第四章+土壤的物理性质

1、第四章第四章 土壤的物理性质土壤的物理性质第一节第一节 土壤的质地土壤的质地第二节第二节 土壤的孔性土壤的孔性第三节第三节 土壤的结构性土壤的结构性第四节第四节 土壤的耕性土壤的耕性第一节第一节 土壤质地土壤质地一、土粒和粒级一、土粒和粒级 1. 1. 土粒的种类土粒的种类 矿物质土粒矿物质土粒 单粒单粒 按成分按成分 复粒复粒 有机质土粒有机质土粒2. 2. 粒级粒级 定义定义 据矿质土粒（单粒）粒径大小及其性质上的变化将其划分为若干组，每组即一个粒级，称为土壤粒级（粒组） 粒级制粒级制 a. 国际制 b. 美国制 c. c. 卡庆斯基制卡庆斯基制 1mm 1mm 石砾石砾 0.01mm0.

2、01mm 0.01mm0.01mm 1mm 1mm 细土部分细土部分 0.05-0.001mm 粉粒 0.001mm粘粒 d. d. 我国制我国制石砾：石砾： 1mm砂粒：砂粒： 1-0.05mm粉粒：粉粒： 0.05-0.002mm粘粒：粘粒： 0.002mm物理性砂粒：物理性砂粒：粒径在10.01 mm之间的土粒。物理性粘粒：物理性粘粒：粒径2 2 1 1砂粒砂粒 2-0.02 2-0.05 1-0.05 1-0.05 粉粒粉粒 0.02-0.002 0.05-0.002 0.05-0.001 0.05-0.002 粘粒粘粒 0.002 0.002 0.001 0.002 物理性砂粒：物理

3、性砂粒： 1-0.01mm物理性粘粒：物理性粘粒： 0.01mm 各级土粒的矿物组成的性质各级土粒的矿物组成的性质 a. a. 矿物组成矿物组成 石砾石砾 砂粒砂粒 粉砂粒粉砂粒 粘粒粘粒 石英石英 原原生矿物生矿物 次生矿物次生矿物 b. b. 化学组成化学组成 SiOSiO2 2 Al Al2 2O O3 3 FeFe2 2O O3 3 盐基含量盐基含量 c. c. 物理性质物理性质 P P7474页页 二、二、 土壤的质地土壤的质地 1. 1. 定义定义 据土壤机械分析，分别计算出各据土壤机械分析，分别计算出各粒级的相对含量，即机械组成，通过机械组粒级的相对含量，即机械组成，通过机械组成

4、来划分土壤类型即质地。成来划分土壤类型即质地。 2. 2. 意义意义 质地是土壤的一种十分稳定的自质地是土壤的一种十分稳定的自然属性，反映母质来源及成土过程的某些属然属性，反映母质来源及成土过程的某些属性，对肥力有很大影响，常被用于土壤分类性，对肥力有很大影响，常被用于土壤分类系统中基层分类依据系统中基层分类依据 3. 3. 质地分类制质地分类制 砂土砂土 壤土壤土 粘土粘土 国际制国际制 美国制美国制 卡庆斯基制卡庆斯基制 我国制我国制 土壤颗粒土壤质地分类制：土壤质地分类制： 国际制国际制: : 美国制：中国制：美国制：中国制： 三级三级 卡庆斯制：卡庆斯制： 二级二级 我国将土壤质地分为

5、砂土、壤土和粘土三大组，每组再细分。 一般常用的质地种类有： 砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土 土壤质地表46 卡钦斯基土壤质地基本分类（简制）质地组质地名称不同土壤类型的8060757585854050506565土壤质地表 48 中国土壤质地分类 （邓时琴，1985）质地组质地名称颗粒组成%（粒径：毫米）砂粒(1-0.05)粗粉粒(0.05-0.01)细粘粒(80708060705060壤土砂粉土粉土20204030砂壤壤土202060土壤质地国际制：国际制： 根据砂粒根据砂粒(2-0.02(2-0.02毫米毫米) )、粉粒、粉粒(0.02-0.002(0.02-0.002毫米毫

6、米) )和粘粒和粘粒(0.002(0.002毫米毫米) )三三粒级含量的比例，划定粒级含量的比例，划定1212个质地名称，可从三角图上查质地名称。个质地名称，可从三角图上查质地名称。查三角图的要点为：以粘粒含量为主要标准，查三角图的要点为：以粘粒含量为主要标准， 15%25% 25%者为粘土组。者为粘土组。 当土壤含粉粒当土壤含粉粒45%45%时，时， “粉质粉质” ； 当砂粒含量在当砂粒含量在55%-85%55%-85%时，时， “砂质砂质” ， 当砂粒含量当砂粒含量85%85%时，则称时，则称壤砂土壤砂土或或砂土砂土黏性土壤性土沙性土 质地与肥力的关系？质地与肥力的关系？4.4.质地不同土

7、壤的肥力特点和利用改良质地不同土壤的肥力特点和利用改良 （1 1）肥力特点：）肥力特点： 砂土：砂土： 1-0.05mm砂粒大于50% 总的来说总的来说 蓄水力弱，养分含量少，保肥力较差，蓄水力弱，养分含量少，保肥力较差，土温变化快，但通气性和透水性好，且易土温变化快，但通气性和透水性好，且易适合花生、西瓜等块根、块茎作物耕作。耕作。 粘土：0.001mm颗粒高于30% 通气透水不良；保水保肥，养分含量高；耕性差，发老苗不发小苗，适合于禾谷类作物 壤质土壤 0.050.01 mm颗粒大于30% 北方称为二合土；性质介于黏土与砂土之间。 不同质地土壤的利用与改良不同质地土壤的利用与改良 a. a

8、. 利用利用 砂土砂土 选择植物：选择植物： 生育期短生育期短 耐瘠作物耐瘠作物 耐旱耐旱 作物作物 施肥施肥 ：多施有机肥：多施有机肥 施化肥要多施化肥要多 次少量且次少量且注意后期追肥注意后期追肥 耕作耕作 ：无需深沟高畦：无需深沟高畦 畦幅可以畦幅可以 放宽放宽 粘土粘土 生育期长生育期长 肥水需要量大肥水需要量大 b. b. 改良改良 客土法客土法 引洪漫淤法引洪漫淤法 施用结构改良剂施用结构改良剂 施用有机肥施用有机肥 第二节第二节 土壤的结构土壤的结构 土壤的结构性和土壤的结构体土壤的结构性和土壤的结构体 土壤的结构体土壤的结构体:土壤中的固体颗粒在内外因素的作用下土壤中的固体颗粒

9、在内外因素的作用下形成大小不一、形状各异、性质不同的土形成大小不一、形状各异、性质不同的土团、土片、土块等，这些团聚体即土壤的团、土片、土块等，这些团聚体即土壤的结构体。结构体。土壤的结构性：土壤的结构性：土壤中结构体的类型、数量、排土壤中结构体的类型、数量、排列（结合）形式、孔隙状况以及其稳列（结合）形式、孔隙状况以及其稳定性等综合特性即称之为土壤的结构定性等综合特性即称之为土壤的结构性。性。一、土壤中结构体的类型：一、土壤中结构体的类型： 按照形态、大小和特性分类：按照形态、大小和特性分类：1. 块状和核状结构：结构单元为长宽高三轴块状和核状结构：结构单元为长宽高三轴平均发展似立方体型平均

10、发展似立方体型 2. 柱状和棱柱状结构：结构单元为垂直轴方柱状和棱柱状结构：结构单元为垂直轴方向发达的条柱型向发达的条柱型 3.片状和鳞片状结构：结构单元为水平轴发片状和鳞片状结构：结构单元为水平轴发达的扁平型达的扁平型 4. 球状团粒结构：结构单元近似球型的粒状球状团粒结构：结构单元近似球型的粒状结构型结构型土壤结构体土壤结构体不良结构： 块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体总块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体总孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根

11、系很难穿扎，干裂时常扯断根系。通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。良好结构： 团粒结构体不仅总孔隙度大，而且内部有团粒结构体不仅总孔隙度大，而且内部有多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。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二二、团粒结构团粒结构 1.定义定义 土粒多在腐殖质作用下土粒多在腐殖质作用下形成粒状或小团块状，大体成球型，形成粒状或小团块状，大体成球型，自小粒至蚕豆粒大小。自小粒至蚕豆粒大小。 土土壤壤团团粒粒体体2.特点特点 ： 由一定的大小和形状

12、。其直由一定的大小和形状。其直径径0.2510mm0.2510mm，0.25mm 协调土壤中水和气的矛盾协调土壤中水和气的矛盾 团粒结构大小孔隙兼备，蓄水、透团粒结构大小孔隙兼备，蓄水、透水和通气同时进行。水和通气同时进行。 降雨、灌溉时大孔隙透水，小孔隙降雨、灌溉时大孔隙透水，小孔隙吸收容纳大量的水分（小水库），但吸收容纳大量的水分（小水库），但又不失通气性。又不失通气性。 当干旱少雨时，毛管孔可以通过当干旱少雨时，毛管孔可以通过毛管作用力使地下水上升满足植物的需毛管作用力使地下水上升满足植物的需要。要。 同时团粒因干燥收缩与其他结构脱同时团粒因干燥收缩与其他结构脱离，使毛管中断，减少水分的

13、损失。离，使毛管中断，减少水分的损失。 而非团粒结构则水气难以并存而非团粒结构则水气难以并存2协调土壤中养分积累与释放的矛盾协调土壤中养分积累与释放的矛盾 团粒表面与空气接触，好气性微生物团粒表面与空气接触，好气性微生物活动剧烈，有机质分解，提供养分，团活动剧烈，有机质分解，提供养分，团粒内部多为嫌气状况，有利于养分的积粒内部多为嫌气状况，有利于养分的积累和保存。累和保存。“小肥料库小肥料库” 土土壤壤团团粒粒体体 3 3能够稳定土温能够稳定土温 4 4使土壤具有良好的耕性和耕层构使土壤具有良好的耕性和耕层构造耕作阻力小，耕作质量高，易耕期长，造耕作阻力小，耕作质量高，易耕期长，旱作土壤团粒结

14、构在旱作土壤团粒结构在1-3mm1-3mm，水稳型团粒，水稳型团粒结构多，适于作物生长，水田土壤团粒结构多，适于作物生长，水田土壤团粒结构在结构在10mm10mm是适于作物生长。是适于作物生长。 5、创造团粒结构的途径：、创造团粒结构的途径： 1增施有机肥增施有机肥 增加有机胶结物质，有机质含量增加有机胶结物质，有机质含量越高，团粒结构越多。越高，团粒结构越多。 2合理轮作，扩种绿肥牧草合理轮作，扩种绿肥牧草植物根系分泌物，庞大的生物群植物根系分泌物，庞大的生物群可以提供有机质物质；甘薯与小麦轮可以提供有机质物质；甘薯与小麦轮作比小麦连作增加水稳性团粒结构为作比小麦连作增加水稳性团粒结构为21

15、.5-14.5%。 3合理耕作，水分管理合理耕作，水分管理 淹灌淹灌细流沟灌细流沟灌喷灌、渗灌产生团粒结构越多；伏喷灌、渗灌产生团粒结构越多；伏耕晒垡、秋耕冬灌、冬犁晒垡充分发挥干湿交替和冻耕晒垡、秋耕冬灌、冬犁晒垡充分发挥干湿交替和冻融交替，促进团粒结构的形成。融交替，促进团粒结构的形成。 酸性土施用石灰酸性土施用石灰 碱性土施用石膏碱性土施用石膏 不同程度的改良土壤的结构不同程度的改良土壤的结构 生土上施用生土上施用FeSO4.nH2O4 4施用土壤结构改良剂：施用土壤结构改良剂： 施用人工合成的高分子聚合物，可施用人工合成的高分子聚合物，可以快速形成团粒结构。以快速形成团粒结构。第三节第

16、三节 土壤孔性和土体构造土壤孔性和土体构造一、三相组成和孔隙度一、三相组成和孔隙度 土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率，称为固相率、液相率（即容积含水量或容百分率，称为固相率、液相率（即容积含水量或容积含水率，可与质量含水量换算）和气相率。三者积含水率，可与质量含水量换算）和气相率。三者之比即是土壤三相组成：之比即是土壤三相组成：100%土体容积空气容积气相率100%土体容积水容积液相率100%土体容积固相容积固相率1 1、三相比、三相比2 2、土壤孔隙度、土壤孔隙度( (或孔度或孔度) )：单位土壤容积内孔隙所占的百分数。 孔隙度1固相率液

17、相率气相率孔 隙 比 孔 隙 容 积土 粒 容 积介绍两个重要的物理量：介绍两个重要的物理量： 1. 土壤比重（土壤密度）土壤比重（土壤密度） 单位容积固体土粒的质量（多以重量代替）单位容积固体土粒的质量（多以重量代替）表4-1 土壤中常见组分的密度 (克/厘米3)石 英正长石斜长石白云母黑云母角闪石辉 石纤铁矿2.602.682.542.572.622.762.772.882.703.102.853.573.153.903.604.10赤铁矿磁铁矿三水铝石高岭石蒙皂石伊利石腐殖质4.905.305.035.182.302.402.612.682.532.742.602.901.401.80

18、影响其大小的因素：影响其大小的因素： 构成土粒的矿物质和有机物，主要是构成土粒的矿物质和有机物，主要是前者，因土壤中主要矿物质组成的差异不前者，因土壤中主要矿物质组成的差异不大，其大小在大，其大小在2.62.7g/cm3间，故取平均间，故取平均值值2.65 g/cm3作为参数作为参数 2. 2. 土壤容重：土壤容重： 单位自然土体（原状土体）单位自然土体（原状土体）的质量（或重量）的质量（或重量）g/cm3 。 大小及影响因素大小及影响因素 a. 大小：一般情况为大小：一般情况为1.01.7 g/cm3 表土表土: : 1.251.35 g/cm3 底土：底土：1.41.6g/cm3 b. 影

19、响因素：构成土壤的固体颗粒影响因素：构成土壤的固体颗粒组成和颗粒之间孔隙大小。组成和颗粒之间孔隙大小。 应用：应用： a. 计算总孔度，用于判断土壤的松计算总孔度，用于判断土壤的松紧状况。紧状况。 b. 估算土壤中各成分的储量（有机估算土壤中各成分的储量（有机质、可溶性盐、各种养分绝对量）。质、可溶性盐、各种养分绝对量）。 c. 土壤储水量及灌水定额土壤储水量及灌水定额二、三相组成和孔度的测定及计算二、三相组成和孔度的测定及计算 先测定土壤的固相率、液相率，再用差减法计算先测定土壤的固相率、液相率，再用差减法计算其气相率。其气相率。 1.1.固相率固相率 由实测的土壤密度和土壤容重计算之：由实

20、测的土壤密度和土壤容重计算之：密度（比重）容重固相率2.2.液相率液相率（容积含水率）干土质量土壤水质量土壤含水量（质量）土壤含水率（容积）土壤含水量（质量）土壤容重3. 3. 气相率气相率密度容重1固相率1孔隙度气相率=孔隙度容积含水率4.4.三相比三相比 土壤三相比固相率：容积含水率：气相率 所有孔隙体积的总和占整个土壤体积的比例，叫做土壤总孔隙度（简称总孔度或孔度），以百分数（）或小数表示。 适宜的土壤三相比为： 固相率50%左右， 容积含水率25-30%， 气相率15-25%。团粒结构土壤的孔度比非团聚化土壤增加团粒结构土壤的孔度比非团聚化土壤增加1/3至至1/2左右。左右。砂土砂土

21、3045壤土壤土 40-50%粘土粘土 45-60%泥炭土泥炭土 80结构良好的壤土和粘土的孔度高达结构良好的壤土和粘土的孔度高达55-65%，甚至在甚至在70以上。以上。总孔度的范围总孔度的范围最松和最紧的排列最松和最紧的排列方体排列的孔度为方体排列的孔度为47.46%（左）（左）三斜六面体排列的孔度为三斜六面体排列的孔度为24.51（右）（右） 三、孔隙的分级三、孔隙的分级: : 1. 1. 当量孔径：采用与一定水吸力当量孔径：采用与一定水吸力相当的孔径。相当的孔径。 d=3/h h为土壤的水吸力为土壤的水吸力，单位（，单位（kPa、Pa或mbar）d 单位单位mm 当当h=10kPa d

22、=3/10=0.3mm 小小孔孔隙隙大大孔孔隙隙（1 1）非活性孔）非活性孔( (无效孔无效孔) ) a a水吸力水吸力(KPa) :1500(KPa) :1500 b b孔径孔径(mm): 0.002(mm): 0.002 c c孔隙特点孔隙特点: :土壤中最细微的空隙，保存于此土壤中最细微的空隙，保存于此间的水为无效水，根毛难以入内，微生物极难入侵间的水为无效水，根毛难以入内，微生物极难入侵，腐殖质难以分解，腐殖质难以分解。2. 2. 分级：按当量孔径（水吸力）大小分级：按当量孔径（水吸力）大小及其作用分为三类：及其作用分为三类： (2)(2)毛管孔毛管孔 a a水吸力水吸力(KPa) :

23、1501500(KPa) :1501500 b b孔径孔径(mm): 0. 020.002(mm): 0. 020.002 c c孔隙特点孔隙特点: :此孔隙具有明显的毛管作用，其间水分此孔隙具有明显的毛管作用，其间水分可以被根毛、细菌利用，养分得以吸收和转化可以被根毛、细菌利用，养分得以吸收和转化( (通气良好的条件下，越大越好通气良好的条件下，越大越好) )。（3 3）通气孔）通气孔 a a水吸力水吸力(KPa) : 150(KPa) : 150 b b孔径孔径(mm): 0.02(mm): 0.2 0.2 粗孔粗孔 根系可伸入，串插，此通气孔隙的数量和大小是根系可伸入，串插，此通气孔隙的

24、数量和大小是决定土壤通气和渗水性好坏的重要因素之一。决定土壤通气和渗水性好坏的重要因素之一。 植物所需通气不得低于植物所需通气不得低于810% 810% ，1020%1020%最佳最佳 3. 3. 各级孔隙大小各级孔隙大小 非活性孔非活性孔(%)=(%)=凋萎含水量凋萎含水量(%)(%)容重容重 毛管孔毛管孔(%)=(%)=田间持水量田间持水量(%)(%)容重容重- -非活性孔非活性孔(%)(%) 通气孔通气孔(%)=(%)=(最大持水量最大持水量- -田间持水量田间持水量) )容重容重四、各级孔隙在土体中的分布：四、各级孔隙在土体中的分布： 土壤肥力和植物生长与各级孔隙在土体中的土壤肥力和植

25、物生长与各级孔隙在土体中的垂垂直分布直接相关直分布直接相关 1. 1. 上虚下实型上虚下实型( (蒙金土蒙金土) ) ：020cm 020cm 质地较轻，通气孔隙适当，非活性质地较轻，通气孔隙适当，非活性孔少，通气透气好孔少，通气透气好2040cm 2040cm 质地较重，毛管孔隙占优势，非活质地较重，毛管孔隙占优势，非活性孔占一定比例，保肥性好。性孔占一定比例，保肥性好。 2. 2. 上实下虚型上实下虚型( (倒蒙金土倒蒙金土) ) ：五、影响孔性的因素五、影响孔性的因素 1. 1. 有机质含量；有机质含量； 2. 2. 土壤质地；土壤质地； 3. 3. 土粒排列方式；土粒排列方式； 4.

26、4. 土壤的结构；土壤的结构； 5. 5. 耕作、灌溉、降雨、施肥等耕作、灌溉、降雨、施肥等第四节 土壤耕作的概念及其基本操作 一、耕作 1、概念：耕作是在作物种植以前，或在作物生长期间，为了改善植物生长条件而对土壤进行的机械加工。耕作的基本目的主要有三个方面：（1）改良土壤结构，（2）把作物残茬和有机肥料掩埋并掺和到土壤中去，（3）控制杂草或其它不需要的植株。2、耕作的基本作业、耕作的基本作业1）、犁地2）整地3）中耕4）其它耕作作业其它耕作作业 一：土壤力学性质一：土壤力学性质1、土壤粘结性 力学本质：范德华力、氢键、库仑力、水膜表面张力。粘结性的影响因素粘结性的影响因素 ：1）土壤比面及其影响因素 2）土壤含水量表表121 各种土壤的粘结力各种土壤的粘结力 及对铁片的粘着力及对铁片的粘着力 (Schubler)土 壤干土的相对粘结力(以灰色纯粘土作为100)湿土对铁片的粘着力(磅/英尺2) 1.硅质纯砂土 2.腐殖质 3.菜园土 4.砂粘土 5.壤粘土 6.灰色纯粘土0.08.77.657.368.8100.03.88.86.47.910.617.22、土壤粘着性、土壤粘着性 3、土壤塑性、土壤塑性 塑性塑性是指土壤在外力的作用下变形，当外力撤消后仍