土壤肥料教案08

单元三 土壤的基本性质

本次课标题 土壤物理机械性与耕性；土壤保性与供肥性 授课班级 06园艺技术高职、06园林工程技术高职、06作物生产技术职 06作物生产技术五年高职 上课 地点 上课 时间 周 月 日 第 节 周 月 日 第 节 1. 掌握土壤物理机械性的内容 教 学 目 的 2. 掌握土壤耕性好坏的标重 3. 掌握改良土壤耕性的措施了解土壤胶体种类与构造，掌握土壤双电层的结构特征 4. 重点掌握土壤阳离子交换作用的规律、影响阳离子有效性的因素以及阳离子交换对土壤性质的影响 5. 理解土壤阳离子专性吸附的特点与意义 能力（技能）目标 知识目标 1．掌握土壤物理机械性的内容 教学 目标 2．掌握土壤耕性好坏的标重 3．掌握改良土壤耕性的措施 使学生学会判断土壤耕期 4． 掌握改良土壤耕性的措施了解土壤胶体种类与构造，掌握土壤双电层的结构特征 5． 重点掌握土壤阳离子交换作用的规律、影响阳离子有效性的因素以及阳离子交换对土壤性质的影响 重点 难点 教学 方法 重 点：孔隙度、土壤容重的应用、团粒结构与土壤肥力的关系、改良土壤结构的措施。 难 点：土壤容重的应用、团粒结构改良措施及其与土壤肥力的关系 教学方法：课堂教学与多媒体结合；创设问题情景，启发学生自主思维，增加学生的能动性 1

板书设计 一、 土壤物理机械性与耕性 1． 土壤物理机械性 2． 土壤耕性 二、土壤保肥性与供肥性与植物生长 3． 土壤保肥性与供肥性 4． 土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响 三、 壤胶体与基本耕性 a) 土壤胶体的定义 b) 土壤胶体种类 c) 土壤胶体构造 四、 土壤的吸附保肥作用 一、土壤的吸收性能的定义与作用 二、土壤吸收性能的类型 三、土壤的物理化学吸收性能 参考资料 1．《土壤与肥料》 宋志伟主编 高等教育出版社 2005.1 2．《土壤与肥料》 金为民编著 中国农业出版社 2001.4 第一部分：导课：土壤耕性是指土壤在耕作时所表现出来的特性，它是土壤物理性质和物

理机械性质的综合反映。土壤耕性极易人为，所以是研究土壤肥力、培肥土壤首先应探索的土壤基本物理性质。

第二部分：学习新内容

【步骤一】 宣布教学内容、目的 （时间：5分钟）

板书：土壤物理机械性与耕性；土壤保性与供肥性

引导语：土壤的物理性质包括土壤孔性、结构性、土壤物理机械性与耕性 土壤的化学性质包括土壤保性与供肥性、土壤酸碱性及缓冲性 【步骤二】 引入，讲授 （时间：70分钟）

土壤的物理性质、化学性质——土壤分类、利用、培肥改良、合理施肥——科学依据

第一节 土壤物理机械性与耕性

一、土壤耕性的内容

主要包括三个方面 （一） 耕作的难易程度

良好的土壤耕性要求耕作时，阻力要尽可能地小，以使节约劳力和能源。 （二） 耕作质量的好坏

良好的土壤耕性要求耕作后土质要疏松，以有利于根系的穿插、保温、保墒、通气和养分转化。

（三） 宜耕期的长短

良好的土壤耕性耕作要求土壤的宜耕期尽可能地长。 二、土壤物理机械性质

土壤的物理机械性质是土壤动力学性质的统称，它主要包括粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性以及其它受外力作用后而变形的性质。 （一）粘结性和粘着性 １、粘结性

2

粘结性指土粒与土粒之间相互吸引而粘结在一起的性质。是耕作时产生阻力的主要原因之一。 ２、粘着性

粘着性指土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着于外物表面的性质。土壤粘着性是由土粒——水——外物，相互之间的分子引力引起的，这种性质会使土壤在耕作时粘着农具，增加摩擦阻力，造成耕作困难。 ３、影响粘结性和粘着性因素： (1)土壤质地 (2)土壤含水量 (3)土壤结构

(4)土壤腐殖质含量 (5)粘土矿物的类型

（6）土壤代换性阳离子的组成 （二）可塑性 １、定义

可塑性指土壤在在一定含水量范围内，可被外力作用任意塑造成各种形状，外力消失和土壤干燥后，仍能保持其变形的性能。 ２、影响土壤可塑性的因素： （1）土壤含水量；（2）土壤质地；（3）粘土矿物的类型和代换性阳离子的种类；（4）有机质含量

（三）土壤胀缩性 １、定义

土壤吸水后膨胀，干燥后收缩的性质称为土壤的胀缩性。土壤胀缩性越强，对生产越不利，当土壤膨胀时，会对周围土壤产生强大的压力，可能会对植物根系产生机械损伤，土壤干燥收缩时，可能会拉断植物根系。 ２、影响土壤胀缩性的因素 （１）土壤胶体；（２）粘土矿物的类型；（３）代换性阳离子的种类。 三、合理耕作

耕作时，选择土壤粘结性最小，粘着性尚为出现时进行，这样耕作阻力小，耕后土壤质量好。塑性范围内不宜耕作。在适宜的含水量范围内及时耕作为适耕状态。若任务紧迫，不得不在不适宜的含水量条件下耕作，原则上应宁干勿湿，以免形成大量难打碎的土块等。

选择旱地土壤的宜耕状态：表土细裂，土块外干内湿；取一把土拈紧时可粘结成团，放开自然落地，土团松散；试耕，土块不黏附农具为宜。 四、土壤耕性改良

土壤耕性主要取决于土壤物理机械性，而土壤物理机械性决定于土壤质地、含水量、结构等，不改良耕性应从调节土壤质地和控制水分着手。

1、增施有机肥；

2、掺砂或粘土改良质地； 3、促进团粒结构形成；

4、掌握宜耕含水量及宜耕时期。

第二节 土壤保肥性和供肥性与植物生长

一、土壤的保肥性与供肥性

土壤的保肥性是指土壤吸持和保存植物养分的能力。土壤保肥能力的大小受土壤的对植物养分的多种作用：分子吸附作用、化学固定作用和离子交换作用的影响，其中离子交换作用是影响土壤保肥性能中最重要的因素之一。

保肥性(nutrient preserving capability)

土壤吸持和保存植物养分的能力。它来自土壤对植物养分的多种作用：①物理吸收(分子吸附作用)，即将分子态养分吸附在土壤腔粒表面．而不改变其物质结构。这种作用既能保存养分不被淋失，又可使其在土壤溶液中呈现一定的浓度梯度，有利于作物选择适宜浓度摄取和吸收。②化学吸收(化学固定作用)，即土壤物质与养分离子起化学反应．生成溶解度很低的化合物保存于土壤中。③物理化学吸收(离子交换作用)，即土壤胶体的表砸电荷能吸

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附带相反电荷的养分离子，而这些被吸附的离子又在一定条件下可与土壤溶液中带同号电荷的离子相交换，并达到动态平衡。这种作用是土壤保肥性中最重要的一种机制。由于土壤粘粒的表面电荷是以负电荷为主．因此在衡量土壤保肥性的强弱时．常用阳离子交换量(cmol(+)／kg土)作为指标。生物固持(即土壤生物在其生命活动中吸收养分。组成有机体.使无机态养分转化为有机态)和钾、铵固定(即2：1型粘土矿物晶层问的K+和NH4+陷入硅层晶穴，从交换态转变为非交换态)也是土壤保肥性的重要作用机制。增施有机肥料、适宜耕作和客士等．是增强土壤保肥性的有效措施。

供肥性(nutrient supplying capability) 土壤向植物提供养分的能力。它同土壤养分的强度因素(I)和容量因素(Q)关系密切，前者是指土壤溶液中的养分谁度；后者是指土壤液相及固相中能被植物吸收利用的有效养分的总量，或指将有效养分补充给土壤溶液的能力。供肥过程还决定于土壤养分向根系表面的移动方式，主要有：①质流，当植物因叶面蒸瞎而大量失水时，根系不断吸水，在其四周形成水分亏缺区，并与周围土壤一之间产生水分梯度(水位差)，从而使水分源源不断地向根域移动。与此同时，溶解在水中的养分也随之移向根表并进人植物体。②扩散，紧邻根表土壤中的养分因被根系吸收，其浓度较根域外十壤的低得多．从而形成浓度梯度(浓度差)，引起养分向根表扩散。植物生长愈繁茂，根系愈密集，则吸收养分速度愈快，形成的浓度梯度愈大，养分向根表移动的数量和速度也愈大。③截获，当根系在土壤中伸展，根毛接触到养分离子时能将其直接吸收，一是通过根应吸附的H+离子同土壤溶液中的或腔体表面的养分离子交换；另一是通过根表吸附的离子（通常是H+离子）同胶体表面的养分离子接触空换。根据植物对各种营养元素吸收利用的难易程度，一般可把土壤养分分成两大类：一类是速效养分，又称有效养分；另一类是缓效养分。把缓效养分转化为速效养分是土壤供肥性能的表现，相反，把速效养分转化为贮藏形态的养分就是土壤保肥性能的表现。因此土壤的保肥性和供肥性是相互矛盾的。但同时，土壤的保肥性与供肥性又是相互统一的。 二、土壤保肥性、供肥性对植物生长的影响

土壤的保肥性和供肥性对植物生长有重要的影响。土壤的保肥性差，施到土壤中的肥料就容易被淋失，造成植物生长后期脱肥，即通常所说的“发小不发老”。对于这种土壤，施肥时应少量多次，防止后期脱肥。土壤的供肥性好是指土壤的供肥速度适中。若供肥太快太猛，也会造成土壤养分因来不及被植物吸收而流失，相反，如果土壤的供肥速度太慢，则不能满足植物生长需要，应注意补充速效肥料。因此，一般要求土壤既有较强的保肥能力，又有较强的供肥能力。

第三节 土壤胶体及其基本特性

土壤胶体是土壤中最活跃的部分，直接影响土壤发生和发育，土壤的理化性质及保肥、供肥能力。

一、土壤胶体的定义

土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒，胶体颗粒的直径一般在1-100nm之间，实际上土壤中小于1000nm的粘粒都具有胶体的性质，所以直径在1-1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。 二、土壤胶体种类 （一）无机胶体

层状铝硅酸盐和铁、铝、硅等的氧化物及水合物 1、层状硅酸盐粘土矿物 2、非硅酸盐粘土矿物 （二）有机胶体

主要指的是土壤中的腐殖质。与无机胶体相比，易被微生物分解，经常需要通过施用有机肥来补充。

（三）有机无机复合体５０％～９０％的有机胶体与无机胶体结合形成有机无机复合体。 三、土壤胶体构造

土壤胶体分散系包括胶体微粒（为分散相）和微粒间溶液（为分散介质）两大部分。胶体微粒在构造上可分为胶核、决定电位离子层和补偿离子层（非活性补偿离子层和扩散层）三部分组成。胶体微粒是电中性，胶粒不包括扩散层，所以通常说的胶体带电是指胶粒带电。 （一）胶核

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主要由腐殖质、无定形的SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。 （二）双电层

胶核表面的一层分子，通常解离成离子，形成一层离子层（决定电位离子层）；通过静电引力，在其外围形成一层符号相反而电量相等的离子层（补偿离子层）。所以称之为双电层。完全电位：决定电位离子层与粒间溶液间的电位差。在一定的胶体分散体系中完全电位不变。

四、土壤胶体性质

（一）土壤胶体的比表面和表面能

比表面：单位重量或单位体积物体的总表面积。很显然颗粒越小，比表面越大。砂粒与粗粉粒的比表面相对于粘粒来讲很小，可以忽略不计，所以土壤的比表面实际上主要取决于粘粒。另外土粒的表面凸凹不平，并非光滑的球体，它的比表面比光滑的球体要大，而且粉粒和粘粒大多呈片状比表面更大。由于土壤胶体有巨大的比表面，所以会产生巨大的表面能，我们知道物体内部的分子周围是与它相同的分子，所以在各个方向上受的分子引力相等而相互抵消。而表面分子则不同，它与外界的气体或液体接触，在内外两面受到的是不同的分子引力，不能相互抵消，所以具有剩余的分子引力，由此而产生表面能，这种表面能可以做功，吸附外界分子，胶体数量越多，比表面越大，表面能也越大，吸附能力也愈强。 （二）土壤胶体的带电性

土壤胶体的种类不同，产生电荷的机制也不同，根据土壤胶体电荷产生的机制，一般可分为永久电荷和可变电荷。

（三）土壤胶体的凝集和分散作用

土壤胶体有两种不同的状态，一种是土壤胶体微粒均匀地分散在水中，呈高度分散的溶胶，一种是胶体微粒彼此凝集在一起呈絮状的凝胶。土壤胶体受某些因素的影响，使胶体微粒下沉，由溶胶变成凝胶的过程称土壤胶体的凝集作用，反之，由凝胶分散成溶胶的过程称胶体的分散作用。比如向溶液中加入多价离子就能降低负电动电位促使胶体凝集。

3+3+2+2+++++

凝集力：Fe ＞Al＞Ca＞ Mg＞H＞NH4＞K＞Na

在土壤中土壤胶体处在凝胶状态时，有利于水稳性团粒的形成，有利于改善土壤结构，所以向土壤中施用石灰能促进胶体凝集，有利于水稳性团粒的形成，对改良土壤结构有良好作用。当土壤胶体处在溶胶状态时，会使土壤粘结性、粘着性、可塑性增加，降低宜耕期，降低耕作质量。

第四节 土壤的吸附保肥作用

一、土壤的吸收性能的定义与作用 （一）定义

土壤的吸收性能是指土壤能吸收、保留土壤溶液中的分子和离子，悬浮液中的悬浮颗粒、气体及微生物的能力。 （二）作用

土壤的吸收性能与土壤保肥、供肥性关系密切；土壤的吸收性能能影响到土壤的酸碱性以及缓冲性等化学性质；土壤的吸收性能能直接或间接地影响到土壤的结构性、物理机械性、水热状况等。

二、土壤吸收性能的类型

按照吸收性能产生的机制，土壤吸收性能分为以下几种类型： （一） 土壤机械吸收性

土壤对物体的机械阻留。土壤机械吸收性能的大小主要取决于土壤的孔隙状况。孔隙过粗，阻留物少，孔隙过细，会造成阻留物下渗困难，容易形成地面径流和土壤冲刷。 （二） 土壤物理吸收性能

土壤对分子态物质的保存能力。包括：1、正吸附：养分集聚在土壤胶体的表面，胶体表面养分的浓度比溶液中大。2、负吸附：土壤胶体表面吸附的物质较少，胶体表面的养分浓度比溶液中低。

（三） 土壤的化学吸收性能

易溶性盐在土壤中转变成难溶性盐而沉淀、保存在土壤中的过程，这一过程是以纯化学反应为基础的，称为化学吸收。

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（四） 土壤的离子交换作用

土壤对可溶性物质中的离子态养分的保持能力。由于土壤胶体带正电荷和负电荷，能吸附土壤溶液中电性相反的离子，被吸附的离子还能与土壤溶性中的同电性的离子发生交换而达到动态平衡，这一过程以物理吸附力为基础，但又表现出化学反应的某些特征，所以称为土壤的物理化学吸附性能或土壤的离子交换作用。 （五） 生物吸收性能

土壤中植物根和微生物对营养物质的吸收，它具有选择性和创造性，同时能累积和集中养分。上述几种土壤吸收性能并不是孤立存在的，而且相互联系，相互影响的，在这几种土壤吸收性能中对土壤的供肥性和保肥性贡献最大的是土壤的物理化学吸收性能。 三、土壤的物理化学吸收性能

土壤的物理化学性能其实质就是土壤的离子交换作用包括： （一） 土壤的阳离子交换

带负电荷的土壤胶体所吸附的阳离子与土壤溶液中的阳离子发生交换而达到动态平衡的过程。

1、土壤的阳离子交换作用：

通常土壤胶体带负电荷，能吸附土壤溶液中的阳离子以中和电性，被吸附的阳离子在一定的条件下也能被土壤溶液中其它的阳离子交换下来

2+2++

比如土壤胶体上原来吸附有Ca，当我们施用K2SO4后，Ca就能被K交换下来而进入土壤溶液。

土壤胶体 Ca2+

+ K2SO4 土壤胶体 2K+ + CaSO4 土壤溶液中的离子转移到土壤胶体上的过程称为吸附；土壤胶体上吸附的离子转移到土壤溶液的过程称为解吸。

２、土壤阳离子交换作用的特点： （1）可逆、迅速

也就是说已吸附土壤胶体上的阳离子当土壤溶液的组成和浓度发生改变时，完全可以被其它的阳离子代换下来而进入土壤溶液，反应非常迅速，即溶液中的阳离子与胶体表面吸附的阳离子处于动态平衡。这一点在植物营养上有很重要的作用，土壤胶体表面的养分绝大部分需要转移到土壤溶液中才能被吸收，由于阳离子交换反应是可逆反应，使得被吸附的阳离子，完全可以被其它的阳离子交换下来，重新进入土壤溶液供植物吸收利用。 （2）等当量交换

2++3+++

也就是说一个Ca可交换两个K，1molFe可交换3molK或Na。交换的结果依然维持电中性。

(3)符合质量作用定律

产物1产物2，可以通过改变某一反应物浓度达到改变产物浓度的目的。 k反应物1反应物2３、土壤的阳离子交换能力

指一种阳离子将土壤胶体上的另外一种阳离子交换下来的能力。 影响土壤阳离子交换能力的因素主要有以下几个方面： （1）电荷数量

3+

根据库仑定律，离子电荷价越高，受胶体的吸附能力越大，交换能力也越大，所以M2++

＞M＞M。

(2)离子半径和水合半径

对于同价的离子，离子半径越大，水合半径越小（水合半径远大于离子半径），交换能

3+3++2+2+4+++

力越强：Fe＞Al＞H＞Ca＞Mg＞NH＞K＞Na

++2+2++

在这一系列中，H是例外，H的交换能力＞Ca、Mg，因为H的半径小，水化程度也弱，运动速度快，所以交换能力强，所以离子的运动速度也是影响离子交换能力的一个因素。 (3)离子浓度

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因为离子交换受质量作用定律支配，所以对交换能力弱的阳离子，增加它的浓度，也可以交换那些交换能力强的阳离子。浓度愈大，交换能力愈强。 ４、土壤的阳离子交换量（CEC）

通常是指在一定的pH（７）条件下，1kg干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数，单位：Cmol/kg。土壤阳离子交换量可以反映土壤保肥、供肥和缓冲能力。

CEC>20，保肥力强；

10影响土壤阳离子交换量的因素： (1)胶体的类型和数量

不同的土壤胶体所带负电荷的数量不同，阳离子交换量也不同。

一般：有机胶体〉无机胶体，２：１〉１：１型，氧化铁、氧化铝的水合物的阳离子交换量非常小。胶体数量愈多阳离子交换量愈大。

阳离子交换量：腐殖质＞蛭石＞蒙脱石＞伊利石＞高岭石 (2)土壤质地

质地越粘重，粘粒越多，CEC越大 (3)土壤pH

pH会影响到可变负电荷的数量，从而影响到土壤的阳离子交换量，pH上升可以增加土壤可变负电荷的数量，从而使土壤阳离子交换量增加。 ５、土壤的盐基饱和度

土壤胶体上吸附的阳离子基本上可分为两类：

致酸离子：H+、AL3+,它们会使土壤变酸，所以称为致酸离子 盐基离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等

当土壤胶体上吸附的阳离子，全部是盐基离子时，土壤呈现盐基饱和状态，这种土壤称盐基饱和土壤。

土壤盐基饱和的程度，一般用盐基饱和度来表示，它指的是交换性盐基离子占阳离子交换量的百分率。

盐基饱和度交换性盐基离子总量cmol/kg100% 阳离子交换量cmol/kg盐基饱和度的作用： （1）可以反映土壤的酸碱性

盐基饱和度的高低实际上也就反映出了致酸离子含量的高低，所以能反应出土壤的

酸碱性：北方土壤：盐基饱和度大，土壤pH较高；南方土壤：盐基饱和度低，土壤pH较低。 （2）判断土壤肥力水平

盐基饱和度＞80%→肥沃土壤，50%～80%→中等肥力水平，＜50%肥力水平较低。

6、交换性阳离子的有效度

土壤胶体表面吸附的离子，可以通过离子交换进入土壤溶液供植物吸收利用，但是被土壤胶体吸附的阳离子的有效度，不完全决定于该种吸附离子的绝对数量，而在很大程度上取决于解离和被交换的难易。通常应考虑以下因素： (1)离子饱和度

2+2+

CEC（ Cmol/kg） 交换性Ca （Cmol/kg） Ca饱和度% 土壤甲 8 6 75 土壤乙 30 10 33

施肥要相对集中施用，增加离子饱和度，能提高肥效。交换性阳离子的有效度与土壤阳离子交换量有关，故施用相同肥料于砂土、粘土，由于砂土的阳离子交换量小，交换性阳离子的有效度大，施肥后见效快，但肥效短，故施肥应少量多次。

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(2)陪补离子效应

土壤胶体上同时吸附着多种离子，对于其中任何一种离子来讲，其它的各种离子都是它

+2++++2++

的陪补离子。比如土壤胶体上吸附有K、Ca、NH4、Na那么K的陪伴离子就是Ca、NH4、+++2++

Na。NH4的陪伴离子就是K、Ca、Na。某一种交换性阳离子的有效度，与陪补离子的种类关系密切，一般来讲陪补离子与土壤胶体之间的吸附力越大，越能提高被陪离子的有效度。

+2+2+++

比如：假如K的陪补离子是Ca，由于Ca与土壤胶体之间的吸附力＞K，所以K容易被交

++++

换下来，从而提高K的有效度。如果K的陪补离子是Na，由于Na与土壤胶体间的吸附力＜+++

K，K不易被交换下而降低K的有效度。 离子组成 小麦幼苗吸钙量mg

2++

40% Ca+60%H 11. 15

2++

40% Ca+60%Na 4.36 (3)粘土矿物的类型

不同的粘土矿物由于晶体构造不同，吸附阳离子的牢固程度也不同，在一定的盐基饱和度范围内，蒙脱石类粘土矿物吸附的阳离子，一般位于晶层之间，吸附较牢固，有效度相对较低；而高岭石类粘土矿物吸附的阳离子一般位于晶体外表面，吸附力弱，有效度相对较高。

【步骤四】深化、训练 （时间：10分钟） 训练项目1“手握成团，落地即散”解释 训练项目2 训练项目3

【步骤五】归纳总结（知识和能力） （时间： 5分钟）

讨论：为什么人粪便施入土壤后不久臭味就回消失呢？

总结 1.土壤耕性好坏的标准;2. 土壤保肥性和供肥性的关系 第三部分：布置作业

1．名词解释：土壤耕性、土壤粘结性、土壤胶体 2．判断土壤耕性好坏的标准是什么?

3．什么是土壤粘结性、粘着性和可塑性及其影响因素？ 4．试述土壤保肥性和供肥性的关系。

5.影响土壤保肥性和供肥性的因素主要有哪些？如何调节土壤保肥性和供肥性？

教学反思: 很形象的讲授，只是内容多，学生和老师感觉累。

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