土壤学孔性、结构性、耕性

1、第三章 土壤的基本性质,土壤的基本性质 （物理和化学）,1.土壤孔隙性 2.土壤结构性 3.土壤耕性 4.土壤热性质 5.土壤吸收性能 6.土壤酸碱性 7.土壤养分,第一节 土壤孔隙性,土壤孔隙性的概念 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。,土壤孔隙性是指土壤孔隙的数量、大小、 比例和性质的总称。 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。,一、土壤密度和容重,1.土壤密度 单位体积（无粒间孔隙）的土粒的烘干土质量。单位为： g/cm3或t/m3 土壤密度与4时纯水密度之比 土壤密度的大小主要决定于

2、土壤矿物质的组成和有机质的含量。有机质的密度为 1.4-1.8 g/cm3；矿物密度大多在2.6-2.7之间；一般取土粒（土壤）密度为2.65 g/cm3,表51土壤中常见组分的密度,2.土壤容重 是指在田间自然状态下，单位体积土壤（包括粒间孔隙在内的原状土）的烘干土重。单位：g/cm3或t/m3。 一般旱地土壤容重大体在1.001.80 g/cm3之间。 土壤容重也受到很多因素的影响, (主要通过影响孔隙影响容重)如：降水和灌溉、结构、紧实度、有机质含量、土壤质地、土层深浅、耕作等。,土壤容重是一个重要的参数：,(1)计算土壤的重量 (2)反映土壤松紧度： 大多土壤土壤容重为1.141.26

3、g/cm3；水田0.5-0.6g/cm3 较适宜,土壤重量=土壤体积土壤容重,设耕层厚度0.2m，容重1.3t/m3，有机质含量 15g/kg=0.015t/t，全氮量0.75g/kg=0.00075t/t。 1hm2(104m2)0.2m土层计：,(3)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=100000.21.3=2600t 有机质储量=26000.015=39.0t 全氮储量=26000.00075=1.95t,1hm2的1m土层储水量 =10000m21m1.3 t/m325% =3250m3/hm2= 325mm,设土层厚度1m，土壤含水量25%，容重为1.

4、3 t/m3。,(4)计算土壤储水量及灌水（或排水）定额,公 式,二、 土壤孔隙性,1. 土壤孔隙度 土壤孔隙度是指单位体积土壤中孔隙体积占土壤总体积的百分数。 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）/土壤密度 100%,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%,2. 土壤孔隙类型,土壤孔隙大小、形状各异，但无法按其真实孔径来计算，用当量孔径表示大小

5、 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/S d为孔隙的当量孔径（mm）,S为土壤水吸力（KPa） 当量孔径与土壤水吸力成反比,根据土壤孔隙的通透性和持水能力，分为三种类型： 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0.02-0.002mm, 土壤水吸力1.5104Pa-1.5105Pa,具有毛管作用。 通气孔隙：当量孔径0.02mm,相应的土壤水吸力1.5104Pa,毛管作用明显减弱。,3.土壤三相比的计算,（1）土壤固相容积（） （1土壤

6、总孔隙度）100 （2）土壤液相容积（） 土壤含水量土壤容重 （3）土壤气相容积（） 土壤总孔隙度土壤液相容积,多数旱地作物(upland field crop)适宜的土壤固、液、气三相比为：,土壤三相组成的适宜范围(comfort zone),0.50.250.30.150.25,土壤三相比固相:液相:气相,4.土壤孔隙状况与植物生产的关系,土壤耕层孔隙一般3060 适宜作物生长的总孔隙：5056 通气孔隙：10以上，最好1520。 土壤耕层孔隙状况垂直分布以“上虚下实”为好。 15cm以上总孔隙度55左右，通气孔隙15左右。15cm以下总孔隙度50左右，通气孔隙10左右。 利于根系生长，利

7、于保水保肥。,三、土壤孔隙性调节,1.防止土壤压实 2.合理轮作和增施有机肥 3.合理耕作 4.工程措施,第二节 土壤结构,土壤结构和土壤结构性的概念 土壤结构：又称土壤结构体，在内外因素的综合作用下，土粒相互团聚成大小、形状和性质不同的团聚体。 土壤结构性：土壤结构体的类型、数量、稳定性以及土壤孔隙状况的综合特征。,1.团粒结构：是指近似球形、疏松多孔、由有机质胶结团聚形成的，直径约为0.2510mm土壤结构体，农业生产上最理想的粒径为23mm。0.25mm以下的团聚体称微团聚结构 （多为水稻土中）。 一般耕层较多，常出现在有机质含量较高、质地适中的土壤中，土壤肥力高。,蚂蚁蛋、 米糁子,一

8、、土壤结构（体）的类型,团粒结构与土壤肥力,（1） 团粒结构特征 a、有一定的形态、结构和大小 b、有一定的稳定性 水稳性：浸后不分散称水稳性结构体。 C、 有多级孔隙： 大孔隙通气，小孔隙存水，水气协调。,（2）团粒结构对土壤肥力的作用,a、调节土壤水分与空气的矛盾 b、协调土壤养分的消耗和积累的矛盾 c、稳定土温，调节土壤热状况 d、改善土壤耕性和有利于作物根系伸展,2.块状结构：其长、宽、高三轴大体近似，边面不明显。大块状结构,直径5cm，块状结构直径53cm和碎块状结构0.53cm；内部紧实，多出现于熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构，特别是过干或过湿的情况下进行

9、耕作时。,坷垃,块状结构与土壤肥力,块状结构体孔隙过大，不利于蓄水保水，易透风跑墒，出苗难；出苗后易出现吊根现象，影响水肥吸收。 耕层下部的暗坷垃影响扎根，使根发育不良。,3.核状结构 长、宽、高三轴大体近似，边面梭角明显的碎块，较块状结构小，大核状，直径1cm；核状，直径710mm；小核状，57mm。内部紧实，泡水后不易散碎。 在粘重而缺乏有机质的心土层和底土层中或由石灰和氢氧化铁胶结土粒后形成核状结构。,蒜瓣土,4.柱状和棱柱状结构体 结构体的垂直轴特别发达，在土体中直立，棱角不明显叫做柱状结构，棱角明显的叫棱柱状结构体；柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现；粘重土壤

10、的底土，由于干湿交替频繁形成棱柱状结构。 大柱状结构，5cm；柱状结构，35cm；小柱状结构，3cm。 土体紧实，根系难以伸展，通气不良，微生物活动微弱，但结构体之间会出现大裂缝，漏肥漏水。,立土,5.片状结构 由于流水沉积作用或某些机械压力作用造成的。 结构体的水平轴特别发达，即沿长、宽方向发展呈 薄片状，成层排列，呈片状或板状，厚度稍薄，厚度可 小于1cm与大于5cm 不等; 出现于雨后或灌溉后土壤表面结壳或老耕作土壤犁底 层。表面结壳不仅影响播种质量和耕作，阻碍水分运动；犁底 层影响扎根和水、气交换，限制下层养分利用。 3mm者为板状，3mm者为片状。,卧土、平搓土,土壤结构性,二、土壤

11、结构体的形成 第一阶段是土粒在自身的粘结、凝聚或在外物胶结作用下粘聚形成致密土体或次生复粒(微团聚体)； 第二阶段是团聚体进一步粘结形成结构体或致密土体。,1、土粒粘聚 （1）胶体凝聚作用 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。 a、高价离子凝聚能力大于低价离子; b、水化半径大的离子凝聚能力弱，反之 则较强。,常见阳离子凝聚能力：,Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H+ NH4+ K+ Na+,农业生产(agricultural production)中，常施用石灰(酸性土)或石膏(碱性土)，利用Ca2+的作用促进土粒凝聚。 增加介质中电解质浓度也可促

12、进胶粒凝聚。,(2) 水膜(water film)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。,农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进土壤胶粒凝聚。,(3) 胶结作用(cementation) a、简单的无机胶体 土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H20、 SiO2z H20等，常以胶膜形态包被在土粒表面，形成的结构体。 往往是致密紧实的结构体，如核状结 构，对协调水肥的能力极差。,b、粘粒(clay) 粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。

13、 c、有机质(organic matter) 土壤中的腐殖质、多醣类、蛋白质、木质素以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。,2、土壤结构的成型动力 （1）干湿交替作用(alternation of drying and wetting) 蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母 类和高岭石类的膨胀收缩性则较弱。 土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈 明显，有如“爆破”一样。促使土体破碎形成 结构。,a、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使 土体产生不等的变形而依脆弱线开裂成小块 b、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的 空气所产生的压力，使土体破碎,（2）冻融交替作用 (alternation of free

14、zing and thawing ) 水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体产生压力而使土壤崩裂。,孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成 膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化， 土壤就会沿裂痕酥散。,(3) 生物作用(biological effect) a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。 b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。 (4) 土壤耕作(soil tillage) 通过合理耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。,三、土壤结构改良,形成土壤团粒结构的措施 农业措施: 增施有机肥 调节土壤酸碱性：增加钙离子 合理

15、的轮作与间套作 合理耕作：灌溉、晒垡和冻垡 施用土壤结构改良剂,第三节 土壤耕性,一、土壤耕性的概念 土壤耕性 是指土壤在耕作时所表现出来的一系列物理性和物理机械性的总称。包括： （1）耕作的难易程度：耕作阻力的大小。 一般沙质土和结构良好的壤质土易耕作，而缺乏有机质、结构 不良的黏质土耕作困难。,（2）耕作质量的好坏： 指土壤耕作后所表现出来的土壤状况。耕后土垡松散、容易耙碎、不成坷垃，土壤松紧孔隙状况适中，有利于种子发芽出土及幼苗生长的，谓之耕作质量好，反之称为耕作质量差。 （3）宜耕期的长短： 适宜耕作时间的长短，或指适宜耕作的土壤含水量范围。宜耕期应选择在土壤含水量低于下塑限或高于上塑

16、限。,二、土壤力学性质,是土壤颗粒之间以及土壤与外物之间的相互作用，又称土壤物理机械性，包括土壤黏结性 、黏着性、可塑性、胀缩性等，土壤耕性的好坏主要是由土壤物理机械性质引起的。 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。,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。,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。

17、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。钠、钾等一价阳离子可使土粒分散，钙镁二价离子能促使土壤胶体团聚。,2.土壤可塑性 指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。 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

18、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。,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。,4.土壤的压实 耕作土壤在土粒本身的重量、雨滴冲