土壤矿物物组成与特性.ppt

第一章土壤矿物质 本章导读 在了解土壤和土壤肥力的基础上 本章重点理解土壤母质的概念与性质 土壤母质的常见类型 土壤粒级 土壤质地的概念 分类标准 不同粒级土粒的矿物组成 化学组成和基本特性 重点掌握不同质地土壤的肥力特征 生产特性 利用和改良途径及措施 土壤是由固 液 气三相物质组成的自然体 其中 固相部分由许多大小不等的矿物质颗粒和有机质颗粒组成 对于一般土壤来说 自然植被茂密的森林土壤和草原土壤除外 土壤矿物质颗粒约占土壤固相部分的95 以上 是构成土壤的最基本的物质 与土壤性质关系密切 第一节土壤母质一 土壤母质的概念 P27 裸露在地表的岩石矿物 经各种风化作用形成疏松的 粗细不同的矿物颗粒的地表堆积体 因为它是形成土壤的基础 故称之为土壤母质 或成土母质 二 土壤母质的来源土壤是由裸露在地表坚硬 巨大的岩石 经过风化作用和成土作用而形成 岩石 经各种风化作用 母质 经成土作用 土壤 土壤最初来源是岩石 而岩石又是由一种或多种矿物组成 所以我们对土壤的认识需要从认识岩石和矿物开始 1 地壳的元素组成地壳的元素组成中含有元素周期表中绝大多数的元素 但这些元素在含量上有很大的差异 1 地壳的元素组成中主要成分是O 46 40 49 52 Si 25 75 29 50 Al 7 45 8 80 Fe 4 20 5 10 这四种元素 尤其是O Si这两种元素占75 以上 而O占了近一半 所以O Si Al Fe这四种元素对土壤性质有深远的影响 土壤的很多性质与这四种元素密切相关 2 某些植物生长的必需营养元素 比如 Mn Zn Cu B Mo等不仅含量少 而且都以难溶性的化合物封闭在坚硬的岩石中 处于极分散的状态 植物难于吸收利用 所以地壳由原来的状态变成能生长植物的肥沃土壤 中间需要经过一个极其复杂的质变过程 坚硬的岩石必须崩解 碎裂 分解成母质 植物营养元素才能被释放 被集中 空气和水分才能流通 肥力才可以发展 土壤才能形成 2 矿物 1 概念 矿物是指天然存在于地壳中有一定的化学组成 物理特性 内部构造的化合物或单质元素 在已经发现的自然界的3000多种矿物中 绝大多数是化合物 结晶质 固态的 少数是单质 非结晶质 液态的 矿物是岩石的组成部分 2 分类 按照矿物的起源可分为 原生矿物和次生矿物 3 主要成土矿物的组成和特性 见P21表1 1 3 岩石 rock 概念 是在地质作用下 由一种或多种矿物有规律组合而成的集合体 它具有一定的结构和构造特征 分类 自然界中岩石种类繁多 根据其成因可分为岩浆岩 沉积岩 变质岩三大类 1 岩浆岩 由岩浆冷凝以后而形成的岩石 我们还可以根据岩石中SiO2含量多少来划分岩浆岩的类型 SiO2 65 酸性岩 52 65 中性岩 45 52 基性岩 45 超基性岩共同特征 没有层次 没有化石 不含有机沉淀物 2 沉积岩 各种先成岩 岩浆岩 变质岩 原有的沉积岩 经过风化 搬运 沉积 重新固结而成的岩石 或者生物的遗骸 生物新陈代谢所形成的物质沉积以后所形成的岩石 沉积岩种类很多 一般可分为三类 a 碎屑岩 砾岩 砂岩 b 粘土岩 页岩 粘土岩 c 化学岩 生物岩 石灰岩 白云岩 共同特征 有层次 常有化石 3 变质岩 地壳中的岩浆岩 沉积岩 原有的变质岩由于受到地壳的运动或岩浆活动的影响 在高温 高压的条件下 使岩石内部发生激烈变化 使矿物发生重新结晶或重新排列 甚至化学成分发生激烈变化而形成的新岩石 共同特征 岩石致密坚硬 不易风化 呈片状组织 常见的主要的成土岩石见P23表1 2 3 岩石矿物的风化形成了土壤母质岩石的风化作用 地壳表面坚硬而巨大的岩石 在外界因素的作用下逐渐发生崩解破碎和分解作用 岩石由大块 小块 细粒 同时岩石的矿物组成和化学组成发生改变的过程 按照风化作用的因素和特点可分为物理风化 化学风化 生物风化三种类型 1 物理风化 岩石受物理因素作用而崩解碎裂的过程 物理风化的因素主要是 温度引起的热胀冷缩 冰冻的挤压 流水的冲刷 风 冰川等自然动力的磨蚀 根系的穿插等 其结果使岩石由大块 小块 细粒 使岩石有了对水分和空气的通透性 为岩石的进一步风化 尤其是化学风化创造条件 但没有改变岩石的矿物组成和化学组成 2 化学风化 岩石由于受到化学因素作用而引起的破坏过程 这些化学作用过程主要包括 溶解作用 水解作用 水化作用 氧化作用等 其中水解作用能使岩石中的矿物发生彻底分解 引起岩石内部矿物组成和性质的彻底改变 所以水解作用被认为是化学风化中最主要的作用和基本环节 化学风化的结果 使岩石进一步分解 彻底改变了原来岩石的矿物组成和性质 产生了一批新的次生粘土矿物 它们的颗粒很细 一般均 0 001 呈胶体分散状态 使母质开始具有吸附能力 粘性和可塑性 并出现了毛管现象 有一定的蓄水性 同时也释放了一些可溶性盐 是植物养分的最初来源 3 生物风化 矿物在生物影响下所引起的破坏作用 主要表现为植物根系的穿插作用 动物的穴居习性对岩石引起的机械破碎作用 以及生物生命活动产生的CO2 O2以及分泌的各种有机酸 无机酸能加速化学风化的进程 生物风化的结果 一方面加速岩石的风化 更重要的能使风化产物中的植物营养元素能在母质表层累积和集中 同时累积了有机质 发展了肥力 所以生物参与风化作用 也就意味着成土作用的开始 三 土壤母质的新性质岩石风化的结果产生了母质 母质与岩石相比产生了一些新的特性 1 具有了分散性 物理风化使岩石由大块 小块 碎屑 由致密坚硬态 疏松态 具有了分散性 2 初步具有了通气透水 蓄水和吸附物质的性能 化学风化和生物风化使碎屑变为较细的颗粒 于是土粒表面积增大了 具有了一定的吸附能力 同时粒间存在着大小不同的孔隙 使母质初步具有了透水通气 蓄水和吸附物质的性能 3 含有一定的可溶性养分 在各种风化作用下 处于不溶状态的营养元素从岩石矿物中释放出来 形成可溶性的物质 如Ca Mg K Na的碳酸盐 硫酸盐等 与岩石相比 土壤母质初步具备了水 肥 气 热条件 但与土壤相比 水肥气热还不能很好地统一 它只是为肥力的进一步发展打下基础 为成土作用创造条件 四 土壤母质的类型及特征 根据风化产物搬运动力和沉积特点的不同 可把成土母质分为以下几类 1 残积物 也称残积母质 未经外力搬运而残留在原地的风化产物 多分布在山地和丘陵的较高部位 2 坡积物 在重力和雨水冲刷作用下 将山坡上的风化物搬运到坡脚或谷地堆积而成 3 洪积物 由于山区临时性洪水爆发 洪水夹带岩石碎屑 砂粒 粘粒等物质沿山坡下泻到平缓地带沉积而成的堆积物 形状扇形 4 冲积物 岩石风化产物受河流经常性流水的侵蚀和搬运 在流速减缓时沉积于河谷地区的冲积物 5 湖积物 湖水泛滥沉积而成的沉积物 6 海积物 由于海岸上升或江河入海回流的淤积物露出水面形成 7 风积物 风力吹来的泥砂堆积而成 8 黄土 是第四纪沉积物 是风力堆积而成 9 红土 又称第四纪红色粘土 分布在我国南方 多呈红色 红棕色 质地粘重 养分少 第二节土壤的矿物组成及特性一 矿质土粒 一 土壤的矿物组成坚硬的岩石及其矿物经过一系列风化 成土过程之后形成的大大小小的颗粒物质 统称为土壤矿物质 soilmineral 土壤矿物质颗粒的大小及其在土壤中所占的比例决定着土壤的基本特性 土壤矿物质颗粒按其来源可分为两类 原生矿物 指那些在风化过程中未改变化学组成 而遗留在土壤中的原始成岩矿物 主要是石英和由正长石 斜长石 白云母 黑云母 辉石 角闪石等组成的原生硅酸盐矿物 它们对土壤肥力的作用有两方面 一方面构成土壤的 骨骼 另一方面通过风化而释放各种养分 但这个过程是极其缓慢的 次生矿物 在风化及成土过程中新形成的矿物 也称为粘土矿物或粘粒矿物 次生矿物以结晶层状铝硅酸盐矿物为主 还有相当数量的晶态和非晶态的Si Fe Al氧化物和水化氧化物等 二 土壤矿物质的化学组成各粒级土粒的矿物组成不同 其化学成分也发生相应变化 砂粒和粉粒中SiO2含量高 粘粒中Fe2O3 Al2O3 CaO MgO P2O5 K2O的含量较多 随着土壤单粒由大到小 SiO2含量逐渐减少 磷 钾 钙 镁 铁等养分含量逐渐增加 因此 不同粗细的土粒 对土壤植物养分的供应潜力不同 三 土壤的机械组成1 土壤粒级 1 土壤粒级的概念 陆欣P29 土壤矿物质颗粒以单粒和由单粒粘合而成的复粒一起存在 单粒直径大小不同 其组成和性质也随之变化 据此将土壤单粒划分为若干粒径等级 即为土壤粒级 soilseparates 或称粒组 particlegroup 换言之 根据土壤单粒直径大小和性质变化而划分的土粒级别称为粒级 粒组 同一粒级的土粒 成分和性质基本一致 粒级间则有明显差别 平时所说的砂粒 粉粒和粘粒就是粒级的名称 二 各级土粒的性质土粒的物理性质在0 01mm和0 001mm处有明显变化 粒径大于0 01mm的粒级 一般无可塑性和胀缩性 但有一定的透水性 其吸湿力 保肥力和粘结力等都很微弱 而小于0 01mm的土粒 则具有明显的可塑性和胀缩性 但无透水性 其吸湿力 保肥力和粘结力等都有突出的增加 小于0 001mm的土粒 这种突增更明显 1 石砾及砂粒石砾及砂粒是风化碎屑 其所含矿物成分和母岩基本一致 不能充分反映土壤形成条件 它们形状不一 无可塑性和粘结力 因而砂粒多的土壤是松散的 又因其粒径大 与外界接触面小 所以经受化学风化的机会也少 养分的释放很慢 有效养分缺乏 由于比表面小 所以土粒的表面吸湿性和吸肥力都很小 又因为他们粒间孔隙大 所以透水性强 排水易 通气良好 但易溶性的养分也易于随水流失 石砾和砂粒的另一特点 即它们不会因干湿而胀缩 2 粘粒粘粒颗粒细小 是化学风化的产物 其所含的矿物质成分和原来母质有所不同 属于次生矿物一类 从化学成分讲 粘粒中的SiO2比砂粒和粉粒要少得多 1 颗粒细 表面吸湿性强 粒间孔隙很小 有明显的毛管作用 透水缓慢 排水困难 通气不畅 2 粘结力强 常成土团或土块 单独的粘粒很多成片状 所以粘土的可塑性和胀缩性显著 干时土块易于龟裂 3 粘粒本身含养分丰富 且由于土粒细小 比面大 粘粒中的微细者 还具有胶体特性 能吸附养分 所以土粒的表面吸肥力和整个土体的保肥力都较强 有效养分的储量较多 4 由于粘粒是土壤形成过程中的新生产物 所以它的类型和性质能反映出土壤形成的条件和作用 3 粉 砂 粒颗粒大小介于粘粒和砂粒之间 其矿物成分中有原生的 也有次生的 粉粒只有微弱的可塑性和胀缩性 粘结力在湿时明显 干时减弱 它的很多性质介于砂粒和粘粒之间 粉粒很容易进一步风化 2 土壤粒级的分类 陆欣P30 土粒分级一般是将土粒分为石砾 砂粒 粉粒和粘粒四级 国际制土粒分级 特点 十进位制 易于记忆 但人为性大 卡庆斯基制 前苏联土壤学家卡庆斯基提出的土壤粒级分类标准 既细致又简明 细致方案对粉粒划分较细 符合我国许多土壤中粉粒多样化的特点 简明方案则先以粒径1mm为界分出粗骨和细土两部分 而细土中又以粒径0 01mm为界划分出 物理性砂粒 和 物理性粘粒 运用起来易于掌握 我国多采用此制 中国制 二 土壤质地 一 土壤质地的概念自然界的土壤不是只由单一粒级的颗粒所组成 而是由大小不同的各级土粒以各种比例关系自然地混为一体 1 土壤质地 土壤中各粒级土粒含量 重量 百分率的组合 叫做土壤质地 二 土壤质地分类 陆欣P31 根据土壤中各粒级土粒含量 重量 百分率进行的土壤分类 称为土壤质地分类 三 不同质地土壤的肥力特征及利用管理1 砂质土1 肥力特征表现为 1 蓄水力弱 2 保肥能力差 3 养分含量少 4 通气性 透水性好 5 土温变化快 6 易耕作 利用管理 选择耐旱品种 保证水源 即时灌溉 尽可能以秸秆覆盖土面 以防止蒸发 多施有机肥料 施用有机肥料要注意 少量多次 勤施 少施 防止后期脱肥 由于温差变化大 不利于某些作物生长 但对作物体内碳水化合物积累有利 能提高薯类及其它块根作物产量 有的容易闭结 做水田时应注意边耕作边插秧 热性土 早春时节 随着气温逐渐回升 砂土易于转暖 因而有 暖土 之称 亦叫 热性土 冷性土 早春时节 随着气温逐渐回升 粘土土温上升较慢 因而有 冷土 之称 亦叫 冷性土 2 粘质土 1 肥力的特征 1 保水性好 2 保肥性好 3 养分含量丰富 4 通气性 透水性差 5 土温比较稳定 6 耕作比较困难 2 利用管理 注意排水措施 采用深沟高畦 窄垄等办法 以利于作物生长 过于粘重的土壤 宜把肥料施于根际 适当增加施肥量 对粘着力过强 有机质特别缺乏的 死泥土 应多施有机肥料 以改善土壤结构 3 壤质土总体上讲土壤质地对土壤肥力和性质有着重要的影响 但它不是决定土壤肥力的唯一因素 一种土壤在质地上的缺点 可以通过改良土壤结构和调节土壤颗粒组成而得到改善 四 土壤质地的改良1 增施有机肥料无论是砂质土还是粘质土 增施有机肥 提高土壤OM含量 都能起到改良土壤的作用 因为OM的粘结力和粘着力比砂粒大 但是比粘粒小 可以克服砂土过砂 粘土过粘的缺点 另外 OM还能促进土壤结构的形成 使土体疏松 增加砂土的保肥性 2 掺砂 掺粘 客土调剂对于砂土地可以掺入粘土 河沟中的淤泥 对粘土可以掺入砂土 从而达到改良土壤质地的目的 3 翻淤压砂 翻砂压淤从土壤的剖面层次看 有的砂土下面有淤粘土 有的粘土下面有砂土 可以先把表土翻到一边 再把下层土翻上来 使上 下层的土壤混合 可以达到改良土壤质地的目的 4 引洪漫淤 引洪漫砂利用洪水中携带的泥砂来改良砂土和粘土 但要注意引洪漫淤改良砂土时 要提高进水口 以减少砂粒的流入量 引洪漫砂时则要降低入水口 以使有更多的粗砂进入 5 根据不同的土壤质地采用不同的耕作管理措施 思考题 1 何为土壤有机质 土壤有机质有哪些类型 2 土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程的概念 影响有机质转化的因素有哪些 试说出3 土壤有机质的矿质率和腐殖化系数的概念 4 土壤有机质在土壤肥力上有哪些作用 如何保持耕地土壤有机质的平衡 5 有机残体的C N 微生物生命活动 有机质的分解速度和N素供应水平之间的关系如何 6 某农田耕层土壤有机质含量为18g kg 其矿化率为3 2 耕层中根茬残留量为80kg 667m2 根茬的有机质含量为800g kg 腐殖化系数为45 为使土壤有机质保持平衡 每年每667m2需投入圈肥多少kg 已知圈肥中有机质的含量为360g kg 腐殖化系数为26 8 耕层土重为150000kg 667m2 第三章土壤孔性 结构性和耕性 本章导读 本章主要介绍土壤的基本物理性质 包括土壤的孔隙性质和土壤的结构性 要求了解土壤孔隙和土壤结构的作用 掌握土壤孔性和土壤结构性的概念 理解土壤孔隙数量与类型与土壤通气性和土壤保水性之间的关系 土壤团粒结构的形成和创造途径 土壤孔性 结构性是土壤两项重要的物理性质 对土壤理化性状 肥力因素 植物根系的生长发育均有重大影响 它影响到土壤肥力各因素之间的协调 作物根系的伸展 土壤水分的渗透 通气状况 微生物活动以及土壤养分的转化 供应等 土壤孔性 结构性易受自然因素影响和人为调控 是研究土壤肥力和壤培肥首先探索的土壤基本性质 所以 人们通过一系列措施 创造良好的结构状况与松紧状况 使之具有适宜的土壤孔隙和良好的孔性 从而提高土壤肥力 为作物生长创造良好的土壤物理环境条件 第一节土壤孔性自然状态的土体 由于土粒与土粒 土团与土团之间通过点和面的接触 形成大小不等 形状各异的空间 这些空间就称为土壤孔隙 土壤孔隙不仅是土壤水分和空气存在的空间 也是物质和能量交换的通道 土壤孔性 soilporiness 是指土壤孔隙的性质 土壤孔性通常包括孔隙的数量 总量 类型 孔隙的大小 及分配 大小孔隙隙的比例 三个方面 前者决定着液 气两相的总量 后两者关系到液 气两相的比例 所以为了满足作物对水分和空气等的需要 有利于根系的伸展和活动 要求土壤不仅应有适量的孔隙 而且大小空隙的比例也要适宜 一 土壤密度 容重和孔隙度 土壤密度土壤密度 是指单位体积固体土粒 不包括粒间孔隙 的干重 其单位是g cm3或t m3 土壤密度值主要取决于土壤矿物组成 有机质含量对它也有一些影响 多数土壤矿物的密度在2 6 2 7左右 平均2 65 有机质的密度在1 25 1 40之间 土壤密度一般取2 65 土壤容重土壤容重 是指单位容积原状土 包括粒间孔隙 的干重 单位为g cm3或t m3 土壤容重的数值大体在1 00 1 80之间 影响土壤容重的因素主要是土壤质地 土壤有机质含量 土壤结构状况和土壤耕作等 一般来讲 土质粘重 有机质含量低 无团粒结构和经常受到耕作挤压的土壤容重相对较大 反之较小 对多数作物来讲 土壤容重在1 0 1 3之间较为适宜 在水田土壤处于完全浸水状态时 单位容积土壤干重称为浸水容重 水田土壤耕作层浸水容重一般变化在0 5 0 6g cm3之间 土壤容重是土壤重要的基本数据 其重要性表现在以下几个方面 1 根据土壤容重判断土壤的松紧状况 对相同质地的土壤来讲 疏松多孔的土壤容重小 紧实而缺少团粒结构的土壤容重大 2 根据容重可以计算一定面积 一定厚度的土壤质量 例如 1hm2土地耕作层厚度为0 20m 容重为1 15t m2 则它的总质量为 10000 0 20 1 15 2300 t 所以 我们通常按每公顷耕层土壤的质量为2300t 折合每667m2耕层土重约150t即150000kg计算 3 计算土壤中各种组分的数量 根据土壤质量可计算出土壤各组分的实际含量 如土壤含水量 有机质含量 养分含量和盐分含量等 作为灌排 施肥 改良土壤的依据 例如 土壤有机质含量为2 求1hm2耕层土壤中有机质的总量是多少 150000 15 2 45 t 即1hm2耕层土壤的有机质总量为45t 4 计算土壤孔隙度 5 计算土壤三相比 三 土壤孔隙状况 一 土壤孔性1 土壤孔隙度和孔隙比在一定体积原状土内 孔隙的体积占整个土壤体积的百分数称为土壤孔隙度 也称为土壤总孔隙度 它是衡量土壤孔隙数量的指标 孔隙度大 孔隙体积所占的比例大 反之则小 一般在实际工作中是通过土壤容重和密度来换算 如下式 土壤孔隙度 1 容重 密度 100土壤孔隙的数量也可用土壤孔隙比表示 它是土壤中孔隙容积与土粒容积的比值 其值为1或稍大于1为好 土壤孔隙比 孔隙度 1 孔隙度 二 土壤孔隙的大小分级孔隙度反映了土壤孔隙 量 的方面 并未说明土壤孔隙 质 的方面 而土壤孔隙大小的差异 也会对土壤保水 透水 通气以及其它性质产生显著的影响 1 当量孔径 equivalentdiameter 土壤学中的孔隙直径是指与一定吸水力相当的孔径称当量孔径或有效孔径 它与孔隙的形状和均匀性无关 当量孔隙与土壤吸力呈反比 孔隙愈小则土壤水吸力愈大 当量孔隙与土壤吸力的关系按下式计算 d 3 s式中 d 为孔隙的当量孔径 单位为mm s 为土壤水吸力 单位为千帕 Kpa 或厘米水柱高 cmH2O 当量孔径与土壤水吸力成反比 孔隙越小则土壤水吸力越大 每一当量孔径与一定的土壤水吸力相对应 例如 当土壤水吸力为10kPa时 当量孔径为0 3mm 也就是说 此时的土壤水分是保持在孔径为0 3mm以下的孔隙中 而在大于0 3mm的孔隙中则无水 通常将土壤孔隙分为三种类型 非活性孔隙 毛管孔隙和通气孔隙 1 非活性孔隙这是土壤中最细微的孔隙 当量孔径约在0 002mm以下 土壤水吸力在150kpa以上 在这种孔隙中 几乎总是被土粒表面的吸附水所充满 土粒对这些水有极强的分子引力 使之不易运动 也不易损失 不能为植物所利用 这种孔隙在肥力上没有意义 故称为无效孔隙或非活性孔隙 2 毛管孔隙是指土壤中毛管水所占据的孔隙 当量孔径约为0 02 0 002mm 毛管孔隙中的土壤水吸力约为15 150kpa 毛管孔隙当中的水分受毛管力的作用 能够运动 易被植物吸收 这种孔隙主要作用是保蓄有效水分 3 通气孔隙这种孔隙比较粗大 当量孔径大于0 02mm 相应的土壤水吸力小于15kpa 这部分孔隙 所含的水分极易在重力的作用下向深层土壤渗透 不具有毛管力 成为空气流动的通道 三 影响土壤孔性的因素土壤孔性主要受来自于外部环境条件 自然因素 人为因素 和土壤本身某些属性的影响 而其中则以内因为主导 自然因素与人为因素是影响土壤本身属性进而影响土壤孔性的 1 土壤质地 soiltexture 在土壤有机质含量不高的情况下 土壤质地是影响孔性的基本因素 砂土孔隙度小 通气孔隙度较多 而无结构的粘土则相反 孔隙度较大 但通气孔隙较小 壤土的孔隙度居中 其各种孔隙分布比较适当 2 土粒排列方式土壤质地相同 一定容积的土壤 由于土粒排列方式不同 其孔隙度和大小孔隙的分配有很大差别 3 土壤结构 soilstructure 同样质地的土壤 若有团粒结构存在 会改善土壤的松紧和孔隙状况 其容重变小 可在1 0 1 2Mg m3以下 孔隙度相应增大 一般在55 60 之间 有的甚至可达60 70 大小孔隙的比例也可得到改善 4 土壤有机质 soilorganicmatter 土壤有机质本身疏松多孔 同时能促使土壤良好结构的形成 所以富含有机质的土壤孔隙度较高 泥炭土的孔隙可达80 以上 因此 增施有机肥料是改善土壤孔性的有效措施 5 人为因素 耕作 灌排 践踏等 自然因素 降水 重力等 四 土壤孔性与肥力和作物生长的关系适宜植物生长发育的土壤孔隙度指标 因植物种类 种植制度 土壤类型和土壤所处的地形部位而异 就农业生产需要来看 旱地要求总孔隙度在50 55 左右 通气孔度在8 10 以上 大小孔隙的比值为1 2 4 孔隙在土体的垂直分布 要求是在0 5 耕层内总孔隙度为55 左右 通气孔隙度在15 20 上下 而下部总孔隙度为50 通气孔隙度为10 左右 水田耕层土壤总孔隙度要在50 60 之间 其中通气孔隙度要在8 10 以上 第二节土壤结构性一 土壤结构性的概念通常所说的 土壤结构 一词 实际上包含两方面的意义 一是作为土壤物理性质之一的 土壤结构性 一是指 土壤结构体 soilstructuralbody 各种土壤及其不同的层次 往往具有不同的结构体和结构性 土壤的结构性影响着土壤中水 肥 气 热状况 从而在很大程度上反映了土壤肥力水平 是土壤的一种重要物理性质 土壤结构体 在自然界中土壤固体颗粒一般不呈单粒存在 而是在土壤内外因素的综合作用下 土粒相互团聚成大小 形状和性质不同的团聚体 这些团聚体就称为土壤结构体 土壤结构性 是指土壤结构体的种类 数量及其在土壤中的排列方式所反应出的特性 二 土壤结构类型 特征及改良土壤结构体的类型 通常是根据结构体的大小 外形以及与土壤的关系划分的 有些结构对作物生长不利 农业上称为不良的结构体 有些则有利 称为良好的结构体 常见的土壤结构体有下列几种 一 块状结构和核状结构1 块状结构土块形状呈不规则的立方体 表面不平 界面与棱角不明显 其长 宽 高三轴大体近似 大的直径大于10 小的直径也有5 俗称 坷垃 土质偏粘而又缺乏有机质的耕作层在耕作不当时最易形成块状结构 2 核状结构也是近立方体形 所不同的是核状结构表面光滑并有胶膜 结构紧实而稳定 界面与棱角明显清晰 较块状为小 其中大的直径在1 2 或稍大 小的直径也有0 5 1 俗称 蒜瓣土 在土质粘重而又缺乏有机质的心 底土中多见 特征 内部紧实 在表土相互支架会加速水分蒸发 同时有压苗现象 改良 1 在降雨或灌水湿度适当时进行耙耱 使坷垃破碎 2 冬季冻后压土 将坷垃压碎 3 利用冬灌后的冻融交替作用也可以破碎一部分坷垃 4 根本办法是增加土壤有机质含量 改良土壤质地以及在宜耕期耕作 二 柱状结构棱柱状结构这类结构垂直轴远大于水平轴 呈立柱状 俗称 立土 其中棱角明显的称为棱柱状结构 这类结构常出现在心 底土层中 是在干湿交替的作用下形成的 碱土和碱化土壤的心土层常有柱状结构 特征 坚硬紧实 干旱时常出现大裂缝 漏水漏肥 过湿时土粒膨胀粘闭 通气不良 改良 逐步加深耕层 结合施用有机肥改良 三 片状结构这类结构水平轴远大于垂直轴 呈扁平薄片状 俗称 卧土 老耕地的犁底层中常见 团聚体较弯曲的 称为鳞片状结构 在雨后或灌水后所形成的地表结皮和板结层 也属于片状结构 特征 土粒排列紧密 通透性差 不利于通气透水 改良 1 雨后和灌水后中耕松土 破除地表结壳 2 消除旱地犁底层的方法是深耕破碎 四 团粒结构团粒结构是指近似球形的疏松多孔的小土团结构 直径在0 25mm 10mm 直径0 01mm和 0 01mm两类 特征微团聚体 此外 也有人将 0 005mm的复粒称为 粘团 三 团粒结构与土壤肥力 一 良好团粒结构的特征1 要有一定的结构形状和大小 2 要有多级孔径的孔隙 3 要有一定的稳定性 包括水稳性 机械稳定性和生物学稳定性 二 团粒结构在土壤肥力上的作用1 团粒结构总孔度大 大小孔隙分配适当总孔度大 水 气的总容量大 大小孔隙分配适当 蓄水性与通气 透水性好 能同时进行 调节土壤水气矛盾的能力强其它的结构体土壤孔隙单调 大小孔隙分配不适当 而且总孔度小 调节土壤水气矛盾的能力弱 2 能协调土壤水分和空气的矛盾在团粒结构发达的土壤中 团粒与团粒之间的孔隙是通气孔隙 可以通气 透水 能把大量的雨水甚至暴雨迅速吸入土壤 而团粒内部的孔隙有大量的毛管孔隙 可以保存水分 所以团粒结构发达的土壤中 水气能并存 能协调植物对水分 空气的需求 3 能协调土壤有机质中养分消耗与累积的矛盾在团粒结构土壤中 团粒之间的大孔隙 可以通气 O2供应充足 有利于好气微生物的活动 能促进OM分解 供给作物养分 团粒结构内部的孔隙 因为贮藏有毛管水而缺乏空气 不有利于好气微生物的活动 OM分解缓慢 使养分能保存下来 4 能稳定土壤温度 调节土壤热状况具有团粒结构的土壤 团粒内部的小孔隙可以保存较多的水分 使土壤热容量增加 使土壤温度保持稳定 不致以迅速升温 降温 5 改良耕性以及有利于根系的伸展团粒结构发达的旱地土壤 由于团粒近似球形 团粒与团粒之间的接触面积小 粘结性 粘着性小 使土质疏松便于耕作 也有利于根系的伸展 总之 团粒结构使土壤孔性良好 协调土壤水肥气热的能力强 应当指出 不是所有的土壤都需团粒结构 旱耕地只有在中壤以上较迫切需要 砂土形成团粒困难 砂壤土和轻壤土本身就有较适宜的孔径分布 所以盲目地追求团粒结构是不必要的 四 团粒结构的形成土壤团粒结构的形成大体上可分为两个阶段 第一阶段 是单粒经过凝聚 胶结等作用形成复粒 微团粒 第二阶段 是复粒进一步粘结 在成型动力作用下进一步相互逐级粘合 胶结 团聚 依次形成二级 三级 微团聚体 再经多次团聚 使若干微团聚体胶结起来 形成各种大小形状不同的团粒结构体 因此 土壤团粒结构的形成是在多种作用参与下进行的 但归纳起来不外乎两个方面 即土粒的粘聚和成型动力的作用 一 土粒的粘聚下面几种作用都可使单粒聚合成复粒并进一步胶结成大的结构体 1 胶体的凝聚作用这是分散在土壤悬液中的胶粒相互凝聚而析出的过程 带负电荷的粘粒与阳离子 如Ca2 相遇 因电性中和而凝聚 2 水膜的粘结作用在湿润土壤中的粘粒所带负电荷 可吸附极性水分子并使之做定向排列 形成薄的水膜 当粘粒相互靠近时水膜为邻近的粘粒共有 粘粒就通过水膜而联结在一起 3 胶结作用土壤中的土粒 复粒通过各种物质的胶结作用进一步形成较大的团聚体 土壤的胶结物质大体上有以下三类 1 简单的无机胶体如含水的氧化铁铝 Fe2O3 xH2O Al2O3 xH2O 硅酸凝胶 SiO 2H2O 和氧化锰的水化物 MnO2 nH2O 等它们以胶膜的形式包被在土粒表面 当它们由溶胶转为凝胶时 就会把土粒胶结在一起 由于凝胶的不可逆性 由此所形成的结构体具有很强的水稳性 2 粘粒粘粒是无机胶体的主要部分 它具有很大的表面积 一般带有负电荷 它们通过吸收阳离子 在具有偶极距的水分子协助下 把土粒连接起来 水分减少后 原来被水分子联结的土体断裂成小土团 这种联结形成的团粒往往不稳定 遇水易散碎 3 有机物质具有胶结作用的有机物质有 腐殖质 多糖类 木质素 蛋白质以及微生物的菌丝体及其分泌物等 其中以多糖类和腐殖质较为重要 腐殖质占土壤有机质的50 90 同时抗微生物的分解能力强 形成的团粒结构更稳定 土壤有机质胶结形成的团粒 一般都具有水稳性和多孔性 大小孔隙分配较为理想 二 成型动力在土壤粘聚的基础上 还需要一定的作用力才能形成稳定的独立结构体 主要成型的作用力有 1 干湿交替作用土壤具有湿胀干缩的性能 当土壤由湿变干时 土壤各部分胶体脱水程度和速度不同 干缩的程度也不一致 就会沿粘结力薄弱的地方裂开成小块 当土壤由干变湿时 各部分吸水程度和速度不同 各部分受到的挤压力也不均匀 会促使土壤破碎 2 冻融交替作用土壤孔隙中的水分冻冰时 体积增大约9 对周围的土体产生压力而使土块崩解 同时 水结冰后引起胶体脱水 土壤溶液中电解质浓度增加 有利于胶体的凝聚作用 秋冬翻起的土垡 经过一冬的冻融交替后 土壤结构状况得到改善 3 生物作用植物根系在生长过程中对土壤的分割和挤压作用 同时 根系在生长过程中不断吸水 造成根系土壤局部干燥收缩 也可形成团粒 土壤中的掘土动物对土粒的穿插 切割 挤压而促使土块破裂 土壤中的蚯蚓 昆虫 蚁类等对土壤结构形成也起一定的作用 土壤中微生物 菌丝体对土粒的缠绕起到成型动力的作用 4 土壤耕作的作用合理及时地耕作 可促进团粒结构的形成 耕耙把大土块破碎成块状或粒状 中耕松土可把板结的土壤变成为细碎疏松的粒状 碎块状结构 当然 不合理的耕作 反而会破坏土壤的结构 五 创造团粒结构的措施土壤结构的形成和破坏是同时或交替进行的 在自然因素和农业措施影响下 团粒结构无论怎样稳定 也会被破坏 土壤中团粒结构需要采取适当的措施不断恢复和培育新的结构 1 深耕结合施用有机肥料深耕能加深耕层 疏松土壤 促进土壤熟化 深耕结合施用有机肥 可增加土壤腐殖质 有利于土肥相融 促进团粒结构的形成 2 合理的土壤耕作对土壤进行合理的耕 耙 耱 压 可以创造良好的土壤结构 我国的农民有秋耕 冬耕冻垡 夏耕晒垡以及根据季节和土壤水分状况进行适时的土壤耕作 以改善土壤结构状况 3 合理轮作倒茬 扩种绿肥和牧草各种植物本身的特点和相应的耕作管理制度 对土壤团粒结构的形成有很大的影响 根据植物特性和管理特点合理进行轮作倒茬 是恢复和培育土壤团粒结构的重要途径 4 合理灌溉 晒垡和冻垡5 改良土壤的酸碱性 调节土壤阳离子组成6 施用土壤结构改良剂能使无结构土壤变成有结构土壤的物质称为土壤结构改良剂 它们是根据土壤中天然团粒形成的客观规律 利用植物遗体 泥炭 褐煤等为原料 从中提取腐殖质 木质素 多糖羰醛类等物质作为团粒的胶结剂 被称为天然土壤结构改良剂 也有模拟天然团粒结构胶结剂的分子结构 性质 而人工合成的高分子聚合物作为团粒胶结剂 如聚乙烯醇 聚丙烯酰胺及其衍生物等 被称为人工合成土壤结构改良剂 土壤结构改良剂的施用是一项新技术 因成本高 尚难推广 目前大多用在经济价值高的植物上 另外 在改良盐碱土和防止水土流失方面也有一定作用 随着科学和技术的发展 土壤结构改良剂将会得到广泛的应用 第三节 土壤的耕性 陆欣74页 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 一 土壤耕性的内容主要包括三个方面1 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 2 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 3 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 1 粘结性和粘着性a 粘结性 土粒与土粒之间相互吸引而粘结在一起的性质 其中的粘结力主要有分子引力 静电引力 水膜的表面张力等物理引力 也有氢键及其它化学键能的参与 土壤的粘结性使土壤具有抵抗外力破碎的能力 也是耕作时产生阻力的主要原因之一 b 粘着性 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 影响粘结性和粘着性因素 a 土壤质地 土壤质地越细 接触面积越大 粘结性 粘