土壤的三相组成及其基本的物理特性ppt课件

1、第 一 章土 壤 的 三 相 组 成及其根本的物理特性第一节 土壤颗粒、土壤溶液 和土壤空气土壤是由多相物质组成的复杂、多孔、土壤是由多相物质组成的复杂、多孔、疏松而分散的体系。其组成包括固相、疏松而分散的体系。其组成包括固相、液相、气相三相物质液相、气相三相物质 。其中固相即土壤颗粒约占土壤体积的其中固相即土壤颗粒约占土壤体积的5050。固相包括。固相包括3838的矿物质和的矿物质和1212的有的有机质。机质。液相为土壤溶液，体积约占液相为土壤溶液，体积约占1515-35-35气气相即土壤空气，其体积约占相即土壤空气，其体积约占3535-15-15。土壤的三相组成容积百分数一、土壤固相 土壤

2、固相也称土壤基质。土壤固相的成土壤固相也称土壤基质。土壤固相的成分对土壤的各种物理力学性质起着重要分对土壤的各种物理力学性质起着重要的、决议性的影响。的、决议性的影响。一矿物质一矿物质 土壤矿物质占固相部分分量的土壤矿物质占固相部分分量的9595左右。左右。它包括原生矿物、次生矿物及其它一些它包括原生矿物、次生矿物及其它一些无机物质。无机物质。1.1.组成组成1 1原生矿物原生矿物 土壤中的原始矿物，在岩石风化和成土土壤中的原始矿物，在岩石风化和成土过程中，没有改动原来的成分、构造和过程中，没有改动原来的成分、构造和性质，只是遭到机械破碎。性质，只是遭到机械破碎。2 2次生矿物次生矿物 是原生

3、矿物遭到风化作用，改动了原来是原生矿物遭到风化作用，改动了原来的成分、形状和性质，重新结合生成的的成分、形状和性质，重新结合生成的一种新矿物，亦称其为粘土矿物。一种新矿物，亦称其为粘土矿物。 次生矿物主要有硅酸盐次生矿物、三氧次生矿物主要有硅酸盐次生矿物、三氧化物次生矿物和非质量矿物等。硅酸盐化物次生矿物和非质量矿物等。硅酸盐次生矿物又可有高岭土类、蒙特土类和次生矿物又可有高岭土类、蒙特土类和水云母类等之分。水云母类等之分。2.2.次生矿物对土壤理化、力学性质的影次生矿物对土壤理化、力学性质的影响响 1 1比外表积与阳离子交换量比外表积与阳离子交换量 具有宏大的外表是分散体系的首要特性。具有宏

4、大的外表是分散体系的首要特性。由于次生矿物颗粒极细，故有较大的比由于次生矿物颗粒极细，故有较大的比外表积，颗粒愈细小，比外表积愈大。外表积，颗粒愈细小，比外表积愈大。 土壤的比外表积为单位质量土粒的总土壤的比外表积为单位质量土粒的总外表积外表积AmAm，或单位容积土粒的总外表，或单位容积土粒的总外表积积Av Av ，即，即 Am =A / MAm =A / MAv =A / VAv =A / VAm,AvAm,Av分别表示土壤质量比外表积分别表示土壤质量比外表积和容积比外表积；和容积比外表积；AA土粒的总外表积土粒的总外表积 cm2cm2；MM土粒的质量土粒的质量 g g； VV土粒的容积土粒

5、的容积 cm3cm3。土壤比外表积的大小除主要取决于土壤粒径的大小而外，还与土壤颗粒的外形有很大关系。扁平或细长的土粒，显然要比同样体积的球形或正方体的土粒比外表积大。土壤中大部分粘土矿物是片状的。 次生矿物特别是其中的无机胶体颗粒，外表通常带负电性，与从土壤溶液中吸附的阳离子相平衡，被吸附的阳离子还可以与溶液牛的某些离子相互交换，这种景象称为土壤的离子代换吸收，交换性阳离子总量称阳离子交换量CEC。硅酸盐次生矿物比外表积和阳离子交换量矿物名称比外表积m2g阳离子交换量me/100g高岭土蒙特土水云母10-20外 50-120内 700-84065-1003-1580-15010-402 2亲

6、水性亲水性 粘土颗粒外表可以吸附水分构成水膜的性粘土颗粒外表可以吸附水分构成水膜的性能称为亲水性。能称为亲水性。 3 3膨胀与收缩膨胀与收缩 土壤吸水后，体积：净添加，这种性能谓土壤吸水后，体积：净添加，这种性能谓之土壤的膨胀性，亦称为湿胀性。相反，之土壤的膨胀性，亦称为湿胀性。相反，当土壤失去水分后如蒸发失水，体当土壤失去水分后如蒸发失水，体积将减少，称这种性能为收缩性，亦称积将减少，称这种性能为收缩性，亦称干缩性。干缩性。 4 4透水性透水性 水分从土壤颗粒间隙经过的性能称为土壤水分从土壤颗粒间隙经过的性能称为土壤的透水性的透水性 。5 5紧缩性紧缩性 6 6强度强度二有机质二有机质 1.

7、1.组成组成 土壤中有机质的含量普通占土壤土壤中有机质的含量普通占土壤基质分量的基质分量的5 5左右，虽然含量左右，虽然含量不多，但它却是土壤肥力上下的不多，但它却是土壤肥力上下的主要要素。主要要素。 土壤有机质的成分，主要是碳氢土壤有机质的成分，主要是碳氢氧化合物，还有含氮的化合物。氧化合物，还有含氮的化合物。2 2土壤有机质对农业消费的意义土壤有机质对农业消费的意义及对土壤理化、力学性质的影响及对土壤理化、力学性质的影响 土壤有机质是植物所需营养的主土壤有机质是植物所需营养的主要来源要来源 。农民视有机质为土中。农民视有机质为土中之宝，因此有机质含量的多少是之宝，因此有机质含量的多少是土壤

8、肥力的重要标志之一。土壤肥力的重要标志之一。土壤有机质对对土壤理化、力学性质的有着重要的影响，主要可归纳为以下几个方面：1理化吸收性能2有机质可以改善土壤的构造情况，蛋白质、氨基酸糖类等是水稳定团粒构造良好的胶结剂3腐殖质可以使土壤的颜色加深，有利于土壤吸热增温，有利于春播作物的早发、速长4 4由于有机质普通都是带电胶体，可由于有机质普通都是带电胶体，可以提高土壤对酸碱变化的缓冲性；以提高土壤对酸碱变化的缓冲性；5 5有机质对土壤的力学性质也有很大有机质对土壤的力学性质也有很大影响，它可以降低土壤的抗剪强度，添影响，它可以降低土壤的抗剪强度，添加土壤的紧缩性，减少土壤的粘着力等。加土壤的紧缩性

9、，减少土壤的粘着力等。有机质在土壤中的含量，常以烘干土的有机质在土壤中的含量，常以烘干土的百分数表示。自然土壤中有机质的含量百分数表示。自然土壤中有机质的含量差别很大，高的可达差别很大，高的可达2020以上，称为有以上，称为有机质土壤；低的不到机质土壤；低的不到 0.5 0.5 。二、土壤液相 一组成一组成 土壤的液相即土壤溶液。它是由土壤的液相即土壤溶液。它是由水和各种可溶及不可溶的物质水和各种可溶及不可溶的物质组成，统称土壤水。组成，统称土壤水。土壤水是土壤三相组成中最活泼土壤水是土壤三相组成中最活泼的物质，它直接参与土壤的构的物质，它直接参与土壤的构成、变化及作物的吸水吸肥等成、变化及作

10、物的吸水吸肥等过程，它在土壤中的坚持和运过程，它在土壤中的坚持和运移情况对土壤各项物理性质产移情况对土壤各项物理性质产生重要的影响。因此，研讨土生重要的影响。因此，研讨土壤水的各项性状是土壤物理学壤水的各项性状是土壤物理学的重要内容。的重要内容。二土壤水的主要化学性质二土壤水的主要化学性质 1 1水分子是偶极子、具有带电水分子是偶极子、具有带电性性 水分子构造图 由于水分子的偶极性，带负电的氧原子，可以吸引相邻的另一个水分子的氢原子，于是在水分子之间便构成氢键，所以，水是一种由氢键衔接的多分子聚合物。 水分子之间的氢键衔接 土壤中的次生粘土颗粒，以及土壤胶体的外表均带有电性而水分子又是偶极子，

11、因此使之能剧烈地受土壤颗粒及胶体外表或带电离子所吸引，围绕土粒、胶粒或离于构成水化膜，这种景象称为离子的水化。水分子的偶极性，使得水分子具有极高的溶解性能，所以水是良好的溶剂。 2.2.土壤溶液具有一定的浓度土壤溶液具有一定的浓度土壤溶液具有一定的浓度，普通为土壤溶液具有一定的浓度，普通为0.20.211，即，即200-1000ppm200-1000ppmppmppm：浓度单位，：浓度单位，表示一百万分之一很少超越表示一百万分之一很少超越0.10.1，其，其浸透压往往低于一个大气压。浸透压往往低于一个大气压。3.3.土壤水有一定的酸碱度土壤水有一定的酸碱度当当H+H+ OHOH l l 时，溶

12、液呈酸性；时，溶液呈酸性；当当H+H+ OHOH 1 2石块 3石块 3 石砾 31粗砂 2 0.2细砂粒 0.20.02粗砾 32极粗砂粒 21粗砂粒 1 0.5粗砂粒 10.5组砂粒 10.25中砂粒 0.50.25中砂粒 0.50.25 细砂粒 0.250. 1细砂粒 0.250.05极细砂粒 0.10.05粉砂粒0.020.002粉粒 0.050.002粗粉砾 0.050.01粗粉粒 0.050.01中粉粒 0.010.005细粉粒 0.010.005细粉粒 0.0050.001粗粘粒 0.0050.001粘粒 0.002粘粒 0.002粗粘粒 0.0010.0005 粉质粘粒 0.0

13、01细粘粒0.00050.0001 胶质胶体 0.0001二、粒径级配及其测定方法 土壤中所含各粒级的相对含量，以土粒总重的百分数表示；称为土壤的粒径级配。常用的颗分方法有两种，一是筛分法，一是沉淀法。沉淀法又可分为比重计法或吸管法。 粒径大于0.1mm的土粒可用筛分法，而小于0.1mm的土粒只能用沉淀法。 粒径级配曲线从粒径级配曲线的斜率，可以反映出级配能否良好。曲线越平缓，所包含的粒组越多，级配越良好；反之曲线斜率越大，土壤所包含的粒组越少，级配那么不良。级配情况通常用不均匀系数“C、表示:C =d 60 / d 10 式中 d60、d10分别表示小于、等于该粒径的颗粒的分量占总重的60、

14、10。曲线I的斜率大，C1值小，而曲线II的斜率，C2值大，土壤II的级配较土壤I的级配良好。习惯上把C 5的土壤称为级配不良的土壤，5 C 10的土壤称为级配良好的土壤。 三、土壤的质地及其分类 一土壤质地一土壤质地土壤质地是按土粒的大小和它们土壤质地是按土粒的大小和它们的组合比例而定的土壤称号，是的组合比例而定的土壤称号，是反映土壤基质的本质的物理特性反映土壤基质的本质的物理特性目的之一。目的之一。土壤质地反映了土壤固相颗粒系土壤质地反映了土壤固相颗粒系列分布情况及土壤一定的物理力列分布情况及土壤一定的物理力学特性，是土壤的一个稳定的自学特性，是土壤的一个稳定的自然属性。然属性。二土壤质地

15、的分类二土壤质地的分类土壤质地的分类方法有多种，农业、工程建筑和地质学等范畴不同，分类规范和方法也不尽一样。 卡庆斯基土壤质地划分规范我国土壤质地分类国际制土壤质地分类表砂土类：土壤颗粒组成较粗，砂粒含量砂土类：土壤颗粒组成较粗，砂粒含量在在5050 以上，所以，大孔隙较多，土壤以上，所以，大孔隙较多，土壤通透性好，毛管作用弱，保水蓄水才干通透性好，毛管作用弱，保水蓄水才干差；有机质分解迅速，保肥耐肥性差，差；有机质分解迅速，保肥耐肥性差，故普通肥力不高，肥劲不长，土壤热容故普通肥力不高，肥劲不长，土壤热容量小，昼夜温差大。量小，昼夜温差大。壤土类：土壤的物理性能良好，通气透壤土类：土壤的物理

16、性能良好，通气透水、保水保肥性能均较好，适种作物范水、保水保肥性能均较好，适种作物范围较广，耕种方便，适耕期较长，且抗围较广，耕种方便，适耕期较长，且抗旱才干强，是一组良好的土壤质地。旱才干强，是一组良好的土壤质地。 粘土类：以细粘粒为主，比外表积较大，粘土类：以细粘粒为主，比外表积较大，干容重较小，持水才干强，通透性差，干容重较小，持水才干强，通透性差，浸透性能差，含水率大，排水困难。浸透性能差，含水率大，排水困难。粘性土的胀缩性、粘结性、粘着性和可粘性土的胀缩性、粘结性、粘着性和可塑性均很强，力学强度很低，紧缩性大，塑性均很强，力学强度很低，紧缩性大，用作地基时应加以处置。用作地基时应加以

17、处置。四、土壤质地的鉴定方法 土壤质地的鉴定方法，依条件和要求土壤质地的鉴定方法，依条件和要求不同，可分为两种。一种是野外测不同，可分为两种。一种是野外测定定手测法，手测又可分为干测和湿手测法，手测又可分为干测和湿测两种，往往是干测湿测并用，以提测两种，往往是干测湿测并用，以提高准确性。这种方法简单易行，是定高准确性。这种方法简单易行，是定性的测定，所以，准确程度取决于测性的测定，所以，准确程度取决于测定人员的阅历和责任心。定人员的阅历和责任心。 土壤质地的田间鉴定法在对土质资料要求较高的情况下，必需经过定量分析来鉴定，这就必需在实验室内进展颗粒分析，得出土样级配情况的准确结果，再按质地分类规

18、范的规定来确定土壤类别。 第三节 土壤的根本物理性质及其物理特性目的和测定一、土壤的根本物理性质土壤三相物质在土壤中各占的比例，往往决议了土壤的各项物理特性。土壤三相组成草图一土壤的比重和容重一土壤的比重和容重1.1.土壤的比重土壤的比重土壤的比重即土粒的比重，指土土壤的比重即土粒的比重，指土粒的密度与大气压下粒的密度与大气压下44时水的时水的密度之比。密度之比。 土壤中常见矿物的比重平均值约土壤中常见矿物的比重平均值约为为2.6-2.72.6-2.7，对于有机质含量不，对于有机质含量不太多的土壤，常以太多的土壤，常以2.652.65作为比重作为比重值，而不用测定。值，而不用测定。 MsMsV

19、s Vs 水水 Ms MsVs Vs 土壤的比重为无因次量。土壤的比重为无因次量。2.2.土壤的容重土壤的容重 土壤容重即单位体积自然形状包括孔隙土壤容重即单位体积自然形状包括孔隙的土壤质量。土壤容重的大小与土壤矿的土壤质量。土壤容重的大小与土壤矿物成分、土壤质地、含水量、有机质含物成分、土壤质地、含水量、有机质含量以及土壤的松紧程度等关系亲密。容量以及土壤的松紧程度等关系亲密。容重的单位为重的单位为g gcm3cm3或或t tcmcm。 砂性土孔隙体积小，容重较大，普通为砂性土孔隙体积小，容重较大，普通为1.4-1.71.4-1.7；粘性土的孔隙体积大，容重；粘性土的孔隙体积大，容重较小，普

20、通为较小，普通为1.1-1.61.1-1.6；有机质含量多，；有机质含量多，构造好的耕作层土壤，容重多在构造好的耕作层土壤，容重多在1.0-1.0-1.21.2。1 1湿容重湿容重 m m M MV VMs+ MwMs+ Mw V V2 2干容重干容重干干 干干 Ms Ms V V3 3饱和容重饱和容重sss s Ms + VP Ms + VP 水水 V V二土壤的孔隙性二土壤的孔隙性 土壤固相土团或土粒之间存在着土壤固相土团或土粒之间存在着大小不等的孔隙，其中孔径小于大小不等的孔隙，其中孔径小于0.002mm0.002mm的极细小孔隙被水膜的极细小孔隙被水膜膜状水所充溢，称为无效孔膜状水所充

21、溢，称为无效孔隙；孔径在隙；孔径在0.002-0.04mm0.002-0.04mm之间的之间的孔隙，有明显的毛管作用，可吸孔隙，有明显的毛管作用，可吸持并传导水分，供作物生长需求，持并传导水分，供作物生长需求，称为毛管孔隙；孔径大于称为毛管孔隙；孔径大于0.4mm0.4mm的孔隙，为空气所占据，通气透的孔隙，为空气所占据，通气透水，满足作物和微生物呼吸，称水，满足作物和微生物呼吸，称为通气孔隙。为通气孔隙。1 1 孔隙度孔隙度P P 土壤的孔隙度亦称孔隙率，指一定体积土壤的孔隙度亦称孔隙率，指一定体积土壤中，孔隙体积占土壤总体积的百分土壤中，孔隙体积占土壤总体积的百分数。数。f f% %=10

22、0=100 Vf / V= 100 Vf / V= 100Vw+VaVw+Va/ V/ V土壤孔隙度与土壤质地有关，并遭到土土壤孔隙度与土壤质地有关，并遭到土壤构造、有机质含量及耕作措施等要素壤构造、有机质含量及耕作措施等要素的影响。普通砂土为的影响。普通砂土为3333-45-45，壤土，壤土4545-52-52，粘土为，粘土为4545-60-60。孔隙比孔隙比一定体积土壤中孔隙体积与固相体积之一定体积土壤中孔隙体积与固相体积之比称为土壤孔隙比。用比称为土壤孔隙比。用“来表示。来表示。即：即：VfVfVsVs Vw VwVaVaVsVs孔隙率与孔隙比的关系是：孔隙率与孔隙比的关系是：f= /f

23、= /1+1+=f/=f/1-f1-f三土壤的构造性三土壤的构造性 土壤中的固体颗粒在各种物理、土壤中的固体颗粒在各种物理、机械、化学和生物力的作用下，机械、化学和生物力的作用下，以一定方式陈列或相互聚会的性以一定方式陈列或相互聚会的性能称为土壤的构造性。能称为土壤的构造性。 土壤构造按颗粒的自然形状可分土壤构造按颗粒的自然形状可分为单粒、团粒；片状、块状、柱为单粒、团粒；片状、块状、柱状等不同类型。从农牧业消费上状等不同类型。从农牧业消费上讲，普通就分为团粒构造和非团讲，普通就分为团粒构造和非团粒构造两大类型。粒构造两大类型。 团粒构造是由单粒胶结而成为大小为团粒构造是由单粒胶结而成为大小为

24、0.25-l0mm0.25-l0mm的球状土团。的球状土团。这种构造的特点是：团粒与团粒之间是较大的空气孔隙，而团粒内部小土粒之间是毛管孔隙这种同时兼有适当数量的空气孔隙和毛管孔隙的土壤，既具有持水才干，又具一定的透水性和通气性，因此能协调持水和透水的关系，水分和空气填充的关系，好气和嫌气分解的关系，以及供肥和保肥的关系。四土壤的粘结性和粘着性、可塑四土壤的粘结性和粘着性、可塑性性 1 1粘结性和粘着性粘结性和粘着性 土壤粘结性是由于土粒之间或土粒与水分土壤粘结性是由于土粒之间或土粒与水分子之间的分子引力而粘结在一同，对外子之间的分子引力而粘结在一同，对外力具有抵抗才干，这种性质为其粘结性。力

25、具有抵抗才干，这种性质为其粘结性。粘着性是指土壤在潮湿形状下，粘着于粘着性是指土壤在潮湿形状下，粘着于外物的性能。外物的性能。粘结性及粘着性与土壤质地有亲密关系，粘结性及粘着性与土壤质地有亲密关系，都随粘粒产量的添加而增大。同时，随都随粘粒产量的添加而增大。同时，随含水率变化而变化，当土壤水分在饱和含水率变化而变化，当土壤水分在饱和含水率的含水率的8080以下时，粘着性随含水率以下时，粘着性随含水率的添加而增大，但是超越的添加而增大，但是超越8080以后，那以后，那么开场减小。么开场减小。过于枯燥或过于潮湿都不利耕作。过于枯燥或过于潮湿都不利耕作。 2 2可塑性可塑性可塑性是指土壤存一定的含水率条件下受可塑性是指土壤存一定的含水率条件下受外力作用而发生形变，当外力除去后，外力作用而发生形变，当外力除去后，仍能坚持此形状的性能。仍能坚持此形状的性能。土壤的可塑性与土壤质地和含水率有亲密土壤的可塑性与土壤质地和含水率有亲密关系。砂粒不具可塑性，有可塑性的土关系。砂粒不具可塑性，有可塑性的土粒是粘粒，因此，质地愈细，粘粒愈多，粒是粘粒，因此，质地愈细，