第三章结构性、孔性、耕性

第三章土壤孔性、结构性和耕性

教学内容：第一节

、土壤孔性第二节、土壤结构性第三节

、土壤耕性

一、土壤孔性是土壤孔隙的数量、孔隙的大小及其比例、以及孔隙在土层中分布情况的综合反映。孔隙的数量决定着土壤中气、液两相的总量，孔隙的大小及其比例决定着气、液两相的比例。第一节土壤孔性土壤孔性——指土壤孔隙的状况土壤中大小、形状不同的复杂孔隙的状况好坏由两方面衡量：①孔隙的量，以孔隙度表示；②孔隙的质，即大小孔隙分配，上下土层分布。孔隙状况必须保证作物对水分和空气的需要，有利于根系的伸展和活动，因此一是要求土壤中孔隙的容积要较多，二是要求大小孔隙的搭配和分布较为恰当。1、土壤孔隙度：单位容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。

土粒容积=

（1—土壤容积

╳）100%

土壤容积

—

土粒容积

=

土壤容积

╳100%

孔隙容积

土壤孔隙度=

土壤容积

╳100%

（一）土壤孔性的数量指标一般沙土孔度30-45%，壤土40-50%，粘土45-60%。孔隙容积

土壤孔隙度=

土壤容积

╳

100%

土壤容积

—土粒容积=

土壤容积

╳

100%

土粒容积=

（1

—土壤容积

╳）

100%

＝1－土壤重量/土粒密度土壤重量/容重×100%＝（1－容重╳）100%

比重

孔隙度=1-孔隙度孔隙容积

土壤孔隙比=

土粒容积

结构良好的耕层土的孔隙比应≥12、孔隙比——指土壤中孔隙容积与土粒容积的比值。(二)土壤孔隙的大小分级—衡量土壤孔隙质量的指标土壤孔隙度只能说明土壤孔隙的数量，还不能说明大小孔隙在土壤中的比例分配，即土壤孔隙的质，因此应对土壤孔隙的大小级别进行研究。土壤孔隙大小形状非常复杂，难以按其真实的孔径来研究，因此提出了当量孔径的概念：1、土壤的当量孔径（又称实效孔径）：指与一定土壤水吸水相当的孔径叫当量孔径。其与孔隙的形状及其均匀性无关，其与土壤水吸力的关系为：用茹林公式计算：

d=当量孔径，单位为mm，T=土壤水吸力,单位为kPa有了这个指标我们就可确定土壤孔隙的大小。2、土壤孔隙的类型（1）非活性孔隙（无效孔隙）（2）毛管孔隙（3）通气孔隙（非毛管孔隙）

土壤最细小的孔隙；当量孔径﹤0.002mm，土壤水吸力＞1.5bar，该类孔隙充满无效水，根毛难以进入，微生物亦难进入，在粘质土壤中此孔较多，板结土壤此孔也较多。（1）非活性孔隙（无效孔隙）（2）毛管孔隙

该孔隙直径d=0.002mm~0.02mm，具毛管作用，土壤水吸力1.5~0.15bar，壤土和结构好的土壤此孔较多。（3）通气孔隙（非毛管孔隙）孔隙直径d＞0.02mm，此类孔隙中的水分可在重力作用下短时间内排出而成为通气孔隙，土壤水吸力＜0.15bar

。（三）影响土壤孔性的因素1、土壤质地2、土壤有机质3、自然因素和土壤管理等

1、土壤质地

粘质土孔隙度45—60%之间，以毛管孔和非活性孔为主；砂质土孔隙度33—45%，通气孔较多；壤质土孔隙度45—52%，有适量通气孔又有较多毛管孔，水气协调，利于作物生长。2、土壤有机质有机质多的土壤易形成团粒结构因而孔度较高。3、自然因素和土壤管理等：

降雨\灌溉、施肥、耕作土壤比重——单位容积（不含粒间孔隙）固体土粒的干重与4℃时同体积水重之比，也称土壤相对密度。

4℃时水的密度为1g.cm-3，土粒密度与土壤比重数值相等，所以土壤比重又常用土壤密度表示；但土壤比重无单位。土粒密度：固体土粒单位体积的重量，单位为g/cm3、t/cm3

。土壤物质组成有差别，土壤比重也就不同。二、土壤比重（土壤相对密度）常用土壤密度值：2.65克/厘米3。土壤比重数值的大小主要与两个因素有关：①土壤矿物组成和含量有关，书上见矿物比重：石英2.65，正长石2.57，高岭石2.6-2.65，蒙脱石2.00-2.20。②与土壤有机质含量有关，表土层有机质含量高，比重小于心土、底土，有机质比重1.2-1.4g/cm3，由于土壤比重差别较小，一般2.6-2.7，通常用2.65作为土壤比重。土壤容重——单位体积自然土壤的重量（干重）称为土壤容重。

单位容积原状土壤（包括孔隙）的干质量单位为g/cm3、t/cm3。三、土壤容重土壤容重与比重的关系：土壤容重一般是比重的一半左右。土壤之间容重差别较大，受五个因素影响：①是土壤的矿物组成和含量有关;②是与土壤有机质含量有关;③与土壤质地有关;④与土壤结构有关;⑤与土壤松紧度有关。

了解了容重的概念后，我们知道容重必须测定方可获得。容重值：砂质土1.2~1.8，粉质土1.0~1.5，容重用处很大，不仅在农业上建筑、筑路、桥梁工程常用，也是十分重要的基本数据：计算孔隙度；判断土壤熟化程度1.1~1.3较疏松，1.5以上紧实；利用它计算土壤重量、水分、养分、盐分含量。

1、已知土壤容重为1.15g/cm3，求亩（666.7m2）耕层0-20cm土壤土重。解：666.7×0.2×1.15=153t=153000kg因此过去常说每亩耕层土壤约30万斤，即每公顷耕层土重225万kg。2、已测得耕层土壤有机质含量1%，求亩耕层土壤有机质重量？W有=W±×1%=？N、P、K等都可计算出，如测得N含量0.05%，则亩含N？kg，如测得盐含量0.3%，则亩含盐？kg。3、计算工程土方量

土壤重量=土壤体积×土壤容重第二节土壤的结构性

通常所说的“土壤结构”实际包含两个方面，土壤结构性和土壤结构体。土壤结构体——是指土壤中的土粒相互黏结团聚成大小形状和性质不同的聚合体称之为土壤结构体。土壤结构性——是指土体中土壤结构体的大小、类型、数量、品质及其相互排列方式和相应的孔隙状况等的综合特性。它是土壤的重要物理性质一、土壤结构性的概念土壤结构土壤结构体土壤结构性大小形状不良性状结构体理想结构体块状结构片状结构，鳞片状结构柱状结构，棱柱状结构核状结构团粒结构微团聚体孔性稳定性肥力特性水力学稳定性机械学稳定性生物学稳定性协调水、肥、气、热的能力和改善耕性能力孔隙度和孔隙级别二、土壤结构体的类型1、片状结构体2、柱状、棱柱状结构体3、块状结构体、核状结构体4、团粒结构

结构体类型

农民称卧土，水平轴发育大大超过纵轴，呈扁平状，厚度1-5mm。常出现与犁底层和雨后或灌溉结壳。1、片状结构体2、柱状、棱柱状结构体

在结构体形成时纵轴发育大于水平轴，在土体中直立，边面不明显称柱状结构体。边面棱角明显称棱柱状结构。它常出现于北方干旱半干旱，富含粉砂或粘重质地、干湿交替明显的心底土中，群众称之为立土、竖土。表面有铁质、锰质胶膜形成棱柱状结构，内部紧实。

农民称之为“坷垃”，纵轴与水平轴大体相等，边面不明显，分大块状、块状和碎块状。表土中多见块状与碎块状。常出现于有机质缺乏瘠薄而粘重的土壤，土壤过干过湿耕作最易形成块状结构。核状结构表面有褐色胶膜，由石灰质铁质胶膜胶结而成，常出现于缺乏有机质的心、底土中，农民称之为“蒜瓣土”。3、块状结构体、核状结构体4、团粒结构

有机质丰富的自然土壤与耕作土壤中，为近似球形疏松多孔的小土团。0.25-10mm之间，<0.25mm称微团粒，是形成团粒的基础，在提高水稻土和农业土壤肥力具重要作用。1、块状结构体间粒间孔隙过大，不利于蓄水保水，易透风跑墒，出苗难；出苗后根不着土造成“吊根”现象，影响水、肥吸收；内部紧实，不利于扎根；核状结构体小孔隙过多，尤其是非活性孔隙过多，孔性不良，水、气不协调。三、土壤结构体与土壤肥力2、垂直轴方向发达的条柱型结构体主要类型：柱状结构体和棱柱状结构体；土壤肥力特点：结构体内部紧实，孔隙小而少，通气不良，根系难以伸入；结构体间易形成大的垂直裂隙，成为水、肥下渗通道，造成跑水、跑肥；3、水平轴方向发达的扁平型结构体主要类型：片状结构体；土壤肥力特点：结构体内部紧实，多为非活性孔隙，有效水少且通气不良，不利于扎根；结构体间裂隙太大，通气虽好，但易漏水、漏肥；不良结构体： 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，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。良好结构体：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。土壤团粒体主要类型：团粒结构体土壤肥力特点：①具有多级孔隙；团粒内部多为毛管孔隙，团粒之间多为通气孔隙。大孔隙通气、透水，小孔隙保水、蓄水。能协调水分和空气的矛盾。（原因与其形成过程有关）4、近似球形的粒状结构体团粒结构体的土壤肥力特点：②能协调土壤有机质中养分的消耗和积累的矛盾；大孔隙有充足的氧气供应，好气性微生物活动旺盛，有机质分解快；小孔隙中有机质进行嫌气分解，速度慢而使养分得以保存。③能稳定土壤温度，调节土壤热量状况；④团粒结构降低了土粒间的粘着性、粘结性，减少了耕作阻力，提高了耕作质量，土壤耕性好；⑤有利于作物根系的伸展和生长；团粒间较疏松，根系穿插容易；团粒内部相对紧密，有利于根系的固着；团粒结构体的土壤肥力特点：第一阶段：是由原生土粒（分散的单个土粒）黏结形成为初级的次生土粒（复粒）或较大的土体；单粒（或粘粒）在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结作用下形成初级复粒或致密的小土团。稳定性差，易分散。第二阶段：则是由初级的复粒在各种胶结物的作用下进行团聚或由土粒粘结成的土体沿一定方向破裂而成。各种胶结物质（粘粒、有机物质等）在外力作用（如生物的穿插、分割、挤压等作用、干湿交替、耕作等）下，使初级复粒进一步相互逐级粘合、胶结、团聚，依次形成第二级、第三级……微团聚体，再经多次聚合，最终成为大小形状不同的团粒结构体。因此，团粒结构不仅孔度大，而且具有多级孔隙。四、土壤结构（团粒结构体）的形成单个土粒团聚体微团粒

单个细小土粒是胶体，它们相互碰撞时，当电荷斥力小于分子引力时就相互碰撞凝聚在一起。促胶粒发生凝聚作用的措施如下：（1）改变土壤中交换性阳离子种类各类交换性阳离子离子对胶体的凝聚力大小顺序是Fe3+＞Al3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K+＞Na+

（2）增加电介质浓度农业生产中采用耕翻晒田，冻垡等措施提高土壤电介质浓度，促使粉粒相互凝聚形成团粒微团粒结构。

（3）土壤中加入多价阳离子促进不可逆凝聚作用的进行1、凝聚作用

2、水膜的粘结作用

粘粒表面一般带负电，可以吸引极性水分子，使土定向排列成水膜，即粘粒—水膜—粘粒连接在一起。促进形成结构的胶结剂三类：（1）无机胶体铁、铝、锰氧化物和二氧化硅等，它们以胶膜状包破于土粒表面失水，把土粒胶结在一起，通过脱水形成具有水稳性的结构。一般形成不良结构体。（2）粘粒本身是形成结构的物质基础又是胶结剂。（3）有机物质它们与粘粒结合形成有机无机复合物，促进团粒结构形成，且稳定性强。3、胶结剂的胶结作用①根系与掘土动物在土壤中活动②干湿交替与冻融交替③耕作等土壤管理措施。4、外力作用

良好结构创造了良好的作物生长环境，但良好结构并不易形成也不易保持，大雨漫灌，土壤压板，有机质减少等都造成结构破坏，所以不良结构需改良，常见措施有：五、土壤孔性和结构性的调节常见措施有：（一）精耕细作，增施有机肥（二）扩种绿肥实行合理轮作；（三）改良土壤酸碱性质（四）注意灌溉方法（五）施用土壤结构改良剂，有天然和合成改良剂两类，都具很好效果。

第三节

土壤耕性

一、土壤耕性的含义二、土壤的物理机械性三、土壤宜耕状态四、土壤耕性的改良

(一)耕作的难易

指土壤在耕作时对农机具产生阻力的大小。砂土耕作阻力小、省力省工，而粘土则相反。农民群众常把费力小、省工的土壤称为“土轻”、“口松”、“绵软”，而对耕锄困难，费力大的土壤称为“土重”、“口紧”、“僵硬”等。

一、土壤耕性的含义土壤耕性泛指在耕作时土壤所表现的各种性质及耕作后所表现的耕作质量。土壤耕性的好坏，一般表现在以下三方面。

(二)耕作质量的好坏

指耕作后土壤表现的状态及其对作物生长发育产生的影响。耕性良好的土壤，耕后土垡松散、细碎，利于出苗、扎根；反之耕后形成大坷垃、大土垡，不利于保墒和种子发芽、出苗等称为耕作质量不好。

(三)适耕期长短（宜耕期）土壤适耕期是指土壤表现和维持适宜耕作的含水量范围和时间。砂土和有团粒结构的壤质土，适耕期长；表现为“干好耕，湿好耕，不干不湿更好耕”。粘重的土壤宜耕时间只有一、二天或更短；群众称为“时辰土”，表现为“早上软，中午硬，晚上耕不动”。二、土壤的物理机械性土壤物理机械性是多项土壤动力学特性的统称。主要包括粘结性、粘着性、可塑性等。是土壤受内外力作用后(农机具的切割、穿透和压板等作用)而产生的性质。

(一)粘结性

土壤粘结性是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起来的性质。

是土壤耕作时产生阻力的主要因素。

影响粘结性的因素

1．比表面积的大小

比表面积愈大，则土壤的粘结力愈强，反之则小。而影响土壤比表面积的因素又有土壤质地、粘粒矿物的数量和种类、有机质含量、代换性阳离子组成等。影响规律一般是质地粘重>质地轻砂；2:1型粘粒矿物>1:1粘土矿物；代换性阳离子一价>二价>三价；非团粒结构>团粒结构的土壤。腐殖质含量低>腐殖质含量高的土壤。2．土壤含水量当土壤干燥时，土粒间的水膜变薄，土粒相互靠近，粘结力增强。故干燥的土块不易破碎。完全干燥和分散土粒，彼此间在常压下不表现粘结力。

3、结构有结构的土壤降低黏结性；

4、有机质有机质的黏结性介于砂土和黏土之间，所以可提高砂土的黏结性，可降低黏土的黏结性。

5、离子种类

一价离子可增强黏结性

（二）土壤粘着性

1、概念指在一定含水量条件下，土粒粘附于外物(农机具)的性能。

其实质是(土粒—水膜—外物)。

2、影响因素：粘着性的机理与粘结性一样，凡影响比表面积大小的因素也同样影响粘着性的大小。

（1）如质地愈细粘着性愈强；（2）水分含量低时无粘着力，开始出现粘着性的含水量比出现黏结性的含水量高（同一土壤）。

（2）水分含量低时无粘着力，开始出现粘着性的含水量比出现黏结性的含水量高（同一土壤）。使土壤开始表现粘着性的含水量称为粘着点。水分再继续增加,水膜加厚粘着性反而又减弱，失去粘着性时的土壤含水量称为脱粘点。

（3）有机质吸水能力强，可提高土壤粘着点；（4）黏附外物种类也有影响。

(三)土壤可塑性

1、概念土壤可塑性是指土壤在一定水分条件和外力作用下，塑成各种形状，当外力消失或干燥后，仍能保持此形状不变的性能。

2、影响因素（1）质地

粘粒多，质地细，塑性强。砂土无塑性。物理性粘粒大于15%才表现塑性。粘粒矿物中，蒙脱石类分散度高，吸水性强，塑性大于高岭石。

表3—6土壤质地和可塑性的关系土壤质地物理粘粒（%）下塑限（%）上塑限（%）塑性值中壤偏重>4016—1934—4018—21中壤28—4018—2032—3412—16轻壤偏重24—2921±31±10轻壤偏砂20—2522±30±8

砂壤<2023±28±5

（2）水分

土壤可塑性只有在一定含水量范围内才能发生。过干的土壤水膜太薄，不能塑成一定形状。过湿的土粒悬浮于水中变成流体，也不能塑成一定形状。

土壤开始表现可塑性的最低含水量称为下塑限。可塑状态开始消失时的含水量称为上塑限。上下塑限间的含水量差值称为塑性值(或可塑指数)。

塑性值愈大可塑性则愈强。

3．有机质

有机质可以提高土壤上下塑限，但几乎不改变其塑性值。4．阳离子种类

代换性钠离子水化度高，分散作用强，因而可塑性也大。这也是某些盐碱土可塑性强的主要原因。

在塑性范围内不宜耕作。总之，粘粒含量是产生土壤粘结性，粘着性和可塑性的物质基础，而水分含量则是其表现强弱程度的条件。

三、土壤宜耕状态由于土壤粘结性、粘着性和可塑性等综合反映出的土壤状态称为土壤的结持状态。土壤结持状态与土壤耕性、水分密切相关，通常土壤的结持状态分六类（见表3～7）表3—7土壤的结持状态与水分、耕性的关系表3—7土壤的结持状态与水分、耕性的关系水分含量状况干燥

湿润

潮湿泞湿饱和过饱和土壤结持状况

坚硬

酥软

可塑粘韧浓泥浆薄浆主要性状具有固体的性质，不能捏成团，强粘结性松散无可塑性，粘结性低，不成块有可塑性，但无粘着性有可塑性和粘着性成浓泥，可受重力影响而流动成悬浮体，如液体一样易流动下塑限粘着点上塑限耕作阻力

大

小

较大

大

较大

小耕作质量

成硬土块

成小土团

成大土垡

成湿泥条

成浮泥状

成泥浆

宜耕性

不宜

旱地最适

不宜

不宜

不宜宜稻田耕耙

我国农民非常注意宜耕状态的选择，判断宜耕与否有下述各种方法。

1．看土色

雨后或灌溉后，待地表呈“喜鹊斑”状态，外表发白(干)，里面暗(湿)，外黄里黑，相当于黄墒至黑墒的水分，半干半湿，水分正适当。

2．手测法

扒开表土，取—把