土壤物理性质

土壤物理性质,（一）土壤质地（二）土壤孔性和结构性（三）土壤水分特性（四）土壤通气性（五）土壤力学性质与耕性,（三）土壤水分特征,1、土壤水分特征曲线,Sa又称进气吸力或进气值一般来说，粗质地砂性土壤Sa较小，而细质地粘性土壤Sa较大,2、影响因素1）土壤质地,一般而言，粘粒含量越高，同一吸力条件下土壤的含水量越大，或同一含水量下其吸力值越高。粘质土壤的水分特征曲线变化平缓，砂质土壤则变化突出。,2）土壤结构及土温,土壤愈密实，则大孔隙数量愈少，中小孔径的孔隙愈多。因此，在同一吸力值下，干容重愈大的土壤，相应的含水率一般也要大。（？）土温升高，水的粘滞性下降，水的粘滞性下降，土壤水吸力减少,3）土壤水分变化过程,滞后现象：由土壤脱湿过程和土壤吸湿过程测得的水分特征曲线不同，这一现象称为滞后现象滞后现象在砂土中比在粘土中明显,土壤物理性质,（一）土壤质地（二）土壤孔性和结构性（三）土壤水分特性（四）土壤通气性（五）土壤力学性质与耕性,（四）土壤通气性,1、土壤通气性的定义及其重要性土壤通气性是泛指土壤空气与大气进行交换以及土体内部允许气体扩散和通气的能力。土壤通气性的好坏，主要决定于土壤的总孔度，特别是空气孔度的大小。,土壤通气性对于保证土壤空气的更新有重大意义。在2030以下，每平方米030cm表层土壤，每小时耗氧量高达0.51.7L。假设土壤的平均空气容量为33.3%，其中O2含量为20%，如果土壤不能通气，土壤中O2将会在1240h后被耗尽。,通气性良好的土壤中，植物根生理活动旺盛，根分泌作用强，好气性微生物数量增加，活性增强，土壤中溶解氧浓度高，对重金属、农药等有机污染物在土壤中的迁移转化及降解过程产生影响。,2、土壤通气性的度量指标,1）空气孔度一般将非毛管孔隙度10%作为土壤通气性良好的指标；或将土壤空气孔度占总孔度的1/52/5，而且分布比较均匀时，作为土壤通气性良好的标志。,2）土壤氧扩散率即氧被呼吸消耗或被水排出后重新恢复的速率，单位mg/(cm2min)。一般要求在3010-54010-5mg/(cm2min)以上，植物才可良好生长。,3）Eh值一般以300mV为界,土壤物理性质,（一）土壤质地（二）土壤孔性和结构性（三）土壤水分特性（四）土壤通气性（五）土壤力学性质与耕性,（五）土壤力学性质与耕性,土壤受外力作用时显示出一系列动力学特性，统称土壤力学性质，主要包括粘结性、粘着性和塑性等。土壤耕性是土壤在耕作时所表现的综合性状，如耕作的难易、耕作质量的好坏、宜耕期的长短。,土壤粘结性：土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。土壤粘结性使土壤具有抵抗外力破碎的能力，是耕作阻力产生的主要原因。土壤粘结力，包括不同来源和土粒本身的内在力，有范德华力、库仑力、水膜表面的张力，氢键，化学胶结剂等作用。土壤粘着性：土壤在一定含水量范围内，土粒粘附在外物上的性质。,塑性：土壤在外力作用下变形，当外力撤销后仍能保持这种变形的特性。土壤只有在一定含水量范围内以及一定的粘结性前提下才具有塑性,土壤耕性是由耕作所变现出来的土壤的物理性质，它包括耕作时土壤对农具操作的机械阻力；耕作后与植物生长有关的土壤物理性状。土壤耕性的一般要求是：耕作阻力要小；耕作质量高，翻耕的土壤要松碎，便于根的穿扎和有利于保温、保墒，通气和养分转化；适耕期尽可能长。,一、土壤物理性质,（一）土壤质地（二）土壤孔性和结构性（三）土壤水分特性（四）土壤通气性（五）土壤力学性质与耕性,二、土壤的化学性质,（一）土壤的胶体特性（二）土壤酸碱性（三）土壤氧化性和还原性（四）土壤中的配位反应,（一）土壤的胶体特性及吸附性,1、概念：土壤胶体是指颗粒直径小于0.001mm或0.002mm的土壤微粒。,目前土壤胶体粒径的大小范围，并不是绝对的。这是因为胶体性质的出现，是随着粒径的减小逐渐加强的。没有截然划分的界限。,土壤胶体的概述,2、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。表面能：产生于两相介质上分子所受各方面的分子引力不均衡，因而表面分子具有一定数量的自由能。物质的比面愈大，表面能也愈大。由于土壤胶体有巨大的比表面，所以会产生巨大的表面能。,总之：2：1型粘土矿物和有机质的含量越高，土壤的比表面积越大。,3、土壤胶体的电性和电位,（1）土壤电荷的起因和种类,永久电荷(permanentcharge)*永久电荷起源于矿物晶格内部离子的同晶置换。,可变电荷(variablecharge)*随pH的变化而变化的土壤电荷，这种电荷称为可变电荷。,可变电荷的成因主要是胶核表面分子或原子团的解离：A.含水氧化硅的解离B.粘粒矿物的晶面上的OH和H的解离C.腐殖质上某些官能团的解离D.含水氧化铁、铝表面的分子中OH的解离；,从上述四种情况来看，土壤胶体所带的电荷数量和性质与介质的pH值有密切关系。,（2）土壤的电荷数量*,质地一般来说，土壤的质地越粘，土粒越细，其电荷总量也越多。所以粘土的电荷数量要比壤土类和砂土类高得多。土壤胶体的种类土壤质地完全相同的两种土壤，它们所带的电荷数量可以完全不同。这是由胶体类型不同所致。pH值主要影响可变电荷的数量。,（3）土壤胶体的双电层结构,土壤胶体的胶核一般带负电荷，形成一个负离子层（即决定电位离子层），其外部由于电性吸引，而形成一个正离子层（包括非活动新离子层和扩散层），即合称为双电层。,4、土壤胶体的种类及其性质,（1）土壤无机胶体：主要是指次生矿物包括三类：含水氧化硅；含水氧化铁、铝胶体层状铝硅酸盐粘土矿物,含水氧化硅：非晶质胶体，分子式SiO2H2O或偏硅酸H2SiO3。其外层的硅酸分子SiO2H2O发生解离，解离出H+，而在胶核上留下HSiO3-和SiO32-，而使胶体带负电荷。土壤ph值越大，硅酸的解离度越大，胶体所带电荷也越多。,含水氧化铁、铝胶体包括晶质的褐铁矿、针铁矿、水铝石和三水铝石。它们均属两性胶体，所带电荷随pH值变化有很大不同，在溶液偏酸时，解离出OH-，成为Al(OH)2+带正电。在溶液偏碱时，解离出H+，成为Al(OH)2O-带负电。,层状铝硅酸盐粘土矿物,高岭石（kaolinite）,带电原因：一部分电荷是晶格破裂产生的；另外晶格表面的OH和OH2在土壤呈强碱性条件下，释放出氢质子，导致高岭石带负电荷（可变电荷）。带电量的多少：高岭石所带电荷数量较少。,伊利石,伊利石带有的电荷是由同晶代换产生的（永久电荷）。其中有一部分负电荷被钾离子中和，伊利石的带电量比高岭石多。,蒙脱石,带有的电荷是由同晶代换产生的，带电量比伊利石多。,（2）土壤有机胶体主要是腐殖质，它是有机质在土壤微生物等的作用下形成的带电性：负电荷主要是由羧基和酚羟基解离的氢离子引起，与pH相关；腐殖质胶体中的NH2可接受氢离子，导致腐殖质胶体带正电荷。,（3）土壤有机无机复合胶体是土壤腐殖质和粘土矿物通过混合和吸附结合在一起，结合过程比较复杂。,有机胶体与无机胶体的连接方式是多种多样的，但主要是通过二价、三价等多价阳离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等）作为桥梁把腐殖质与粘土矿物连在一起，或者通过腐殖质表面的功能团比如COOH、OH以氢键的方式与粘土矿物连在一起。,有机无机复合体的性质表面性质：粒径增大，比表面积减小，阳离子交换量降低，一般带负电荷复合体的电动电位降低，有利于形成结构体。稳定性：有机无机复合体有助于土粒的水稳性和疏松多孔团聚体的形成。,土壤胶体的阳离子交换吸附,1、土壤阳离子交换过程（1）概念：土壤胶体吸附的阳离子，在一定条件下，与土壤溶液中的阳离子发生交换，这就是土壤阳离子的交换过程。能够参与交换过程的阳离子，就成为交换性阳离子。,土壤阳离子交换过程,阳离子交换作用是可逆反应。,交换是等当量进行的。,阳离子交换受质量作用定律的支配。,（2）阳离子交换作用的特征：,(3)影响阳离子交换能力的因素*电荷的影响根据库仑定律，阳离子的价数越高，交换能力也越大。离子的半径及水化程度同价的离子中，离子半径愈大，水化离子半径就越小，因而具有较强的代换能力。离子浓度和数量因子,土壤中一些阳离子的代换力的大小顺序Fe3+Al3+H+Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Cs+Rb+NH4+K+Na+Li+,2、土壤阳离子交换量（CationExchangeCapacity）CEC,（1）定义：在一定pH值时，每千克土壤中所含有的全部交换性阳离子的厘摩尔数。单位：cmol/kg。,（2）意义：阳离子交换量是评价土壤肥力的一个指标。它直接反应土壤可以提供速效养分的数量，也能表示土壤保肥能力、缓冲能力的大小。一般认为：20cmol/kg，保肥力强。,3、影响土壤阳离子交换量的因素,（1）土壤质地的影响土壤质地愈粘，土壤的交换量也就愈大。,（2）腐殖质含量腐殖质含量越高，阳离子交换量越大。腐殖质易带负电荷，腐殖质胶体具有极大的比表面积，交换量为200500cmol/kg。,（3）胶体的性质高岭石（6cmol/kg）、伊利石（30mol/kg）、蒙脱石（100cmol/kg）,（4）土壤的酸碱性在一般情况下，随着pH的升高，土壤的可变电荷增加，土壤的阳离子交换量也增加。,4、土壤盐基饱和度,定义：土壤胶体上的交换性盐基离子占交换性阳离子总量的百分比。,土壤交换性阳离子可分为二类：致酸离子（H+、Al3+）盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)。,研究盐基饱和度的意义：真正反映土壤有效速效养分含量的大小。若阳离子总量大，而盐基饱和度偏小，土壤中养分状况？,盐基饱和度80%的土壤，一般很肥沃；盐基饱和度50%80%的土壤，中等肥力水平。盐基饱和度草酸根柠檬酸根PO43-AsO43-HCO3-H2BO3-CH3COO-SCN-SO42-Cl-NO3-,根据阴离子吸收的特点，在施肥时，应采取相应措施，磷肥施用时应防止固定，硝酸态氮肥应防止流失。,离子吸收代换作用的意义,1、使土壤具有保持和供应养分的能力离子态的养分，在土壤胶体的离子代换作用下，保持在土壤中，这就是土壤的保肥性。被土壤胶体吸收的离子与土壤溶液间的离子能进行可逆性交换，植物可随时从土壤中得到养分，这就是土壤的供肥性。土壤如具有较高的离子代换吸收量，土壤也就具备了较好的养分保持与供应能力。,2、调节土壤的物理状况土壤胶粒之间的凝聚作用，是土壤具有结构的根本原因当土壤胶体表面吸收大量钠离子时，促使胶粒分散。而当土壤胶体吸附钙后，胶粒易于凝聚，形成土壤结构体。在碱性土壤上施石膏，可改良土壤的不良性状。,土壤阳离子吸收与代换性的改良,1、提高阳离子代换量（1）增加矿质胶体在北方地区质地粗的土壤中，应增加阳离子代换量高的粘土。南方地区土壤以高岭石为主，代换量低，应增加