第四章+土壤的物理性质.ppt

第四章土壤的物理性质,第一节土壤的质地第二节土壤的孔性第三节土壤的结构性第四节土壤的耕性,第一节土壤质地一、土粒和粒级1.土粒的种类矿物质土粒单粒按成分复粒有机质土粒,2.粒级定义据矿质土粒（单粒）粒径大小及其性质上的变化将其划分为若干组，每组即一个粒级，称为土壤粒级（粒组）粒级制a.国际制b.美国制,c.卡庆斯基制1mm石砾0.01mm0.01mm1mm细土部分0.05-0.001mm粉粒211砂粒2-0.022-0.051-0.051-0.05粉粒0.02-0.0020.05-0.0020.05-0.0010.05-0.002粘粒0.0020.0020.0010.002物理性砂粒：1-0.01mm物理性粘粒：0.01mm,各级土粒的矿物组成的性质a.矿物组成石砾砂粒粉砂粒粘粒石英原生矿物次生矿物b.化学组成SiO2Al2O3Fe2O3盐基含量c.物理性质P74页,二、土壤的质地1.定义据土壤机械分析，分别计算出各粒级的相对含量，即机械组成，通过机械组成来划分土壤类型即质地。2.意义质地是土壤的一种十分稳定的自然属性，反映母质来源及成土过程的某些属性，对肥力有很大影响，常被用于土壤分类系统中基层分类依据3.质地分类制砂土壤土粘土国际制美国制卡庆斯基制我国制,土壤颗粒,土壤质地分类制：国际制:美国制：中国制：三级卡庆斯制：二级我国将土壤质地分为砂土、壤土和粘土三大组，每组再细分。一般常用的质地种类有：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土,土壤质地,土壤质地,土壤质地,国际制：根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002毫米)和粘粒(25%者为粘土组。当土壤含粉粒45%时，“粉质”；当砂粒含量在55%-85%时，“砂质”，当砂粒含量85%时，则称壤砂土或砂土,黏性土,壤性土,沙性土,质地与肥力的关系？,4.质地不同土壤的肥力特点和利用改良（1）肥力特点：砂土：1-0.05mm砂粒大于50%总的来说蓄水力弱，养分含量少，保肥力较差，土温变化快，但通气性和透水性好，且易适合花生、西瓜等块根、块茎作物耕作。粘土：0.001mm颗粒高于30%通气透水不良；保水保肥，养分含量高；耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物壤质土壤0.050.01mm颗粒大于30%北方称为二合土；性质介于黏土与砂土之间。,不同质地土壤的利用与改良a.利用砂土选择植物：生育期短耐瘠作物耐旱作物施肥：多施有机肥施化肥要多次少量且注意后期追肥耕作：无需深沟高畦畦幅可以放宽粘土生育期长肥水需要量大,b.改良客土法引洪漫淤法施用结构改良剂施用有机肥,第二节土壤的结构土壤的结构性和土壤的结构体土壤的结构体:土壤中的固体颗粒在内外因素的作用下形成大小不一、形状各异、性质不同的土团、土片、土块等，这些团聚体即土壤的结构体。,土壤的结构性：土壤中结构体的类型、数量、排列（结合）形式、孔隙状况以及其稳定性等综合特性即称之为土壤的结构性。,一、土壤中结构体的类型：按照形态、大小和特性分类：1.块状和核状结构：结构单元为长宽高三轴平均发展似立方体型2.柱状和棱柱状结构：结构单元为垂直轴方向发达的条柱型3.片状和鳞片状结构：结构单元为水平轴发达的扁平型4.球状团粒结构：结构单元近似球型的粒状结构型,土壤结构体,不良结构：块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。,良好结构：团粒结构体不仅总孔隙度大，而且内部有多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。,砂粒,砂粒,粉粒,粉粒,粘粒,腐殖质,二、团粒结构1.定义土粒多在腐殖质作用下形成粒状或小团块状，大体成球型，自小粒至蚕豆粒大小。,土壤团粒体,2.特点：由一定的大小和形状。其直径0.2510mm，协调土壤中水和气的矛盾团粒结构大小孔隙兼备，蓄水、透水和通气同时进行。降雨、灌溉时大孔隙透水，小孔隙吸收容纳大量的水分（小水库），但又不失通气性。,当干旱少雨时，毛管孔可以通过毛管作用力使地下水上升满足植物的需要。同时团粒因干燥收缩与其他结构脱离，使毛管中断，减少水分的损失。而非团粒结构则水气难以并存,2协调土壤中养分积累与释放的矛盾团粒表面与空气接触，好气性微生物活动剧烈，有机质分解，提供养分，团粒内部多为嫌气状况，有利于养分的积累和保存。“小肥料库”,土壤团粒体,3能够稳定土温4使土壤具有良好的耕性和耕层构造耕作阻力小，耕作质量高，易耕期长，旱作土壤团粒结构在1-3mm，水稳型团粒结构多，适于作物生长，水田土壤团粒结构在10mm是适于作物生长。,5、创造团粒结构的途径：1增施有机肥增加有机胶结物质，有机质含量越高，团粒结构越多。2合理轮作，扩种绿肥牧草植物根系分泌物，庞大的生物群可以提供有机质物质；甘薯与小麦轮作比小麦连作增加水稳性团粒结构为21.5-14.5%。,3合理耕作，水分管理淹灌细流沟灌喷灌、渗灌产生团粒结构越多；伏耕晒垡、秋耕冬灌、冬犁晒垡充分发挥干湿交替和冻融交替，促进团粒结构的形成。酸性土施用石灰碱性土施用石膏不同程度的改良土壤的结构生土上施用FeSO4.nH2O,4施用土壤结构改良剂：施用人工合成的高分子聚合物，可以快速形成团粒结构。,第三节土壤孔性和土体构造,一、三相组成和孔隙度,土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率，称为固相率、液相率（即容积含水量或容积含水率，可与质量含水量换算）和气相率。三者之比即是土壤三相组成：,1、三相比,2、土壤孔隙度(或孔度)：单位土壤容积内孔隙所占的百分数。孔隙度1固相率液相率气相率,介绍两个重要的物理量：1.土壤比重（土壤密度）单位容积固体土粒的质量（多以重量代替）,影响其大小的因素：构成土粒的矿物质和有机物，主要是前者，因土壤中主要矿物质组成的差异不大，其大小在2.62.7g/cm3间，故取平均值2.65g/cm3作为参数,2.土壤容重：单位自然土体（原状土体）的质量（或重量）g/cm3。大小及影响因素,a.大小：一般情况为1.01.7g/cm3表土:1.251.35g/cm3底土：1.41.6g/cm3b.影响因素：构成土壤的固体颗粒组成和颗粒之间孔隙大小。,应用：a.计算总孔度，用于判断土壤的松紧状况。b.估算土壤中各成分的储量（有机质、可溶性盐、各种养分绝对量）。c.土壤储水量及灌水定额,二、三相组成和孔度的测定及计算先测定土壤的固相率、液相率，再用差减法计算其气相率。1.固相率由实测的土壤密度和土壤容重计算之：,2.液相率（容积含水率）,土壤含水率（容积）土壤含水量（质量）土壤容重,3.气相率,气相率=孔隙度容积含水率,4.三相比土壤三相比固相率：容积含水率：气相率,所有孔隙体积的总和占整个土壤体积的比例，叫做土壤总孔隙度（简称总孔度或孔度），以百分数（）或小数表示。,适宜的土壤三相比为：固相率50%左右，容积含水率25-30%，气相率15-25%。,团粒结构土壤的孔度比非团聚化土壤增加1/3至1/2左右。,砂土3045壤土40-50%粘土45-60%泥炭土80结构良好的壤土和粘土的孔度高达55-65%，甚至在70以上。,总孔度的范围,最松和最紧的排列,方体排列的孔度为47.46%（左）三斜六面体排列的孔度为24.51（右）,三、孔隙的分级:1.当量孔径：采用与一定水吸力相当的孔径。d=3/hh为土壤的水吸力，单位（kPa、Pa或mbar）d单位mm当h=10kPad=3/10=0.3mm,小孔隙,大孔隙,（1）非活性孔(无效孔)a水吸力(KPa):1500b孔径(mm):0.002c孔隙特点:土壤中最细微的空隙，保存于此间的水为无效水，根毛难以入内，微生物极难入侵，腐殖质难以分解。,2.分级：按当量孔径（水吸力）大小及其作用分为三类：,(2)毛管孔a水吸力(KPa):1501500b孔径(mm):0.020.002c孔隙特点:此孔隙具有明显的毛管作用，其间水分可以被根毛、细菌利用，养分得以吸收和转化(通气良好的条件下，越大越好)。,（3）通气孔a水吸力(KPa):150b孔径(mm):0.2粗孔根系可伸入，串插，此通气孔隙的数量和大小是决定土壤通气和渗水性好坏的重要因素之一。植物所需通气不得低于810%，1020%最佳,3.各级孔隙大小非活性孔(%)=凋萎含水量(%)容重毛管孔(%)=田间持水量(%)容重-非活性孔(%)通气孔(%)=(最大持水量-田间持水量)容重,四、各级孔隙在土体中的分布：土壤肥力和植物生长与各级孔隙在土体中的垂直分布直接相关1.上虚下实型(蒙金土)：020cm质地较轻，通气孔隙适当，非活性孔少，通气透气好2040cm质地较重，毛管孔隙占优势，非活性孔占一定比例，保肥性好。2.上实下虚型(倒蒙金土)：,五、影响孔性的因素1.有机质含量；2.土壤质地；3.土粒排列方式；4.土壤的结构；5.耕作、灌溉、降雨、施肥等,第四节土壤耕作的概念及其基本操作一、耕作,1、概念：耕作是在作物种植以前，或在作物生长期间，为了改善植物生长条件而对土壤进行的机械加工。,耕作的基本目的主要有三个方面：（1）改良土壤结构，（2）把作物残茬和有机肥料掩埋并掺和到土壤中去，（3）控制杂草或其它不需要的植株。,2、耕作的基本作业,1）、犁地2）整地3）中耕4）其它耕作作业,一：土壤力学性质,1、土壤粘结性力学本质：范德华力、氢键、库仑力、水膜表面张力。,粘结性的影响因素：1）土壤比面及其影响因素2）土壤含水量,表121各种土壤的粘结力及对铁片的粘着力(Schubler),2、土壤粘着性,3、土壤塑性塑性是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。传统的泥塑艺术工艺，就是利用粘土的这一特性形成的。,土壤表现塑性的含水量范围是土粒间的水膜已厚到允许土粒滑动变形，但又没有丧失其粘结性的范围,表122各种质地土壤的塑性值（含水量）,表123钙或钠饱和的粘粒矿物的塑限(含水量%),4、土壤胀缩性,各种阳离子对膨胀的作用次序如下:,5、土壤耕作阻力,土壤的抗压性、抗楔性和抗位移等力学特性等，是构成土壤耕作阻力的主要因素。,（一）土壤抗压性和抗楔入性（二）土壤的位移阻力,S=Ptg+C,三、土壤耕性和耕作管理,土壤耕性是指由耕作所表现出来的土壤物理性质，它包括：（1）耕作时土壤对农具操作的机械阻力，即耕作的难易问题；（2）耕作后与植物生长有关的土壤物理性状，即耕作质量问题。,对土壤耕性的要求有：（1）耕作阻力尽可能小，以便于作业和节约能源。（2）耕作质量好，耕翻的土壤要松碎，便于根的穿扎和有利于保温、保墒、通气和养分转化。（3）适耕期尽可能长。,1、土壤力学性质与宜耕期的关系,土壤宜耕期是指土壤含水量适宜进行耕作的时段范围，在宜耕期内，耕作消耗的能量最少，团粒化效果最好。,用时间来表示宜耕期是不准确的。晴天时，适宜耕作的时间短，阴天时适宜耕作的时间长；有风时，适宜耕作的时间短，无风时适宜耕作的时间长；,2、土壤压板问题,孔隙比与压力之间的关系是：e=Alogp-C粘土的压缩试验表明，土壤的压缩性与含水量的增加呈抛物线关系。,影响土壤压缩性的因素除含水量外，还有土壤有机质含量和代换性阳离子种类等,尽可能减少作业次数，是减轻土壤压板、降低生产成本的有效措施。减少作业次数的主要途径之一，是采用少耕法及免耕法，实行经济合理的耕作。,3、水田土壤的粘闭及其防止,湿耕湿耙会减少犁耕阻力，但也会破坏土壤的团聚化程度，严重时土壤转变为单粒状的均质土体，这种状态称为土壤粘闭。,干耕燥整是防止土壤粘闭的重要耕作方法，尤其对质地较粘重的土壤。水田土壤的干耕燥整，主要在冬季进行。,表125干耕燥作对耕层构造的影响,秧田先干耕燥整，再灌水耥田，可使土壤细而不烂，上糊下松，保持较好的耕层构造，能促使秧苗健壮，防止烂秧。,4、轮作与培肥,合理轮作可利用作物根系来改良耕层构造。不同作物的根系在土壤中所起的作用不同，有的作物根系庞大，能提供大量有机胶结物质，在生长过程中根系就能促进结构的形成。,四几种主要耕作方法,1、传统耕作方法关于坷垃形成的原因问题,2、深松耕作法创造适宜的土壤紧实度；提高土壤水的保蓄量；促进根系的发育；,3、免耕和少耕法,20世纪60