浙江大学土壤学第5章

1、第四章第四章 土壤物理性质土壤物理性质第一节第一节 土壤孔土壤孔性性孔隙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中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙土土壤壤孔孔性性孔隙度（孔隙的数量）孔隙度（孔隙的数量）孔隙类型（孔隙的大小及其比例）孔隙类型（孔隙的大小及其比例）土壤气、液两相的总量土壤气、液两相的总量气、液两相的比例气、液两相的比例土壤孔性（孔隙性质）土壤孔性（孔隙性质） ：指土壤中的孔隙数量，大小孔隙的分：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配及其在各土层的分布。小小孔孔隙隙大大孔孔隙隙一、土壤密度一、土壤密度单位体积单位体积固体固体土粒（不包括粒间孔隙）的重量

2、叫土壤密度，土粒（不包括粒间孔隙）的重量叫土壤密度，单位是单位是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。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。多数土壤的密度为多数土壤的密度为2.62.7克克/厘米厘米3，在机械分析中计算各，在机械分析中计算各级土粒的沉降速率时，往往采用级土粒的沉降速率时，往往采用“常用密度值常用密度值”即即 常用土壤密度值：常用土壤密度值： 2.65克克/厘米厘米3。注意在同一土壤中在同一土壤中,不同大小土粒的腐

3、殖质含量和矿物组成不同，不同大小土粒的腐殖质含量和矿物组成不同，因而其密度也不同。因而其密度也不同。单位单位g/cmg/cm3 3, , 吨吨/ /米米3 3，测定时在田间取一定容积的原状土，烘，测定时在田间取一定容积的原状土，烘干称重，算成单位容积的土壤重量。干称重，算成单位容积的土壤重量。土壤容重值多介于土壤容重值多介于1.0-1.0-1.51.5克克/ /厘米厘米3 3范围内范围内二、土壤容重二、土壤容重1 1、定义：、定义：单位体积土壤体（包括孔隙）的干重。单位体积土壤体（包括孔隙）的干重。曾称土壤假比曾称土壤假比重。它的数值总是小于土壤密度，两者的质量均以重。它的数值总是小于土壤密度

4、，两者的质量均以105105110110下烘干土计。下烘干土计。2 2、容重比比重小、容重比比重小，容重的大小由比重和孔隙数量来决定，容重的大小由比重和孔隙数量来决定，主要是孔度。主要是孔度。一般砂土一般砂土1.2-1.81.2-1.8，其它土壤，其它土壤1.0-1.51.0-1.5，某些底土可达，某些底土可达2.02.0。砂土孔度小，一般砂土容重砂土孔度小，一般砂土容重 壤土和粘土。壤土和粘土。3 3、应用、应用反映土壤松紧度。反映土壤松紧度。计算土壤重量及土壤中各组分数量。计算土壤重量及土壤中各组分数量。计算孔度计算孔度在质地相似条件下比较在质地相似条件下比较容重小：表明疏松多孔，结构性良

5、好，反之紧容重小：表明疏松多孔，结构性良好，反之紧实；过松会加快水分损失。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。容重大：过紧，不利根系发育，通气透水。旱作：适宜旱作：适宜1.1-1.31.1-1.3范围，砂土可以偏高些范围，砂土可以偏高些 。例：例：1 1公顷耕层土重：耕层厚公顷耕层土重：耕层厚0.2m0.2m，容重，容重1.151.15吨吨/ /米米3 3 10000m 10000m2 20.2m1.150.2m1.15吨吨/ /米米3 3 = 2300 = 2300吨吨相当于每亩土相当于每亩土1515万公斤，万公斤，150150吨，常取值吨，常取值3030万斤万斤/

6、 /亩。亩。 根据土壤重量，可计算水分，养分，有机质等贮量，根据土壤重量，可计算水分，养分，有机质等贮量，如某耕层土壤含如某耕层土壤含N N量为量为0.1%0.1%，则，则1 1公顷含公顷含N N量为：量为： 23000000.1%=230023000000.1%=2300公斤公斤 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%100%100%100土体容积空气容积气相率土体容积水容积液相率土体容积固相容积固相率1、三相比、三相比三、土壤孔性三、土壤孔性2 2、 土壤孔隙度土壤孔隙度单位容积

7、土壤中孔隙容积占整个土体容积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。土壤容重和土壤密度来计算。 1cm1cm3 3土壤，孔隙土壤，孔隙0.55cm0.55cm3 3，该土壤孔度为，该土壤孔度为55%55%，其余，其余0.45cm0.45cm3 3（45%45%）为固体容积。）为固体容积。 孔度计算：土壤孔度（孔度计算：土壤孔度（% %）（）（1 1容重容重/ /比重）比重）x 100 x 100 孔隙度1固相率 液相率气相率密度容重土粒体积土重土壤体积土重土重土粒体

8、积土壤体积土重土重土壤体积土重土粒体积土壤体积土粒体积土壤体积土壤体积土粒体积土壤体积孔隙体积土壤孔度11111砂土砂土303045%45%，壤土，壤土404050%50%，粘土，粘土454560%60%，团粒结构好者，团粒结构好者555565%65%* * 土壤孔隙比孔度土壤孔隙比孔度/ /（1 1孔度）例孔度）例55%/45%55%/45%1.121.12孔度的推导孔度的推导土壤孔度（土壤孔度（% %）土壤毛管孔度（）土壤毛管孔度（% %）土壤非毛管孔度（）土壤非毛管孔度（% %）* *土壤毛管孔度（土壤毛管孔度（% %） 土壤田间持水量（重量土壤田间持水量（重量% %）x x 容重容重2

9、 2、土壤孔隙类型土壤孔隙类型非活性孔非活性孔：又称无效孔、束缚水孔。：又称无效孔、束缚水孔。 这是土壤中最细微的孔隙，当这是土壤中最细微的孔隙，当 量孔径一般量孔径一般0.02mm, 1.51.510105 5PaPa。毛管孔隙毛管孔隙：当量孔径约为：当量孔径约为0.2-0.02mm, 0.2-0.02mm, 土壤水吸力土壤水吸力1.51.510104 4Pa- Pa- 1.51.510105 5Pa,Pa,具有毛管作用。具有毛管作用。通气孔隙（非毛管孔度）通气孔隙（非毛管孔度）：当量孔径：当量孔径0.2mm,0.2mm,相应的土壤水吸力相应的土壤水吸力1.51.510104 4Pa,Pa,

10、毛管作用明显减弱。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。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）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）当量孔径当量孔径: 是指与一定的土壤水吸力相当的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：性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为：d = 3/T d为孔隙的当量孔径（为孔隙的当量孔径（mm）、）、 T为土壤水吸力（为土壤水吸力（100Pa） 孔隙分级：孔隙分级：毛管孔度：保水性指

11、标；毛管孔度：保水性指标；非毛管孔度：通气一透水性指标；非毛管孔度：通气一透水性指标；旱作：适宜于生长要求旱作：适宜于生长要求总孔度总孔度505060%60%毛管孔度毛管孔度 ：非毛管孔度：非毛管孔度 2 2：1 1通气孔度必须通气孔度必须8 810%10%以上，最好以上，最好151520%20%。 同一土壤，容重增加，常常是压缩非毛管孔度，紧实、通气同一土壤，容重增加，常常是压缩非毛管孔度，紧实、通气力下降，毛管孔度影响较小。力下降，毛管孔度影响较小。 上述基于不积水情况考虑，若通气孔积水，则考虑空气孔度，上述基于不积水情况考虑，若通气孔积水，则考虑空气孔度，固液气固液气2 2：1 1：1

12、1较好，就旱作而言，空气孔度为较好，就旱作而言，空气孔度为10%10%是一界限，低是一界限，低于此值则减产。于此值则减产。3 3、土壤孔性与作物生长、土壤孔性与作物生长 第二节第二节土壤结构性土壤结构性 一、土壤结构体一、土壤结构体（一）土壤结构的概念（一）土壤结构的概念 土壤结构是土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。土壤结构是土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。 这个定义，包含着两重含义：这个定义，包含着两重含义：结构体和结构性。结构体和结构性。 通常所说的土壤结构多指结构性（通常所说的土壤结构多指结构性（structuralitystructurality）。）。土壤结构性是由土壤结构的种

13、类、数量及结构体内外的孔隙状况等产生的综合性质。土壤结构体或称结构单位，它是土粒（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。土壤结构体土壤结构体土粒互相粘结成土粒互相粘结成不规则的土块，不规则的土块，内部紧实，长、内部紧实，长、宽、高大致相似，宽、高大致相似，小的包括碎块状小的包括碎块状及核状结构及核状结构土粒粘结成柱状土粒粘结成柱状体，纵轴横轴体，纵轴横轴土粒排列成土粒排列成片状，横轴片状，横轴远大于纵轴远大于纵轴土粒胶结成粒状和土粒胶结成粒状和小团块状，大体成小团块状，大体成球形。团粒球形。团粒（0.25-10mm0.25-10mm），），微团粒（微团粒（0.25mm0.2

14、5mm块状结构块状结构棱柱状和柱状结构棱柱状和柱状结构片状片状团粒结构团粒结构土壤结构体的类型土壤结构体的类型形态、大小、特性 等不良结构：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“土壤结构体土壤结构体”，往往是指团粒团粒结构结构。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，缺少团结构哪样的多级构造。结构体

15、的稳定性：结构体的稳定性： 机械稳定性； 生物稳定性； 水稳定性；土土壤壤团团粒粒体体土壤结构体形成的两个过程：土壤结构体形成的两个过程：粘结团聚和切割造型。粘结团聚和切割造型。 块状、柱状、片状结构体：块状、柱状、片状结构体：单粒单粒-粘结粘结-致密大土块致密大土块-各种应力作用崩解各种应力作用崩解-成各种结构体，成各种结构体，无多次团聚，孔度小，孔隙大小比较一致。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：团粒结构体形成，多次复合和团聚：单粒单粒-凝聚凝聚-微凝聚体微凝聚体( (粘团，粘团，0.005mm)-0.005mm)-逐级粘合、胶结逐级粘合、胶结-微团聚

16、体微团聚体( (微团粒微团粒0.25mm)- 0.25mm)- 多级团聚多级团聚-团粒（团粒（0.25-10mm0.25-10mm）。）。二、土壤团粒结构形成机制二、土壤团粒结构形成机制单个土粒单个土粒团聚体团聚体微团粒微团粒形成阶段与步骤形成阶段与步骤土土壤壤团团粒粒体体毛管孔隙毛管孔隙微团粒微团粒土壤结构体形成机制：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，微生物分泌物腐殖质，多糖类，木质素，蛋白质，微生物分泌物砂粒砂粒砂粒砂粒粉粒粉粒粉粉粒粒粘粒粘粒腐殖质腐殖质土粒土粒土粒土粒土

17、粒土粒Fe2+腐腐殖殖质质Fe3+Al3+土粒土粒土粒土粒土粒土粒Ca2+腐腐殖殖质质（三）（三） 土体切割造形土体切割造形 1 1、植物根系作用、植物根系作用 穿插，挤压，脱水收缩穿插，挤压，脱水收缩 2 2、干湿交替和冻融交替，裂开、干湿交替和冻融交替，裂开 3 3、土壤耕作、土壤耕作 耕耙作用耕耙作用良好的团粒结构体：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：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（一）团粒结构大小孔隙兼备（一）团粒结构大小孔隙兼备 团粒结

18、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。内小孔隙，团粒间大孔隙。团粒大小：干旱地区以团粒大小：干旱地区以0.5-3mm0.5-3mm为好，温润地区为好，温润地区10mm10mm，抗侵蚀力强，水稻田微团，抗侵蚀力强，水稻田微团粒粒0.01-1mm0.01-1mm。 ( (二二) ) 水分与空气并存的矛盾得到解决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

19、表土收缩，与其下的结构体脱离，毛管中断，减少蒸发触点相通，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。损失，抗旱力强。 团粒内大量毛管孔，保持水分，供作物吸收。团粒内大量毛管孔，保持水分，供作物吸收。 ( (三三) ) 改善了土壤保肥供肥性能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。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四）宜于耕作与根系发

20、育 团粒球形，排列疏松，有利根系发育。耕作阻力小，宜耕期长。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；适量石灰增施有机肥；适量石灰合理轮作：合理轮作： 水旱轮作，与牧草轮作水旱轮作，与牧草轮作合理耕作：合理耕作： 适时耕作适时耕作 结构改良剂的应用结构改良剂的应用： 1)1)天然天然: : 纤维素，木质素，多糖，泥炭等植物残体纤维素，木质素，多糖，泥炭等植物残体 2) 2) 人工合成：如人工合成：如 Krilium Krilium 聚丙

21、烯酸钠。南京土壤所，用聚丙烯腈制剂，聚丙烯酸钠。南京土壤所，用聚丙烯腈制剂，施用量施用量0.2-0.02%0.2-0.02%之间，效果很好。之间，效果很好。四、改良土壤结构性的途径四、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：土壤力学性质包括： 土壤结持性土壤结持性 ( (粘结性，粘着性，塑性粘结性，粘着性，塑性) ) 胀缩性胀缩性 压板压板 阻力（穿透阻力和牵引阻力）等阻力（穿透阻力和牵引阻力）等 第三节第三节 土壤机械土壤机械物理物理性性和耕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

22、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。指不同含水量下土壤粘结性，粘着性和塑性的综合表现。（一（一) ) 土壤粘结性土壤粘结性 土粒之间土粒之间通过各种引力而互相粘结在一起的性质。通过各种引力而互相粘结在一起的性质。 粘结力大，耕作阻力也大。粘结力大，耕作阻力也大。 1 1、粘结力、粘结力( (内聚力内聚力) ) 土粒土粒-水膜水膜-土粒之间的粘结作用土粒之间的粘结作用 2 2、影响粘结的因素、影响粘结的因素 1)1)、比表面：粘粒含量、比表面：粘粒含量 含量高含量高粘结力强，砂土几无粘结力粘结力强，砂土几无粘结力 团粒结构团粒结构

23、 腐殖质含量腐殖质含量 2)2)、含水量：干燥时粘结力最大，随着含水量增加，水膜增厚，、含水量：干燥时粘结力最大，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。粘结力减少，水分达到饱和时，粘结性消失。一、一、土壤结持性土壤结持性（二（二) ) 土壤粘着性土壤粘着性 土粒粘附于土粒粘附于外物外物的性质的性质 指土粒指土粒-水膜水膜-外物间的相互吸引的性能外物间的相互吸引的性能 1)1)、含水量：干燥的土壤无粘着力，随着水分含量增加，土粒与、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，粘着力下外物间的水膜生成（粘着

24、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。降，到可流动的泥浆时（脱粘点），消失。 2)2)、接触面：砂，团聚体，形成锯齿状，不连续水膜，粘着力低、接触面：砂，团聚体，形成锯齿状，不连续水膜，粘着力低 （三（三) ) 土壤塑性土壤塑性 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。了的形状的特性。 原因：片状粘粒及其水膜引起的。原因：片状粘粒及其水膜引起的。 只有在一定含水量范围以内才出现，即土粒水膜增厚到允许土粒滑只有在一定含水量范围以内才出现，即土粒水膜增厚到允许土粒滑动

25、变形，而又没有丧失其粘结性的范围。动变形，而又没有丧失其粘结性的范围。 下塑限下塑限( (塑限塑限) )：开始呈现可塑性的最小含水量。：开始呈现可塑性的最小含水量。 上塑限上塑限( (流限流限) )：保持可塑性的最大含水量。：保持可塑性的最大含水量。 塑性指数塑性指数( (塑性值塑性值) )：上、下塑限之差。塑性值越大，表示土壤塑：上、下塑限之差。塑性值越大，表示土壤塑性越强，随粘粒含量增加而增加，均以含水量性越强，随粘粒含量增加而增加，均以含水量% %表示表示土壤呈现塑性的含水量范围称塑性范围，塑性范围内土壤不宜耕作。土壤呈现塑性的含水量范围称塑性范围，塑性范围内土壤不宜耕作。土壤结持性常数，下塑限，上塑限，塑性指数，粘着点，脱粘点。土壤结持性常数，下塑限，上塑限，塑性指数，粘着点，脱粘点。（一（一) ) 宜耕范围宜耕范围-适宜于耕作的土壤含水量范围。适宜于耕作的土壤含水量范围。 宜耕期宜耕期-土壤保持适宜于耕作含水量的时间。土壤保持适宜于耕作含水量的时间