第五章 土壤的孔性与结构性

1、 爱国守法 明礼诚信 团结友善 勤俭自强 敬业奉献第五章土壤的孔性与结构性土壤的孔性与结构性 5.1 土壤基质中三相物质的关系土壤基质中三相物质的关系5.2 土壤基模的孔隙状况土壤基模的孔隙状况5.3 土壤结构土壤结构 第五章第五章 土壤的孔性与结构性土壤的孔性与结构性 5.1 土壤基模中三相物质的关系土壤基模中三相物质的关系 土壤基模土壤基模是指土壤的固体部分，它是是指土壤的固体部分，它是保持和传导保持和传导物质物质（水、空（水、空气、溶质）和气、溶质）和能量能量（热量）的介质。（热量）的介质。 它的作用主要取决于比表面积和孔隙状况，同时还取决于基模它的作用主要取决于比表面积和孔隙状况，同时

2、还取决于基模中三相物质的比例，特别是水的数量。中三相物质的比例，特别是水的数量。 三相物质比和一些必要的相关基础参数，常用质量或容积为三相物质比和一些必要的相关基础参数，常用质量或容积为基础表达其相互关系。基础表达其相互关系。 土壤基土壤基模模中三相物质中三相物质 5.1.1因此影响土壤比重数值的大小主要决定于各种矿物的比重 土壤比重又称真比重，是指固体土粒的密度与水的密度之比固体土粒的密度与水的密度之比。 表表5-1 土壤中主要矿物的比重土壤中主要矿物的比重 矿物种类 比 重 矿物种类 比 重 石 英 2.65 普通角闪石 3.003.30正长石 2.55 褐铁矿 3.20 斜长石 2.60

3、2.76 方解石 2.71白云母 2.763.00 高岭石 2.60黑云母 2.793.16 腐殖质 1.401.80p土壤的真比重5.1.2空气水b土壤容重（假密度）土壤容重指单位容积土壤容重指单位容积(包括孔隙在内包括孔隙在内)的的原状土壤的干重，单位为原状土壤的干重，单位为g/cm3。严格。严格地讲应称为干容重（以地讲应称为干容重（以b表示）表示）, 其含其含义是干土粒的质量与总容积之比义是干土粒的质量与总容积之比: b = Ms/Vt = Ms/(Vs+Va+Vw) （5.1） 51. 2. 1 判断土壤的松紧程度判断土壤的松紧程度疏松或有团粒结构的土壤容重小,紧实板结的土壤则容重大

4、土壤容重的用途表表5-2 容重、孔隙度与土壤松紧度的关系容重、孔隙度与土壤松紧度的关系松紧程度 容重(g/cm3) 孔隙度()最 松 6松 1.001.14 6056适 合 1.141.26 5652稍 紧 1.261.30 5250紧 1.30 50 51. 2. 2 计算土壤重量计算土壤重量6.67106201.15=1.5108(g)=150(t)=1.5105（kg） 一亩地一亩地20cm厚的土层重量大约厚的土层重量大约30万斤万斤一亩地地面积的耕层厚度为一亩地地面积的耕层厚度为20cm, 容重为容重为1.15 g/cm3, 其总重量为其总重量为:b土壤容重（假密度）5.1.251.

5、2. 3 计算土壤各组分的数量计算土壤各组分的数量 根据土壤容重可以计算：根据土壤容重可以计算：单位面积土壤（一定土层厚度）的水分单位面积土壤（一定土层厚度）的水分单位面积土壤（一定土层厚度）有机质含量单位面积土壤（一定土层厚度）有机质含量单位面积土壤（一定土层厚度）养分和盐分含量单位面积土壤（一定土层厚度）养分和盐分含量作为灌溉排水、养分和盐分平衡计算和施肥的依据作为灌溉排水、养分和盐分平衡计算和施肥的依据 一种是假定等径或不等径球体状土粒按不一种是假定等径或不等径球体状土粒按不同的几何形状或松或紧或小球体镶嵌于大球体同的几何形状或松或紧或小球体镶嵌于大球体孔隙间的规则排列，用几何方法计算孔

6、度。孔隙间的规则排列，用几何方法计算孔度。 另一种途径是目前广泛采用的，即由单位另一种途径是目前广泛采用的，即由单位土壤总容积（土壤总容积（Vt）与土壤固体颗粒容积（）与土壤固体颗粒容积（Vs）的差，再被土壤容积（的差，再被土壤容积（Vt）除，就是孔隙度）除，就是孔隙度（f0）。）。 5.1.3 土壤孔隙度（土壤孔隙度（f0）土壤孔隙是指单位土壤总容积中的孔隙容积，土壤孔隙是指单位土壤总容积中的孔隙容积，一般以百分数表示。一般以百分数表示。 目前计算土壤的孔隙度有两种途径：目前计算土壤的孔隙度有两种途径：pssbstpbbpSbStstMVMVMsMMVVVf;1)(0其中：通过简单的数学运算

7、通过简单的数学运算pbbspststtstpssbstMMVVVVVtVVfMVMV110 5.1.3 土壤孔隙度（土壤孔隙度（f0） 土壤孔隙数量也可用孔隙比来表示，土壤孔隙数量也可用孔隙比来表示，即土壤中孔隙的容积与土壤固相容积，即土壤中孔隙的容积与土壤固相容积，亦即固体颗粒容积（亦即固体颗粒容积（Vs）的比值。）的比值。 5.1.4 土壤孔隙比土壤孔隙比(e)）（6.5)1()5.5()1()4.5(000eefffeVsVVewa(e)与（与（f0）的关系按其定义可简单推知：）的关系按其定义可简单推知：第五章第五章 土壤的孔性与结构性土壤的孔性与结构性 5.1 土壤基模中三相物质的关系

8、土壤基模中三相物质的关系 5.2 土壤基模的孔隙状况土壤基模的孔隙状况土壤基模：是一个极其复杂的多孔体系，由固体土粒和粒间孔隙所组成。土壤孔隙：在土壤中土粒与土粒，土团与土团，土团与土粒(单粒)之间相互支撑，构成弯弯曲曲、粗细不同和形状各异的各种孔洞，通常把这些孔洞称为土壤孔隙。土壤孔隙作用1 ：土壤孔隙是容纳水分和空气的空间，二者瞬时都在变化，互为消长。土壤孔隙作用2：土壤孔隙是土壤中物质和能量贮存和交换的场所，是众多土壤动物和微生物活动的地方，也是植物根系伸展并从土壤中获取水分和养料的介质。土壤基模孔隙状况：通常包括孔隙度(孔隙总量)和孔隙类型(孔隙大小及比例，又叫孔径分布)两个方面。为了

9、满足农作物对水分和空气的需求，有利于根系的伸展和下扎，要求土壤(尤其是耕作层)不仅要有适当的孔隙数量，而且也要有适宜的大小不同孔隙的搭配比例。小小孔孔隙隙大大孔孔隙隙5.2 土壤基模的孔隙状况土壤基模的孔隙状况 5.2.1 土壤孔隙的数量土壤孔隙的数量 5.2.2 土壤孔隙的类型土壤孔隙的类型(孔径分布孔径分布) 5.2.3 影响土壤孔隙状况的因素影响土壤孔隙状况的因素 5.2 土壤基模的孔隙状况土壤基模的孔隙状况 土壤孔隙的数量一般用孔隙度土壤孔隙的数量一般用孔隙度(简称孔简称孔度度)表示。一般用土壤的密度和容重两个参表示。一般用土壤的密度和容重两个参数计算得出。数计算得出。 土壤总容积（土

10、壤总容积（Vt）是土壤中固体颗粒）是土壤中固体颗粒的容积与土壤中各种大小孔隙容积的总和。的容积与土壤中各种大小孔隙容积的总和。5.2.1 土壤孔隙的数量土壤孔隙的数量VwVVVsatpbof 1 一般土壤比重被看做是固定值一般土壤比重被看做是固定值2.65 5.2.1 土壤孔隙的数量土壤孔隙的数量可看出：从pbf 101、土壤孔隙度随着土壤容重的减小而增大，反之减小。、土壤孔隙度随着土壤容重的减小而增大，反之减小。2、一般地说，土壤质地越粗，容重越大，而土壤总孔隙度就小。、一般地说，土壤质地越粗，容重越大，而土壤总孔隙度就小。土壤质地细，容重小，则土壤总孔隙度就大。土壤质地细，容重小，则土壤总

11、孔隙度就大。 土壤质地粗者虽粗孔隙较多，细孔隙少，但土壤总孔隙度小土壤质地粗者虽粗孔隙较多，细孔隙少，但土壤总孔隙度小土壤质地细者虽粗孔隙较少，细孔隙多，但土壤总孔隙度大土壤质地细者虽粗孔隙较少，细孔隙多，但土壤总孔隙度大5.2.2 土壤的孔径分布土壤的孔径分布 土壤的孔隙度或孔隙比，只能说明土壤中固相容积与孔隙容积土壤的孔隙度或孔隙比，只能说明土壤中固相容积与孔隙容积(水和气的水和气的容积之和容积之和)的数量之比，它们并未反映出土壤孔隙的数量之比，它们并未反映出土壤孔隙“质质”的差别。的差别。 对植物而言，孔隙的粗细比例比孔隙度显得更为重要。对植物而言，孔隙的粗细比例比孔隙度显得更为重要。因

12、为粗因为粗细孔隙对土壤水和空气的传导、植物根系的穿扎和吸水保水作用不同。细孔隙对土壤水和空气的传导、植物根系的穿扎和吸水保水作用不同。 一般在团粒结构性较好的土壤中，团粒间是粗孔，团粒内部是细孔，一般在团粒结构性较好的土壤中，团粒间是粗孔，团粒内部是细孔，粗细孔隙搭配合适，对作物生长、微生物活动和耕性有利，它既能调节粗细孔隙搭配合适，对作物生长、微生物活动和耕性有利，它既能调节通气、保水、保温，还能降低黏重土壤的比表面。通气、保水、保温，还能降低黏重土壤的比表面。 E.W Russell在其著作中将孔隙的粗细分成五个等级在其著作中将孔隙的粗细分成五个等级根据不同孔隙对土壤水吸力大小划分以下三种

13、孔径。（根据不同孔隙对土壤水吸力大小划分以下三种孔径。（到目前并不统一到目前并不统一）52. 2. 1 土壤孔隙的类型土壤孔隙的类型 （1）非活性孔隙）非活性孔隙（非活性孔又叫无效孔隙、束缚水孔隙或微孔隙）（非活性孔又叫无效孔隙、束缚水孔隙或微孔隙）当量孔径当量孔径20m （即（即0.02 mm）相应的土壤水吸力相应的土壤水吸力10 cm ） 小块状（小块状（5-10 cm ） 碎块状（碎块状（ 0.5 - 5 cm ） 5.3.2 土壤结构体的类型、特征及其改良土壤结构体的类型、特征及其改良5.3 土壤结构土壤结构53. 2. 2 片状结构体片状结构体 横轴远大于纵轴，呈薄片状。横轴远大于纵

14、轴，呈薄片状。片状结构体常出现在耕作历史较长的水稻土和长期耕深不变的旱地土壤中片状结构体常出现在耕作历史较长的水稻土和长期耕深不变的旱地土壤中 由于长期耕作受压，使土粒黏结成坚实紧密的薄土片，成层排列，这由于长期耕作受压，使土粒黏结成坚实紧密的薄土片，成层排列，这就是通常所说的犁底层。就是通常所说的犁底层。 5.3.2 土壤结构体的类型、特征及其改良土壤结构体的类型、特征及其改良5.3 土壤结构土壤结构53. 2. 3 柱状结构体和棱柱状结构体柱状结构体和棱柱状结构体 纵轴大于横轴成直立型的称：柱状结构体和棱柱状结构体纵轴大于横轴成直立型的称：柱状结构体和棱柱状结构体棱角不明显的叫做圆柱状结构

15、体棱角不明显的叫做圆柱状结构体 棱角明显的叫做棱柱状结构体棱角明显的叫做棱柱状结构体它们大多出现在黏重的底土层，心土层和柱状碱土的碱化层。它们大多出现在黏重的底土层，心土层和柱状碱土的碱化层。 5.3.2 土壤结构体的类型、特征及其改良土壤结构体的类型、特征及其改良5.3 土壤结构土壤结构53. 2. 4 团粒结构体团粒结构体团粒结构是指在腐殖质的作用下形成近似球形较疏松多孔的小土团团粒结构是指在腐殖质的作用下形成近似球形较疏松多孔的小土团团粒：直径为团粒：直径为0.2510 mm之间之间微团粒：直径微团粒：直径静电排斥力静电排斥力5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过

16、程团粒结构形成机制和过程（1）胶体的凝聚作用）胶体的凝聚作用 凝聚原理：范德华引力凝聚原理：范德华引力静电排斥力静电排斥力 粘粒间斥力粘粒间斥力小于粘粒间的小于粘粒间的吸引力吸引力(范德华范德华力力)时，粘粒才时，粘粒才能相互凝聚成能相互凝聚成团。团。 5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程（1）胶体的凝聚作用）胶体的凝聚作用 降低降低电位至临界值有以下两个途径：电位至临界值有以下两个途径： 改变交换性阳离子组成。改变交换性阳离子组成。 同价离子中，其凝聚能力取决于离子的水化半径，水化半径大的同价离子中，其凝聚能力取决于离子的水化半径，水化半径大

17、的离子与黏粒表面的距离大，故凝聚力弱，反之则较强。离子与黏粒表面的距离大，故凝聚力弱，反之则较强。按照各种离子的凝聚能力，排列顺序为：按照各种离子的凝聚能力，排列顺序为： 增加电解质的浓度。增加电解质的浓度。土壤溶液中的电解质浓度土壤溶液中的电解质浓度(c)和胶粒双电层厚度和胶粒双电层厚度(s)的关系为：的关系为：SC1农业生产实践中，采用烤田、晒垡及冻垡等农业生产实践中，采用烤田、晒垡及冻垡等措施，都能起到提高局部土壤溶液电解质浓措施，都能起到提高局部土壤溶液电解质浓度的作用度的作用 Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H+ NH+4 K+ Na+在一价阳离子中水化半径最小5.3 土壤结

18、构土壤结构5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程（1）胶体的凝聚作用）胶体的凝聚作用 （2）水膜的黏结作用）水膜的黏结作用在湿润的土壤中，黏粒表面带的负电荷，可以吸附极性水分子在湿润的土壤中，黏粒表面带的负电荷，可以吸附极性水分子水膜为相邻土粒共有，黏粒之间就通过水膜而联结在一起水膜为相邻土粒共有，黏粒之间就通过水膜而联结在一起 （3）胶结剂的联结作用）胶结剂的联结作用 土壤中的胶结物质种类很多，归纳起来可分五类：土壤中的胶结物质种类很多，归纳起来可分五类： 简单的无机胶体。简单的无机胶体。有机胶体。有机胶体。黏粒。黏粒。土粒表面的胶膜。土粒表面

19、的胶膜。钙和其他阳离子的媒介作用钙和其他阳离子的媒介作用5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程（3）胶结剂的联结作用）胶结剂的联结作用 简单的无机胶体。简单的无机胶体。有机胶体。有机胶体。 此类胶结物质主要有此类胶结物质主要有Fe2O3nH2O、Al2O3nH2O、SiO2nH2O和和MnO2nH2O的水合物等。的水合物等。 凝胶脱水非水稳不可逆北方土壤中，如北方土壤中，如CaCO3、CaSiO3等无机化合物，也能胶结土粒，等无机化合物，也能胶结土粒， 腐殖质、多糖类、蛋白质和木质素等腐殖质、多糖类、蛋白质和木质素等 腐殖质：腐殖质：组微团粒组微

20、团粒(褐腐酸钙团粒褐腐酸钙团粒G1)： Si3OCaOOCCOOCaOSi COOCaO SiSiOCaOOCR5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程（3）胶结剂的联结作用）胶结剂的联结作用 有机胶体。有机胶体。 腐殖质、多糖类、蛋白质和木质素等腐殖质、多糖类、蛋白质和木质素等 腐殖质：腐殖质：组微团粒组微团粒(褐腐酸钙团粒褐腐酸钙团粒G1)：组组(褐腐酸铁团粒褐腐酸铁团粒G2) SiOFe(OH)OOC SiOFe(OH)OOCCOOFe(OH)OSi COOFe(OH)OSi R SiOAl(OH)OOC SiOAl(OH)OOCCOOAl(

21、OH)OSi COOAl(OH)OSi R5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程（3）胶结剂的联结作用）胶结剂的联结作用 有机胶体。有机胶体。 腐殖质、多糖类、蛋白质和木质素等腐殖质、多糖类、蛋白质和木质素等 腐殖质：腐殖质：多糖类：多糖类：蛋白质和木质素：蛋白质和木质素：黏粒黏粒土粒表面的胶膜土粒表面的胶膜钙和其他阳离子的媒介作用钙和其他阳离子的媒介作用5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程（3）胶结剂的联结作用）胶结剂的联结作用 （4）干湿交替和冻融交替作用）干湿交替和冻融交替作用 干湿交替：干

22、湿交替：冻融交替作用：冻融交替作用：（5）生物的作用）生物的作用 土壤动物、微生物的活动及植物根系伸展产生的挤压作用土壤动物、微生物的活动及植物根系伸展产生的挤压作用 （6）土壤耕作）土壤耕作 耕作结合耙、耱等措施耕作结合耙、耱等措施耕作结合施肥耕作结合施肥耕作必须掌握在宜耕期耕作必须掌握在宜耕期5.3 土壤结构土壤结构53. 3. 2 团粒结构形成机制和过程团粒结构形成机制和过程土壤团粒形成的复杂过程有如下几种作用机制：土壤团粒形成的复杂过程有如下几种作用机制：（1）胶体的凝聚作用）胶体的凝聚作用 （2）水膜的黏结作用）水膜的黏结作用 （3）胶结剂的联结作用）胶结剂的联结作用 （4）干湿交替

23、和冻融交替作用）干湿交替和冻融交替作用（5）生物的作用）生物的作用 （6）土壤耕作）土壤耕作 内在作用内在作用外来作用外来作用5.3.4团粒结构体与土壤肥力团粒结构体与土壤肥力5.3 土壤结构土壤结构 生产实践表明，团粒结构在调节土壤肥力的过程中起着良好作用，生产实践表明，团粒结构在调节土壤肥力的过程中起着良好作用，但不同品质的团粒结构体的调节作用有明显的差异。但不同品质的团粒结构体的调节作用有明显的差异。 53. 4. 1 良好团粒结构体具备的条件良好团粒结构体具备的条件 (1)要具有一定结构体形状、大小要具有一定结构体形状、大小 。 旱地一般以直径为旱地一般以直径为0.2510 mm为宜为

24、宜(2)要有多级孔隙要有多级孔隙 (3)要具有一定的稳定性要具有一定的稳定性53. 4. 2 团粒结构对土壤肥力的调节作用团粒结构对土壤肥力的调节作用 (1) 能解调土壤水分与空气的矛盾能解调土壤水分与空气的矛盾53. 4. 2 团粒结构对土壤肥力的调节作用团粒结构对土壤肥力的调节作用5.3 土壤结构土壤结构(1) 能解调土壤水分与空气的矛盾能解调土壤水分与空气的矛盾53. 4. 2 团粒结构对土壤肥力的调节作用团粒结构对土壤肥力的调节作用5.3 土壤结构土壤结构(1) 能解调土壤水分与空气的矛盾能解调土壤水分与空气的矛盾表表5-5 土壤的孔隙渗水系数与孔隙度和孔径的关系土壤的孔隙渗水系数与孔

25、隙度和孔径的关系不同孔隙直径不同孔隙直径(mm)的孔隙渗水系数的孔隙渗水系数孔隙度孔隙度1.0 0.5 0.3 0.1 0.05 0.0130 0.20 0.050 0.018 0.002 0.000 5 0.000 0235 0.30 0.075 0.027 0.003 0.000 75 0.000 03 40 0.50 0.125 0.045 0.005 0.001 25 0.000 05 45 0.70 0.175 0.053 0.007 0.001 75 0.000 07 50 0.90 0.225 0.081 0.009 0.002 25 0.000 09 渗水系数是指单位水压下，单位时间内通过单位面积土壤水的数量，渗水系数是指单位水压下，单位时间内通过单位面积土壤水的数量，单位为单位为cm3/(cm2s)。53. 4. 2 团粒结构对土壤肥力的调节作用团粒结构对土壤肥力的调节作用5.3 土壤结构土壤结构(1) 能解调土壤水分与空气的矛盾能解调土壤水分与空气的矛盾(2) 能协调土壤养分的消耗和积累的矛盾能协调土壤