3.3 土壤孔性 soil porosity.ppt

1、第三节 土壤孔性 soil porosity,土壤孔隙状况,土壤是一个疏松多孔体，既有颗粒与颗粒之间的粒间孔隙，也有团聚体与团聚体之间的结构孔隙。孔隙的大小、几何形状、多少以及在土壤不同层次中分配关系都是极为复杂的。所以，土壤孔隙具有发生学特征和意义。 土壤孔隙担负着保存水分和通气（气体交换）双重功能。孔隙大小和多少对于协调土壤水气矛盾至关重要。土壤孔隙是微生物活动的场所，是植物根系伸展的主要通道。可见，孔隙性状是土壤的重要质量指标。,一.土壤孔隙数量,（一）孔隙度 1.土壤密度(soil specific gravity)（s) 概念：单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙的容积)的质量称为土壤密

2、度。（克/厘米3） Particle density will also be determined for this soil. Particle density only takes into account the volume occupied by the solid particles. It excludes the volume occupied by air and water,定义式,一.土壤孔隙数量,影响土壤密度的因素： 土壤密度仅仅取决于土壤固相颗粒的物质组成。 Since a large portion of most soils is composed of par

3、ticles derived from quartz minerals, the particle density of most soils is near 2.6 g/cc, which is the density of quartz. Variations in the particle density are due to the presence of heavier minerals like iron oxides or lighter organic components.,一.土壤孔隙数量,土壤密度值： 绝大多数矿物的密度为2.602.70之间，对于矿质土壤而言，经常取其中

4、间值2.65作为土壤密度近视值。 土壤密度与质地关系：砂质土壤密度值与石英接近，而粘质土壤含铁、镁矿物较多，密度一般较大。 有机质含量高的土壤密度小。所以，耕层土壤密度比底层土壤小。 问题：1.密度与土壤压实程度有关系吗? 2.土壤密度与土壤干湿程度有关系吗？,一.土壤孔隙数量,（二）容重（假密度）bulk density(b）（BD） 概念：田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质量或重量(克/厘米3或吨/米3）。曾称土壤假密度（appare specific gravity） 。质量以105110下烘干土计，也有人叫干容重。,定义式：,The bulk density of a

5、 soil is the mass of dry soil per unit of bulk (total volume of soil or soil particles )=grams / cc The bulk density takes into account the total soil volume (the space occupied by the solid particles plus the space occupied by the air of the pores or pore space). To determine the mass of the soil-s

6、ince air does not have any significant weight-we can just weigh the oven dry soil on a balance. The volume of the soil can be determined by pouring the soil into a graduated cylinder and measuring the volume that it occupies.,一.土壤孔隙数量,湿容重(wet bulk density). t=Mt/Vt=Ms+Mw/(Vs+Vw+Va)也有文献叫土壤总容重(total b

7、ulk density).二者差别在于分子. 一般情况下都是指干容重. 土壤干比容(dry specific volume) b=1/b .容重的倒数,直观地反映土壤松紧度 土壤容重的影响因素： 影响土壤密度的一切因子会影响到土壤容重,但在更大程度上,影响容重因子在于土壤松紧程度.土壤容重受到外界环境因素的影响。如降水以及一切人为活动（耕作、施肥、灌溉、等农业技术措施）。容重是土壤的一个动态性质。耕层以下相对稳定。 质地影响：砂土（1.21.8）壤土粘土（1.01.5） 土壤结构特征：团聚良好的土壤小于结构不良的土壤 土壤松紧程度：根孔、虫孔较多的容重较小。耕层小于底土。一般土壤耕层容重为1.

8、01.4g/cm3. 土壤容重一般是密度的一半左右。,一.土壤孔隙数量,典型土壤容重,土壤类型之间容重差异很大,The dry bulk density of most mineral soils varies from 1.001.80. It may also vary due do tillage, compaction swelling, aggregation, freezing and thawing, ect., and is not considered a static property at or near the soil surface. It is reasonabl

9、y constant in the lower portion of the soil profile. 土壤容重属于动态性质,它的时空变异性很大.一般变化在1.001.80 g/cm3之间. BD of common surface soils=1.1 - 1.4 g/cc BD of common subsoils=1.3 - 1.7 g/cc Acre Furrow Slice Acre),一.土壤孔隙数量,容重的意义与作用： 1.是土壤松紧程度的重要判据之一,容重、孔隙度与土壤松紧程度关系,土壤松紧程度是土壤重要物理性质之一，它直接影响到土壤肥力状况，植物根系的发育。过松的土壤，使之无

10、根须难以扎稳，保水力弱，易跑风漏墒。过紧实的土壤，通气透水性差，易产生地面径流。微生物活性受到限制。依据作物类型适度调节很重要。一般来说，旱作土壤耕层的土壤容重在1.11.3 g/cm3的范围内，能适应多种作物的生长发育的要求。,一.土壤孔隙数量,2.计算土壤重量（AFSacre furrow slice),一亩地农田耕层土壤重约为30万斤左右。 3.计算土壤个组分的数量 4.计算土壤储水量和灌溉定额。 5.计算土壤孔隙度,容重和密度比较,土壤容重的测量技术（测定必须用原状土样） (1)环刀法:进行田间原状土壤测定。由Coile于1936年首先提出的。 The method of determ

11、ining bulk density is by using soil cores. These are obtained with a probe that forces a cylinder into the soil. The soil can be removed from this cylinder and cut into sections and placed in another cylinder for transportation back to the laboratory. Care needs to be taken to avoid compacting the s

12、oil during and after obtaining the core. (2)蜡封法(结构体容重测定和易破裂和形状不规则的坚硬土壤) (3)土木工程上采用灌水法和灌砂法等,适于测定砂质土壤. (4) 湿容重用中子仪和射线仪测定（Beer定律）,一.土壤孔隙数量,环刀法测定土壤容重,一.土壤孔隙数量,（三）土壤孔度（soil porosity）（f） 概念：土壤孔隙容积占土壤总容积的百分数 Porosity is the volume of the pores divided by the bulk volume,定义式,孔度既可以表示成百分数，也可以表示成纯小数。 注意！孔度是土壤孔

13、隙的一个总量概念，他并没有反应孔隙质量（孔径大小）；砂质土壤孔径很大，但孔隙总体积占的比例少，粘质土壤孔径虽小，但孔隙总量占的体积较大。所以，不能用孔度大小来描述土壤的通气、透水性强弱。,土壤孔度,土壤孔度测定: (1)计算法 f=(1-b/s) 其实b/s是固相率; e=(s / b -1) 土壤孔度常常计算而得 (2)测定法: 水银灌注法.最初用在地质矿物鉴定方面,这种方法可以测定100微米10毫微米的孔隙量及其分布. (3) 显微镜镜检法: 微结构研究中常应用. (4) The total porosity of a core of soil is determined experime

14、ntally by saturating and weighting the core,then oven-drying and reweighing the same core.The difference in weight between saturated and oven-dry core of represents a volume of water equal to the volume of the pore space in the soil. 问题: (1)土壤孔度不涉及孔隙的质量 Macropores 100m ； Mesopores 30100 m； Micropore

15、s 30 m (2)土壤质地类型与孔度的关系 (3)土壤孔隙度与作物生长关系,式中： 叫做固相比率。土壤孔度计算是经常性的。,土壤孔度、容重和密度的关系,孔隙度的计算公式,一.土壤孔隙数量,（四）孔隙比（e）void ratio 概念：孔隙容积与固相容积之比,定义式,计算式,因为密度是容重的2倍，所以，e取值在1左右。孔隙比主要应用在土力学和土木工程方面。,二.土壤孔的类型及特性,（一）必要性：研究土壤孔隙功能与作用是评价土壤质量高低的主要内容之一。 （二)孔隙分类方法：依据土壤孔隙的直径大小进行分类。 关于土壤孔隙的几何形状，曾经有许多模式；起初把土壤毛管作为一束毛细管，以后又假定为念珠状的

16、管道。通过显微照相和计算机图像分析发现，土壤孔隙断面是极端复杂的，且孔道是极不规则的。因而，土壤孔隙没有真实的孔径。土壤孔隙分级只能用“当量孔径”（equivalent pore)代替了 根据毛管理论，得出茹林公式 式中：d-当量孔径（mm）;T孔隙中土壤的水吸力（mb=kPa) 茹林公式建立为土壤孔隙分类提供了理论依据,土壤孔隙的持水功能和毛管水上升情况成为孔隙分类的主要依据,二.土壤孔的类型及特性,（三）孔隙分级标准 1.E.W.Russell将土壤孔隙分为以下等级 （1）当孔径0.3mm时，水在其中可以自由移动，适于多种植物根系发育。 （2）当孔径6030m，水在其中受到重力作用而排出

17、（3）10 m时，根毛能伸入的孔隙，也是较大微生物活动场所 （4）1 m时,是较小微生物的活动场所。水分的毛管移动较强。 （5）0.02mm水吸力小于150mb，水分受重力作用明显，灌溉时是水分入渗通道，日常是气体交换通道。,二.土壤孔的类型及特性,二.土壤孔的类型及特性,（四）各种孔度的计算,三.影响土壤孔隙状况的因素,（一）质地: 孔度与质地关系为 砂土（3045%）壤土（4050%）粘土（4560%） 颗粒形状绝非球形的，砂土中，砂粒之间没有团聚，而且,少量的粘粒填充了砂粒间的孔隙，使得砂土孔度变小。粘土总孔度大，但孔隙比较单一和细小，无效孔度居多。壤土孔隙居中。在工程上，不同粒径颗粒相

18、互搭配才能够使土壤孔隙度降低的最小值。,土壤质地与孔隙状况的关系（华北平原）,三.影响土壤孔隙状况的因素,一.土壤孔隙数量,正立方体是排列是最松散的 f=47.54,三斜立方体排列是最紧密的 f=24.51,三.影响土壤孔隙状况的因素,（二）土壤颗粒的排列方式,条件：刚性的光滑等直径球体 土壤颗粒的实际排列远比此复杂,大小颗粒相互填充是土壤孔隙度达到了最低值,三.影响土壤孔隙状况的因素,工程上先破坏土壤结构体，在将砂砾、粉砂粒、粘粒按照一定比例搭配才能形成较高容重的土层,（三）土壤结构： 团聚化作用越强，孔隙都愈大，主要增加了结构孔隙。当然结构体类型不同，孔度也有很大差异。结构良好的壤土和粘土

19、的孔度高达55-65%，甚至在70以上。团粒结构土壤的孔度比非团聚化土壤增加1/3至1/2左右 有结构土壤孔隙意义还在于形成了多级的土壤孔度,三.影响土壤孔隙状况的因素,土壤孔隙和团聚体间关系(. ),（四）土壤有机质 ：有机质疏松多孔，并对形成团粒结构有良好作用，因此有机质含量高的土壤大孔隙较多，孔隙度较高。,三.影响土壤孔隙状况的因素,土壤有机质含量与容重,深耕1米对土壤松紧度和孔隙状况的影响,（五）耕作措施和土层深度：土壤孔度随土层深度也有很大差异。一般心土层可以降低到2530%。,三.影响土壤孔隙状况的因素,（六）外部因素 ：降雨、灌溉、人畜践踏、机械压实等可使土壤变得紧实从而孔隙度变小。深耕、增施有机肥料都能增加土壤孔隙度。,四.土壤孔性与作物生长关系,对于农业生产而言，理想的孔隙应当是多级的。,四.土壤孔性与作物生长关系,对于作物生长而言，需要考虑以下3个方面问题： （一）对孔隙度（量）的要求 （二）对孔隙类型的要求 （三）土体内孔隙分布要求,