第2章土壤物理性质与过程-1-2014

1、土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程12015-03-13郭笑彤植物营养与土壤肥料学植物营养与土壤肥料学地球陆地表面能够生长植物的疏松、多孔、结构表层。土壤 (soil)土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤的物理性质：构成土壤的物质组成、形态、以及土壤三相物质（固、液、气）的存在状态与关系土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤中的物理过程：土壤中各相内部、三相之间以及土壤与其环境（植物、大气、地下和地表水）的物质和能量交换过程土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程66土壤的质地与结构土壤的质地与结构62014-09-03郭笑彤土壤的物

2、理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤三相关系土壤三相关系WAWWWAAAAMt Vt 土壤基质Ms Vs土壤溶液 (Mw Vw)土壤空气 (Ma Va)Vp -50%土壤基质：土壤基质：土壤的固体部分，它是保持和传导物质（水、土壤的固体部分，它是保持和传导物质（水、 空气、溶质）和能量（热量）的介质。空气、溶质）和能量（热量）的介质。它的它的 作用主要取决于比表面积和孔隙状况。作用主要取决于比表面积和孔隙状况。 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤三相关系土壤三相关系土粒密度土粒密度 s (soil particle density)：单位容积土粒的单位容积土粒的质量质量 (不包括孔隙

3、体积不包括孔隙体积)矿质土壤土粒密度：矿质土壤土粒密度：2.65g/cm3表 6.1 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 2.602.76 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 1.401.80 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤容重土壤容重b (soil bulk density)：田间自然垒结状态：田间自然垒结状态下单位容积的原状土壤的干重。下单位容积的原状土壤的干重。(包括孔隙体积包括孔隙体积) 土壤三相关系

4、土壤三相关系WAWWWAAAAb=Ms/Vt=Ms/(Vs+Va+Vw)土壤基质Ms Vs土壤溶液 (Mw Vw)土壤空气 (Ma Va)当Vs=Va+Vw,， b=1.35g/cm3土壤容重值多介于土壤容重值多介于1.0-1.51.0-1.5克克/ /厘米厘米3 3范围内范围内, ,夯实的土壤容重夯实的土壤容重则可高达则可高达1.8-2.01.8-2.0克克/ /厘米厘米3 3土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤容重的作用：土壤容重的作用：*判断土壤松紧状况，分析其对土壤肥力和植物根判断土壤松紧状况，分析其对土壤肥力和植物根系发育的影响系发育的影响*计算土壤质量计算土壤质量*计算土壤

5、各组分的数量计算土壤各组分的数量土壤三相关系土壤三相关系土壤土粒的排列方式、质地、结构、紧实度等内部因素土壤土粒的排列方式、质地、结构、紧实度等内部因素&降降水、耕作、施肥、灌溉等农业技术措施均可影响土壤容重水、耕作、施肥、灌溉等农业技术措施均可影响土壤容重土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤孔隙（porosity)土壤孔隙度（土壤孔隙度（f0): 单位土壤总容积中的孔隙容积单位土壤总容积中的孔隙容积(农业农业&土壤物理土壤物理)土壤三相关系土壤三相关系土壤基质Ms Vs土壤溶液 (Mw Vw)土壤空气 (Ma Va)Pore spaceSolidsVtPore spa

6、ceVtPore spaceSolidssbbsssbststMMMVVVf1)-(-0一土壤孔隙比土壤孔隙比 (e): 土壤中孔隙的容积与土壤固相容积的比值（土工土壤中孔隙的容积与土壤固相容积的比值（土工&土力）土力）swaVVVe)1(00ffe)1(00fef土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程2.固相率 由实测的土壤密度和土壤容重计算之。twbmVVv3.液相率 先计算土壤的质量含水量，然后计算土壤的容积含水量。 1.气相率 由土壤孔隙度减去容积含水率即可得。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%。土壤三相比的计算土壤三相比的计算

7、sbf一10固相率=1-孔隙度=容重/密度土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤颗粒土壤颗粒土壤颗粒土壤颗粒(soil particle):是指在岩石、矿物的风化过程及土壤成土是指在岩石、矿物的风化过程及土壤成土过程中形成的碎屑物质，它是构成土壤固相基本组成。过程中形成的碎屑物质，它是构成土壤固相基本组成。主要是矿物质主要是矿物质颗粒和有机颗粒。颗粒和有机颗粒。矿质颗粒矿质颗粒有机颗粒有机颗粒土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程单粒：土壤学上不再细分的土粒。（外形不规则）单粒：土壤学上不再细分的土粒。（外形不规则）土壤颗粒类型土壤颗粒类型复粒：复粒： 多个单个土粒相互聚集形成的。多个

8、单个土粒相互聚集形成的。土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤颗粒大小土壤颗粒大小显微镜下的沙粒如何确定土壤颗粒大小？土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程当量粒径（有效粒径）当量粒径（有效粒径）与某粒级土壤沉降速率相同的圆球直径，代表土壤颗粒大小与某粒级土壤沉降速率相同的圆球直径，代表土壤颗粒大小土壤颗粒大小土壤颗粒大小土壤颗粒沉降速率土壤颗粒沉降速率土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤颗粒分级土壤颗粒分级土粒名称土粒名称大小范围（大小范围（mm)中国制中国制国际制国际制石砾 stone 3132沙粒sand10.0520.02粉粒silt0.050.0020.010.002

9、黏粒clay0.0020.002土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程v土粒相对大小的比较土粒相对大小的比较矿物组成矿物组成石砾、砂粒：原生矿物为主，石英、长石石砾、砂粒：原生矿物为主，石英、长石粉粒：石英粉粒：石英 + +原生硅酸盐矿物原生硅酸盐矿物粘粒：次生硅酸盐矿物粘粒：次生硅酸盐矿物 Si、Fe、Al氧化物氧化物土壤颗粒特性土壤颗粒特性土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程20 石英石英长石斜长石粘膜粘膜石英长石土壤颗粒特性土壤颗粒特性辉石晶体(d 1m )石墨晶体(d 0.1m )金刚石晶体(d 0.0015m )土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程化学组成化学组成元素种类：

10、几乎涵盖地壳中所有元素；元素种类：几乎涵盖地壳中所有元素；O、Fe、Si、Al四种元素占的比例最大四种元素占的比例最大氧化物：氧化物：SiO2、Al2O3、Fe2O3占土壤矿物质的四占土壤矿物质的四分之三分之三土壤颗粒特性土壤颗粒特性土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤各粒级的化学组成（阿捷列辛，1974）土壤颗粒特性土壤颗粒特性土粒越粗，土粒越粗， SiO2含量越高，养分含量越低含量越高，养分含量越低土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程比表面积是指单位质量物料所具有的总面积土壤颗粒特性土壤颗粒特性土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤颗粒组成土壤土壤颗粒组成土壤土壤的物理性

11、质与过程土壤的物理性质与过程土壤质地土壤质地土壤质地(soil texture)：土壤中各粒级土粒占土壤重量的百分数。依据土壤机械组成分析确定。土壤机械组成分析(soil particle analysis)：根据土壤机械组成分析，分别计算其各粒级的相对含量，即为机械组成（或称颗粒组成）。机械组成分析常用于土壤比表面积估算、确定土壤质地和土壤结构性评价。通透、保蓄、耕性能力土壤肥力&植物适应力激光粒度仪土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程国际制国际制土壤质地分类土壤质地分类分类依据：黏粒含量沙土类 0.01mm)和物理性粘粒和物理性粘粒(0.01mm)的含量的含量百分率划分为砂土类

12、、壤土类和粘土类百分率划分为砂土类、壤土类和粘土类我国分类：砂土，壤土，粘土我国分类：砂土，壤土，粘土以细黏粒为划分标准；不能构成三角质地图；无法反应黏质以细黏粒为划分标准；不能构成三角质地图；无法反应黏质土受粗粉质的影响状况土受粗粉质的影响状况土壤质地分类土壤质地分类土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程沙质土粘质土壤质土土壤质地分类土壤质地分类土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程水分和养分的储量。水分和养分的储量。水分通过土壤的速度。水分通过土壤的速度。 土壤过滤性如何。土壤过滤性如何。 土壤将形成怎样的结构。土壤将形成怎样的结构。土壤中有多少空间。土壤中有多少空间。 何种生物生活在

13、土壤中。何种生物生活在土壤中。 何种植物生活的较好。何种植物生活的较好。 根系能到达何种深度。根系能到达何种深度。 土壤的母质如何。土壤的母质如何。通过了解土壤质地我们能知道什么？通过了解土壤质地我们能知道什么？土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程不同土壤质地的生产性状不同土壤质地的生产性状土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程(1)通透性差。通透性差。(2)保蓄性强保蓄性强 。吸水、持水、保水、保肥性能好，吸水、持水、保水、保肥性能好，但肥效缓慢但肥效缓慢。(3)养分含量丰富。养分含量丰富。潜在养分贮量丰富。潜在养分贮量丰富。但养分转化速度慢。但养分转化速度慢。(4)土温变幅小土温变幅

14、小。土水分含量高，空气相对少，地温上升下降均缓慢，尤其土水分含量高，空气相对少，地温上升下降均缓慢，尤其在早春，不易回升，冷性土。在早春，不易回升，冷性土。(5)耕性差。耕性差。 土壤的粘结性、粘着性、可塑性，湿涨性强，耕作阻力大，耕土壤的粘结性、粘着性、可塑性，湿涨性强，耕作阻力大，耕作质量差，易起土坷垃或土垡，宜耕期也短。作质量差，易起土坷垃或土垡，宜耕期也短。(6)有毒物质多。有毒物质多。容易积累容易积累H2S、H3P、CH4等等, 危害作物的根系。危害作物的根系。(7)发老苗不发小苗。发老苗不发小苗。春季土温低，造成出苗不全、出苗晚、长势弱，缺苗春季土温低，造成出苗不全、出苗晚、长势弱

15、，缺苗断垄现象严重；作物后期水热条件合适，易出现徒长、贪青晚熟。断垄现象严重；作物后期水热条件合适，易出现徒长、贪青晚熟。粘质土的性质粘质土的性质土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤质地层次性及其评价土壤质地层次性及其评价 土壤不同质地层次在土体中的排列状况土壤不同质地层次在土体中的排列状况 。土壤质地剖面类型：土壤质地剖面类型：通体一致通体一致土壤质地剖面土壤质地剖面质地层次分明质地层次分明土壤质地层次性的原因：土壤质地层次性的原因：母质本身原有的层次性母质本身原有的层次性 成土过程中形成的层次性成土过程中形成的层次性 长期耕作形成的层次性长期耕作形成的层次性 土壤的物理性质与过程土

16、壤的物理性质与过程铁磐土壤质地剖面土壤质地剖面土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤质地层次评价土壤质地层次评价 表层以下心土层和底土层的质地表层以下心土层和底土层的质地, , 有无障碍层次及有无障碍层次及它们的深度和厚度。它们的深度和厚度。不同作物品种对土壤质地的适应性不同不同作物品种对土壤质地的适应性不同土壤所处的环境条件土壤所处的环境条件水地、旱地的差别水地、旱地的差别 土壤质地层次性及其评价土壤质地层次性及其评价 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程掺砂掺粘，客土调剂掺砂掺粘，客土调剂翻淤压砂或翻砂压淤翻淤压砂或翻砂压淤 引洪漫淤或引洪漫砂引洪漫淤或引洪漫砂增施有机肥，改良土

17、性增施有机肥，改良土性土壤结构改良剂土壤结构改良剂 种树种草，培肥改土种树种草，培肥改土因土制宜因土制宜, , 加强管理加强管理 不良土壤质地的改良不良土壤质地的改良土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤结构：土壤结构：土粒（单粒或复土粒（单粒或复粒）的排列、组合、相互黏粒）的排列、组合、相互黏结的形式。结的形式。土壤结构体：土壤结构体：土粒（单粒或土粒（单粒或复粒）互相排列和团聚成为复粒）互相排列和团聚成为一定形状和大小的土块或土一定形状和大小的土块或土团。团。土壤结构性：土壤结构性：土壤结构体种土壤结构体种类、数量、及结构内外的孔类、数量、及结构内外的孔隙状况等产生的综合性质隙状况等

18、产生的综合性质土壤结构土壤结构土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程片状结构体片状结构体(platy structure)：横轴远大于纵轴，呈横轴远大于纵轴，呈薄片状薄片状 土壤结构体土壤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，使土粒粘结成坚实紧地土壤中，由于长期耕作受压，使土粒粘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密的薄土片，成层排列，这就是通常所说的犁底层 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤结构体土壤结构体物理结皮物理结皮生物结皮生物结皮土壤板结土壤板结适时中耕适时中耕土壤的

19、物理性质与过程土壤的物理性质与过程块状结构体块状结构体(blocky structure) :属于立方体型。长、属于立方体型。长、宽、高三轴大体相等，边面一般不明显，外形不规则，结构宽、高三轴大体相等，边面一般不明显，外形不规则，结构体内部紧实。体内部紧实。 土壤结构体土壤结构体表层：形成较大的空洞，加速了土壤水分丢失，表层：形成较大的空洞，加速了土壤水分丢失，漏风跑墒。漏风跑墒。 表层：形成较大的空洞，加速了土壤水分丢失，表层：形成较大的空洞，加速了土壤水分丢失，漏风跑墒，漏风跑墒，还会压苗，使幼苗不能顺利出土还会压苗，使幼苗不能顺利出土。 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程（棱）（棱

20、）柱状结构体柱状结构体: :纵轴大于横轴成直立型。纵轴大于横轴成直立型。 土壤结构体土壤结构体坚硬紧实，内部无效孔隙占优势，外表常有铁铝胶膜包被，根系坚硬紧实，内部无效孔隙占优势，外表常有铁铝胶膜包被，根系难以伸入，通气不良，微生物活动微弱。结构体之间常出现大裂难以伸入，通气不良，微生物活动微弱。结构体之间常出现大裂缝，造成漏水漏肥。缝，造成漏水漏肥。 逐步深耕逐步深耕& &大量施用有机肥大量施用有机肥土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体. . 总孔隙度小，非活性孔隙多，结构体之间大的通总孔隙度小，非活

21、性孔隙多，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系难穿扎，干裂时常扯断根系。不良土壤结构体不良土壤结构体良好土壤结构体是什么？！良好土壤结构体是什么？！土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程良好土壤结构体良好土壤结构体 团粒结构体团粒结构体(granular aggregate)：指在腐殖质的作指在腐殖质的作用下形成近似球形较疏松多孔的小土团，直径为用下形成近似球形较疏松多孔的小土团，直径为0.2510mm之间之间 符合农业生产要求的良好土壤结构体！符合农业生产要求的良好土壤结构体！土壤的物理性质与过程土壤的

22、物理性质与过程团粒结构体总孔团粒结构体总孔隙度大，且内部隙度大，且内部有多级大量的大有多级大量的大小孔隙，团粒之小孔隙，团粒之间排列疏松，大间排列疏松，大孔隙较多，兼有孔隙较多，兼有蓄水和通气的双蓄水和通气的双重作用。重作用。良好土壤结构体良好土壤结构体 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤团聚体的层次性土壤团聚体的层次性单个土粒单个土粒团聚体团聚体微团粒微团粒土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程团粒结构的形成机制团粒结构的形成机制（1 1）胶体的凝聚作用（静电力和分子引力）胶体的凝聚作用（静电力和分子引力）指分散在土壤溶液中的胶粒相互凝聚而从介质中沉降析出的过程。仅在粘粒分散成悬

23、液时起作用，形成粘团。作用机制是降低电动电位到临界值，途径是：改变交换性阳离子组成改变交换性阳离子组成原子价数和水化半径（碱土中施用石膏）原子价数和水化半径（碱土中施用石膏）增加电解质浓度增加电解质浓度（烤田、晒垡、冻垡）（烤田、晒垡、冻垡）（2 2）水膜的粘结作用（静电力和毛管力）水膜的粘结作用（静电力和毛管力）土粒水膜土粒土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程（3）胶结剂的联结作用（化学键，静电力，氢键，物理吸附等）胶结剂的联结作用（化学键，静电力，氢键，物理吸附等）v简单的无机胶体简单的无机胶体v有机胶体有机胶体v钙和其他阳离子的媒介作用钙和其他阳离子的媒介作用土粒土粒土粒土粒土粒土粒

24、Ca2+腐腐殖殖质质土粒土粒土粒土粒土粒土粒Ca2+腐腐殖殖质质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Fe2+腐腐殖殖质质Fe3+Al3+团粒结构的形成机制团粒结构的形成机制土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程砂姜结核土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程（4 4）干湿交替和冻融交替作用）干湿交替和冻融交替作用 （5 5）生物的作用）生物的作用（6 6）土壤耕作）土壤耕作v干湿交替干湿交替胶体物胶体物质的干缩湿胀导致，破质的干缩湿胀导致，破

25、碎土团碎土团v冻融交替冻融交替冰的挤冰的挤压，破碎土团；胶体脱压，破碎土团；胶体脱水凝聚（北方秋耕、冬水凝聚（北方秋耕、冬灌和冬犁晒垡）灌和冬犁晒垡）v分割和挤压作用分割和挤压作用v分泌物和死亡后产分泌物和死亡后产生的多糖和腐殖质的生的多糖和腐殖质的团聚作用团聚作用v真菌、放线菌菌丝真菌、放线菌菌丝的缠绕的缠绕v蚯蚓的加工作用蚯蚓的加工作用v疏松土壤，破除结疏松土壤，破除结皮和板结皮和板结v结合施肥，特别是结合施肥，特别是有机肥，利于发挥胶有机肥，利于发挥胶结剂作用结剂作用v耕作要掌握好宜耕耕作要掌握好宜耕期期团粒结构的形成机制团粒结构的形成机制土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程团粒结构

26、对土壤肥力的调节作用团粒结构对土壤肥力的调节作用* * 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* * 能协调土壤养分的消耗和积累的矛盾能协调土壤养分的消耗和积累的矛盾 * * 稳定土温，调节土壤热状况稳定土温，调节土壤热状况 * * 改善土壤耕性和有利于作物根系伸展改善土壤耕性和有利于作物根系伸展土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程团聚体稳定性团聚体稳定性水稳性水稳性系指浸水后不立即散开。系指浸水后不立即散开。力稳性力稳性指在一定外力作用下不致受到完全破坏。指在一定外力作用下不致受到完全破坏。生物学稳定性生物学稳定性是指结构体抗拒微生物对有机物是指结构体抗拒微生物对有机物质分

27、解、破碎土粒相连结的能力质分解、破碎土粒相连结的能力。 土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程l 土壤颗粒间、土团间、颗粒与土团间不规则的土壤颗粒间、土团间、颗粒与土团间不规则的空间空间. .l 当量孔径当量孔径: :指与一定的土壤水吸力相当的孔径指与一定的土壤水吸力相当的孔径. .土壤孔隙土壤孔隙(soil pore)土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤孔隙土壤孔隙“质质”的差别。的差别。对植物而言，对植物而言，孔隙的粗细孔隙的粗细比例比孔隙度显得比例比孔隙度显得更为重要。因为粗细孔隙对土壤水和空气的更为重要。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。传导

28、、植物根系的穿扎和吸水保水作用不同。土壤孔隙土壤孔隙类型类型不是所有的孔隙都是不是所有的孔隙都是好孔隙！好孔隙！土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程非活性孔隙非活性孔隙( noneffective pore):又叫无效孔、束缚水孔又叫无效孔、束缚水孔或微孔或微孔 。指土壤中最细的孔隙，其当量孔径。指土壤中最细的孔隙，其当量孔径20m （即（即0.02mm），）， 相应相应的土壤水吸力的土壤水吸力=50%=50% 通气孔度通气孔度 10% 10% 尽量多的毛细孔尽量多的毛细孔度，尽量少的无度，尽量少的无效孔度效孔度友情提示：深翻土壤或加深耕层是提高土壤孔隙度的好办法哦！土壤的物理性质与过程土壤的物理性质与过程土壤质地土壤质地 p 轻质地土壤轻质地土壤: : 粗土粒多，土粒所占的容积较大，而孔隙所占容粗土粒多，土粒所占的容积较大，而孔隙所占容积较小，土壤孔隙度不高，空气孔隙度却较高。积较小，土壤孔隙