土壤学课件Chap. 11土壤孔性

Chap.11土壤孔性,1土壤孔性的概念土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙。土壤孔性包括孔隙度（孔隙的数量）和孔隙类型（孔隙的大小及其比例），前者决定着土壤气、液两相的总量，后者决定着气、液两相的比例。,Chap.11土壤孔性,2土壤孔隙度土壤孔隙度是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。土壤孔隙度=1-（容重）/相对密度100%,Chap.11土壤孔性,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/土粒密度）/（土壤重量/容重）100%=（1-容重/土粒密度）100%,Chap.11土壤孔性,土粒密度：单位容积（无粒间孔隙）的固体土粒的干重。单位为：g/cm3土粒相对密度：与4时水的密度的比值。土粒密度的大小主要决定于土壤矿物的密度和有机质的密度。有机质的密度为1.25-1.40g/cm3；矿物密度大多在2.6-2.7之间；一般取土粒（土壤）密度为2.65g/cm3,Chap.11土壤孔性,Chap.11土壤孔性,土壤容重：是指单位容积土体（包括孔隙在内的原状土）的干重。单位为g/cm3或t/m3。一般旱地土壤容重大体在1.001.80g/cm3之间。土壤容重是一个重要的参数：反映土壤松紧度计算土壤的重量计算土壤中各组分（如土壤水分、有机质、养分和盐分等）的含量土壤孔隙比,Chap.11土壤孔性,3土壤孔隙类型当量孔径:是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,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）当量孔径与土壤水吸力成反比，土壤水吸力愈大，则当量孔径愈小。,Chap.11土壤孔性,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：当量孔径0.2mm,相应的土壤水吸力Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+聚合能力逐渐减小。3、胶结物质：主要是各种土壤胶体。无机胶体：粘土矿物、含水的氧化铁、氧化铝、氧化硅等；有机胶体包括腐殖质、有机质如多糖（线性的高分子聚合体）葡萄糖、胡敏酸等.4、外力的推动作用主要是促使较大土壤颗粒破碎成细小颗粒，同时促进小颗粒之间的粘结。起外力推动作用的因素有三个方面：土壤生物：根系的生长（穿插、挤压、分泌物及根际微生物）、动物的活动；大气变化：干湿、冻融交替；人为活动：耕作、施肥。,Chap.12土壤结构性,Chap.12土壤结构性,6形成土壤团粒结构的措施,1）合理的耕作（为宜耕期、轮作制度）：一般土壤外白（干）、里暗（湿），或干一块、湿一块呈花脸时为宜耕；用手摸时，当捏不成团，手松不粘手，落地即散时为宜耕期。2）合理灌溉、晒垡和冻垡：喷灌、滴灌好、避免大水漫灌、太急的喷灌等不良方式。3）围栏保护，避免人为的践踏，通过生物措施改良。4）深翻施用有机肥。常用腐叶土。5）施用结构改良剂：是人工提取或人工合成的高分子有机化合物。人工合成剂：应用效果好的有：聚丙烯腈水解物钠盐、羧化聚合物的钙盐。聚丙烯酰胺除改良土壤结构，还可蓄水保墒。每公顷用200400千克，遇水可形成水稳性团粒结构。且土壤的蓄水力提高100倍。在绿化沙漠中意义大。天然土壤结构改良剂：从有机物中提取出的腐殖酸盐、树脂胶、多糖醛类缺点是：易被微生物分解，用量大。优点：可刺激植物的生长。,补充：不良的土壤结构？块状结构：漏风、跑墒、压苗、妨碍根系穿插；片状结构：通透性差、易滞水，扎根阻力大；散砂结构：漏水漏肥、贫瘠易旱，水蚀严重。,Chap.12土壤结构性,Chap.13土壤耕性,1土壤耕性的概念土壤耕性：是指土壤在耕作时所表现的特性，包括：（1）耕作的难易程度：耕作阻力的大小；（2）耕作质量的好坏：耕后土垡松散、容易耙碎、不成坷垃，土壤松紧孔隙状况适中；（3）适耕期的长短：适宜耕作时间的长短。,Chap.13土壤耕性,2土壤物理机械性1.粘结性和粘着性土壤粘结性:指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。土壤粘着性:是土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着外物表面的性能。,Chap.13土壤耕性,影响土壤粘结性和粘着性的因素有：土壤质地：土壤愈细，接触面愈大，粘结性和粘着性愈强。土壤含水量：含水量愈少，土粒距离愈近，分子引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。,Chap.13土壤耕性,影响土壤粘结性和粘着性的因素有：土壤结构：团粒结构可使土团接触面减少，因而其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。土壤腐殖质含量：腐殖质含量增加可减弱粘土的粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了粘粒接触面的性质。土壤代换性阳离子的组成：不同的阳离子种类可影响土粒的分散和团聚。,Chap.13土壤耕性,2土壤物理机械性2.可塑性土壤在一定含水量范围内，可被外力任意改变成各种形状，当在外力解除和土壤干燥后，仍能保持其变形的性能称为可塑性。,Chap.13土壤耕性,影响土壤可塑性的因素：水分含量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增加时，土壤才表现可塑性。土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称为下塑限（塑限）；土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量，称为上塑限（流限）。上塑限与下塑限含水量之差称为塑性值，也叫塑性指数。塑性值大，土壤的可塑性强。,Chap.13土壤耕性,影响土壤可塑性的因素：土壤质地:土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的增加而增大，土壤按塑性值分类如下：强塑性土（粘土）17,塑性土（壤土）17-7，弱塑性土（砂壤）7，无塑性土（砂土）0。,Chap.13土壤耕性,影响土壤可塑性的因素：代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝聚作用可减少土壤的可塑性。土壤有机质：有机质能提高土壤上、下塑限，但一般不改变其塑性值。,Chap.13土壤耕性,3.胀缩性土壤吸水后体积膨胀，干燥后体积收缩的特性称为土壤胀缩性。土壤胀缩性强会对植物根系产生机械损伤，易拉断植物根系。影响土壤胀缩性的主要因素是土壤胶体，蒙脱石由于晶层间结合不紧，水分容易进入而使晶层间距拉开，其胀缩性远较晶层结合紧密的高岭石大。,Chap.13土壤耕性,3注意土壤耕作、改良土壤耕性（1）防止压板土壤：耕作土壤在降雨，灌溉，人、畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为土壤压板过程。（2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期：（3）改良土壤耕性：可通过增施有机肥料、合理排灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。（4）少、免耕技术,3土壤的物理机械性与耕性,一、土壤的物理机械性1、粘结性2、粘着性3、可塑性4、胀缩性5、土壤松紧性,1、粘结性：“内聚力”指土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。这种性质使土壤具有抵抗外力（机械破坏和根系穿插时）而不被破坏的能力。粘粒含量高、含水量大、有机质缺乏的土壤，粘结性强。1）土壤质地：土壤颗粒越细，比表面越大，土粒间接触面积越大，粘结性越强，其耕性越差。2）土壤水分含量：砂土干时无粘结性，在含少量水分时，借助砂粒间的水膜联系，使土壤具有微弱的粘结性。粘土含水量愈少，土粒距离愈近，分子引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。3）土壤结构：团粒结构可使土团接触面减少，因而其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。4）土壤腐殖质含量：腐殖质含量增加可减弱粘土的粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了粘粒接触面的性质。腐殖质的粘结性比粘粒小，比砂粒大。5）土壤交换性阳离子的组成：不同的阳离子种类可影响土粒的分散和团聚。,影响土壤粘结性和粘着性的因素,2、粘着性：“外物”是土壤在一定含水量的情况下，粘附其它物质的性能。是土粒分子与外物之间通过水分子吸引力而产生的性质。在土壤湿润时产生粘着性（土壤含水量达到全蓄水量的45%左右）；水分过多时（超过全蓄水量80%左右）粘着性下降。土壤开始不粘着于外物时的质量含水量称粘着点，又称脱粘点。,土壤粘结性、粘着性与含水量关系示意图,3、可塑性：土壤在适宜水分范围内，可被外力揉捏成各种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形状的性能。原因：粘粒成薄片状，在有水存在的条件下，粘粒表面被包一层水膜，外力揉搓时，片状的粘粒重新排列且粘结固定，由于粘结力的存在，失水后能保持原状。水分含量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增加时，土壤才表现可塑性。土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称为下塑限（塑限）；土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量，称为上塑限（流限）。上塑限与下塑限含水量之差称为塑性值，也叫塑性指数。塑性值大，土壤的可塑性强。土壤质地:土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的增加而增大，土壤按塑性值分类如下：强塑性土（粘土）17,塑性土（壤土）17-7，弱塑性土（砂壤）7，无塑性土（砂土）0。代换性阳离子：代换性钠离子因水化度大，使土壤分散，因此可塑性增大。相反，钙离子因具有凝聚作用可减少土壤的可塑性。土壤有机质：有机质能提高土壤上、下塑限，但一般不改变其塑性值。,影响土壤可塑性的因素,表6几种不同土壤的塑性数（）,4、胀缩性：粘质土壤在吸收水时总体积增大的现象称土壤膨胀。粘质土壤含水量减少，而总容积减少的现象称土壤收缩。土壤胀缩性强会对植物根系产生机械损伤，易拉断植物根系。影响土壤胀缩性的主要因素是土壤胶体，蒙脱石由于晶层间结合不紧，水分容易进入而使晶层间距拉开，其胀缩性远较晶层结合紧密的高岭石大。5、土壤松紧性：是由人畜、机具在土壤上通过时，引起土壤孔隙减少、土壤变紧的现象。土壤松紧度的表示方法：以穿透土壤所产生的阻力大小来表示；以容重大小表示。,二、土壤耕性,土壤耕性土壤耕性：是指土壤在耕作时所表现的特性，土壤耕性的好坏以耕作的难易程度，耕作质量好坏，宜耕期长短来衡量。1、耕作的难易程度：指土壤对机具的阻力大小。2、耕作质量好坏：是指耕作后的土壤性状，对植物生长发育的影响。耕后土垡松散、容易耙碎、不成坷垃，土壤松紧孔隙状况适中有利于植物的生长，称为耕作质量好。3、宜耕期的长短,注意土壤耕作、改良土壤耕性,（1）防止压板土壤：耕作土壤在降雨，灌溉，人、畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为土壤压板过程。（2）注意土壤的宜耕状态和宜耕期：（3）改良土壤耕性：可通过增施有机肥料、合理排灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。（4）少、免耕技术,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,1土壤胶体的概念土壤胶体：土壤中粒径Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+电解质浓度对胶体的凝聚也有很大影响:浓度大,可促使凝胶形成。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用土壤吸收性能是指土壤能吸收和保留土壤溶液中的分子和离子，悬液中的悬浮颗粒、气体以及微生物的能力。土壤吸收性能亦称土壤吸收保肥性能。1.土壤吸收性能类型（1）机械吸收性：是指土壤对固体物体的机械阻留，如施用有机肥时，其中大小不等的颗粒，均可被保留在土壤中。这种吸收作用取决于土壤的孔隙状况。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用（2）物理吸收性：这种吸收性能是指土壤对分子态物质的保持能力，它表现在某些养分聚集在胶体表面，其浓度比在溶液中为大，另一些物质则胶体表面吸附较少而溶液中浓度较大，前者称为正吸附，后者称为负吸附。产生这种作用的原因是由于固体颗粒界面上的表面自由能的作用。气态物质（水气、CO2、NH3等）和细菌的吸附也是物理吸附。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用（3）化学吸附性：是指易溶性盐在土壤中转变为难溶性盐而沉淀保存在土壤中的过程。这种吸收是纯化学作用过程。（4）物理化学吸收性：是指土壤对可溶性物质中离子态养分的保持能力。这种吸收是以物理吸收为基础，又呈现出化学反应相似的特性。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用（5）生物吸收性：是指土壤中植物根系和微生物对营养物质的吸收，这种吸收作用的特点是选择性，并且具有累积和集中养分的作用。上述五种吸收性不是孤立的，而是相互联系、相互影响的，都具有重要的意义。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用2.土壤物理化学吸收性能土壤物理化学吸收性能即是土壤离子交换作用。分为土壤阳离子交换作用和阴离子交换作用（1）土壤阳离子交换作用K+Ca2+2KCl=K+CaCl2离子从溶液中转移到胶体上的过程，称为离子的吸附过程；原来吸附在胶体上的离子转移到溶液中的过程，称为离子的解吸过程。,土壤胶体,土壤胶体,CationExchangeCapacity,-,SOIL,Ca+2,Mg+2,Al+3,K+,Ca+2,Mg+2,H+,Ca+2,H+,Ca+2,Mg+2,K+,Al+3,Ca+2,H+,Mg+2,H+,Mg+2,Ca+2,K+,Ca+2,Ca+2,ExchangeableCations,Al+3,H+,K+,H+,Mg+2,Ca+2,Mg+2,Reserve,Active,Active,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用阳离子交换作用特点：a.可逆反应b.反应迅速c.等量交换它是等量电荷对等量电荷的反应。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用阳离子交换能力阳离子交换能力是指一种阳离子将胶体上另一种阳离子交换出来有能力。各种阳离子交换能力大小的顺序为：Fe3+Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+影响阳离子交换能力的因素有：a.电荷的数量b.离子半径和离子水化半径c.离子浓度,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用阳离子交换能力b.离子半径和离子水化半径同价离子的半径增大，则单位表面积的电荷量（电荷密度）减少，电场强度减弱，故对极性水分子的吸引力小，离子外围的水膜薄，水化半径减少，因而离负电胶体的距离较近，相互吸引力较大，具有较强的交换能力。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用土壤阳离子交换量（CationExchangeCapacityCEC）阳离子交换量（或吸收容量）是指在一定pH值条件下每1000g干土所能吸附的全部交换性阳离子的厘摩尔数（cmol/kg）。土壤阳离子交换量可以作为土壤保肥力的指标，CEC的大小，受下述因素的影响：a、胶体数量b、胶体类型c、土壤pH值,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,StructureofHumicAcid,R-C00-,R-C00-,R-C00-,R-C00-,R-C00-,ContributestohighCEC200cmol(+)/kg,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用土壤的盐基饱和度土壤胶体吸附的阳离子分为两类，一类是盐基离子，包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等；另一类是致酸离子，即H+、Al3+。土壤中交换性盐基离子总量cmol/kg占阳离子交换量cmol/kg的百分数称为土壤的盐基饱和度，即：盐基饱和度=交换性盐基总量/阳离子交换量100%,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用影响交换性阳离子有效度的因素a.交换性阳离子的饱和度离子饱和度：土壤吸附的某离子量占土壤全部阳离子量的百分数。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用b.陪伴（补）离子效应土壤胶体上同时吸附着多种阳离子，对其中某种离子来说，其余的各种离子都称为它的陪补离子。,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用c.阳离子的非交换性吸收（专性吸附）专性吸附的阳离子均为非交换性离子，其反应也不完全遵循可逆反应和等量交换的规则。1）阳离子与氧化铁、铝及其水合物胶体表面氧的结合作用,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用OH-1O-M0Fe+M2+Fe+H+OHOHOH-1O-MOH-1Fe+MOHFe+H+OHOH,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用c.阳离子的非交换性吸收（专性吸附）2）矿物固定、晶穴固定：NH4+、K+离子被固定在硅氧四面体联成的六边型晶穴中，不能被交换出来的现象。阳离子专性吸附的意义：富集作用地球化学探矿调控金属元素的生物毒性和生物有效性,Chap.14土壤胶体与土壤吸收性能,5土壤胶体的交换吸附作用