第三章 土壤的孔性、结构性与耕性

第三章土壤的孔性、结构性与耕性,第一节土壤孔性一、土壤孔隙性1土壤孔性土壤孔性包括孔隙的数量、孔隙的大小及其比例，土壤孔隙的数量用孔隙度或孔隙比表示。,2土壤孔度与孔隙比土壤孔隙的容积占整个土体容积的百分数称为土壤孔度，又称总孔度。它是衡量土壤孔隙的数量指标。孔隙比：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=孔隙容积土粒容积孔度（孔度）泥炭80%；砂土孔度30-45%；壤土40-50%；粘土45-60%，结构好（团粒结构），55-65%甚致70%，比非团聚体增加1/2-1/3理想土壤（大小一致实心圆球）。立方体47.46%三斜方面体24.51%,3孔隙的分级当量孔径：,1)非活性孔度(0.02mm)：也称通气孔度0.10ba,耕层（0-15cm）总孔度50-56%通气孔隙10%，若15-20%更好；下部（15-30cm）总孔度50%通气孔隙10%左右,二、土壤相对质量密度（比重）和容重1土壤相对质量密度（比重）是指单位容积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与同体积水的质量之比。多数土壤矿物比重在2.6-2.7左右，（将2.65作为土壤矿物的平均值），而一般土壤有机质的比重为1.25-1.40。由于表层土壤有机质含量较多，其比重通常都低于心土及底土层。,2.土壤容重是指单位容积土壤体（包括粒间空隙）的烘干重，单位为g/cm3。土壤容重大体为1.00-1.70g/cm3之间，是土壤肥力的重要标志之一。,3.土壤容重的应用（1）计算土壤总孔度,（2）配合水分常数计算各级孔度,束凋萎系数x容重P束紧束松束P毛（田间持水量凋萎系数）x容重非毛管总毛束（饱和持水量田间持水量）x容重,（3）推知土壤的松紧状况,（4）计算土壤固、液、气三相容积比率，用以反映土壤自身调节肥力因素的功能1）固相率=容重密度2）液相率=水x容重水通常指田间持水量3）气相率=固液孔隙度-容积含水率,（5）将土壤某些以质量为基础的数据换算为以容积为基础。（6）计算一定面积与深度的土壤质量（7）计算一定土层内各种土壤成分的储量,计算一定面积厚度土壤质量例：公顷耕层土壤质量耕层厚度20cm容重1.2g/cm3=100000.21.2=2.410(t)每亩16万公公斤约30万斤计算土壤中养分贮量，水分贮量例：土壤含全3.0g/kg含水30，求公顷耕层含多少千克？贮水多少千克？含：2.4103103310-3=7.2103kg/公顷贮水：2.41031037.2105kg/公顷,三、土壤孔性的影响因素及其调控（一）内因1）土粒排列：立方体型（）47.67%三斜六面体（C）24.51%2）土壤结构：团粒结构总孔度大，大小孔度比例适合，不良结构体总孔度小，小孔隙多，土壤紧实。3）质地砂30-45%大孔隙多壤40-50%粘45-60%小孔隙多4）有机质多，本身疏松，同时促进团粒结构形成。（二）外因降雨、施肥、灌溉、耕作,第二节土壤结构一、土壤结构的类型及其特性,土壤中的土粒常常不是以单粒形式存在，而是许多单粒粘合、胶结在一起，形成复合团聚体。或称为复粒。土壤结构体：土壤中的各级土粒或其中的一部分互相胶结，团聚而形成的大小、形状、性质不同的土团、土块、土片等。土壤结构性：土壤中的单粒和结构体的数量、大小、形状、性质及其相互的排列和相应孔隙状况等的综合特性。,不良土壤结构体1、块状结构1）形态：立方体型，横轴和纵轴大体相等，边面不明显，内部紧实。按大小分为：轴长大于10cm大块状结构（百姓称坷垃）；5-10cm块状结构；5-0.5cm碎块结构。2）出现部位及原因出现部位：表土层中，通常在耕层中出现原因：有机质少，质地粘重，湿整地3）农业危害：内部紧实，孔隙少，水气不通，微生物活动弱，养分不能释放，根系不能进入，象石头，结构体间形成大孔隙，漏风跑墒，拉断根系。农业生产中避免块状结构体的出现，适时整地。出现后，通过耙、压破碎，较顽固的，小雨后进行。,2、核状结构体1）形态：立方体型，横轴纵轴大体相等，边面棱角明显，较块状结构体小，其结构体表面往往有胶膜出现，铁锰氧化物，粘粒。2）出现部位及原因出现部位：多出现在淀积层中（心土，底土层中）出现原因：质地粘重，有机质极缺，干湿冻融交替作用下形成。胶结物质R2O3、石灰、粘粒，许多是淋溶下来。,3、柱状、棱柱状结构1）形态：纵轴远大于横轴，土体中呈柱状，棱角明显为棱柱状结构，百姓称之为立土，直塥土。大（横轴7-5cm）中（横轴3-5cm）小（横轴小于3cm）2）出现部位及原因出现部位：出现淀积层中，母质层中（心土、底土）出现原因：质地粘重，干湿交替，干湿交替频繁，柱体小，干湿交替频率低，柱体大。,4、片状结构1）形态：横轴大于纵轴，呈扁平状，卧土2）出现部位及原因A）表层，结皮或结壳，雨后或灌溉后形成。B）老耕地犁底层，耕作压实形成C）出现亚表层，白浆土白浆层，灰化土漂白层不良结构体共同特性：结构体大、硬、不易破碎，内部孔隙小，不能调节水、肥、气、热，不利作物生长。,二、团粒结构（一）形态：团粒结构，粒状，近似球形疏松多孔的小土团。粒径0.25-10mm，表面粗糙不光滑。微团粒结构，粒径小于0.25mm，进一步团聚，形成团粒结构，水田中，淹水条件起重要作用。（二）团粒结构多级孔性单粒复粒(初级团聚体)微团粒(二、三级团聚)团粒(大团聚体)从小到大逐级团聚，形成孔隙也由小到大，总孔度大小比例适合。,(三)团粒结构对土壤肥力的调节作用团粒结构多是土壤肥沃的标志，能调节土壤的紧实度，孔隙状况，水，肥，气，热。常把团粒结构称之为土壤肥力的调节器。1、改善土壤孔隙状况：总孔隙度大，大小比例适合。2、解决土壤水气矛盾3、协调供肥保肥的矛盾4、团粒结构土壤易于耕作粘重土壤形成团粒结构，耕作阻力小，质量好，适耕时间长，疏松，力学性质弱，接触面小的原因。,（四）团粒结构稳定性包括：水稳性机械稳定性生物稳定性1、水稳性1）团粒结构浸水后，抵抗灌水泡散的能力。2）水稳性高，降雨、灌水破坏小。3）团粒水稳性用水稳度表示，水稳性团粒百分数。4）有机质胶结形成水稳度高。2、机械稳定性1）团粒结构抵抗机械碾压能力。2）机械稳定性好，耕作破坏小。3）有机质形成团粒，机械稳定性好。因有机质有弹性。3、生物稳定性形成团粒有机胶结剂，抵抗微生物破坏的能力。腐殖物质胶结，生物稳定性好。,（五）团粒结构的形成2、团粒形成的过程二个步骤：第一多级团聚过程，第二切割造型过程1）粘结团聚过程第一、凝聚作用：第二、无机物的粘结作用CaCO3、CaSO4.H2O、无定形硅酸H2SiO3、Fe2O3.nH2OAl2O3.nH2O、粘粒本身Fe2O3.nH2O、Al2O3.nH2O胶结遇水不分散，其它易分散。第三、有机质的胶结作用：形成有机-无机复合体。形成团聚体具有水稳性、力稳性。物质有：木质素、蛋白质、真菌、细菌菌丝、多糖、脂肪、蜡质、腐殖物质。第四、蚯蚓和其它小动物：蚯蚓排泄物蚂蚁楼子,2、团粒形成的过程2）切割过程A）根系的切割：根系的切割挤压。B）干湿交替：干缩湿胀，水膜拉力，淹水爆破作用。C）冻融交替：结冰体积增大9%，缓慢结冰，挤压团聚，融冻后土壤疏松。D）耕作：两面性。,（六）土壤结构的管理避免团粒结构破坏，保持、恢复团粒结构。1、团粒结构被破坏原因1）水作用，雨滴冲击，淹灌泡散，封闭空气的爆破。2）农机具碾压。3）K、NH4+对胶体分散。4）微生物分解作用。,2、避免破坏，促进形成农业生产措施1）增施有机肥2）实行合理轮作用，3）合理耕作，4）改变灌水方式，减少淹水时间。地下灌水（滴灌）优于喷灌优于细沟流灌优于大水漫灌。5）石灰、石膏施用酸性土施用石灰碱土施用石膏。,6）土壤结构改良剂A）人工合成高分子聚合物如：乙酸乙烯脂和顺丁稀二酸的共聚物VAMA），水解聚丙稀晴（HPAN），施用耕层土重0.01%，0.25mm团聚体由10.9%增加至30.1%施用耕层土重0.1%，0.25mm团聚体增加至82.9%如：聚乙稀醇（PVA）施用耕层土重0.05%，0.25mm团聚体010cm土层由7.49%增加至38.5%，1020cm团聚体由4.3%增加至17.6%聚丙稀酰胺（PAM）较便宜。,6）土壤结构改良剂B）自然有机制剂：醋酸纤维、树脂胶、胡酶酸盐、沥青制剂C）无机制剂：硅酸钠、膨润土、沸石、蛭石膨润土，膨胀性强，减少稻田渗漏，其它增强土壤通透性。,第三节土壤物理机械性、一、土壤物理机械性土壤的物理机械性是土壤多项动力学性质的统称。,1、土壤粘结性（1）概念：土粒通过各种引力粘结起来的性质。粘结性强弱可用单位面积上的粘结力表示（g/cm2）。（2）粘结力的实质1）范德华力：包括取向力极性分子间诱导力极性分子间及极间分子与非极性分子间色散力瞬时偶极矩产生。2）氢键：O、F、N与H之间。3）库轮力：即静电引力，正负电荷间。带负电荷胶粒可通过阳离子桥连结起来。4）水膜表面张力：湿土起主要作用。,3、粘结性影响因素1）质地粘土比表面积大，粘结性强2）代换性阳离子种类K+Na+离子多，土壤高度分散，粘结性增强，相反Ca2+Mg2+为主，土壤发生团聚化，粘结性弱。3）团粒结构粘结性降低。4）腐殖质数量；粘结力大于砂土，小于粘土。5）土壤含水量；由干湿粘结力无有最大小流体由湿干粘结力无有较大更大,2、土壤粘着性(1)概念：在一定含水量下，土壤粘附外物的性质。粘着力大小用(g/cm2)表示。(2)土壤粘着性实质：土粒水外物相互吸引的性能。(3)影响因素1）水分：粘着点使土壤出现粘着性的含水量称为粘着点。脱粘点随含水量增加失去粘着性土壤含水量称脱粘点。2）质地；3）代换性离子种类；4）结构；5）腐殖质数量，提高粘着点，脱粘点,3、土壤塑性(1)概念：一定含水量下，土壤在外力作用下改变形状，当外力撤消或土壤干燥后，仍能保持这种变形的特性。(2)土壤塑性实质：由片状粘粒和水膜造成的。片状粘粒在一定含水量下平行排列，土粒间出现水膜。,(3)影响因素：影响粘结性因素都会影响土壤塑性1）水分：过干过湿无塑性A）下塑限：随含水量增加，土壤出现塑性的土壤含水量为下塑限。B）上塑限：随含水量增加，土壤失去塑性的土壤含水量为上塑限。C）塑性范围D）塑性值：上塑限和下塑限的差称为塑性值。塑性值越大塑性越强。强塑性（粘土）大于17塑性土（壤土）大于-17弱塑性（砂壤土）小于7无塑性（砂土）02）质地：粘粒增加，下塑限，上塑限，塑性值均增大。3）代换性阳离子种类。4）有机质数量：不改变塑性值，但能提高上、下塑限。5）结构。,4、土壤的胀缩性(1)概念：土壤干时收缩，湿时膨胀的特性。(2)胀缩性与片状粘粒有关，砂土无胀缩性。膨胀是由于粘粒水化及其周围扩散层增厚之故。Na+K+Ca2+Mg2+H+(3)影响因素1）粘粒含量越高胀缩性越强。2）膨胀型粘土矿物。如：蒙脱石，蛭石，含量越高胀缩性越强。3)有机质多，土壤胀缩性不明显。(4)对土壤性质影响1）湿时膨胀使土壤密实而难以通气透水。2）干时收缩拉断植物白细胞和根毛，同时产生在的裂隙。3）在这种土壤的建筑物，其地基也不牢固。,五、土壤耕作阻力：包括抗压性、抗楔性、土壤位移阻力（一）抗压性和抗楔入性1、概念：指土壤抗压和抗楔入的能力，可用土壤硬度和坚实度表示。2、土壤硬度：是指外物楔入或切入挤压时与垂直应力相当的土壤阻力。可用楔入阻力或抗压强度表示。1）楔入阻力：指柱塞(锥形或圆柱形)插入土壤一定深度所需的力(kg/cm2)2）抗压强度：原状土块抵抗外力使其破碎的阻力（kg/cm2）。3）影响因素：抗压强度和抗楔入阻力主要土壤粘结力所决定。含水量影响很大。含水量升高，二者下降。,五、土壤耕作阻力：（一）抗压性和抗楔入性3、土壤坚实度：指土壤对挤压力的反应，也称抗缩阻力。1）概念：压缩每单位容积的土壤所需的力。（kg/cm3）2）压缩过程：有孔隙变化，可用孔隙度或孔隙比来反映土壤压缩程度。3）影响因素：与粘结力和土壤孔性有关。A）含水量影响较大如图坚实度和含水量之间有半对数的直线相关。含水量越大，坚实度越小，但砂土无此关系。B）团粒结构坚实度小；碱土分散死板，含Na+多，干燥时坚实度很大。C）通常孔度高，坚实度小些，但在含水量极少，土壤干燥情况下，坚实度仍可能很大。,第二节土壤耕性,一、耕性（耕翻、耙、耢也称耱、镇压、中耕等）1、概念：耕作时表现出来的土壤物理性质。土壤物理包括：力学性质、容重、孔隙度、松紧状况等。2、含义：1）耕作阻力大小小使于作业和节约能源2）耕作质量好坏好耕土壤平整、松碎3）适耕期长短长适于耕作含水量范围大，适耕期长。3、影响因素：影响土壤力学性质的因素都影响土壤耕性。a.质地b.结构c.有机质d.代换阳离子e.水分,第二节土壤耕性,一、耕性4、土壤宜耕状态判断1）润酥软阻力小，成土团易耕作。润含水量：砂土饱和持水量30-70%粘土饱和持水量50-60%2）田间判断：A）鸡爪裂纹（表土呈细裂纹）B）土块外干内湿喜鹊斑C）取一把土捏紧，抛开落地即散D）试耕出现犁花3）水田稀泥浆,第二节土壤耕性,二、土壤压板问题（外力作用，土壤团粒结构破坏，土粒紧密排列，正方体三斜六面体）1、土壤粘闭现象：土壤在压力和剪力共同作用下，土粒趋向紧密排列，通气孔隙大量减少，毛管及无效孔隙急剧增加，土壤通透性减弱甚至消失的现象。2、影响因素1）水分：A）在塑性范围内，土壤最易被压缩，水膜增厚，具有润滑作用。B）水分少时干，粘结力和内摩擦力大，不易被压缩。C）水分大于塑限，水对压力具有支撑作用。2）有机质：有弹性，并可促进团聚体形成。3）代换性阳离子种类：Na+K+离子多，土粒分散，扩散层厚（土粒外水膜厚），土壤可压缩程度高。,第二节土壤耕性,二、土壤压板问题3、预防措施产生压板因素有：农机具挤压、人畜践踏