土壤的孔性、结构性和耕性

1、第五章第五章 土壤的孔性、结构性和耕性 教学目标教学目标：1、 掌握土壤掌握土壤孔性孔性相关的概念、相关的概念、孔隙类型孔隙类型；2、 土壤土壤孔性评价标准孔性评价标准与调控与调控3、了解了解土壤的结构体的土壤的结构体的种类种类4、了解了解团粒结构团粒结构形成掌握其与形成掌握其与肥力的关系肥力的关系5、学习土壤学习土壤耕性耕性与与土壤物理机械性等土壤物理机械性等（概念）（概念）第一节第一节 土壤孔性土壤孔性第三节第三节 土壤耕性土壤耕性第二节第二节 土壤结构性土壤结构性目目 录录第一节第一节 土壤孔性土壤孔性1、土壤孔隙度的概念及计算2、土壤密度和容重3、土壤孔隙度的分级4、土壤孔性的评价及其

2、影响因子一、土壤孔隙度概念及计算一、土壤孔隙度概念及计算小小 孔孔 隙隙大大 孔孔 隙隙 土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率，称为固相率、液相率和气相率。，称为固相率、液相率和气相率。 三者之比即是土壤三者之比即是土壤三相组成三相组成%100%100%100土体容积空气容积气相率土体容积水容积液相率土体容积固相容积固相率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。 孔隙度孔隙度1固相率固相率 液相率气相率液相率气相率 孔隙比孔隙容积土粒容积3、适宜的土壤三相比为： 固相率

3、50%左右， 容积含水率25-30%， 气相率15-25%。砂土砂土 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。4、总孔度的范围、总孔度的范围 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。 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） 二、土壤的密度和容重二、土壤的密度和容重 （一）土壤密度

4、（一）土壤密度 1、土壤密度：单位容积固体土粒、土壤密度：单位容积固体土粒(不包括粒间孔隙的容积不包括粒间孔隙的容积)的质的质量（实用上量（实用上 多以重量代替，克多以重量代替，克/厘米厘米3）。）。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2.60 2.682.54 2.572.62 2.762.77 2.882.70 3.102.85 3.573.15 3.903.60 4.10赤 铁 矿磁 铁 矿三 水 铝 石高 岭 石蒙 皂 石伊 利 石腐 殖 质4.90 5.305.03 5.182.

5、30 2.402.61 2.682.53 2.742.60 2.901.40 1.80 2、土壤比重、土壤比重：单位体积的固体土粒的重量与同体积水 的重量之比。无量纲。数值与土壤密度相等。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，在机械分析中计算各级土粒的沉降速率时，往往采用级土粒的沉降速率时，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。表 42 一种森林土

6、壤表层各级土粒的密度粒级（粒径毫米）腐殖质（克/千克)密度(克/厘米3)全土样0.100.050.050.010.010.0050.0050.0010.00129.504.314.853.764.22.622.662.662.622.592.591、土壤容重、土壤容重 田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质量或重量粒和孔隙）的质量或重量(克克/厘米厘米3或吨或吨/米米3）。）。 曾称土壤假比重。曾称土壤假比重。 它的数值总是小于土壤密度，两者的质量均以它的数值总是小于土壤密度，两者的质量均以105110下烘干土计。下烘干土计。 单位容积原状土

7、壤（包括孔隙）的质量。单位容积原状土壤（包括孔隙）的质量。 （二）土壤容重（二）土壤容重 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, , 夯实的土壤容重则可高达夯实的土壤容重则可高达1.8-2.01.8-2.0克克/ /厘米厘米3 32、土壤容重的用处、土壤容重的用处： （1）计算土壤孔隙度）计算土壤孔隙度 根据实测土壤的容重与密度，按下式根据实测土壤的容重与密度，按下式计算：计算：密度容重孔隙度1（2）计算工程土方量）计算工程土方量 （3）估算各种土壤成分储量）估算各种土壤成分储量 （4）计算土壤储水量及灌水（或排水）定额）计算土壤储水

8、量及灌水（或排水）定额 3、影响容重值的因素、影响容重值的因素 o 质地质地o 结构结构o 有机质含量有机质含量o 各种自然因素各种自然因素o 人工管理措施人工管理措施1.1.非活性孔隙非活性孔隙：当量孔径 0.02 mm的孔隙, 其中 0.2 mm的粗孔植物的细根可伸入其中；0.2-0.02 mm的中孔是原生动物、真菌和根毛的栖身地。 4.适宜的孔隙状况： 耕层土壤（015cm）的总孔隙度为5060%，其中通气孔隙度为1520%； 底层土壤（1530 cm）分别为50%和10%。（一）孔性评价（一）孔性评价1、总孔度适宜，一般、总孔度适宜，一般旱地土壤旱地土壤，总孔隙度应，总孔隙度应 50%

9、或稍高或稍高因此，在评价其生产意义时，因此，在评价其生产意义时，孔隙分布比孔隙度孔隙分布比孔隙度更为重要更为重要2、各级孔隙搭配适宜，、各级孔隙搭配适宜， 50%总孔隙度前提下，空气孔隙度总孔隙度前提下，空气孔隙度10%，一般为，一般为15-20% 无效孔隙尽量减少，毛管孔隙尽量增加。这样的孔隙分布无效孔隙尽量减少，毛管孔隙尽量增加。这样的孔隙分布 才能保证作物正常生长发育才能保证作物正常生长发育3、上虚下实，上粗下细，、上虚下实，上粗下细，保水保肥、托水托肥保水保肥、托水托肥四、土壤孔性的评价及影响因子土壤孔性与作物生长土壤孔性与作物生长 适于作物生长发育的土壤孔性指标适于作物生长发育的土壤

10、孔性指标 孔度孔度 通气孔度通气孔度旱地旱地 50-56% 8-10%（15-20更好）更好） 土体内土体内 上虚下实上虚下实 30cm耕层：耕层： 上部（上部（0-15cm）55% 15-20% 下部（下部（15-30 cm）50% 10%上虚上虚：有利于通气，透水和种子萌发破土：有利于通气，透水和种子萌发破土下实下实：有利于保水肥和扎根：有利于保水肥和扎根1土壤质地（二）影响孔性的因素（二）影响孔性的因素质质 地地比比 重重容容 重重孔孔 隙隙 度度无无 效效 孔孔隙隙 度度毛毛 管管 孔孔孔孔 隙隙 度度无无 效效 孔孔隙隙 度度 +毛毛 管管 孔孔隙隙 度度空空 气气 孔孔隙隙 度度紧

11、紧 砂砂 土土2 .6 9 2 .7 31 .4 5 1 .6 03 8 4 63 6 4 02 8砂砂 壤壤 土土2 .6 9 2 .7 21 .3 7 1 .5 44 6 5 04 73 3 4 24 0 4 62 8轻轻 壤壤 土土2 .7 0 2 .7 41 .4 0 1 .5 24 3 4 95 1 03 0 4 14 0 4 62 6中中 壤壤 土土2 .7 0 2 .7 41 .4 0 1 .5 54 3 4 96 1 22 8 4 04 0 4 63 7重重 壤壤 土土2 .7 0 2 .7 41 .3 8 1 .5 44 3 4 97 1 52 5 3 94 0 4 62 5

12、轻轻 粘粘 土土2 .7 3 2 .7 81 .3 5 1 .4 44 8 5 21 53 0 3 74 5 5 21 4中中 粘粘 土土2 .7 3 2 .7 81 .3 0 1 .4 54 8 5 21 4 1 92 6 3 64 5 5 22 6重重 粘粘 土土2 .7 3 2 .7 81 .3 2 1 .4 04 8 5 24 8 5 20 4砂：孔度小（砂：孔度小（38-46%），均一，大孔隙居多。），均一，大孔隙居多。粘：孔度大，孔径均一，以毛管孔和非毛管孔为主粘：孔度大，孔径均一，以毛管孔和非毛管孔为主壤：孔度居中（壤：孔度居中（43-50%）孔径分布适中。）孔径分布适中。2土粒

13、排列方式理想土壤理想土壤：假定全部土粒都是大小相等的刚性光滑球体，：假定全部土粒都是大小相等的刚性光滑球体，当球体呈松排列时其孔隙度为当球体呈松排列时其孔隙度为47.64, 紧排列时则孔隙度紧排列时则孔隙度为为25.95球形土粒的松紧排列球形土粒的松紧排列真实土壤真实土壤：镶嵌；土团、根孔、虫孔以及裂隙的存在：镶嵌；土团、根孔、虫孔以及裂隙的存在3土壤结构土壤孔隙状况与土粒的团聚土壤孔隙状况与土粒的团聚1.单粒单粒 2.一级团聚一级团聚 3.二级团聚二级团聚 4.三级团聚三级团聚孔隙度增加的顺序为：孔隙度增加的顺序为：26.64559 704 4土壤管理土壤管理深耕深耕1米对土壤松紧和孔隙的改

14、善状况米对土壤松紧和孔隙的改善状况取取样样深深度度 容容重重(%) 孔孔隙隙度度(%) 空空气气孔孔隙隙(%)(cm) 深深耕耕前前 播播种种前前* 深深耕耕前前 播播种种前前 深深耕耕前前 播播种种前前 015 1.28 1.31 52.3 51.2 14.32 12.203045 1.42 1.34 47.7 50.7 6.5 11.36080 1.40 1.28 48.8 53.2 4.5 14.180100 1.44 1.28 46.9 52.1 5.8 10.4100120 1.53 44.0 3.9 *即即深深耕耕后后5 5土壤有机质含量土壤有机质含量有机物质本身疏松多孔，又能促进

15、土壤良好结构的形成有机物质本身疏松多孔，又能促进土壤良好结构的形成 （三）土壤孔性调节（三）土壤孔性调节1、改良土壤质地状况、改良土壤质地状况2、建立良好的土壤结构体、建立良好的土壤结构体3、增施有机肥料、种植绿肥、增施有机肥料、种植绿肥4、加强土壤有效管理、加强土壤有效管理 增施增施22.5t/hm2有机肥，总孔隙度有机肥，总孔隙度35.4%上升为上升为38.7% 毛管孔隙度毛管孔隙度23.4%上升为上升为28.7% 林地土壤管理，林地土壤管理，土内爆破松土土内爆破松土 新垦林地较次生稀疏灌丛林地土壤容重下降新垦林地较次生稀疏灌丛林地土壤容重下降0.14g /cm3总孔隙度、毛管孔隙度分别提

16、高了总孔隙度、毛管孔隙度分别提高了2.79%和和1.29% 第二节第二节 土壤结构性土壤结构性一、概念二、土壤结构体的类型三、土壤结构的形成因素四、土壤结构与土壤侵蚀的关系五、土壤结构性评价六、土壤结构与土壤肥力七 、土壤结构的改良第二节第二节 土壤结构土壤结构土粒的排列方式土粒的排列方式二、土壤结构类型根据土壤结构体的形状： 块状、核状、粒状、团粒、柱状（棱柱状、柱状）、片状、板状。 土壤结构体土壤结构体1、块状结构体：（1 1）长、宽、高大体相似，无）长、宽、高大体相似，无明显的棱角。明显的棱角。（2 2）直径）直径10cm10cm的为大块状；的为大块状；5cm5cm的为碎块状；的为碎块状

17、；5-10cm5-10cm的为的为块状，北方群众称作块状，北方群众称作“土坷土坷垃垃”。（3 3）有机物质缺乏、质地粘重）有机物质缺乏、质地粘重（中壤质以上）的土壤表层。（中壤质以上）的土壤表层。 （一）不良结构：2 2、核状结构体：、核状结构体： （1 1）长、宽、高大体相似，有明显）长、宽、高大体相似，有明显的棱角。的棱角。（2 2）直径为）直径为10-20cm10-20cm，群众叫它，群众叫它“蒜瓣土蒜瓣土”、“鸡粪土鸡粪土”。（3 3）有机物质缺乏、质地粘重（中）有机物质缺乏、质地粘重（中壤质以上）的土壤下层。壤质以上）的土壤下层。（4 4）坚硬而泡水不散，在土壤团聚）坚硬而泡水不散，

18、在土壤团聚体分析时，易被误认为是水稳性团聚体分析时，易被误认为是水稳性团聚体，但它不具备多孔特性。体，但它不具备多孔特性。 3、片状结构体：（1）结构体呈扁平状，农民叫它“卧土”。（2）由于流水沉积或某些机械压力所造成。（3）耕作土壤的犁底层。（4）土壤有机物质贫乏。灰化土的灰化层是典型的片状结构 棱柱状结构是在干湿交替频繁的情况下所形成的。4、柱状结构体：（1）圆柱状：也称为拟柱状，棱角不很明显，主要发生在碱化层中，成为碱土的特征结构。（2）棱柱状结构：属于干旱半干旱地区的一种土壤结构类型团粒状结构最理想的结构（二）良好结构单个土粒单个土粒团聚体团聚体微团粒微团粒第一阶段：第一阶段：单粒（或

19、粘单粒（或粘粒）形成初级复粒或致粒）形成初级复粒或致密的微团聚粒。稳定性密的微团聚粒。稳定性差，易分散。差，易分散。 第二阶段：第二阶段：各种胶结物各种胶结物质或外力作用，使初级质或外力作用，使初级复粒进一步相互逐级粘复粒进一步相互逐级粘合、胶结、团聚，依次合、胶结、团聚，依次形成第二级、第三形成第二级、第三级级，再经多次聚合，再经多次聚合，最终成为大小形状不同最终成为大小形状不同的团粒结构体。的团粒结构体。团粒结构在土壤肥力上的意义o 小水库 团粒结构的小水库作用主要表现为透水性好，可接纳大量雨水和灌溉水，而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。 o 小肥料库 团粒结构表面为好气作用，有

20、利于有机质的矿质化，释放养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。 o 空气走廊 空气走廊作用是由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通。 三、土壤结构形成的因素1 1、阳离子：、阳离子： 2 2、水膜的粘结作用、水膜的粘结作用 土粒在水膜的作用下，粘结在一起形成土团。在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起。但必须指出，水膜粘结作用形成的土团是没有水稳性的，水分增多，会造成土粒分散。 土粒土粒土粒土粒土粒土粒Ca2+腐腐 殖殖 质质土粒土粒土粒土粒土粒土粒Fe2+腐腐 殖殖 质质Fe3+Al3+3 3、其他胶结物质、其他胶结物质 （1）简单的无机胶体 土壤中的Fe2O

21、3xH20、Al2O3Y H20、SiO2Z H20等，常以胶膜形态包被在一起。（2）粘粒 粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强。 （3）有机质 土壤中的腐殖质、多醣类、蛋白质、木质素以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。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（三）外力的推动作用（三）外力的推动作用 主要是促使较大土壤颗粒破碎成细小主要是促使较大土壤颗粒破碎成细小颗粒，同时促进小颗粒之间的粘结。颗粒，同时促进小颗粒之间的粘结。起外力推动作用的因素有三个方面：起外力推动作用的因素有三个方面： 1 1、土壤生物：、土壤生物：根系的生长（穿插、挤压、分根系的生长（穿插、挤压、分泌物及

22、根际微生物）、动物的活动；泌物及根际微生物）、动物的活动；2 2、大气变化、大气变化：干湿、冻融交替；：干湿、冻融交替；3 3、人为活动：、人为活动：耕作、施肥。耕作、施肥。四、土壤结构和土壤侵蚀及生态环境关系黄土高原沙漠五、土壤结构性的评价2.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，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。五、土壤结构性的评价 机械稳定性：抵抗机械压碎的能力；如耕 作；可通过人工结构改良剂增加稳定性 。 生物稳定性：抵抗微生物分解的能力。 水稳定性：结构体浸水后不易分散的性能。 4、土壤胀缩性 土壤干时收缩，湿时膨胀的特性。 影响因素 o （1）阳离子 当土壤胶体被强烈解离的阳离子（如钠）饱和时，膨胀性最强，如交换性Na+被Ca2+置换则膨胀性变弱。各种阳离子对膨胀的作用次序如下。 o （2）土壤质地 土壤质地愈粘重，即粘粒含量愈高，尤其是扩展型粘粒矿物（蒙脱石、蛭石等）含量愈高，则胀缩性愈强。 表表4 6 土土壤壤耕耕性性与与土土壤壤结结持持状状态态 土土壤壤水水分分含含