(CEC)

CEC的大小，基本上代表了土壤可能保持的養分數量，即保肥性的高低。陽離子交換量的大小，可作為評價土壤保肥能力的指標。陽離子交換量是土壤緩沖性能的主要來源，是改良土壤和合理施肥的重要依據。

1.乙酸銨交換法

適用於酸性與中性土壤陽離子交換量的測定。原理：用1mol/L乙酸銨溶液(pH7.0)反復處理土壤，使土壤成為銨離子飽和土。過量的乙酸銨用95%乙醇洗去，然後加氧化鎂，用定氮蒸餾方法進行蒸餾，蒸餾出的氨用硼酸溶液吸收，然後用鹽酸標准溶液滴定，根據銨離子的量計算土壤陽離子交換量。

2.EDTA——銨鹽法

銨鹽法不僅適用於中性、酸性土壤，並且適用於石灰性土壤陽離子交換量的測定。採用0.005mol/L EDTA與1mol/L的醋酸銨混合液作為交換劑，在適宜的pH條件下(酸性土壤pH7.0，石灰性土壤pH8.5)，這種交換配合劑可以與2價鈣離子、鎂離子和3價鐵離子、鋁離子進行交換，並在瞬間即形成電離度極小而穩定性較大的配合物，不會破壞土壤膠體，加快了2價以上金屬離子的交換速度。同時由於醋酸緩沖劑的存在，對於交換性氫和1價金屬離子也能交換完全，形成銨質土，再用95%酒精洗去過剩的銨鹽，用蒸餾法測定交換量。對於酸性土壤的交換液，同時可以用作為交換性鹽基組成的待測液用。

3.氯化鋇-硫酸強迫交換法

土壤中存在的各種陽離子可被氯化鋇(BaCl₂)水溶液中的陽離子(Ba^2＋)等價交換。土壤用BaCl₂溶液處理，使之和Ba^2＋飽和，洗去剩餘的BaCl₂溶液後，再用強電解質硫酸溶液把交換到土壤中的Ba^2＋交換下來，由於形成了硫酸鋇(BaSO₄)沉澱，而且氫離子(H^＋)的交換吸附能力很強，使交換反應基本趨於完全。這樣可以通過計算消耗硫酸的量，計算出陽離子交換量。

四、土壤鹼化度(ESP)

土壤的鹼化度是用Na^＋的飽和度來表示，它是指土壤膠體上吸附的交換性Na^＋占陽離子交換量的百分率。當鹼化度達到一定程度時，土壤的理化性質會發生一系列的變化，土壤呈極強的鹼性反應pH﹥8.5甚至超過10.0，且土粒分散、濕時泥濘、不透氣、不透水、干時硬結、耕性極差，土壤理化性質所發生的這一系列變化稱為鹼化作用。鹼化度是鹽鹼土分類、利用、改良的重要指標。一般把鹼化度﹥20%定為鹼土，5%～20%定為鹼化土(15%～20%為強鹼化土，10%～15%為中度鹼化土，5%～10%為輕度鹼化土)。

計算公式：

鹼化度＝(交換性鈉/陽離子交換量)× 100%

式中：交換性鈉[cmol(Na^＋)/kg]用乙酸銨-氫氧化鈉銨交換-火焰光度法測得；陽離子交換量[cmol(＋)/kg]用氯化銨-乙酸銨交換法測得。

五、土壤水溶性全鹽量(易溶鹽)

土壤水溶性鹽是鹽鹼土的一個重要屬性，是限製作物生長的障礙因素。我國的鹽鹼土分布廣，面積大，類型多。在乾旱、半乾旱地區鹽漬化土壤，以水溶性的氯化物和硫酸鹽為主。濱海地區由於受海水浸漬，生成濱海鹽土，所含鹽分以氯化物為主。在我國南方(福建、廣東、廣西等省區)沿海還分布著一種反酸鹽土。鹽土中含有大量水溶性鹽類，影響作物生長，同一濃度的不同鹽分危害作物的程度也不一樣。鹽分中以碳酸鈉的危害最大，增加土壤鹼度和惡化土壤物理性質，使作物受害。其次是氯化物，氯化物又以MgCl₂的毒害作用較大，另外，氯離子和鈉離子的作用也不一樣。

土壤(及地下水)中水溶性鹽的分析，是研究鹽漬土鹽分動態的重要方法之一，對於了解鹽分對種子發芽和作物生長的影響以及擬訂改良措施都是十分必要的。

1.電導法

土壤中的水溶性鹽是強電介質，其水溶液具有導電作用，導電能力的強弱可用電導率表示。在一定濃度范圍內，溶液的含鹽量與電導率呈正相關，含鹽量愈高，溶液的滲透壓愈大，電導率也愈大。土壤水浸出液的電導率用電導儀測定，直接用電導率數值表示土壤的含鹽量。

2.質量法

吸取一定量的土壤浸出液放在瓷蒸發皿中，在水浴上蒸干，用過氧化氫(H₂O₂)氧化有機質，然後在105～110℃烘箱中烘乾，稱重，即得烘乾殘渣質量。

六、土壤養分元素

土壤養分元素是指由土壤提供的植物生長所必需的營養元素，能被植物直接或者轉化後吸收。土壤養分可大致分為大量元素、中量元素和微量元素，包括氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、硼(B)、鉬(Mo)、鋅(Zn)、錳(Mn)、銅(Cu)和氯(Cl)等13種。在自然土壤中，土壤養分主要來源於土壤礦物質和土壤有機質，其次是大氣降水、坡滲水和地下水。在耕作土壤中，還來源於施肥和灌溉。

根據在土壤中存在的化學形態，土壤養分的形態分為：①水溶態養分，土壤溶液中溶解的離子和少量的低分子有機化合物；②代換態養分，水溶態養分的來源之一；③礦物態養分，大多數是難溶性養分，有少量是弱酸溶性的(對植物有效)；④有機態養分，礦質化過程的難易強度不同。

根據植物對營養元素吸收利用的難易程度，土壤養分又分為速效性養分和遲效性養分。一般來說，速效養分僅占很少部分，不足全量的1%。應該注意的是速效養分和遲效養分的劃分是相對的，兩者是處於動態平衡之中。

土壤養分的總儲量中，有很小一部分能為當季作物根系迅速吸收同化的養分，稱速效性養分；其餘絕大部分必須經過生物的或化學的轉化作用方能為植物所吸收的養分，稱遲效性養分。一般而言，土壤有效養分含量約占土壤養分總儲量的百分之幾至千分之幾或更少。故在農業生產中，作物經常出現因某些有效養分供應不足而發生缺素症的現象。

1.全氮測定法

(1)開氏定氮法。土壤、植株和其他有機體中全氮的測定通常都採用開氏消煮法，用硫酸鉀-硫酸銅-硒粉做加速劑。此法雖然消煮時間長，但控制好加速劑的用量，不易導致氮素損失，消化程度容易掌握，測定結果穩定，准確度較高，適用於常規分析。

土壤中的含氮有機化合物在加速劑的參與下，經濃硫酸消煮分解，有機氮轉化為銨態氮，鹼化後把氨蒸餾出來，用硼酸吸收，標准酸滴定，求出全氮含量。硫酸鉀起提高硫酸溶液沸點的作用，硫酸銅起催化劑作用，加速有機氮的轉化，硒粉是一種高效催化劑，用量不宜過多，否則會引起氮素損失。

(2)半微量開氏法。樣品在加速劑的參與下，用濃硫酸消煮時，各種含氮有機化合物，經過復雜的高溫分解反應，轉化為銨態氮。鹼化後蒸餾出來的氨用硼酸吸收，以標准酸溶液滴定，求出土壤全氮含量(不包括全部硝態氮)。

包括硝態和亞硝態氮的全氮測定，在樣品消煮前，需先用高錳酸鉀將樣品中的亞硝態氮氧化為硝態氮後，再用還原鐵粉使全部硝態氮還原，轉化為銨態氮。

2.全磷硫酸-高氯酸消煮測定法

在高溫條件下，土壤中含磷礦物及有機磷化合物與高沸點的硫酸和強氧化劑高氯酸作用，使之完全分解，全部轉化為正磷酸鹽而進入溶液，然後用鉬銻抗比色法測定。

3.全鉀測定法

土壤中的有機物先用硝酸和高氯酸加熱氧化，然後用氫氟酸分解硅酸鹽等礦物，硅與氟形成四氟化硅逸去。繼續加熱至剩餘的酸被趕盡，使礦質元素變成金屬氧化物或鹽類。用鹽酸溶液溶解殘渣，使鉀轉變為鉀離子。經適當稀釋後用火焰光度法或原子吸收分光光度法測定溶液中的鉀離子濃度，再換算為土壤全鉀含量。

4.鹼解氮測定法

土壤水解性氮或稱鹼解氮包括無機態氮(銨態氮、硝態氮)及易水解的有機態氮(氨基酸、醯銨和易水解蛋白質)。用鹼液處理土壤時，易水解的有機氮及銨態氮轉化為氨，硝態氮則先經硫酸亞鐵轉化為銨。以硼酸吸收氨，再用標准酸滴定，計算水解性氮含量。

5.速效磷測定法

(1)碳酸氫鈉法。石灰性土壤由於存在大量的游離碳酸鈣，不能用酸溶液來提取速效磷，可用碳酸鹽的鹼溶液。由於碳酸根的同離子效應，碳酸鹽的鹼溶液降低了碳酸鈣的溶解度，也就降低了溶液中鈣的濃度，這樣就有利於磷酸鈣鹽的提取。同時由於碳酸鹽的鹼溶液也降低了鋁和鐵離子的活性，有利於磷酸鋁和磷酸鐵的提取。此外，碳酸氫鈉鹼溶液中存在著OH^-，

，

等陰離子有利於吸附態磷的交換，因此，碳酸氫鈉不僅適用於石灰性土壤，也適用於中性和酸性土壤中速效磷的提取。待測液用鉬銻抗混合顯色劑在常溫下進行還原，使黃色的銻磷鉬雜多酸還原成為磷鉬藍進行比色。

(2)鉬銻抗比色法。酸性土壤中的磷主要是以Fe—P、Al—P的形態存在，利用氟離子在酸性溶液中有配合Fe^3＋，Al^3＋的能力，可使這類土壤中比較活性的磷酸鐵鋁鹽被陸續活化釋放，同時由於H^＋的作用，也能溶解出部分活性較大的Ca—P，然後用鉬銻抗比色法進行測定。

6.速效鉀測定法

用1mol/L NH₄OAc浸提土壤，可將膠體表面吸附的鉀離子全部浸提出來，而與黏土礦物晶格固定的鉀截然分開。

7.有機質重鉻酸鉀容量測定法

在加熱的條件下，用過量的重鉻酸鉀-硫酸(K₂Cr₂O₇-H₂SO₄)溶液，來氧化土壤有機質中的碳，

等被還原成Cr^＋3，剩餘的重鉻酸鉀(K₂Cr₂O₇)用硫酸亞鐵(FeSO₄)標准溶液滴定，根據消耗的重鉻酸鉀量計算出有機碳量，再乘以常數1.724，即為土壤有機質量。

七、土壤重金屬

土壤的重金屬主要包括汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和類金屬砷(As)等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等元素。主要來自農葯、廢水、污泥和大氣沉降等，如汞主要來自含汞廢水，鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車廢氣沉降，砷則被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑。過量重金屬可引起植物生理功能紊亂、營養失調，鎘、汞等元素在作物子實中富集系數較高，即使超過食品衛生標准，也不影響作物生長、發育和產量，此外汞、砷能減弱和抑制土壤中硝化、氨化細菌活動，影響氮素供應。重金屬污染物在土壤中移動性很小，不易隨水淋濾，不為微生物降解，通過食物鏈進入人體後，潛在危害極大，應特別注意防止重金屬對土壤的污染。一些礦山在開采中尚未建立石排場和尾礦庫，廢石和尾礦隨意堆放，致使尾礦中富含難降解的重金屬進入土壤，加之礦石加工後餘下的金屬廢渣隨雨水進入地下水系統，造成嚴重的土壤重金屬污染。

1.原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法的測量對象是呈原子狀態的金屬元素和部分非金屬元素，是由待測元素燈發出的特徵譜線通過供試品經原子化產生的原子蒸氣時，被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收，通過測定輻射光強度減弱的程度，求出供試品中待測元素的含量。原子吸收一般遵循分光光度法的吸收定律，通常借比較對照品溶液和供試品溶液的吸光度，求得供試品中待測元素的含量。所用儀器為原子吸收分光光度計，它由光源、原子化器、單色器、背景校正系統、自動進樣系統和檢測系統等組成。

2.X射線熒光光譜(XRF)法

XRF法是介於原子發射光譜(AES)和原子吸收光譜(AAS)之間的光譜分析技術。它的基本原理是基態原子(一般蒸氣狀態)吸收合適的特定頻率的輻射而被激發至高能態，而後激發過程中以光輻射的形式發射出特徵波長的熒光。該方法可定量分析測量待測元素的原子蒸氣在一定波長的輻射能激發下發射的熒光強度。原子熒光的波長在紫外、可見光區。氣態自由原子吸收特徵波長的輻射後，原子的外層電子從基態或低能態躍遷到高能態，經10～8 s，又躍遷至基態或低能態，同時發射出熒光。若原子熒光的波長與吸收波長相同，稱為共振熒光；若不同，則稱為非共振熒光。共振熒光強度大，分析中應用最多。在一定條件下，共振熒光強度與樣品中某元素濃度成正比。該法的優點是靈敏度高，譜線簡單；在低濃度時校準曲線的線性范圍寬達3～5個數量級，特別是用激光做激發光源時更佳。主要用於金屬元素的測定，在環境科學、高純物質、礦物、水質監控、生物製品和醫學分析等方面有廣泛的應用。

3.電感耦合等離子光譜(ICP)法

高頻振盪器發生的高頻電流，經過耦合系統連接在位於等離子體發生管上端，銅制內部用水冷卻的管狀線圈上。石英製成的等離子體發生管內有3個同軸氫氣流經通道。冷卻氣(Ar)通過外部及中間的通道，環繞等離子體起穩定等離子體炬及冷卻石英管壁，防止管壁受熱熔化的作用。工作氣體(Ar)則由中部的石英管道引入，開始工作時啟動高壓放電裝置讓工作氣體發生電離，被電離的氣體經過環繞石英管頂部的高頻感應圈時，線圈產生的巨大熱能和交變磁場，使電離氣體的電子、離子和處於基態的氖原子發生反復猛烈的碰撞，各種粒子的高速運動，導致氣體完全電離形成一個類似線圈狀的等離子體炬區面，此處溫度高達6000～10 000℃。樣品經處理製成溶液後，由超霧化裝置變成全溶膠由底部導入管內，經軸心的石英管從噴嘴噴入等離子體炬內。樣品氣溶膠進入等離子體焰時，絕大部分立即分解成激發態的原子、離子狀態。當這些激發態的粒子回收到穩定的基態時要放出一定的能量(表現為一定波長的光譜)，測定每種元素特有的譜線和強度，和標准溶液相比，就可以知道樣品中所含元素的種類和含量。

發射光譜分析方法只要將待測原子處於激發狀態，便可同時發射出各自特徵譜線同時進行測定。ICP-AES儀器，不論是多道直讀還是單道掃描儀器，均可以在同一試樣溶液中同時測定大量元素(30～50個，甚至更多)。已有文獻報道的分析元素可達78個，即除He，Ne，Ar，Kr，Xe惰性氣體外，自然界存在的所有元素，都已有用ICP-AES法測定的報告。

❹ 離體根對銨離子的交換吸收實驗原理

實驗原理：植物根系以陽離子交換的方式吸收離子。根部細胞質的蛋白質大分子和原生質膜都帶負電荷，與陽離子（如H 等）結合。當根系浸在鹽類或其他電解質溶液中，陽離子就進行交換吸附，把介質中的陽離子吸附到原生質膜表面上，而將原來結合的H 或K 等陽離子釋放出來，此種交換吸附不需要代謝能量。
植物根部從土壤膠體中吸收鹽類，有間接交換和直接交換兩種方式從根中交換出來，其中K 的量為最多。這種交換過程不僅在根的細胞表面進行，也可能深入到細胞原生質內部。外界介質的pH值也影響著植物根系對離子的交換吸收。
材料選擇和處理：選擇生長正常，根系活力旺盛的水培小麥苗300株，剪下根系，在清水中漂洗一下，吸去表面水分，生成二組，每組稱取鮮重2g，分別放入兩只50ml三角燒瓶中。三角燒瓶加入30ml硫酸銨溶液。另取一隻三角燒瓶，加入30ml硫酸銨溶液，但不放根系，以作較正。上述各組處理貼上標簽。

❺ 土壤中重金屬元素有效量

(一)土壤中重金屬元素有效量提取劑及提取方法

土壤中重金屬元素全量只是評價土壤重金屬元素生物有效性和環境效應的基本前提，而對環境產生直接或潛在影響，或能被農作物吸收利用的，是土壤中重金屬元素全量中有效量。土壤中重金屬元素的有效量，並不是指以某個特定形態存在的組分，而是指以各種形態存在的組分中的活性部分。如果採用化學提取的方法，就是指能被某種提取劑提取的部分;如果採用農作物有效性的方法，就是指能夠被農作物直接利用的部分。因此，有效提取土壤中重金屬元素的有效量，並將其與農作物中重金屬元素含量結合起來揭示其間的必然聯系，是開展土壤重金屬元素生態效應評價的首要前提，也是建立重金屬元素生態效應評價體系和標準的基礎。要進行重金屬元素有效量提取，首先需要試制出有效的重金屬元素有效量提取劑及相應的提取方法。

在勘查地球化學、土壤化學和環境化學研究領域，通常採用連續提取的方法研究介質中元素的存在形態，並以此來判斷元素的活動性。連續提取法根據提取步驟和每一步所使用的提取劑的化學特性，將土壤中元素的存在形態劃分為5種相態或7種相態，這種劃分方法對於研究元素地球化學特性具有重要意義。如何根據形態分析結果確定元素的有效量尚不明確。因為在元素的各種存在形態中，水溶態和離子交換態的活動性較強，容易被農作物吸收;而其他各相態雖然不能被農作物直接吸收，但在一定環境條件下其中的一部分也可以轉化為農作物可以吸收的形態。很顯然，根據形態分析結果無法確定能被農作物吸收的有效量到底是多少。

在土壤中重金屬元素有效量研究方面，農業部門廣泛應用的元素有效態提取方法從理論到操作都比較成熟;但是有效態提取方法存在的一個缺憾是每一種方法只能針對某一種元素，至多兩種元素，難以在大規模土壤重金屬元素生態效應評價中推廣應用。因為土壤重金屬元素生態效應評價樣品數量大，分析測試指標多。有效態提取方法更側重農作物營養元素，對重金屬元素，如As、Cd、Hg、Pb等的研究不多，而這些元素則是重金屬元素生態效應評價中最重要的指標。

在有關元素有效態提取芹州方法的試驗研究中，關於通用型提取劑的研究已經有幾十年的歷史。所謂通用提取劑就是指能夠同時提取一個以上可評價土壤肥力或有毒元素有效態部分的提取劑，也稱為聯合提取劑(VanRaij，1994)。這一思路和相應的方法可以在重金屬元素有效量提取劑研製中借鑒。在通用型提取劑中，影響較大的有Mehlich3提取劑和AB－DTPA提取劑，這兩種提取劑被認為是可以測定任何類型土壤中元素有效態的通用提取劑(Jones，1990)。這兩種提取劑仍然是以提取農作物營養元素為重點，如Mehlich3提取劑把對有效P的提取放在首位;AB－DTPA主要針對Cu、Zn兩個元素，也是從農作物營養元素來考慮的。近年來，有研究者嘗試在土壤重金屬元素生態效應評價中使用AB－DTPA提取劑，取得了一些進展(馮兩蕊，2004;肖靈等，2004)。參考元素存在形態、有效態提取劑及提取方法研究應用現狀，結合生態效應評價的現實需要，重金屬元素有效量提取劑的研製即圍繞AB－DTPA展開。

AB－DTPA(碳酸氫氨－二乙三胺五乙酸)提取劑的化學組成為1mol/LNH₄HCO₃－0.005mol/LDTPA(pH=7.6)。其中的DTPA可以配位Fe、Cu、Mn、Zn、Pb、Ni、Cd等重金屬陽離子;浸提劑中的NH⁺₄能夠交換Na、K、Ca、Mg等鹼土金屬陽離子;振盪過程中，浸提劑中的HCO^－₃轉化為嫌羨蔽CO^2－₃後，與Ca₃(PO₄)₂中的Ca²⁺生成沉澱並釋放出其中的PO^3－₄。同樣原理，也可以釋放出MoO^3－₄、BO^3－₃、AsO^3－₄、SeO^2－₄等含氧酸根陰離子(Soltanpour，1985)，派帆這些陰離子恰好是對作物有效的存在形態。對於酸性土壤，由於AB－DTPA提取劑為pH=7.6的近中性溶液，加入土壤後不會明顯改變土壤酸鹼性及元素存在形態，仍然能夠以離子交換和配位作用方式提取各種陽離子和陰離子。從理論上分析，AB－DTPA就可以同時滿足對不同酸鹼類型土壤中元素有效量的提取。

AB－DTPA提取劑的有效性和實用性，通過AB－DTPA提取量與國家標准有效態提取方法提取量之間的相關性研究來確定。出於對比研究的需要，選擇有國家標准有效態提取方法的Cu、Zn、B、Mo和Si等幾個元素開展試驗。結果證明，對於石灰性和酸性土壤，AB－DTPA提取的Cu、Zn有效量與國家標准有效態提取方法提取的Cu、Zn有效態含量相關性均達到極顯著水平(α<0.01)(圖6－22)，說明用AB－DTPA提取劑能夠反映土壤中這兩個元素的有效量狀況。

利用AB－DTPA法與國家標准有效態提取方法提取的土壤Mo、S、Si有效量含量的相關關系也都達到了極顯著水平(α<0.01)，說明AB－DTPA提取劑也可以用來表徵土壤中Mo、S、Si等的有效量。

影響根系土中能被農作物直接吸收利用元素有效量的土壤理化特性包括pH值、電導率(EC)、有機碳(Org.C)含量、黏粒含量(nl)、陽離子交換量(CEC)等。在很多情況下，正是由於土壤理化特性的影響使得農作物中元素含量與根系土中元素含量之間的關系變得復雜和不確定。要了解農作物根系土與籽實中元素含量間的關系，就具體的某種重金屬元素來說，首先要明確的是哪種或哪些土壤理化特性指標在影響其有效量與全量關系中起主導作用。

從現有的試驗條件和試驗研究需要出發，研究中對土壤pH值、有機碳含量、陽離子交換量、電導率、黏粒含量等幾項能夠量化的土壤理化特性指標進行了分析測試，在分析測試結果基礎上應用SAS統計軟體，在考慮了土壤理化特性影響的前提下，對農作物根系土中重金屬元素有效量與全量間的關系進行了統計分析，統計結果的置信限α為5%，結果見表6－30。

為了保證方差的同質性，在進行統計分析之前，先將每一項指標的分析值轉換為log₁₀對數的形式(除pH外，因為pH已經是［H⁺］的對數)。這樣，表6－30中所列示的農作物根系土中有效量與全量關系統計結果實際上是各項指標對數函數間的關系。表6－30展示出的對農作物根系土中有效量與全量關系產生影響的土壤理化特性指標，均是在第一步回歸分析中顯示出來的有顯著影響的因子。

表6－30 農作物根系土中重金屬元素有效量與全量相關關系

注:「—」表示土壤理化特性對元素有效態與全量間相關性的影響沒有達到顯著水平(α<0.05);EC為電導率，單位mS/cm;CEC為陽離子交換量，單位cmol/kg;Org.C為有機碳，單位%;nl為粒徑小於2μm的土壤顆粒(黏粒)的百分含量，單位%。表中Cd、Hg含量單位為10^－9，其餘為10^－6。

從表6－30中可以看出，在4個研究區中，對農作物根系土中有效量與全量關系產生最顯著影響的土壤理化指標首推pH值，在第一步回歸分析中共出現了12次，充分說明土壤pH值是影響根系土中元素有效量與全量之間關系的最主要土壤理化指標。除江蘇研究區的As以外(該元素有效態主要以含氧酸根形式存在，因此隨pH升高而升高)，農作物根系土中其他元素的有效量都是隨著土壤pH值升高而降低，二者呈現出負相關關系。已有研究證明，通常情況下pH值主要是通過影響元素在土壤中的存在形態進而影響其行為。對中性和酸性土壤而言，pH值的改變能使重金屬元素以水溶態和離子交換態存在的量發生變化，從而改變元素的生物有效性;在石灰性土壤中，pH值變化對元素活動性的影響主要通過改變碳酸鹽結合態與水溶態和離子交換態之間的轉化方向而體現出來。大量盆栽試驗和田間小區試驗中用石灰調節土壤pH值，都有效控制了土壤溶液中的元素離子的濃度，從而降低了農作物對毒害元素的吸收(邵孝侯等，1993;李瑞美等，2003;Bujnovsky，1999)，這些研究成果都證明了土壤pH值改變對元素有效量的調控功能。

在土壤pH值之後，對農作物根系土中有效量與全量關系產生顯著影響的土壤理化指標依次是有機碳(Org.C)、黏粒(nl)等，其中有機碳(Org.C)在黑龍江－吉林研究區是最主要的影響因子。

土壤中元素的存在形態受土壤理化特性等因素影響，外部環境條件的改變只是影響土壤中元素存在形態及形態轉變的外部因素，內因的影響也不可忽視，即自然風化、成壤過程中元素固有的存在形態特徵。就表層土壤中累積的重金屬元素而言，其疊加到土壤中的載體固有的存在形態，是決定其活動性的最根本因素。有研究結果證實，疊加到土壤中的重金屬元素或以固體顆粒物為載體，或以礦物的形式存在(朱立新等，2004;馬生明等，2004;Zhuetal，2005;馬生明等，2007)，這種穩定的存在形式是土壤理化性質變化所難改變的，由此就限制了這部分重金屬元素的生態效應。

綜上所述，土壤中元素的有效量受多方面因素的綜合影響，這些因素既有自然環境方面的，也有土壤理化性質方面的，還有疊加物載體特性等。通過試驗研究發現，無論哪一影響因素，均是通過控制元素的存在形態及形態轉化進而影響重金屬元素的有效量及其生態效應。

農作物根系土中，包括其他類型的土壤中重金屬元素含量、有效量之間的相關性復雜多樣，受到土壤理化特性等的影響;但是對某些重金屬元素而言兩者間的相關關系畢竟還是存在的，而且還與極個別農作物中重金屬元素含量表現出一定的相關性。由此說明，土壤中重金屬元素還是會對農作物的食品衛生質量等造成影響。土壤中重金屬元素異常普遍存在，土壤中多數重金屬元素含量與農作物食品衛生質量間的關系並不確定，在這種情況下如何評價普遍存在於土壤中的重金屬元素異常的生態效應就成為亟待破解的難題。一條可能的有效途徑是針對土壤中重金屬元素異常的成因機理、異常組分存在形態特點等，以異常生態效應試驗結果為基礎，建立相應的評價標准，據此至少可以對存在於土壤中的重金屬元素異常進行定性評價。