土壤的孔性、结构性和耕性.ppt

第 3 章 土壤的基本性质,3.1 土壤的孔性、结构性和耕性,3.1 土壤的孔性、结构性和耕性,第一部分：土壤的孔性 第二部分：土壤的结构性 第三部分：土壤的耕性,土壤孔度 土壤孔隙量 孔隙度（总孔度）：孔隙容积/土壤容积x100% 孔隙比：孔隙容积/土壤容积 土壤孔性 土壤孔隙的大小和大小孔隙的分布,第一部分：土壤孔性,当量孔径(有效孔径),（比较当量粒径) 假想圆管的直径,用以描述具有相似性质土壤的孔隙大小 （与一定的水分吸力或张力相对应的孔径） 茹林公式 d=3/h d：当量孔隙直径，mm h：土壤水分吸力，cm水柱高，或mbar,土壤孔度的计算,利用土壤容重和土壤密度 薄片观察（土壤微形态） -偏振光显微镜,土粒密度(比较土壤比重、土壤相对密度）,单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙的容积）的质量(g/cm3 或t/m3) 与土壤组成有关，常用土壤密度值2.65 g/cm3 土壤密度的用途： 计算土壤孔度 计算土壤三相组成 用于机械组成分析计算,土壤中常见组分的密度,土壤比重 土壤密度与4时纯水密度之比。一般取2.65。,土壤容重(soil bulk density),自然状态下单位容积土壤的质量(g/cm3 或t/m3) 土壤容重的范围1.0-1.5 g/cm3 理想1.35 g/cm3,疏松排列,紧密排列,47.46%,24.51%,孔隙度,土壤容重的的用途：,计算土壤孔隙度（松紧度） 孔隙度（1容重/比重）100% 估算各种土壤重量及成分储量 土壤重量=土壤体积土壤容重 计算土壤储水量及灌水定额,1hm2的1m土层储水量 =10000m21m1.3 t/m325% =3250m3/hm2= 32.5mm,影响土壤容重的因素,通过影响孔隙 土壤质地 土壤结构 自然因素（动物孔穴等） 人为因素（耕作，压实，结构改良剂等） 土壤有机质含量,土壤容重和土壤比重（土壤密度）测定,土壤容重的测定 环刀（容重圈）法 土壤密度的测定 比重瓶法,土壤三相组成计算,固相率 =（容重/土壤密度） x100% 土壤含水量（质量%） =（土壤水质量/干土质量）x100% 土壤含水量（容积%） = 土壤含水量（质量 %）x土壤容重 孔隙度 = 1固相率 =1(容重/土壤密度）x100% 气相率 = 1容积含水率 土壤孔隙比 = 孔隙度/(1-孔隙度),土壤孔隙分级,通气孔隙（大孔隙）0.1mm 毛管孔隙 0.001-0.1 （0.06) mm (毛管传导孔隙 0.03-0.1mm 贮存孔隙0.001-0.03mm) 非活性孔隙(无效孔隙)0.001mm,第三节 土壤孔性和土体构造,毛管孔隙 (capillary pore),孔径： 0.02(0.06)0.002(0.0002)mm。 水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至 T=3/0.002=1500百帕之间，对植物是 有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生长和活动。,（又称无效孔隙） 孔径0.002mm(0.0002mm) 水分水吸力T=3/0.002=1500百帕，土壤对水的吸力很强，水分对植物基本无效,非活性孔隙(inactive pore),通气孔隙(aeration pore),孔径0.02(0.06)mm，透水通气， 通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动。,土壤孔性与土壤肥力,理想的土壤三相组成 固相率50% (壤土和粘土） 通气孔隙 8-15% (旱作）,一、土壤结构体（soil configuration) （一）土壤结构体概念 1、土壤结构性(soil structurality) 土壤中单粒、复粒的数量、大小、形状、性质及其相互排列和相应的孔隙状况等综合特性。,第二部分：土壤结构性(soil structure),2、土壤结构体（soil configuration） 土粒在胶结物(有机质、碳酸钙、氧化铁)的作用下，相互团聚在一起形成大小、形状、性质不同的土团。,1、块状结构(cloddy structure) 形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。 产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构。 大小划分：大块状结构,直径10cm;小块状结构直径510cm。,(二)土壤结构体种类（soil configuration type）,2 、团块状(crumby structure) 形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。 大小划分：大团块结构，直径53cm；团块状结构，直径31cm；小团块状结构，直径1cm。,3、核状结构(nutty structure) 形状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。 产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成核状结构。 大小划分：大核状，直径1cm；核状，直径710mm；小核状，57mm。,4、柱状(columnar structure) 形状：侧面，横断面形状不规则。 产生条件：柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现。 大小划分：大柱状结构，5cm；柱状结构，35cm；小柱状结构，3cm。,5、棱柱状结构(prismatic structure) 形 状：同柱状结构，棱角尖锐明 显，横断面略呈三角形。 产生条件：粘重土壤的底土，由于干 湿交替频繁形成棱柱状结构。 大小划分：大棱柱状结构，5cm； 棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构，3cm。,6、片状、板状结构(platy structure) 形 状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。 产生条件：雨后土壤表面结壳或老耕作土壤犁底层。 大小划分：3mm者为板状， 3mm者为片状。,7、团粒结构(granular structure) 形状：近似于球形，疏松多孔的小土 团称团粒结构，是含有机质丰富肥沃土壤 的标志特征。 大小划分：一般为0.2510mm， 0.25mm者称微团粒(microaggregate)，水 稻土中多为微团粒结构。,土壤团粒体,二、土壤结构体（soil configuration)的形成 第一阶段是土粒在自身的粘结、凝聚或和外物 胶结作用下粘聚形成致密土体或次生复粒(secondary compound particle)(微团聚体(microaggregate)； 第二阶段是团聚体(aggregate)进一步粘结形 成结构体或致密土体。,1、土粒粘聚(soil particle coagulation) （1）阳离子凝聚(cation coagulation) 土壤胶粒(soil colloid)通常带有负电 荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子(cation) 作用下，发生相互凝聚。 a、高价离子凝聚能力大于低价离子; b、水化半径大的离子凝聚能力弱，反之 则较强。,常见阳离子凝聚能力：,Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H+ NH4+ K+ Na+,农业生产(agricultural production)中，常施用石灰(酸性土)或石膏(碱性土)，利用Ca2+的作用促进土粒凝聚。 增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。,(2) 水膜(water film)的粘结作用 土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。,农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进土壤胶粒凝聚。,(3) 胶结作用(cementation) a、简单的无机胶体(simple soil mineral colloid) 土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H20、 SiO2z H20等，常以胶膜形态包被在一 起，形成的结构体。 往往是致密紧实的结构体，如核状结 构，对协调水肥的能力极差。,b、粘粒(clay) 粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。 c、有机质(organic matter) 土壤中的腐殖质、多醣类、蛋白质、木质素以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。,2、土壤结构的成型 （1）干湿交替作用(alternation of drying and wetting) 蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母 类和高岭石类的膨胀收缩性则较弱。 土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈 明显，有如“爆破”一样。促使土体破碎形成 结构。,a、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使 土体产生不等的变形而依脆弱线开裂成小块 b、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的 空气所产生的压力，使土体破碎,（2）冻融交替作用 (alternation of freezing and thawing ) 水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体产生压力而使土壤崩裂。,孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成 膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化， 土壤就会沿裂痕酥散。,(3) 生物作用(biological effect) a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。 b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。 (4) 土壤耕作(soil tillage) 通过合理耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。,三、团粒结构(granular structure)在土壤肥力(soil fertility)上的意义,团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊的作用，协调水气状况能力强，因而是理想的结构体。,1、小水库(reservoir) 团粒结构透水性好，可接纳大量降水 (precipitation)和灌溉水(irrigation water)，而团粒内部保水性强，天旱(drought)时还可防止水分蒸发(evaporation)。 天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下 层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而 蒸发损失。,2、小肥料库 具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰 富。团粒结构表面为好气作用，有利于有机质 的矿质化(mineralization)，释放养分。团粒内 部则有利于腐殖化(humification)，保存养分。,3、空气走廊 由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通(ventilation),四、土壤良好结构体的培育 1、大量施用有机肥 2、实行合理耕作 3、实行合理轮作 4、施用石膏或石灰 5、施用土壤结构改良剂(soil conditioner),腐殖质,砂粒,砂粒,粉粒,粉 粒,粘粒,第三部分：土壤耕性(soil tilth),土壤耕性是指土壤在耕作时所表现的特性，也是一系列土壤物理性质和物理机械性的综合反映。 （1）耕作难易程度 （2）耕作质量的好坏 （3）宜耕期长短,土壤物理机械性,土壤物理机械性是多项土壤动力学性质的统称，它包括粘结性、粘着性、可塑性、胀缩性以及其它受外力作用后（如农机具的切割、穿透和压板等作用）而发生形变的性质。,粘结性和粘着性,土壤粘结性是土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。 土壤粘着性是土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着外物表面的性能。,影响土壤粘结性和粘着性的因素有：,土壤质地 土壤含水量 土壤结构 土壤腐殖质含量,土壤塑性(soil plasticity),塑性(plasticity)：指土壤在外力的作用下变形，当外力撤消后仍能保持这种变形的特性，也称可塑性。 土壤塑性是片状粘粒及其水膜造成的。,塑性值(plastic index)：上塑限和下塑限的差值，又称塑性指数（plasticity number）。,上塑限(upper plastic limit)：土壤呈现塑性的最大含水量，又称流限（liquid limit）。 下塑限(lower plastic limit)：土壤呈现塑性的最小含水量，又称塑限(plastic limit )。 塑性值愈大表示土壤塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值均以含水量表示之，它们的数值随着粘粒含量的增加而增大。,影响土壤可塑性的因素：,水分含量 土壤质地 代换性阳离子 土壤有机质,土壤胀缩性,土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积收缩称为