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1、第四章第四章 土壤物理性土壤物理性质第一第一节 土壤孔性土壤孔性孔隙孔隙土壤中土粒或土壤中土粒或团聚体之聚体之间以及以及团聚体内部的空隙聚体内部的空隙土土壤壤孔孔性性孔隙度（孔隙的数量）孔隙度（孔隙的数量）孔隙孔隙类型（孔隙的大小及其比例）型（孔隙的大小及其比例）土壤气、液两相的土壤气、液两相的总量量气、液两相的比例气、液两相的比例土壤孔性（孔隙性土壤孔性（孔隙性质） ：指土壤中的孔隙数量，大小孔隙的分：指土壤中的孔隙数量，大小孔隙的分配及其在各土配及其在各土层的分布的分布。小小孔孔隙隙大大孔孔隙隙一、土壤密度一、土壤密度单位体位体积固体固体土粒（不包括粒土粒（不包括粒间孔隙）的重量叫土壤密度
2、，孔隙）的重量叫土壤密度，单位是位是g/cm3.土壤比重（相土壤比重（相对密度）是指密度）是指单位体位体积（不含孔隙）干燥土粒的（不含孔隙）干燥土粒的质量与同量与同体体积标准状况水的准状况水的质量之比，即：土壤比重土粒密度水密度。量之比，即：土壤比重土粒密度水密度。多数土壤的密度为多数土壤的密度为2.62.7克克/厘米厘米3，在机械分析中计算各级，在机械分析中计算各级土粒的沉降速率时，往往采用土粒的沉降速率时，往往采用“常用密度值常用密度值”即即 常用土壤密度值：常用土壤密度值： 2.65克克/厘米厘米3。注意在同一土壤中在同一土壤中,不同大小土粒的腐殖质含量和矿物组成不同，不同大小土粒的腐殖
3、质含量和矿物组成不同，因而其密度也不同。因而其密度也不同。单位位g/cmg/cm3 3, , 吨吨/ /米米3 3，测定定时在田在田间取一定容取一定容积的原状土，烘的原状土，烘干称重，算成干称重，算成单位容位容积的土壤重量。的土壤重量。 二、土壤容重二、土壤容重1 1、定、定义：单位体位体积土壤体（包括孔隙）的干重。土壤体（包括孔隙）的干重。曾称土壤假比曾称土壤假比重。它的数重。它的数值总是小于土壤密度，两者的是小于土壤密度，两者的质量均以量均以105105110110下烘干土下烘干土计。2 2、容重比比重小、容重比比重小，容重的大小由比重和孔隙数量来决定，容重的大小由比重和孔隙数量来决定，主
4、要是孔度。主要是孔度。一般砂土，其它土壤，某些底土可达一般砂土，其它土壤，某些底土可达2.02.0。砂土孔度小，一般砂土容重砂土孔度小，一般砂土容重 壤土和粘土。壤土和粘土。3 3、应用用反映土壤松反映土壤松紧度。度。计算土壤重量及土壤中各算土壤重量及土壤中各组分数量。分数量。计算孔度算孔度在在质地相似条件下比地相似条件下比较容重小：表明疏松多孔，容重小：表明疏松多孔，结构性良好，反之构性良好，反之紧实；过松会加快水分松会加快水分损失。失。容重大：容重大：过紧，不利根系，不利根系发育，通气透水。育，通气透水。旱作：适宜范旱作：适宜范围，砂土可以偏高些，砂土可以偏高些 。例：例：1 1公公顷耕耕
5、层土重：耕土重：耕层厚厚0.2m0.2m，容重，容重1.151.15吨吨/ /米米3 3 10000m 10000m2 20.2m1.150.2m1.15吨吨/ /米米3 3 = 2300 = 2300吨吨相当于每相当于每亩土土1515万公斤，万公斤，150150吨，常取吨，常取值3030万斤万斤/ /亩。 根据土壤重量，可根据土壤重量，可计算水分，养分，有机算水分，养分，有机质等等贮量，量，如某耕如某耕层土壤含土壤含N N量量为0.1%0.1%，则1 1公公顷含含N N量量为： 23000000.1%=230023000000.1%=2300公斤公斤1 1、 土壤孔隙度土壤孔隙度单位容位容积
6、土壤中孔隙容土壤中孔隙容积占整个土体容占整个土体容积的的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通和。一般是通过土壤土壤容重和土壤密度来容重和土壤密度来计算。算。 1cm1cm3 3土壤，孔隙土壤，孔隙0.55cm0.55cm3 3，该土壤孔度土壤孔度为55%55%，其余，其余0.45cm0.45cm3 3（45%45%）为固体容固体容积。 孔度孔度计算：土壤孔度（算：土壤孔度（% %）（）（1 1容重容重/ /比重）比重）x 100x 100三、土壤孔性三、土壤孔性砂土砂土303045%45%，壤土，壤土404050%50%，粘土，粘土454560
7、%60%，团粒粒结构好者构好者555565%65%* * 土壤孔隙比孔度土壤孔隙比孔度/ /（1 1孔度）例孔度）例55%/45%55%/45%1.121.12孔度的推孔度的推导土壤孔度（土壤孔度（% %）土壤毛管孔度（）土壤毛管孔度（% %）土壤非毛管孔度（）土壤非毛管孔度（% %）* *土壤毛管孔度（土壤毛管孔度（% %） 土壤田土壤田间持水量（重量持水量（重量% %）x x 容重容重2 2、土壤孔隙土壤孔隙类型型非活性孔非活性孔：又称无效孔、束：又称无效孔、束缚水孔。水孔。 这是土壤中最是土壤中最细微的孔隙，当微的孔隙，当 量孔径一般量孔径一般0.02mm, 1.5101.5105 5P
8、aPa。毛管孔隙毛管孔隙：当量孔径：当量孔径约为0.2-0.02mm, 0.2-0.02mm, 土壤水吸力土壤水吸力1.5101.5104 4Pa- Pa- 1.5101.5105 5Pa,Pa,具有毛管作用。具有毛管作用。通气孔隙（非毛管孔度）通气孔隙（非毛管孔度）：当量孔径：当量孔径0.2mm,0.2mm,相相应的土壤水吸力的土壤水吸力1.5101.5104 4Pa,Pa,毛管作用明毛管作用明显减弱。减弱。毛管孔度：毛管孔容毛管孔度：毛管孔容积占土壤占土壤总容容积的百分数。的百分数。非毛管孔度：非毛管孔容非毛管孔度：非毛管孔容积占土壤占土壤总容容积的百分数（也称通气孔度）的百分数（也称通气
9、孔度）当量孔径当量孔径: 是指与一定的土壤水吸力相当的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性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为：d = 3/T d为孔隙的当量孔径（孔隙的当量孔径（mm）、）、 T为土壤水吸力（土壤水吸力（100Pa） 孔隙分孔隙分级：毛管孔度：保水性指毛管孔度：保水性指标；非毛管孔度：通气一透水性指非毛管孔度：通气一透水性指标；旱作：适宜于生旱作：适宜于生长要求要求总孔度孔度505060%60%毛管孔度毛管孔度 ：非毛管孔度：非毛管孔度 2 2：1 1通气孔度必通气孔度必须8 810%10%以
10、上，最好以上，最好151520%20%。 同一土壤，容重增加，常常是同一土壤，容重增加，常常是压缩非毛管孔度，非毛管孔度，紧实、通气、通气力下降，毛管孔度影响力下降，毛管孔度影响较小。小。 上述基于不上述基于不积水情况考水情况考虑，若通气孔，若通气孔积水，水，则考考虑空气孔度，空气孔度，固液气固液气2 2：1 1：1 1较好，就旱作而言，空气孔度好，就旱作而言，空气孔度为10%10%是一界限，低是一界限，低于此于此值则减减产。3 3、土壤孔性与作物生、土壤孔性与作物生长 如果土壤的形成如果土壤的形成仅仅是岩石破碎成砂粒、粉是岩石破碎成砂粒、粉粒、粘粒的粒、粘粒的话，土壤就不会有它独特的性，土壤
11、就不会有它独特的性质，颗粒的重粒的重组和造形是重要的成土和造形是重要的成土过程。程。土壤土壤结构性：由土壤构性：由土壤结构体的种构体的种类、数量及其相、数量及其相应的孔隙状况等的孔隙状况等产生的生的综合特性。合特性。 第二第二节土壤土壤结构性构性一、土壤一、土壤结构体：构体：土粒互相排列和土粒互相排列和团聚成一定形状，一定大小的土聚成一定形状，一定大小的土块和土和土团。它。它们具有具有一定程度的力一定程度的力稳性、水性、水稳性和生物性和生物稳定性。定性。直直径径1cm1cm以以上上，长、宽、高高大大致致相相似似，小小的的包包括括碎碎块状状及及核核状状结构构；纵轴横横轴，棱棱角角明明显，棱棱柱柱
12、状状，如如排排水水性性好好粘粘质水水稻稻土土底底土土；棱棱角角不不明明显，柱柱状状，碱土心土中；碱土心土中；横横轴远大于大于纵轴，下，下层土壤中，表土壤中，表层结壳壳团 粒粒 （ 0.250.2510mm10mm），微微团粒粒（0.25mm0.25mm），多多存存在在表表土土中中，表表面面粗粗糙糙，有有裂裂痕痕，根根系系穿穿插插多多，排排列列疏疏松松，肥肥沃沃土土壤壤的的结构形构形态。块状状结构构棱柱状和柱状棱柱状和柱状结构构片状片状团粒粒结构构土壤土壤结构体的构体的类型型毛管孔隙毛管孔隙微微团粒粒土土壤壤团团粒粒体体土壤土壤结构体形成的两个构体形成的两个过程：程：粘粘结团聚和切割造型。聚和切
13、割造型。 块状、柱状、片状状、柱状、片状结构体：构体：单粒粒-粘粘结-致密大土致密大土块-各种各种应力作用崩解力作用崩解-成各种成各种结构体，构体，无多次无多次团聚，孔度小，孔隙大小比聚，孔度小，孔隙大小比较一致。一致。 团粒粒结构体形成，多次复合和构体形成，多次复合和团聚：聚：单粒粒-凝凝聚聚-微微凝凝聚聚体体( (粘粘团，0.005mm)-0.005mm)-逐逐级粘粘合合、胶胶结-微微团聚体聚体( (微微团粒粒0.25mm)- 0.25mm)- 多多级团聚聚-团粒（粒（0.25-10mm0.25-10mm）。）。二、土壤二、土壤团粒粒结构形成机制构形成机制单个土粒单个土粒团聚体团聚体微团粒
14、微团粒形形成成阶阶段段与与步步骤骤土土壤壤团团粒粒体体毛管孔隙毛管孔隙微微团粒粒（一）（一） 胶体凝聚作用胶体凝聚作用 胶粒胶粒带电，分子引力，分子引力，电解解质浓度，高价离子，度，高价离子， CaCa2+2+，形成微凝聚体，形成微凝聚体( (或粘或粘团) )。（二）（二） 胶胶结物物质 包栝人工施加胶包栝人工施加胶结物物质( (石灰，有机肥，石灰，有机肥，结构改良构改良剂等等) )。 1 1、无机胶、无机胶结物物质 （1 1）简单无机胶体：无机胶体：Fe, Mn, Si, AlFe, Mn, Si, Al水合氧化物以胶膜形式复盖于土粒表面，水合氧化物以胶膜形式复盖于土粒表面，变成凝胶成凝胶时
15、，把土胶，把土胶结在一起，干燥脱水老化后，孔度低，孔隙小；碳酸在一起，干燥脱水老化后，孔度低，孔隙小；碳酸钙、硅酸、硅酸钙胶胶结成棱状成棱状结构体。构体。紧密，孔度小，孔径小。密，孔度小，孔径小。 （2 2）粘粒：比表面大，粘）粘粒：比表面大，粘结力力强，有重要作用，粘粒含量少的土壤，有重要作用，粘粒含量少的土壤，结构构难形成。形成。 2 2、有机胶、有机胶结物物质 腐殖腐殖质，多糖，多糖类，木，木质素，蛋白素，蛋白质，微生物分泌物，菌，微生物分泌物，菌丝等，以腐殖等，以腐殖质、多糖最重要。多糖最重要。 真菌菌真菌菌丝体等，体等，暂时机械胶机械胶结，保持数星期；新加有机，保持数星期；新加有机质
16、，作用明，作用明显。 微生物分解中微生物分解中间产物，果胶物，果胶质，多糖，多糖类-过渡性的，数日。渡性的，数日。 腐殖腐殖质胶胶结，抗微生物分解，抗微生物分解( (胡敏酸重要胡敏酸重要)-)-长期性的很期性的很强的抗微生物分的抗微生物分解能力，与粘粒解能力，与粘粒联结成有机成有机- -矿物复合体。物复合体。土粒的粘土粒的粘结团聚：聚：砂粒砂粒砂粒砂粒粉粒粉粒粉粉粒粒粘粒粘粒腐殖质腐殖质土粒土粒土粒土粒土粒土粒Fe2+腐腐殖殖质质Fe3+Al3+土粒土粒土粒土粒土粒土粒Ca2+腐腐殖殖质质（三）（三） 土体切割造形土体切割造形 1 1、植物根系作用、植物根系作用 穿插，穿插，挤压，脱水收，脱水
17、收缩 2 2、干湿交替和、干湿交替和冻融交替，裂开融交替，裂开 3 3、土壤耕作、土壤耕作 耕耙作用耕耙作用良好的团粒结构体：良好的团粒结构体： 具有一定的大小； 具有大小不同的多级孔隙； 具有一定的水稳性、机械稳性和生物稳定性。土壤结构改良剂：土壤结构改良剂： 能够将土壤颗粒粘结在一起形成团聚体的物质，包括天然物质和人工合成的高分子物质团粒粒结构体具多构体具多级构造，孔度大，毛管孔、非毛管孔分配构造，孔度大，毛管孔、非毛管孔分配较为理想。理想。团粒内小孔粒内小孔隙，隙，团粒粒间大孔隙。大孔隙。团粒大小：干旱地区以粒大小：干旱地区以0.5-3mm0.5-3mm为好，温好，温润地区地区10mm1
18、0mm，抗侵，抗侵蚀力力强，水稻田微，水稻田微团粒粒0.01-1mm0.01-1mm。 ( (一一) ) 水分与空气并存的矛盾得到解决水分与空气并存的矛盾得到解决 团粒粒间为通气孔，通气，透水，减少地表通气孔，通气，透水，减少地表迳流、水土流失。毛管孔靠流、水土流失。毛管孔靠团粒接粒接触点相通，干旱触点相通，干旱时，团粒表土收粒表土收缩，与其下的，与其下的结构体脱离，毛管中断，减少蒸构体脱离，毛管中断，减少蒸发损失，抗旱力失，抗旱力强。 团粒内大量毛管孔，保持水分，供作物吸收。粒内大量毛管孔，保持水分，供作物吸收。 ( (二二) ) 改善了土壤保肥供肥性能改善了土壤保肥供肥性能 表面与空气接触
19、，微生物活表面与空气接触，微生物活动强烈，好气分解有机烈，好气分解有机质，供肥性好；内部，供肥性好；内部贮存存水分，通气不良，嫌气微生物活水分，通气不良，嫌气微生物活动，有利于养分保存和腐殖，有利于养分保存和腐殖质形成。形成。 ( (三）宜于耕作与根系三）宜于耕作与根系发育育 团粒球形，排列疏松，有利根系粒球形，排列疏松，有利根系发育。耕作阻力小，宜耕期育。耕作阻力小，宜耕期长。 三、土壤三、土壤团粒粒结构在肥力上的作用构在肥力上的作用小水小水库，小肥料，小肥料库，协调了保肥供肥矛盾了保肥供肥矛盾增施有机肥；适量石灰增施有机肥；适量石灰合理合理轮作：作： 水旱水旱轮作，与牧草作，与牧草轮作作合
20、理耕作：合理耕作： 适适时耕作耕作 结构改良构改良剂的的应用用： 1)1)天然天然: : 纤维素，木素，木质素，多糖，泥炭等植物残体素，多糖，泥炭等植物残体 2 2) ) 人工合成：如人工合成：如 KriliumKrilium 聚丙聚丙烯酸酸钠。南京土壤所，用聚丙。南京土壤所，用聚丙烯腈制制剂，施用量施用量0.2-0.02%0.2-0.02%之之间，效果很好。，效果很好。四、改良土壤四、改良土壤结构性的途径构性的途径 动力学性力学性质包括：包括： 土壤土壤结持性持性 ( (粘粘结性，粘着性，塑性性，粘着性，塑性) ) 胀缩性性 压板板 穿透阻力和穿透阻力和牵引阻力等引阻力等 土壤受外力作用土壤
21、受外力作用时发生形生形变，显示一系列示一系列动力学性力学性质称土壤称土壤物理机械性，物理机械性，对耕作和根系生耕作和根系生长很重要。很重要。第三第三节 土壤物理机械性和耕性土壤物理机械性和耕性指不同含水量下土壤粘指不同含水量下土壤粘结性，粘着性和塑性的性，粘着性和塑性的综合表合表现。（一（一) ) 土壤粘土壤粘结性性 土粒之土粒之间通通过各种引力而互相粘各种引力而互相粘结在一起的性在一起的性质。 粘粘结力大，耕作阻力也大。力大，耕作阻力也大。 1 1、粘、粘结力力( (内聚力内聚力) ) 土粒土粒-水膜水膜-土粒之土粒之间的粘的粘结作用作用 2 2、影响粘、影响粘结的因素的因素 1)1)、比表
22、面：粘粒含量、比表面：粘粒含量 含量高含量高粘粘结力力强，砂土几无粘，砂土几无粘结力力 团粒粒结构构 腐殖腐殖质含量含量 2)2)、含水量：干燥、含水量：干燥时粘粘结力最大，随着含水量增加，水膜增厚，力最大，随着含水量增加，水膜增厚， 粘粘结力减少，水分达到力减少，水分达到饱和和时，粘，粘结性消失。性消失。一、土壤的物理机械性一、土壤的物理机械性（二（二) ) 土壤粘着性土壤粘着性 土粒粘附于土粒粘附于外物外物的性的性质 指土粒指土粒-水膜水膜-外物外物间的相互吸引的性能的相互吸引的性能 1)1)、含水量：干燥的土壤无粘着力，随着水分含量增加，土粒与外、含水量：干燥的土壤无粘着力，随着水分含量
23、增加，土粒与外物物间的水膜生成（粘着点），粘着力增的水膜生成（粘着点），粘着力增强，继而水膜太厚，粘着力下降，而水膜太厚，粘着力下降，到可流到可流动的泥的泥浆时（脱粘点），消失。（脱粘点），消失。 2)2)、接触面：砂，、接触面：砂，团聚体，形成聚体，形成锯齿状，不状，不连续水膜，粘着力低水膜，粘着力低 粘粒、有机粘粒、有机质含量；含量； 交交换性阳离子。性阳离子。（三（三) ) 土壤塑性土壤塑性 指土壤在外力作用下指土壤在外力作用下变形，当外力停止或土壤形，当外力停止或土壤变干后仍能保持改干后仍能保持改变了的形状的特性。了的形状的特性。 原因：片状粘粒及其水膜引起的。原因：片状粘粒及其水膜引
24、起的。 只有在一定含水量范只有在一定含水量范围以内才出以内才出现，即土粒水膜增厚到允，即土粒水膜增厚到允许土粒滑土粒滑动变形，而又没有形，而又没有丧失其粘失其粘结性的范性的范围。 下塑限下塑限( (塑限塑限) )：开始呈：开始呈现可塑性的最小含水量。可塑性的最小含水量。 上塑限上塑限( (流限流限) )：保持可塑性的最大含水量。：保持可塑性的最大含水量。 塑性指数塑性指数( (塑性塑性值) )：上、下塑限之差。塑性：上、下塑限之差。塑性值越大，表示土壤塑越大，表示土壤塑性越性越强，随粘粒含量增加而增加，均以含水量，随粘粒含量增加而增加，均以含水量% %表示表示土壤呈土壤呈现塑性的含水量范塑性的
25、含水量范围称塑性范称塑性范围，塑性范，塑性范围内土壤不宜耕作。内土壤不宜耕作。土壤土壤结持性常数，下塑限，上塑限，塑性指数，粘着点，脱粘点。持性常数，下塑限，上塑限，塑性指数，粘着点，脱粘点。（一（一) ) 宜耕范宜耕范围-适宜于耕作的土壤含水量范适宜于耕作的土壤含水量范围。 宜耕期宜耕期-土壤保持适宜于耕作含水量的土壤保持适宜于耕作含水量的时间。 耕耕性性：耕耕作作中中土土壤壤表表面面的的各各种种性性质，以以及及耕耕作作后后土土壤壤的的表表现，包包括括耕作耕作难易，耕作易，耕作质量好坏，宜耕期量好坏，宜耕期长短。短。 耕作耕作对土壤要求：土壤要求： 耕作阻力可能小耕作阻力可能小 耕作耕作质量
26、好量好 宜耕期宜耕期长（二（二) ) 土壤土壤结持性持性阶段及耕作段及耕作时期期选择结持持性性阶段段： 坚硬硬态-松松脆脆态（酥酥软态）-可可塑塑态-泥泥浆态 旱地宜旱地宜选择酥酥软态，水田，水田选择泥泥浆态。二、土壤的宜耕状二、土壤的宜耕状态与宜耕期与宜耕期下塑限下塑限 上塑限上塑限 团粒粒结构的不构的不稳定性：常遭到破坏，不能定性：常遭到破坏，不能经久久维持持 水的作用，冲水的作用，冲击，泡散；，泡散； 农机具机具压碎；碎； NHNH4 4+ +，NaNa+ +等一价离子取代二价阳离等一价离子取代二价阳离子，分散；子，分散； 微生物分解有机微生物分解有机质，破坏有机，破坏有机- -矿质复合
27、体。复合体。 要求采取措施：要求采取措施： 使破坏减少至最小；使破坏减少至最小； 促促进新的新的团粒形成；粒形成； 对非非团粒粒结构土壤构土壤设法改良之。法改良之。第四第四节 土壤物理性土壤物理性质的的调节在适耕期内耕作在适耕期内耕作精耕精耕细作作增施有机肥料，促增施有机肥料，促进团粒粒结构形成构形成合理耕作合理耕作水旱水旱轮作作农作物与牧草作物与牧草( (豆科和禾本科豆科和禾本科) )农作物作物-绿肥肥轮作作合理合理轮作作石灰，石膏和土石灰，石膏和土壤改良壤改良剂的的应用用石灰：酸性改良石灰：酸性改良剂，钙质，促，促结构形成；构形成；石膏：促凝聚，改善石膏：促凝聚，改善结构，改良碱土；构，改良碱土；结构改良构改良剂：天然有机物：天然有机物质；人工合成改良；人工合成改良剂
