土壤学课件第5章土壤物理性质

第五章土壤物理性质,第一节土壤孔性,孔隙,土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙,土壤孔性（孔隙性质）：指土壤中的孔隙数量，大小；孔隙的分配及其在各土层的分布。,一、土壤密度,单位体积固体土粒（不包括粒间孔隙）的重量叫土壤密度，单位是g/cm3.,土壤比重（相对密度）是指单位体积（不含孔隙）干燥土粒的质量与同体积标准状况水的质量之比，即：土壤比重土粒密度水密度。,表土壤中常见组分的密度,多数土壤的密度为2.62.7克/厘米3，计算中往往采用“常用密度值”即常用土壤密度值：2.65克/厘米3。,土壤质地,1.概念：单位体积土壤体（包括孔隙）的干重单位g/cm3,吨/米3，测定时在田间取一定容积的原状土，105-1100C烘干称重土壤容重值多介于1.0-1.5克/厘米3范围内；,环刀取样法,二、土壤容重,2.容重比密度小，容重的大小由密度和孔隙数量来决定，主要是孔度。一般砂土1.2-1.8，其它土壤1.0-1.5，某些底土可达2.0。砂土孔度小，一般砂土容重壤土和粘土,3、应用,反映土壤松紧度,计算土壤重量及土壤中各组分数量,计算孔度,在质地相似条件下比较容重小表明疏松多孔，结构性良好，反之紧实；过松会加快水分损失，容重大过紧，不利根系发育，通气透水；旱作：适宜1.1-1.3范围，砂土可以偏高些。,例：1公顷耕层土重：耕层厚0.2m，容重1.15吨/米310000m20.2m1.15吨/米3=2300吨相当于每亩土15万公斤，150吨，常取值30万斤/亩。根据土壤重量，可计算水分，养分，有机质等贮量，如某耕层土壤含N量为0.1%，则1公顷含N量为：23000000.1%=2300公斤,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,三、土壤孔性,2、土壤孔隙度单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和土壤密度来计算。,1cm3土壤，孔隙0.55cm3，该土壤孔度为55%，其余0.45cm3（45%）为固体容积。孔度计算：土壤孔度（%）（1容重/比重）x100,孔隙度1固相率液相率气相率,砂土3045%，壤土4050%，粘土4560%，团粒结构好者5565%土壤孔隙的数量也可用土壤孔隙比来表示土壤孔隙比孔度/（1孔度）例55%/45%1.12,孔度的推导,3、土壤孔隙类型,非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。这是土壤中最细微的孔隙，当量孔径一般1.5105Pa。毛管孔隙：当量孔径约为0.2-0.02mm,土壤水吸力1.5104Pa-1.5105Pa,具有毛管作用。通气孔隙（非毛管孔度）：当量孔径0.2mm,相应的土壤水吸力1.5104Pa,毛管作用明显减弱。毛管孔度：毛管孔容积占土壤总容积的百分数。非毛管孔度：非毛管孔容积占土壤总容积的百分数（也称通气孔度）,当量孔径:是指与一定的土壤水吸力相对应的孔径,它与孔隙的形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为：d=3/Td为孔隙的当量孔径（mm）、T为土壤水吸力（100Pa）,孔隙分级：,毛管孔度：保水性指标；非毛管孔度：通气一透水性指标；,4、土壤孔性与作物生长,第二节土壤结构性,一、土壤结构（一）两个概念,土壤结构性：是由土壤结构的种类、数量及结构体内外的孔隙状况等产生的综合性质。,土壤结构体：是土粒（单粒和复粒）互相排列和团聚成为一定形状和大小的土块或土团。,形态、大小、特性等,核状,（二）土壤结构体分类,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。,我们所说的“土壤结构体”，往往是指团粒结构。因为，其它结构体基本上都是直接由土粒相互粘结而成的，泡水分散时又成为单独的土粒，缺少团粒结构那样的多级构造。,结构体的稳定性：机械稳定性；生物稳定性；水稳定性；,土壤结构体形成的两个过程：粘结团聚和切割造型。块状、柱状、片状结构体：单粒-粘结-致密大土块-各种应力作用崩解-成各种结构体，无多次团聚，孔度小，孔隙大小比较一致。团粒结构体形成，多次复合和团聚：单粒-凝聚-微凝聚体(粘团，0.005mm)-逐级粘合、胶结-微团聚体(微团粒0.25mm)-多级团聚-团粒（0.25-10mm）。,二、土壤团粒结构形成机制,形成阶段与步骤,土壤结构体形成机制：胶体的凝聚作用；无机物质的粘结作用；CaCO3、CaSO4、氧化铁、氧化铝有机物质胶结作用；腐殖质，多糖类，木质素，蛋白质，微生物分泌物,砂粒,砂粒,粉粒,粉粒,粘粒,腐殖质,土粒,土粒,土粒,Fe2+,腐殖质,Fe3+,Al3+,土粒,土粒,土粒,Ca2+,腐殖质,（三）土体切割造形1、植物根系作用穿插，挤压，脱水收缩2、干湿交替和冻融交替，裂开3、土壤耕作耕耙作用,良好的团粒结构体：具有一定的大小；具有大小不同的多级孔隙；具有一定的水稳性、机械稳性和生物稳定性。,土壤结构改良剂：能够将土壤颗粒粘结在一起形成团聚体的物质，包括天然物质和人工合成的高分子物质水解聚丙烯腈（HPAN）、乙酸乙烯脂和顺丁烯二酸共聚物（VAMA）,（一）团粒结构大小孔隙兼备团粒结构体具多级构造，孔度大，毛管孔、非毛管孔分配较为理想。团粒内小孔隙，团粒间大孔隙。团粒大小：干旱地区以0.5-3mm为好，温润地区10mm，抗侵蚀力强，水稻田微团粒0.01-1mm。(二)水分与空气并存的矛盾得到解决团粒间为通气孔，通气，透水，减少地表迳流、水土流失。毛管孔靠团粒接触点相通，干旱时，团粒表土收缩，与其下的结构体脱离，毛管中断，减少蒸发损失，抗旱力强。团粒内大量毛管孔，保持水分，供作物吸收。(三)改善了土壤保肥供肥性能表面与空气接触，微生物活动强烈，好气分解有机质，供肥性好；内部贮存水分，通气不良，嫌气微生物活动，有利于养分保存和腐殖质形成。(四）宜于耕作与根系发育团粒球形，排列疏松，有利根系发育。耕作阻力小，宜耕期长。,三、土壤团粒结构在肥力上的作用,小水库，小肥料库，协调了保肥供肥矛盾,增施有机肥；适量石灰合理轮作：水旱轮作，与牧草轮作合理耕作：适时耕作结构改良剂的应用：1)天然:纤维素，木质素，多糖，泥炭等植物残体2)人工合成：如Krilium聚丙烯酸钠。南京土壤所，用聚丙烯腈制剂，施用量0.2-0.02%之间，效果很好。,四、改良土壤结构性的途径,土壤耕作中的诸多问题，如耕作难易、耕作质量等都与土壤力学性质（又称机械物理性质）密切相关土壤力学性质包括：土壤结持性(粘结性，粘着性，塑性)胀缩性压板阻力（穿透阻力和牵引阻力）等,第三节土壤机械物理性和耕性,土壤受外力作用时发生形变，显示一系列动力学性质称土壤力学性质（又称机械物理性质），对耕作和根系生长很重要。,指不同含水量下土壤粘结性，粘着性和塑性的综合表现。（一)土壤粘结性：土粒之间通过各种引力而互相粘结在一起的性质。它使土壤具有抵抗外力而不被破坏的能力。是产生耕作阻力的原因之一1、粘结力(内聚力)土粒-水膜-土粒之间的粘结作用2、影响粘结的因素1)、比表面：粘粒含量含量高粘结力强，砂土几无粘结力团粒结构腐殖质含量2)、含水量：完全干燥，没有粘结力；15%时，粘结力最大；随着含水量增加，水膜增厚，粘结力减少；水分达到饱和时，粘结性消失。,一、土壤结持性,（二)土壤粘着性土粒粘附于外物的性质指土粒-水膜-外物间的相互吸引的性能1)、含水量：干燥的土壤无粘着力，随着水分含量增加，土粒与外物间的水膜生成（粘着点），粘着力增强，继而水膜太厚，粘着力下降，到可流动的泥浆时（脱粘点），消失。2)、比表面：粘粒含量团粒结构腐殖质含量,（三)土壤塑性指土壤在外力作用下变形，当外力停止或土壤变干后仍能保持改变了的形状的特性。原因：片状粘粒及其水膜引起的。,（一)宜耕范围-适宜于耕作的土壤含水量范围。宜耕期-土壤保持适宜于耕作含水量的时间。耕性：耕作中土壤表面的各种性质，以及耕作后土壤的表现，包括耕作难易，耕作质量好坏，宜耕期长短。（二)土壤结持性阶段及耕作时期选择结持性阶段：坚硬态-松脆态（酥软态）-可塑态-泥浆态旱地宜选择酥软态，水田选择泥浆态。,二、土壤的宜耕状态与宜耕期,团粒结构的不稳定性：常遭到破坏，不能经久维持水的作用，冲击，泡散