8第八讲 土壤结构

一)、土壤结构的概念和分类土壤中颗粒除粒径较大的砂粒常呈单粒分散状态外，粒径较小的细粒和极细微的粘粒多数是互相胶结在一起形成复粒、微团聚体。单粒、复粒和微团聚体在土壤中可以单独存在，也可以被凝聚胶结成团聚体存在。土壤中不同颗粒的排列和组合形式，称土壤结构。,四、土壤结构及其功能于原理,1、概念：土壤结构是土粒（单粒或复粒）的排列、组合形式，其中包括两重含义结构体和结构性。,（1）结构体：是指单个土粒相互间可借助各种力的作用，相互复合，最后形成的团聚体。力可以是粘结力、水膜分子力、OH键，挤压力等，受力不同，产生不同形状结构体。（2）结构性：结构体的种类、数量、分布以及结构体对土壤性质的影响。注意：通常所说土壤结构多指土壤结构性,土壤结构（结构体）类型,2、基本指标,1)、土壤的比重、容重与孔隙度土壤的比重是指单位体积（不含粒间孔隙的体积）土壤固体部分的质量。矿物平均密度是2.62.7g/cm3腐殖质密度较小，在1.251.40之间一般矿质土壤的平均密度是2.65g/cm3。土壤的容重是指单位体积自然状态下的土壤（固和孔隙）的干土重。通常土壤容重变动范围1.01.8g/cm3。一般矿质土壤的容重为1.33g/cm3,土壤容重的用途根据土壤容重的数值可以计算单位容积土壤的质量、水分、养分及孔隙度。例：已知土壤容重为120gcm3。求：1hm2地20cm土层土壤质量。如土壤含全氮0.05，1hm2地020cm土层有全氮多少千克？如果把020cm土层的土壤含水量由10提高到25，1hm2地需灌多少水？,解：667150.21.202400(t)667150.21.200.05%1200(kg)667150.21.20(25%10%)360(m3),3.土壤孔隙度（1）土壤孔隙：土粒与土粒、结构体与结构体之间，通过点、面接触关系而形成大小不等的空间，称为土壤孔隙。,（2）土壤孔隙度：单位体积土壤内孔隙所占体积的百分比，称为土壤孔隙度。可根据土壤密度和土壤容重计算得到：土壤孔隙度（%）=（1土壤容重/土粒密度）100土壤孔隙度的大小取决于土壤结构、结构和有机质含量。,土壤孔隙度=孔隙容积/土壤容积100%=（土壤容积-土粒容积）/土壤容积100%=1-（土粒容积/土壤容积）100%=1-（土粒重量/土壤比重）/（土壤重量/容重）100%=（1-容重/土壤比重）100%,表3-1不同质地的土壤孔隙状况,(3)、土壤孔隙分类,孔隙的真实直径是很难测定的，土壤学所说的直径是指与一定土壤吸力相当的孔径，与孔隙的形状和均匀度无关。根据孔隙的粗细分为三类：a、非毛管孔隙（大）：孔隙直径大于0.02mm，水受重力作用自由向下流动，植物幼小的根可在其中顺利伸展，气体、水分流动。,b、毛管孔隙孔隙直径在0.020.002毫米之间，毛管力发挥作用，植物根毛（0.01）可伸入其中，原生动物和真菌菌丝体也可进入，水分传导性能较好，同时可以保存水分，水分可以被植物利用。,Capillarityequation,c、非活性毛管孔隙小于0.002毫米，即使细菌（0.0010.05mm）也很难在其中居留，这种孔隙的持水力极大，同时水分移动的阻力也很大，其中的水分不能被植物利用（有效水分含量低）。,除了了解土壤孔隙度以外，还要了解土壤中大小孔隙的比例。实践证实，一般作物适宜的土壤孔隙度是50%或稍高一些，毛管孔隙度与非毛管孔隙度之比约为1：0.5，并且非活性毛管孔隙要求尽量少。,土壤中大小孔隙同时存在，土壤总孔隙度在50%左右，而毛管孔隙在3040%之间，非毛管孔隙在2010%，非活性毛管孔隙很少，则比较理想；若总孔隙大于6070%，则过分疏松，难于立苗，不能保水；若非毛管孔隙小于10%，不能保证空气充足，通气性差，水分也很难流通（渗水不好）。,影响土壤孔隙状况的因素,（1）质地的影响：规律为质地越粘，总孔隙度增加；（2）结构的影响：团聚体直径越大，总孔隙度上升，一般团聚体直径在0.52mm较好；（3）有机质的影响：增加总孔隙度（本身多孔），并利于团聚体的形成。,3)土壤结构体大小,结构体大小是决定土壤中水分与空气是否矛盾的根据。一般而言，d0.25mm好但是：湿润地区10-20mm好，利于排水干旱地区0.5-3mm好，利于保水,4)、土壤结构质量的指标：（1）结构体的稳定性：一方面是指对机械压力的稳定程度；另一方面主要是指对水的稳定程度。（2）结构体的孔隙性：包括孔隙的大小、孔隙量的多少和分布等,二)、土壤结构对空气的调节,大孔隙主要为土壤空气的更新提供有效的通道。1.土壤孔隙中的气体称为土壤空气。土壤空气和大气有很大差异。土壤空气特点表现在：土壤空气中CO2含量高于大气，而O2含量低于大气。见下图。,土壤剖面CO2和O2体积含量分布示意图,土壤中水汽含量接近饱和。土壤空气中含有还原性气体。,2.土壤空气的交换方式土壤空气扩散土壤中气体分子因浓度梯度或分压不同而产生的移动。溶解于水中的氧随雨水和灌溉水进入土壤。,气体对流气体对流是由于受气温、气压的变化、刮风、降雨、耕作、灌溉等作用影响而引起的，仅对表层10cm左右的土壤空气更新起到某些作用，因而它不是大气与土壤空气交换的主要方式。,3.影响土壤气体交换的因素（1）大气气压和风速、气温及土温的变化（2）土壤质地和结构影响土壤孔隙状况（3）土壤水分多少（4）土壤与大气或相邻土层的O2和CO2的浓度差,4.土壤气体交换速率的指标土壤呼吸强度土壤中的氧扩散率5.土壤中空气和大气间的扩散服从Fick定律。,三)、土壤结构对水分的调节,土壤以其结构中的毛细孔隙张力吸持水分，同时结构体内外的土粒表面也强力争夺水分。水是平衡物体表面能和张力间力场的物质。1.土水势：代表土壤中水的势能，被束缚在土壤中的水受到土壤表面吸力、毛管力、重力、压力与溶质的作用影响，使其自由能改变。,2.土壤力场内力场1).基质力2).溶质力3).压力势4).电力场、热力场、磁力场外力场1).大气压力2).重力,3.土壤水分势1).基质势2).溶质势3).压力势4).重力势,水在土壤中的活动规律,及土壤结构调节水分的功能与土壤力学状态关系紧密.如:植物根系从远根土壤吸水.不同土层间水分移动.,四)、土壤结构的保持,土壤结构形成必须具备的两个条件：（1）胶结物质：有机胶体（腐殖质、微生物菌丝体或粘液）无机胶体（粘粒、铁铝的氧化物及石灰等）有机无机胶体复合体（2）促使胶结的力：即是外力的推动作用，生物的作用、干湿交替作用、冻融交替作用和耕作的作用。,所以,植物根系和微生物在生存中不断创造土壤优良结构.保存植被,土壤结构就能保持更新.,五)、土壤环境结构,指土壤作为一环境系统的整体组成与结构而言.也指组成土壤各土层的固、液、气三相物质的比例、结构与组成,以及构成单个土体的三维层次构型而言.因此，土壤环境是由不同数量、性质和排列顺序的发生土层组合构成的。各土层有着不同的物质组成和土壤结构性，从而形成不同的土壤环境特性。,第五节土壤的功能,包括它为植物提供支撑的场所，调节土壤水、热、空气、养分等植物适宜的生活环境，以及净化功能。这些功能是由土体、土层、土壤结构与土粒成分的功能组成。,一、土壤功能分级1.土粒：包括矿物质、有机质、微生物和酶，是土壤养分保存、释放和结构形成的基础物质。2.土壤结构：是土粒的结合状态，通过孔隙调配而达到水、汽、热地同时储存。3.土层：是土体的一级结构各土层传导能力不同，有时可以互补、有时可以协同加深影响，有时则可以互相抑制。4.土体：支撑植物的场所和养育植物的基体。,二、各层次功能1.土层的功能对内调节与缓冲层次之间的水、汽、热的容量与传导速度。对外调节与缓冲外界环境所给以土壤的水