土壤复习资料.docx

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土壤复习资料

土壤总结材料

第一章

1.1土壤的基本概念

1.2土壤圈与全球变化

1.3土壤圈演化与人类社会的发展

1.4土壤地理学简介

1.5土壤地理学的发展简史

1.1.1土壤的定义

农学：

土壤是地球陆地表面具有肥力能够生长植物的疏松层，是天然植物与栽培作物的立地条件和生长发育基地。

地球化学：

岩石圈表层在次生环境中发生元素迁移和形成次生矿物的近期堆积体。

自然地理学：

土壤是成土母质在一定的水热条件和生物作用下，经一系列生化物理作用而形成的独立历史自然体，是一个从形态、物质组成、结构和功能上均可以剖析的物质实体。

随着社会经济的快速发展，环境污染以及全球变化问题的日益突出，土壤的定义不断更新。

土壤是地球陆地表面具有肥力能够生长植物的疏松层，是成土母质在一定的水热条件和生物作用下，经一系列生化物理作用而形成的独立历史自然体。

其特征：

具有肥力、有生物活性、多孔隙结构；

其功能：

有肥力及生产性能；

可更新性和再生性；

缓冲与净化功能。

1.1.3土壤剖析

土壤剖面是指从地面垂直向下至母质的土壤纵断面；

土体构型是指土壤剖面中的土层数目、排列组合形式和厚度；

土壤剖面的立体化就构成了单个土体（pedon），如图1-2所示。

聚合土体指在空间上相邻，物质组成和性状相近的多个单个土体组成的群体。

相当于土壤分类中的最基本分类单元-土系。

瑞典学者马特松（S.Matson1938年）首先提出,土壤圈指覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，又称为“土被”

土壤圈是地球表层系统的组成部分；

土壤圈是自然环境中物质循环和能量转化的重要环节和活跃场所；

土壤圈具有广泛的生态环境功能；

具有地理环境指示意义。

土壤圈在地球系统中的地位如

土壤地理学是研究土壤的发生发育、土壤分类及时空分异规律，进而为调控、改造和利用土壤资源提供科学依据的学科，是自然地理学与土壤科学之间的交叉学科，也是一门综合性和生产性很强的学科。

土壤地理学是以土壤及其与地理环境系统的关系为研究对象。

发展期

18世纪以后在西欧逐渐形成了近代土壤地理学。

对土壤科学发展产生了巨大推动作用的土壤地理学派有：

以化学家李比希（1803－1873）为代表的农业化学土壤学派；以地质学家法鲁（1794－1877）为代表的农业地质土壤学派；以土壤学家库比纳（1897－1970）为代表的土壤形态发生学派。

美国著名土壤学家詹尼（HansJenny）对道库恰耶夫的土壤形成因素学说进行了补充修正，于1941年发表了《土壤形成因素》专著，认为在土壤形成过程中生物的主导作用并不是到处都是一样的。

如果某因素所起的作用超过其他因素，那么就得出以该因素为主导的函数式，将主导因素放在函数式右侧括号内的首位。

美国学者史密斯认为：

①土壤是成土因素综合作用的产物，只要成土因素相同，则形成的土壤也相同；②只要土壤相同，则土壤性质也相同；③按土壤性质分类土壤，将发生理论作为选择土壤分异特性的参考。

提出了诊断层与诊断特性的概念，并建立了标准化、定量化的美国土壤系统分类体系（SoilTaxonomy）。

思考题

•人类应该以什么样的态度来看待和利用土壤？

•请亲自观察校园绿地或者附近农田林地，选择一个具体的单个土体，运用所学的知识阐述土壤是一个开放系统，并说明该土壤开放系统中的主导物质能量迁移转化过程。

第二章土壤固相组成及其诊断特性

土壤是由固相、液相、气相和土壤生物体四部分组成。

适于植物生长的典型壤质土壤的体积组成为土壤孔隙占50％，内含水分和空气；土壤固体占50%，其中矿物质占45％，有机质占5%；土壤生物体均生活在土壤孔隙之中，如图2-1所示

2.1土壤矿物

土壤矿物主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。

土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。

主要的成土矿物

矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物.

原生矿物由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。

如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。

次生矿物原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。

如方解石、高岭石等

原生矿物（primarymineral）直接来源于母岩特别是岩浆岩。

其中包括铝硅酸盐类、长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物类和磷灰石类。

原生矿物的风化过程不仅在时间上有阶段性，在空间上也有地带性。

1:

1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。

这样1:

1型层状铝硅酸盐的单位晶层有两个不同的层面，一个是由具有六角形空穴的氧原子层面，一个是由氢氧构成的层面。

2:

1型单位晶层

由两个硅片夹一个铝片构成。

两个硅片顶端的氧都向着铝片，铝片上下两层氧分别与硅片通过共用顶端氧的方式形成单位晶层。

这样2:

1型层状硅酸盐的单位晶层的两个层面都是氧原子面。

高岭组（1:

1型矿物）

特点：

（1）1:

1型的晶层结构

单位晶胞的分子式可表示为Ai4Si4O10（OH）8。

（2）无膨胀性两个晶层的层面间产生了键能较强的氢

键，膨胀系数一般小于5％.高岭石层间距约为0.72nm。

（3）电荷数量少阳离子交换量只有3-15Cmoles（+）Kg-1。

（4）胶体特性较弱较粗（0.2-2μm），颗粒的比表面积相

对较小，为10－20×103m2kg-1

蒙蛭组（2:

1型膨胀性矿物）包括：

蒙脱石、蛭石、绿脱石、拜来石等。

特征：

（1）2:

1型的晶层结构，蒙脱石是其典型代表。

单位晶胞的分子式可表示Al4Si8O20（OH）4·nH2O。

（2）胀缩性大蒙脱石晶层间距变化在0.96-2.14nm之间，蛭虫的膨胀性比蒙脱石小，其晶层间距变化在0.96-1.45nm之间。

（3）电荷数量大同晶替代现象普遍。

（4）胶体特性突出，较细（有效直径0.01-1μm），总表面积为8×105m2kg-1，且80％是内表面。

蛭石一般为4×105m2kg-1。

水化云母组（2:

1型非膨胀性矿物）

特征：

（1）2:

1型晶层结构伊利石是其主要代表，。

分子式为K2（Al⋅Fe⋅Mg）4（SiAl）8O20（OH）4⋅nH2O。

（2）无膨胀性在伊利石晶层之间吸附有钾离子，对相邻两晶层产生了很强的键联效果，使晶层不易膨胀，伊利石晶层的间距为1.0nm。

（3）电荷数量较大20－40Cmoles（+）kg-1。

（4）胶体特性一般总表面积为8×104m2kg-1，其可塑性、粘结性、粘着性和吸湿性都介于高岭石和蒙脱石之间。

物理性质

土壤矿物质的机械组成（颗粒组成）

一、土壤矿物质土粒的分级

（一）粒级的概念

粒级（粒组）：

按照土粒粒径的大小把性质和组成相近的一些土粒分成一组，每一组为一个粒级（或粗细）。

（二）粒级的分类

粒级分类常用的标准有苏联制、美国制、国际制、中国制

二）土壤质地分类制

1.国际制土壤质地分类：

是一种三级分类法，即按粘粒、粉粒、砂粒三种粒级占百分数进行分类，划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四类十二级。

我国质地类别土壤的特点、利用和改良

一、土壤质地与土壤肥力的关系

1、砂质土壤主要特性：

•1-0.05mm砂粒大于50%

•水：

保水性差、透水性强（“秋旱砂”）

•肥：

养分种类、数量少，保肥性差；

•气：

透气性好

•热：

热容量小，温差大——”暖性土”；

•生产特性：

发小苗不发老苗，适合花生、西瓜等块根、块茎作物。

二、不同质地土壤的利用和改良

1、客土法：

砂掺粘、粘拌砂

2、引洪漫淤

3、翻淤压砂或翻砂压淤

4、增施有机肥

2.3土壤固相的物理性质

土壤固相组成的物理性质主要包括土壤结构、密度、孔隙度、土壤颜色和土壤质地，它们是土壤发生的重要标志，也是影响土壤与环境间热量、水分、养分和气体交换，以及土壤中物质迁移转化的重要因素，因此，成为土壤分类和土壤资源开发利用的重要依据。

土壤固相物质组成、土壤质地和土壤结构是决定土壤许多重要物理特性的物质基础，而土壤颗粒密度、土壤密度、孔隙度、土壤磁性和土壤颜色则是反映土壤物质组成和土壤发生条件的重要定量指标。

土壤颜色采用国际通用的蒙氏颜色卡来表示，如图2-23、2-24、2-25所示。

土壤密度（soilparticledensity）：

又称土壤比重。

单位体积土壤（不含孔隙）的烘干重量,大小与土壤的化学与矿物组成有关。

土壤容重（SoilBulkDensity）：

一定容积的土壤（包括土粒及粒间的孔隙）烘干后的重量与同容积水重的比值。

可作为土壤熟化程度指标之一，熟化程度较高的土壤，容积比重常较小。

土壤孔隙：

土壤中大小不等、弯弯曲曲、形状各异的各种孔洞，单位土壤容积内孔隙所占的百分数，称为土壤孔隙度。

通气孔隙的多少决定土壤的通透性能。

团粒结构的特征：

①有一定的结构形态和大小；②有多级孔隙；③有一定的稳定性；

团粒结构对土壤肥力的作用：

①能协调水分和空气的矛盾；②能协调土壤有机质中养分的消耗和积累的矛盾；③能稳定土壤温度，调节土热状况；④改良耕性和有利于作物根系伸展

第三章

第一节土壤生物

一．土壤微生物microorganism

二.土壤动物fauna

三.土壤中的根系rootsystem

四.土壤酶enzyme

土壤微生物：

指生活在土壤中、借用光学显微镜才能看到的微小生物。

•土壤微生物的类型

–土壤微生物主要包括

•细菌bacterium

•放线菌actinomyces

•真菌fungus

•藻类algae

土壤微生物在土壤中的作用

•1．参与土壤形成

•2．促进土壤中营养物质的转化

•3．增加生物热能，调节（adjust）土壤温度

•4．产生代谢产物，刺激植物生长

•5．促进土壤肥力的提高

一土壤有机质矿质化过程

•有机化合物进入土壤后，在微生物的作用下发生氧化反应，彻底分解而最终释放出二氧化碳、水和能量，所含氮、磷、硫等营养元素在一系列特定反应后，释放成为植物可利用的矿质养分，这一过程称为有机质的矿化过程。

–矿质化过程为植物和土壤微生物提供养分和活动能量，影响土壤性质，并为腐殖化过程提供物质基础。

•脂肪微生物分泌的脂肪酶甘油+脂肪酸CO2+H2O+heat；

•单宁真菌葡萄糖氧化有机酸CO2+H2O；

•树脂有机酸+醇类+碳氢化合物

•有机肥施入土壤后，经过有机物矿质化过程，可为植物和微生物提供速效养分，为微生物活动提供能源，并为土壤有机质的腐殖化准备了基本原料。

土壤以好气性微生物为主时，有机质迅速矿化，分解速度快而彻底，生成较多的二氧化碳、水和其它养分的可溶性物质，并放出大量热能；以嫌气性微生物活动为主时，有机质的分解速度慢，且往往不彻底，释放热能少，其分解产物除植物养分外，尚易积累有机酸及甲烷、硫化氢、磷化氢、氢气等还原性物质，当其达到一定程度时，则对植物生长不利甚至有害。

二腐殖化过程

矿质化过程形成的中间产物（intermediateproduct），在微生物作用下再合成更为复杂的高分子（macromolecule）有机化合物。

•有机质的腐殖化过程要经历两个阶段：

–第一阶段：

•有机残体分解提供了组成腐殖质分子的原始材料，如多元酚、含氮有机物（如氨基酸、多肽等）及其它的矿质化中间产物等。

–第二阶段：

•由微生物分泌的多酚氧化酶将多元酚氧化成醌，醌再与氨基酸或肽缩合而成腐殖质的基本结构单元，然后在微生物及其分泌酶作用下，与其它结构单元进一步缩合形成复杂而稳定的腐殖质。

•腐殖物质是经微生物作用后，由多酚和多醌类物质聚合而成的含芳香环结构的、新形成的黄色至黑色的非晶形高分子有机化合物。

•它是土壤有机质的主体，也是土壤有机质中最难降解的组分，一般占土壤有机质的60%-80%。

一土壤有机质的作用

•土壤有机质是植物营养元素的重要来源，它决定土壤的养分状况，影响土壤水肥气热四大肥力因子的协调性。

•有机质是植物（尤其是自然植被）营养的主要来源；

•碳素营养：

土壤每年释放的CO2达1.35×1011吨，相当于陆地植物的需要量。

•氮素营养：

土壤有机质中的氮素占土壤全氮的92-98%

•磷素营养：

土壤有机质中的磷素占土壤全磷的20-50%

•其他营养：

K、Na、Ca、Mg、S、Fe、Si等营养元素。

•有机质可提高土壤保水保肥能力和缓冲性；

•有机质中的腐殖质疏松多孔，又是亲水性胶体hydrophiliccolloid，能吸持大量水分。

•腐殖质胶体有巨大表面积与表面能，能吸附大量的阳离子，像是养分的仓库；

•腐殖质胶体是有机弱酸，可以缓冲进入土壤中的碱，腐殖质与金属形成的盐具有两性胶体的作用，具有很强的缓冲酸碱的能力。

同时，由于腐殖质对H+的吸附和释放，也可以对土壤的酸碱度起到缓冲作用；

3.改善土壤物理性质：

–改善表层土壤的结构性，使分散的土粒凝聚为团粒结构；

–改善沙土和粘土的结构，使之朝着壤质土发展；

–加深土壤颜色，增加土壤吸热能力，有利于提高土壤温度

4.增强土壤微生物和动物的活动：

–有机质为微生物和动物提供了丰富的生活物质；

–腐殖质能调节土壤的酸碱反应，使之有利于微生物活动；

–腐殖质中含有各类维生素vitamin，激素hormone和抗生素antibiotics等物质，可促进微生物的活动；

5.活化土壤中难溶性矿质养分：

–土壤有机质中的富里酸和一些低分子micromolecular的有机酸，可使不溶性的磷酸盐和硅酸盐silicate矿物（磷灰石，钾长石，云母等）分解，转化为可溶态的磷，钾，镁和微量元素等有效养分。

6促进植物生长发育

•胡敏酸可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体。

•胡敏酸钠盐对植物根系生长具有促进作用

•土壤有机质中还含有维生素B1—B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素（β—吲哚乙酸）、抗生素（链霉素、青霉素）等,对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗性。

（二）、有机质在生态环境上的作用

1有机质可降低或延缓重金属污染

如胡敏酸将Cr6+还原为Cr3+，然后形成稳定的复合体。

2有机质对农药等有机污染物具有固定作用

土壤有机质对农药等有机污染物有强烈的亲和力，对有机污染物在土壤中的生物活性、残留、生物降解、迁移和蒸发等过程有重要的影响。

3有机质对全球碳平衡的影响

土壤有机质是全球碳平衡过程中非常重要的碳库。

有机质的调节途径（approach）：

1.通过耕作措施（cultivationmeasures）调节有机质分解和积累（accumulation）过程；

1.增施有机肥料（organicfertilizer），增加土壤有机质含量；

1.种植绿肥（greenmanure）和牧草（pasture）（林地）。

第四章

SoilNutrientCycling

土壤养分循环

1Nitrogencyclinginsoils

土壤氮素循环

2Phosphorousandsulfurcyclinginsoils

土壤磷和硫的循环

3Potassium,calciumandmagnesiumcyclinginsoils

土壤中的钾钙镁

4Micro-elementcyclinginsoils

土壤中的微量元素循环

5Soilnutrientbalanceanditsavailability

土壤养分平衡及有效性

土壤养分的基本概念

∆土壤养分－指植物所必需的，主要是土壤来提供的营养元素就叫做土壤养分。

土壤养分是土壤肥力的物质基础，是土壤肥力的重要组成因素。

∆有效养分－能够直接或经过转化被植物吸收利用的

土壤养分

∆速效养分－在作物生长季节内，能够直接、迅速为

植物吸收利用的土壤养分，称~

∆无效养分－不能被植物吸收利用的土壤养分，称~

∆土壤养分状况－是指土壤养分的含量、组成、形态

分布和有效性的高低。

氮磷钾三要素，简称土壤养分三要素。

其所以重要就在于必需经常调节其供不应求的状况，而不是指它们在植物营养中所起的作用

生物从土壤吸收无机养分——生物残体归还土壤形成有机质——土壤微生物分解有机质释放无机养分——养分再次被生物吸收。

施用氮肥对土壤健康质量的影响

Ø对于氮肥来说，最易引起土壤变化的性质就是pH。

连续施用氮肥会导致土壤pH降低，在酸性土壤上问题尤为明显。

Ø酸性土壤交换性钙含量低，每加入100kg硫酸铵就需要110kg的碳酸钙去中和由于氮肥所产生的酸度。

如果不施加石灰校正土壤酸度，锰和铝的过量释放将会产生对植物的毒害作用

施用氮肥的大气污染

Ø氮肥施入土壤后，部分会以气态形式损失掉，如NH3、NO、N2和N2O等。

在近地面的环境中，NOx在阳光下与氧气反应，形成臭氧，组成化学烟雾，刺激人、畜的呼吸器官；在农田则对农作物产生危害

Ø大气中N2O正以0.25%的年增长率上升，其中，热带和农业土壤被认为是全球重要的N2O释放源，贡献率达70%~90%。

在美国，来自农田的N2O大约有405kt-1011kt。

Ø近20年来，农业生产的N2O的释放及其影响因素的研究成为氮素生物化学循环研究的新热点。

施用氮肥对作物品质和人体健康的影响

Ø高剂量施用化肥势必造成土壤特性的迅速变化。

Ø土壤特性的变化势必引起作物品质的变化。

高剂量施用单一化肥，将引起土壤中各种元素的比例失调，最后导致作物产生新的生化过程

●土壤中养分向植物根的移动

Ø截获：

植物根表与粘粒表面吸附的离子接触交换，不

经土壤溶液移动直接吸收养分离子。

Ø质流：

由植物蒸腾作用引起的水分及有效养分向根表

的移动。

对非吸附态离子吸收非常重要。

Ø扩散：

通过土壤水溶质运动，养分从高浓度向低浓度

区域的移动。

与土壤条件、根的生长及根表面

积等因素密切相关。

遵循Fick扩散定律。

●土壤溶液中养分的补给

Ø养分容量和强度指标

•强度因素—土壤溶液中养分离子的浓度。

•容量因素—土壤中有效养分总量，即固相能补给土壤溶液

养分的总贮量（Q）。

•养分缓冲容量—固相维持溶液中养分离子强度（I）的能力。

Ø土壤养分的能量概念

Ø常温常压下，土壤溶液中某一组分的化学位是其浓度或活度的指函数，代表该组分的能量水平，化学位高的养分离子，对植物的有效性亦高。

•离子吸附结合能—土壤胶体与其吸附离子的结合能。

•养分位的概念—把养分的有效性与化学位联系起来，用化学位衡量养分的有效度，称为养分位。

但养分位不等于化学位，而是化学位的简单函数

第一节土壤水分的类型及有效性

一、土壤水的重要性：

所有的水只有进入土壤转化为土壤水，才能被植物吸收利用。

土壤水是作物吸水的最主要来源。

土壤水是土壤的最重要组成部分之一。

土壤水是土壤形成发育的催化剂；

土壤水并非纯水、而是稀薄的溶液。

二、土壤水分的类型和性质

1、吸湿水（hydroscopicwater）干土从空气中吸着水汽所保持的水，称为吸湿水。

又称为紧束缚水，属于无效水分。

2、膜状水（薄膜水）（membraneouswater）指由土壤颗粒表面吸附所保持的水层，膜状水的最大值叫最大分子持水量。

薄膜水对植物生长发育来说属于弱有效水分，又称为松束缚水分

3、毛管水（capillarywater）毛管水是靠土壤中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。

毛管水是土壤中最宝贵的水分。

毛管水又可以分为两种类型。

●毛管悬着水（capillarysupportingwater）土体中与地下水位无联系的毛管水称毛管悬着水。

●毛管支持水（毛管上升水）（capillarysuspendingwater）土体中与地下水位有联系的毛管水称毛管支持水

4、重力水（gravitationalwater）

　　　又称多余水，是指土壤中充滞于充气孔隙中的水分。

存在于土壤中的时间短，很快会因为重力作用而渗入或流出。

四、土壤水分常数及土壤水分有效性

（一）土壤水分常数（soilmoistureconstant）

在一定条件下的土壤特征性含水量称土壤水分常数。

●吸湿系数（hygroscopiccoefficient）　最大吸湿水量

●凋萎系数（wiltingcoefficient）萎蔫含水量又称稳定凋萎含水量。

植物因缺水凋萎并不能复原时的土壤含水量，又称萎蔫含水量

●田间持水量（fieldcapacity）：

毛管悬着水达到最大值时的土壤含水量称为田间持水量，通常作为灌溉水量定额的最高指标。

在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。

●饱和含水量（saturatedwatercontent）饱和含水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。

以干土质量或容积的百分量表示。

二）土壤水的有效性（availability）

土壤水的有效性是指土壤水能否被植物吸收利用及其难易程度。

　不能被植物吸收利用的水称为无效水,能被植物吸收利用的水称为有效水。

　　最大有效水含量是凋萎系数至田间持水量的水分。

●土壤质地土壤质地的影响主要是由土壤的表面积和孔隙系统的性质引起的。

●土壤结构团聚体土壤孔隙度大，含水量高，持水孔隙发达，故有效水分含量高。

如团聚体发育好的东北黑土。

●有机质含量有机质本身的持水量很大，更能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质，可以扩大有效水范围。

一、土水势概念

土水势是在标准大气压下，极小单位水量从一个平衡的土一水系统可逆地移到和它温度相同，处于参比状态水池时所做的功。

二、土水势的组成

●基质势ψm　　负值，当土壤饱和时最大＝0.

土壤含水量越高，基质势也越高。

●渗透势ψs渗透势又称溶质势，负值。

土壤溶质浓度越高，溶质势越低。

溶质势只有对半透膜的水分运动起作用。

●压力势ψp　　正值。

只有当土壤水分饱和时才有压力势在不饱和土壤中压力势为0.饱和土层越深，压力势越高。

ψp=ρwghV

●重力势ψg　　　　重力势（ψg）是指由重力作用而引起的土水势变化。

任何时候重力势都存在。

高于参比面时为正，反之为负，参比面处重力势为0.

四、土壤水分在土壤肥力中的作用

土壤水分是土壤肥力的重要因素之一，它一方面直接供给植物吸收利用；另一方面又影响土壤的其它性状和肥力因素。

●土壤水分影响土壤的养分状况

●土壤水分影响土壤的通气状况

●土壤水分影响土壤的热量状况

●土壤水分影响微生物和活动

●土壤水分影响土壤的物理机械性和耕性

五、影响土壤水分状况的因素

●植被蒸腾作用对土壤水分平衡关系密切，植被组成和覆盖度对土壤水分状况都有较大影响。

●气候降雨量和蒸发是重要因素。

●土壤物理性质特别是土壤质地、结构和有机质含量等到因素对水的渗透、流动和蒸发有重要影响。

●地形地形影响水分的再分配。

●水文地质在不透水层接近地面、地下水位高的地方，或者有承压地下水来源的地方，由于地下水通过支持毛管水上行，在一定条件下可形成蒸发型。

●人为影响如灌溉、排水以及耕作等土壤管理措施。

3.2土壤热量状况

土壤热量状况是土壤的重要物理性状之一。

影响土壤热量