土壤结构性与孔隙性

第四节土壤的结构性与孔隙性两个概念结构体（团聚体）

土粒相互胶结成各种形状和大小不一的土团结构性

土壤中单粒、次生单粒或团聚体的数量、相应的孔隙状况等综合特性土壤的孔隙性和结构性，是土壤重要的物理性质，对土壤肥力有多方面的影响。

孔隙性和结构性良好的土壤，能够同时较好地满足植物对水分和空气的要求，土壤温度状况适宜，有利于养分的转化。第一阶段：土壤单粒被粘粒、腐殖质等胶结物质胶结、凝聚成微团聚体第二阶段：在干湿交替、耕作、根系的穿插、挤压、分割等外力作用下形成结构体一、土壤结构体的形成与类型1.土壤结构体的形成阳离子凝聚作用

(cationcoagulation)

土壤胶粒通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子作用下，发生相互凝聚。

水膜(waterfilm)的粘结作用

土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。SoilparticleSoilparticle水膜土壤胶体的胶结作用(cementation)

a、粘粒b、有机质有机—矿质复合体的胶结作用

干湿交替和冻融交替作用生物的作用土壤耕作干湿交替——胶体物质的干缩湿胀导致，破碎土团冻融交替——冰的挤压，破碎土团；胶体脱水凝聚（北方秋耕、冬灌和冬犁晒垡）分割和挤压作用分泌物和死亡后产生的多糖和腐殖质的团聚作用真菌、放线菌菌丝的缠绕蚯蚓的加工作用疏松土壤，破除结皮和板结结合施肥，特别是有机肥，利于发挥胶结剂作用耕作要掌握好宜耕期切割造型过程2.土壤结构体的类型土壤结构体的类型块状结构

形状：立方体型，边面棱角不明显，内部紧实。出现部位及原因：

出现部位：表土层、耕作层

出现原因：有机质少，质地粘重。大小划分（轴长）：

>10cm大块状结构；5~10cm块状结构；1~5cm碎块状结构。“土坷垃”块状结构（Blocky）土壤结构体的类型核状结构

形状：立方体型，边面棱角明显，结构表面往往有铁锰胶膜出现，泡水以后不易散开。出现部位及原因：

出现部位：淀积层（心土、底土层耕作层）

出现原因：有机质极缺，质地粘重，干湿冻融交替作用下形成。大小划分（轴长）：

1~3cm土壤结构体的类型柱状和棱柱状结构（立土）

形状：侧面，横断面形状不规则。出现部位及原因：

出现部位：常在干旱半干旱地带的底土出现，是碱化土壤的标志特征，

出现原因：质地粘重，干湿交替作用下形成。大小划分（轴长）：

大柱状结构，>5cm；柱状结构，3～5cm；小柱状结构，<3cm。柱状结构（Columnar）土壤结构体的类型片状结构（卧土）

形状：扁平状，卧土。出现部位及原因：

a)表层，结皮或结壳，雨后或灌溉后形成。

b)

老耕地犁底层，耕作压实形成。大小划分（轴长）：

>3mm者为板状，<3mm者为片状。片状结构（Platy）这些类土壤结构体有利于植物生长么？WHY?孔隙少，水气不通，微生物活动弱，养分无法释放，拉断根系土粒排列紧凑，基本是毛管孔隙，几乎无大孔隙，不利于根系发育和透水通气保水土壤结构体的类型团粒状和粒状结构

形状：圆球形（“蚂蚁蛋”，“米糁子”）出现部位：

表层，有机质肥沃土壤。

大小划分（轴长）：

0.25~10mm者为团粒结构；

<0.25mm者为微团粒结构。粒状结构（Granular）团粒结构是农业生产上理想的土壤结构小水库小肥料库空气走廊易于耕作二、团粒结构与土壤肥力1.团粒结构与土壤肥力小水库：团粒结构透水性好，可接纳大量降水(precipitation)和灌溉水(irrigationwater)，而团粒内部保水性强，天旱(drought)时还可防止水分蒸发(evaporation)。小肥料库：具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团粒结构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化，释放养分。团粒内部则有利于腐殖化(humification)，保存养分。

空气走廊：由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通(ventilation)。团粒结构与土壤肥力对土壤肥力尤其是粘土的肥力起良好的作用，原因如下：（1）团粒结构具有较适宜的孔性；（2）团粒结构较多的土壤具有蓄水抗旱作用；（3）团粒结构较多的土壤可以协调水气矛盾、保肥和供肥的矛盾；（4）团粒结构可提高土壤耕作质量；2.团粒结构的形成

团聚体指土粒通过各种自然过程的作用而形成的直径＜10mm的结构单位。（一）团聚体的形成

团聚体形成大体上可分为两个阶段。第一阶段是矿物质和次生粘土矿物颗粒，通过各种外力或植物根系挤压相互粘结，凝聚成复粒或团聚体。第二阶段是团聚体或复粒再经过胶结、根毛和菌丝体的固定作用形成团聚体。砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒腐殖质单个土粒团聚体微团粒土粒土粒土粒Ca2+腐殖质土粒土粒土粒Fe2+腐殖质Fe3+Al3+团聚体3.团聚体形成条件

1）需要有足够的细小土粒细小的土粒包括微团聚体和单粒。2）胶结（作用）指土粒通过有机和矿质胶体而结合在一起的过程。3）凝聚（作用）指土粒通过反荷离子等作用而紧固的过程。4）团聚（作用）指由于各种力的作用使土粒团聚在一起的过程。主要的外力有：⑴植物根系及掘土动物⑵土壤耕作的作用⑶土壤的干湿交替、冻融交替作用图6-24.团粒聚体的培育

（一）深耕结合施用有机肥料（二）种植绿肥（三）合理耕作（四）施用上壤结构改良剂

三土壤的孔隙性土壤相对密度和容重土壤孔隙度的概念及计算土壤孔隙类型土壤孔性与作物生长土壤的相对密度：单位体积土壤固体颗粒(不含孔隙)的烘干重与同体积水重之比。土壤相对密度和容重名称密度名称密度正长石2.54~2.58黑云母2.80~3.20斜长石2.62~2.76白云母2.76~3.10石英2.60~2.70角闪石、辉石2.90~3.60方解石2.71~2.90磷灰石3.16~3.22白云石2.80~2.90赤铁矿4.90~5.30高岭石2.60~2.65褐铁矿3.60~4.00蒙脱石2.53~2.74腐殖质1.20~1.80注意同一土壤中，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。多数土壤的密度为2.6~2.7g/cm3，因此计算中往往采用“常用密度值

2.65g/cm3

。土壤容重（BulkDensity）：自然状态下单位体积土壤（包括孔隙体积）的烘干重土壤容重值多介于1.0-1.5g/cm3范围内夯实的土壤容重则可高达1.8-2.0g/cm3环刀法测定土壤容重影响容重值的因素质地（砂质土、黏土）结构有机质含量各种自然因素和人工管理措施

(灌溉、排水、耕作、施肥)耕层土壤容重一般以1.0~1.3g/cm3为宜。

土壤容重的用处***计算工程土方量估算各种土壤成分储量计算土壤孔隙度计算土壤储水量及灌水（或排水）定额土壤重量=土壤体积×土壤容重计算工程土方量例：1公顷耕层土壤重量（耕层以20cm计算，容重为1.25g/cm3）

=10000m2×0.20m×1250kg/m3

=2500000kg=2500t估算各种土壤成分储量例：耕层土壤（20cm计算，容重为1.25g/cm3），有机质含量为15g/kg，全氮含量0.75g/kg。求每公顷土壤中有机碳和全氮的储量？

有机碳储量=10000m2×0.20m×1.25g/cm3×15g/kg

=37500000g=37500kg=37.5t

全氮储量=10000m2×0.20m×1.25g/cm3×0.75g/kg

=1875000g=1875kg=1.88t

土壤孔隙土壤孔隙度的概念及计算土壤孔隙：土壤中土粒与土粒、土团与土团之间相互支撑，构成许多弯弯曲曲、粗细不同和形状各异的孔隙土壤孔隙度(孔度)***：指一定体积的土壤中，孔隙的体积占整个土壤体积的比例（%），也叫总孔隙度疏松排列紧密排列47.46%24.51%孔隙度土壤的三相固相率＝固相容积/土体容积＝容重/密度液相率＝液相容积/土体容积土壤容积含水率＝土壤质量含水量(%)*土壤容重气相率＝气相容积/土体容积＝孔隙度-液相率＝孔隙度-容积含水率土壤三相比＝固相率：容积含水率：气相率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%计算土壤孔隙度例：求某土壤孔隙度（容重为1.25g/cm3）

=（1-1.25/2.65）×100%

=52.8%计算土壤储水量1hm2的1m土层储水量：=10000m2×1m×1.3g/cm3×25%=10000m2×1m×1.3t/m3×25%=3250t/hm2=3250m3/hm2=325mm

设土壤含水量25%，容重为1.3g/cm3。求1公顷的1m深土层的储水量？公式土壤孔隙类型小孔隙大孔隙1）土壤孔隙的分级标准土壤孔隙度只能说明土壤孔隙的数量，还不能说明大小孔隙在土壤中的比例分配，即土壤孔隙的质，因此应对土壤孔隙的大小级别进行研究。土壤孔隙大小形状非常复杂，难以按其真实的孔径来研究，因此提出了当量孔径的概念：土壤的当量孔径（又称实效孔径）：指与一定土壤水吸水相当的孔径叫当量孔径。用茹林公式计算： d=当量孔径，单位为mm，T=土壤水吸力,单位为kPa。2）土壤孔隙的类型（1）非活性孔隙（无效孔隙）土壤最细小的孔隙当量孔径﹤0.002mm，土壤水吸力＞1.5bar，该类孔隙充满无效水，根毛难以进入，微生物亦难进入，在粘质土壤中此孔较多，板结土壤此孔也较多。（2）毛管孔隙该孔隙直径d=0.002mm~0.02mm，具毛管作用，土壤水吸力1.5~0.15bar,壤土和结构好的土壤此孔较多。（3）通气孔隙（非毛管孔隙）孔隙直径d＞0.02mm，此类孔隙中的水分可在重力作用下短时间内排出而成为通气孔隙，土壤水吸力＜0.15bar。土壤适宜通气状况总孔隙50%非活性孔隙尽量少通气孔隙10%+通气孔隙：毛管孔隙=1：1or1:24.影响土壤孔性的因素1、土壤质地

粘质土孔隙度45—60%之间，以毛管孔和非活性孔为主；砂质土孔隙度33—45%，通气孔较多；壤质土孔隙度45—52%，有适量通气孔又有较多毛管孔，水气协调，利于作物生长。2、土壤有机质有机质多的土壤易形成团粒结构而孔度较高。3、自然因素和土壤管理等5土壤孔隙状况与土壤肥力“上虚下实”上层土壤质地疏松，有适量的通气孔隙，透水透气下层质地比较紧实，毛管孔隙多，保水保肥增施有机肥能够改善土壤孔隙状况小麦根系黄瓜根系马铃薯根系土壤结构四、土壤结构性的评价

块状、柱状、片状、核状等结构体通常是由单粒直接粘结而成，没有多级