第1章土壤的三相组成及其基本的物理特性2013

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1、第 一 章 土 壤 的 三 相 组 成 及其基本的物理特性 第一节 土壤颗粒、土壤溶液 和土壤空气 土壤土壤是由多相物质组成多相物质组成的复杂、多孔、 疏松而分散的体系。其组成包括固相固相、 液相液相、气相气相三相物质 。 其中固相固相即土壤颗粒约占土壤体积约占土壤体积的5050 。固相包括38的矿物质和12的有 机质。 液相为土壤溶液液相为土壤溶液，体积约占1515- -3535气气 相相即土壤空气，其体积约占3535- -1515。 土 壤 的 三 相 组 成 ( 容 积 百 分 数 容 积 百 分 数 ) 一、土壤固相 土壤固相也称土壤基质土壤固相也称土壤基质。土壤固相的成 分对土壤的各

2、种物理力学性质起着重要 的、决定性的影响。 ( (一一) )矿物质矿物质 土壤矿物质土壤矿物质占固相固相部分重量的重量的9595左右。 它包括原生矿物、次生矿物及其它一些 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，在岩石风化和成土过程中， 没有改变原来的成分没有改变原来的成分、结构和性质结构和性质，只是 遭到机械破碎。 ( (2 2) )次生矿物次生矿物 是原生矿物受到风化作用，改变了原来的成改变了原来的成 分分、形态和性质形态和性质，重新结合生成的一种新矿 物，亦称其为粘土矿物。 次生矿物主要有硅酸盐次生矿物、三氧化物次 生矿物和非晶质矿物等。硅

3、酸盐次生矿物又可 有高岭土类、蒙脱土类和水云母类等之分。 2 2. .次生矿物对土壤理化次生矿物对土壤理化、力学性质的影响力学性质的影响 (1)(1)比表面积与阳离子交换量比表面积与阳离子交换量 具有巨大的表面是分散体系的首要特性。由于 次生矿物颗粒极细，故有较大的比表面积，颗 粒愈细小，比表面积愈大。 土壤的比表面积土壤的比表面积 单位质量土粒的总表面积Am，或单位 容积土粒的总表面积Av ，即 Am =A / M Av =A / V Am,Av分别表示土壤质量比表面积 和容积比表面积； A土粒的总表面积 (cm2)； M土粒的质量 (g)； V土粒的容积 (cm3)。 土壤比表面积的大小主

4、要取决于土壤粒径的决于土壤粒径的 大小大小，还与土壤颗粒的形状土壤颗粒的形状有很大关系。 扁平或细长的土粒，显然要比同样体积的球形 或正方体的土粒比表面积大。土壤中大部分粘 土矿物是片状的。 次生矿物次生矿物特别是其中的无机胶体颗粒，表面 通常带负电性带负电性，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中的 某些离子互相交换，这种现象称为土壤的离土壤的离 子代换吸收子代换吸收，交换性阳离子总量称阳离子交 换量(CEC)。 硅酸盐次生矿物比表面积和阳离子交换量比表面积和阳离子交换量 矿物名称 比表面积 (m2g) 阳离子交换量 (me/100g) 高岭土 蒙脱土 水云母 10

5、-20 外 50-120 内 700-840 65-100 3-15 80-150 10-40 (2)(2)亲水性亲水性 粘土颗粒表面可以吸附水分形成水膜的性能。 (3)(3)膨胀与收缩膨胀与收缩 土壤吸水后，体积净增加的性能谓之土壤的膨膨 胀性，亦称为湿胀性胀性，亦称为湿胀性。相反，当土壤失去水 分后(如蒸发失水)，体积将缩小，称这种性能 为收缩性，亦称干缩性。 (4)(4)透水性透水性 水分从土壤颗粒间隙通过的性能。 (5)(5)压缩性压缩性 (6)(6)强度强度 （二）土壤有机质（二）土壤有机质 1.1.组成组成 有机质的含量：有机质的含量：一般仅占土壤基质重量 的5左右，但却是影响土壤

6、肥力高低 的主要因素。 有机质的成分：有机质的成分：主要是碳氢氧化合物、 含氮化合物。 2 2对农业生产的意义对农业生产的意义 有机质是植物所需养分的主要来源有机质是植物所需养分的主要来源 农民视为土中之宝，含量的多少是土壤 肥力的重要标志之一。 3.3.有机质对土壤理化、力学性质的影响有机质对土壤理化、力学性质的影响 （1 1）理化吸收性能）理化吸收性能 （2 2）改善土壤的结构状况）改善土壤的结构状况 蛋白质、氨基酸糖类等是水稳定团粒 结构良好的胶结剂 （3 3）增加地温）增加地温 腐殖质可使土壤颜色加深，有利于土 壤吸热增温，促进春播作物的早发、 速长 （4 4）带电胶体）带电胶体 可以

7、提高土壤对酸碱变化的缓冲性； （5 5）对土壤的力学性质有影响）对土壤的力学性质有影响 降低土壤的抗剪强度，增加土壤的压缩 性，减少土壤的粘着力等。 有机质在土壤中的含量，常以烘干土的百分数有机质在土壤中的含量，常以烘干土的百分数 表示。表示。自然土壤中有机质的含量差异很大，高 的可达20以上，称为有机质土壤；低的不到 0.5 。 二、土壤液相 ( (一一) )组成组成 土壤的液相即土壤溶液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组成，统称土壤 水。 土壤水是土壤三相组成中最活跃的物质最活跃的物质， 它直接参与土壤的形成、变化及作物的 吸水吸肥等过程，它在土壤中的保持和保持和

8、运移状况运移状况对土壤各项物理性质产生物理性质产生重要 的影响。因此，研究土壤水的各项性状 是土壤物理学的重要内容。 ( (二二) )土壤水的主要化学性质土壤水的主要化学性质 1 1水分子是偶极子、具有带电性水分子是偶极子、具有带电性 水分子结构图 由于水分子的偶极性，带负电的氧原子， 能够吸引相邻的另一个水分子的氢原子， 在水分子之间形成氢键，所以，水是一种 由氢键连接的多分子聚合物。 水分子之间的氢键连接 土壤中的次生粘土颗粒次生粘土颗粒，及土壤胶体土壤胶体的 表面均带有电性均带有电性而水分子又是偶极子水分子又是偶极子， 因此，能强烈地受土壤颗粒及胶体表面 或带电离子所吸引，围绕土粒、胶粒

9、或 离子形成水化膜，这种现象称为离子的离子的 水化水化。 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 土壤溶液的浓度，一般为0.21， 即200-1000ppm(ppm：浓度单位，表示一 百万分之一)很少超过0.1，其渗透压往 往低于一个大气压。 3.土壤水有一定的酸碱度土壤水有一定的酸碱度 当H+(OH) l 时，溶液呈酸性； 当H+(OH) 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 1

10、0.25 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 1010的土壤称为级配良好的土壤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 土壤质地土壤质地是按土粒的大小土粒的大小和它们的组合组合 比例比例而定的土壤名称，是反映土壤基质是反映土壤基质 的本质的

11、物理特性指标之一的本质的物理特性指标之一。 土壤质地反映了土壤固相颗粒系列分布土壤质地反映了土壤固相颗粒系列分布 情况情况及土壤一定的物理力学特性，是土 壤的一个稳定的自然属性稳定的自然属性。 （二）土壤质地的分类（二）土壤质地的分类 土壤质地的分类方法分类方法有多种，农业、工 程建筑和地质学等范畴不同，分类标准 和方法也不尽相同。 卡庆斯基土壤质地划分标准 我国土壤质地分类 国际制土壤质地分类表 美 国 三 角 形 土 壤 质 地 分 类 砂土类：砂土类：土壤颗粒组成较粗，砂粒含量砂粒含量 在在5050 以上以上，所以，大孔隙较多，土壤 通透性好，毛管作用弱，保水蓄水能力通透性好，毛管作用弱

12、，保水蓄水能力 差差；有机质分解迅速，保肥耐肥性差保肥耐肥性差， 故一般肥力不高，肥劲不长，土壤热容 量小，昼夜温差大。 土壤类：土壤的物理性能良好土壤类：土壤的物理性能良好，通气透通气透 水水、保水保肥性能均较好保水保肥性能均较好，适种作物范适种作物范 围较广围较广，耕种方便耕种方便，适耕期较长，且抗 旱能力强，是一组良好的土壤质地。 粘土类：粘土类：以细粘粒为主，比表面积较大，比表面积较大， 干容重较小，持水能力强，通透性差，干容重较小，持水能力强，通透性差， 渗透性能差，含水率大，排水困难渗透性能差，含水率大，排水困难。 粘性土的胀缩性、粘结性、粘着性和可胀缩性、粘结性、粘着性和可 塑性

13、均很强，力学强度很低，压缩性大，塑性均很强，力学强度很低，压缩性大， 用作地基时应加以处理。 四、土壤质地的鉴定方法 土壤质地的鉴定方法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 性的测定，所以，准确程度取决于测 定人员的经验和责任心。 土壤质地的田间鉴定法 在对土质资料要求较高要求较高的情况下，必 须通过定量分析来鉴定定量分析来鉴定，这就必须在 实验室内进行颗粒分析进行颗粒分析，得出土样级 配情况的准确结果，再按质地分类标

14、准的规定来确定土壤类别。 第三节 土壤的基本物理性质 及其物理特性指标和测定 一、土壤的基本物理性质 土壤三相物质三相物质在土壤中各占的比例比例，往 往决定了土壤的各项物理特性决定了土壤的各项物理特性。 土壤三相组成草图 ( (一一) )土壤的比重和容重土壤的比重和容重 1.1.土壤的比重土壤的比重 土壤的比重即土粒的比重土壤的比重即土粒的比重，指土粒的密 度与大气压下4时水的密度之比。 土壤中常见矿物的比重平均值约为矿物的比重平均值约为2 2. .6 6- - 2 2. .7 7，对于有机质含量不太多的土壤，常 以2 2. .6565作为比重值作为比重值，而不必测定。 MsVs 水 MsVs

15、 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状态土壤容重即单位体积自然状态( (包括孔包括孔 隙隙) )的土壤质量的土壤质量。土壤容重的大小与土土 壤矿物成分壤矿物成分、土壤质地土壤质地、含水量含水量、有机有机 质含量质含量以及土壤的松紧程度土壤的松紧程度等关系密切。 容重的单位为gcm3或tcm。 砂性土砂性土孔隙体积小，容重较大，一般为 1 1. .4 4- -1 1. .7 7；粘性土粘性土的孔隙体积大，容重 较小，一般为1 1. .1 1- -1 1. .6 6；有机质含量多， 结构好的耕作层土壤，容重多在1.0- 1.2。 (1)(1)湿容重湿容重() m MV（Ms+ Mw) V (2)(2)干容重干容重(干) 干 Ms V (3)(3)饱和容重饱和容重(s) s （Ms + VP 水 ) V ( (二二) )土壤的孔隙性土壤的孔隙性 土壤固相土团或土粒之间存在着大小不 等的孔隙，其中孔径小于孔径小于0.0020.002mmmm的极细 小孔隙被水膜（膜状水）所充满，称为 无效孔隙无效孔隙；孔径在0.0020.002- -0.040.04mmmm之间之间的 孔隙，有明显的毛管作用