第三节土壤的物理性质

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1、第三节 土壤性质,土壤的物理性质 土壤胶体的性质 土壤溶液 土壤热性质,一、土壤的物理性质(soil physical property),(一）土壤质地,土壤质地又称土壤机械组成，是土壤内含有粒径大小不同的颗粒按不同比例的组合状况，反映土壤粗细状况。 由于土粒形状大多不是球形，只能用当量粒径（即与其静水沉降速度相同的圆球直径）代替。,土粒的大小划分：粒级(size fraction),分级标准,国际制,美国制,卡庆斯基制 （原苏联制）,中国制,土壤粒级划分标准,粘土(clay)类,（1）国际制标准下的分类与命名,根据粘粒(clay)含量将质地分为三类：, 15%,粘壤土(clay loam)

2、类,粘 粒 含 量,砂土(sand)类、壤土(loam)类,15%25%, 25%,凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)”,根据粉砂粒(silt)含量:,凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉砂质(silty clay)”,根据砂粒(sand)含量:,(2)美国制(Soil Taxonomy ),等边三角形的三个边分别表示砂粒、 粉粒、粘粒的含量。 根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线， 三条平行线的定点即为该土壤的质地。,(3)卡庆斯基制,卡庆斯基土壤质地基本分类,(4) 我国土壤质地分类,由中科院南京土壤所与西北水土保持所拟

3、定 以我国土壤普查的质地分类为基础 砾石(1-10mm)含量超过10%时，冠以多砾质，1-10%为少砾质，1%为非砾质。,我国土壤普查制定的质地分类标准,2,（二）不同质地土壤的肥力特征,1、砂质土类,（1）水,粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝,（2）气,大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原物质,（3）热,水少气多，温度容易上升，称为热性有利于早春作物播种。,养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰,（4）肥,松散易耕,（5）耕性(tilth),2、粘质土类(clayed soil),粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表

4、径流,保水抗旱力强，易涝不易旱,（1）水,（2）气,小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质,水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利,（3）热,养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素,(4) 肥,耕性差，粘着难耕,（5）耕性,土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点 。耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。,3、壤质土类(loamy soil),优良组合(better combination),（二）土壤质地剖面(soil texture profile),土壤剖

5、面(soil profile)中不同质地层次的排列组合(permutation and combination)。,不良组合(bad combination),粘盖砂,砂盖粘,(三)土壤质地改良(soil textureimprovement),土壤结构的定义： 土壤中单粒、复粒在有机或无机胶体的作用下胶结在一起，具有一定排列、组合形式的土壤结构体。,二、土壤结构 (soil structure),（一）土壤结构的类型,1、片状、板状结构 形 状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。 产生条件：雨后土壤表面结壳或老耕作土壤犁底层。 大小划分：3mm者为板状， 3mm者为片状。 性状：土粒排列紧实，

6、透水性和通气性差。,2、棱柱状结构 形 状：同柱状结构，棱角尖锐明显，横断面 略呈三角形。 产生条件：粘重土壤的底土，由于干湿交替频繁形成棱柱状结构。 大小划分：大棱柱状结构，5cm；棱柱状结构，35cm；小棱柱状结构，3cm。,3、柱状结构 形 状：侧面，横断面形状不规则。 产生条件：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。 大小划分：大柱状结构，5cm；柱状结构，35cm；小柱状结构，3cm。,4、块状结构(cloddy structure) 形 状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。 产生条件：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

7、。 大小划分：大块状结构,直径10cm;小块状结构直径510cm。,5、团块状结构 形 状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。 大小划分：大团块结构，直径53cm；团块状结构，直径31cm；小团块状结构，直径1cm。,6、粒状结构 形 状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。 产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成粒状结构。 大小划分：大粒状，直径1cm；粒状，直径710mm；小粒状，57mm。,7、团粒结构 形 状：近似于球形，疏松多孔的小土团称团粒结构，是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征。 大小划分：一般为0.2510mm，0.25mm者称微团粒

8、，水稻土中多为微团粒结构。 土壤剖面内一般包含两种或两种以上的土壤结构体，表层多见块状或粒状，中下层多见柱状、块状或棱柱状。,（二）土壤结构体的形成 第一阶段是土粒在自身的粘结、凝聚或和外物 胶结作用下粘聚形成致密土体或次生复粒 (微团聚体microaggregate)； 第二阶段是团聚体(aggregate)进一步粘结形成结 构体或致密土体。,1、土粒粘聚(soil particle coagulation) （1）阳离子凝聚(cation coagulation) 土壤胶粒(soil colloid)通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子(cation)作用下，发生相互凝聚。 a、高价

9、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(

10、cementation) a、简单的无机胶体(simple soil mineral colloid) 土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H2O、SiO2z H2S等，常以胶 膜形态包被在一起，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。 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 （1）干湿交替作用(alternation of drying and

11、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 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

12、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) 农田耕作，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）团粒结构对土壤肥力的意义 团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊 的作用，协调水气热状况能力强，因而是理想的结 构体。,1、小水库 团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。 天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。,2、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

13、的矿质化，释放养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。,3、空气走廊 由于团粒之间的非毛管孔隙较大，有利于空气流通,（四）土壤良好团粒结构的培育 1、大量施用有机肥 2、实行合理耕作 3、实行合理轮作 4、施用石膏或石灰 5、施用土壤结构改良剂,三、土壤通气性,(一)土壤孔隙度(total porosity),所有孔隙体积(pore volume)的总和占整个土壤体积的比例。,(二) 土壤孔隙的类型 1、毛管孔隙 (capillary pore) 孔径： 0.1mm。 水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500 百帕之间，对植物是有效的，而且植物的根系和微生 物都可在

14、其中生长和活动。 毛管孔隙度：毛管孔隙占土壤体积的百分比，毛管 孔隙度与土壤保水性成正相关关系,2、非毛管孔隙 孔径0.1mm，透水通气，通常有空气存在其中， 同时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动。 非毛管孔隙不具备持水性，但利于透水、通气，一般 土壤结构体尺度越大，非毛管孔隙度越大。,土壤大孔隙是受动植物活动、干湿冻融交替及人为耕作的影响，在土体内形成降雨快速下渗的物理孔隙。,四、土壤密度(soil density)和比重 1、土壤密度 单位体积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3),3、土壤比重 (soil specific gravity),土壤密度与4时纯水密度之比

15、，一般取2.65。,土壤中常见组分的密度,五、土壤容重(bulk density of soil) 1、概念,单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重量。(g/cm3),六、土壤的物理力学性质,物理力学性质是各种含水状况下，受到外力作用时显示出的动力学性质，包括粘结性、粘着性、膨胀收缩性、可塑性等。 1、土壤粘结性 土粒与土粒间互相吸引而结合在一起的性能，反映土壤抵抗机械破碎的性能 土壤粘结性影响因素： 粘粒含量：粘粒越多，粘结性越好 阳离子：胶体表面以纳离子为主利于粘结，表面以钙离子为主则降低粘结性 颗粒间接触面积：接触面积越大，粘结性越强,2、土壤粘着性 土粒粘着到外物上的性能，大小与接触

16、面积相关。影响因素和粘结性相似。 3、土壤的可塑性 土壤湿润时能被塑造并保持形状的性能。土壤含水量存在可塑上限与可塑下限，之间阈值越大，可塑性越强。 土壤可塑性影响因素： 粘粒含量：粘粒越多，可塑性越好 阳离子：纳离子利于可塑，钙离子则降低可塑性 与耕作的关系：可塑性强的粘土难以耕作。,4、土壤膨胀与收缩性 土壤因吸水而膨胀，脱水干燥而收缩的性质。 土壤胀缩性的影响因素： 土壤质地与有机胶体含量：质地粗、胶体少，难胀缩 粘土矿物类型：粘土矿物中蒙脱石为主，易胀缩 阳离子：纳离子利于胀缩，钙离子则降低胀缩性 5、土壤的可耕性 土壤耕作时表现的性状，耕作难易，宜耕期长短和耕作质量，是土壤质地、结构、含水量、粘结性等的综合体现。 可耕性难易体现在：土壤对耕作工具的阻力，耕性好的土壤，耕作阻力小，质地轻，有机质含量高。,