第三节 土壤的物理性质

第三节土壤性质土壤的物理性质土壤胶体的性质土壤溶液土壤热性质一、土壤的物理性质(soilphysicalproperty)(一）土壤质地

土壤质地又称土壤机械组成，是土壤内含有粒径大小不同的颗粒按不同比例的组合状况，反映土壤粗细状况。

由于土粒形状大多不是球形，只能用当量粒径（即与其静水沉降速度相同的圆球直径）代替。土粒的大小划分：粒级(sizefraction)分级标准国际制

美国制

卡庆斯基制

（原苏联制）中国制土壤粒级划分标准粒径(mm)中国制(1987)卡庆斯基制(1957)美国制(1951)国际制(1930)>2石砾石砾石砾石砾2～1极粗砂粒粗砂粒1～0.5粗砂粒物理性砂粒粗砂粒粘砂粒0.5～0.25中砂粒中砂粒0.25～0.2细砂粒细砂粒细砂粒0.2～0.1细砂粒0.1～0.05极细砂粒0.05～0.02粗粉粒粗粉粒粉粒0.02～0.01粉粒0.01～0.005中粉粒物理性粘粒中粉粒0.005～0.002细粉粒细粉粒0.002～0.001粗粘粒粘粒粘粒0.001～0.0005细粘粒粘粒粗粘粒0.0005～0.0001细粘粒＜0.0001胶质粘粒粘土(clay)类（1）国际制标准下的分类与命名

根据粘粒(clay)含量将质地分为三类：<15%粘壤土(clayloam)类粘粒含量砂土(sand)类、壤土(loam)类15%—25%>25%凡砂粒含量大于55%的，在质地名称前冠“砂质(sandy)”根据粉砂粒(silt)含量:凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉砂质(siltyclay)”根据砂粒(sand)含量:(2)美国制(SoilTaxonomy

)等边三角形的三个边分别表示砂粒、粉粒、粘粒的含量。根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的定点即为该土壤的质地。(3)卡庆斯基制质地组质地名称＜0.01mm的物理性粘粒含量灰化土红黄壤、草原土碱化土、碱土砂土sand松砂土0～50～50～5紧砂土5～105～105～10壤土loam砂壤土sandyloam10～2010～2010～15轻壤土lightloam20～3020～3015～20中壤土mediumloam30～4030～4520～30重壤土heavyloam40～5045～6030～40粘土clay轻粘土lightclay50～6560～7540～50中粘土mediumclay65～8075～8550～65重粘土heavyclay＞80＞85＞65

卡庆斯基土壤质地基本分类(4)我国土壤质地分类由中科院南京土壤所与西北水土保持所拟定以我国土壤普查的质地分类为基础砾石(1-10mm)含量超过10%时，冠以多砾质，1-10%为少砾质，<1%为非砾质。质地名称鉴定标准重粘土土壤滑腻，湿时可搓成条弯曲不断粘土无粗糙感觉，湿时可搓成条，弯曲不断壤土湿时可搓成条，弯曲有裂迹粉砂壤土多粉砂，易板结，干时用手摸有如面粉感觉砂壤土湿时不易搓成条砂土干时有粗糙感觉，肉眼能分辨出砂粒砾质土土中有小石子或砺石我国土壤普查制定的质地分类标准2（二）不同质地土壤的肥力特征1、砂质土类

（1）水粒间孔隙大，毛管作用弱，透水性强而保水性弱，水气易扩散，易干不易涝（2）气大孔隙多，通气性好，一般不会累积还原物质（3）热水少气多，温度容易上升，称为热性有利于早春作物播种。养分含量少，保肥力弱，肥效快，肥劲猛，但不持久，易造成作物后期脱肥早衰（4）肥松散易耕（5）耕性(tilth)2、粘质土类(clayedsoil)粒间孔隙小，毛管细而曲折，透水性差，易产生地表径流,保水抗旱力强，易涝不易旱（1）水（2）气小孔隙多，通气性差，容易累积还原性物质水多气少，热容量大，温度不易上升，称冷性土，对早春作物播种不利（3）热养分含量较丰富且保肥力强，肥效缓慢，稳而持久，有利于禾谷类作物生长，籽实饱满。早春低温时，由于肥效缓慢易造成作物苗期缺素(4)肥

耕性差，粘着难耕（5）耕性土壤性质兼具粘质土和砂质土的优点，而克服了它们的缺点。耕性好，宜种广，对水分有回润能力，是较理想的质地类型。3、壤质土类(loamysoil)优良组合(bettercombination)（二）土壤质地剖面(soiltextureprofile)土壤剖面(soilprofile)中不同质地层次的排列组合(permutationandcombination)。不良组合(badcombination)粘盖砂砂盖粘(三)土壤质地改良(soiltextureimprovement)砂掺粘粘掺砂客土法大量施用有机肥施用土壤结构改良剂改良土壤结构土壤结构的定义：

土壤中单粒、复粒在有机或无机胶体的作用下胶结在一起，具有一定排列、组合形式的土壤结构体。二、土壤结构(soilstructure)（一）土壤结构的类型1、片状、板状结构

形状：横轴远大于纵轴，呈扁平状结构体。产生条件：雨后土壤表面结壳或老耕作土壤犁底层。大小划分：>3mm者为板状，

<3mm者为片状。

性状：土粒排列紧实，透水性和通气性差。2、棱柱状结构

形状：同柱状结构，棱角尖锐明显，横断面略呈三角形。产生条件：粘重土壤的底土，由于干湿交替频繁形成棱柱状结构。

大小划分：大棱柱状结构，>5cm；棱柱状结构，3～5cm；小棱柱状结构，<3cm。

3、柱状结构

形状：侧面，横断面形状不规则。产生条件：柱状结构是碱化土壤的标志特征，常在干旱半干旱地带的底土出现。大小划分：大柱状结构，>5cm；柱状结构，3～5cm；小柱状结构，<3cm。4、块状结构(cloddystructure)

形状：立方体型，纵轴和横轴大体相等，边面不明显，内部紧实。

产生条件：熟化度较低的表层土壤或缺乏有机质而粘重的底土多为块状结构。

大小划分：大块状结构,直径>10cm;小块状结构直径5～10cm。

5、团块状结构

形状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。

大小划分：大团块结构，直径5～3cm；团块状结构，直径3～1cm；小团块状结构，直径<1cm。6、粒状结构

形状：立方体型，边面明显的多棱角碎块，内部紧实，泡水后不易散碎。产生条件：在粘重的心土层或由氢氧化铁胶结土粒后形成粒状结构。大小划分：大粒状，直径>1cm；粒状，直径7～10mm；小粒状，5～7mm。7、团粒结构

形状：近似于球形，疏松多孔的小土团称团粒结构，是含有机质丰富肥沃土壤的标志特征。大小划分：一般为0.25～10mm，<0.25mm者称微团粒，水稻土中多为微团粒结构。

土壤剖面内一般包含两种或两种以上的土壤结构体，表层多见块状或粒状，中下层多见柱状、块状或棱柱状。（二）土壤结构体的形成

第一阶段是土粒在自身的粘结、凝聚或和外物胶结作用下粘聚形成致密土体或次生复粒

(微团聚体microaggregate)；

第二阶段是团聚体(aggregate)进一步粘结形成结构体或致密土体。1、土粒粘聚(soilparticlecoagulation)（1）阳离子凝聚(cationcoagulation)

土壤胶粒(soilcolloid)通常带有负电荷，带负电荷的土壤胶粒在阳离子(cation)作用下，发生相互凝聚。

a、高价离子凝聚能力大于低价离子;b、水化半径大的离子凝聚能力弱，反之则较强。常见阳离子凝聚能力：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+农业生产(agriculturalproduction)中，常施用石灰(酸性土)或石膏(碱性土)，利用Ca2+的作用促进土粒凝聚。增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。(2)水膜(waterfilm)的粘结作用土粒在水膜的作用下，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，形成土团。

农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等措施，提高土壤溶液电解质的浓度，促进土壤胶粒凝聚。(3)胶结作用(cementation)

a、简单的无机胶体(simplesoilmineralcolloid)

土壤中Fe2O3·xH20、Al2O3·yH2O、SiO2·zH2S等，常以胶膜形态包被在一起，形成的结构体。

往往是致密紧实的结构体，如核状结构，对协调水肥的能力极差。b、粘粒(clay)

粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。

c、有机质(organicmatter)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。2、土壤结构的成型（1）干湿交替作用(alternationofdryingandwetting)

蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母类和高岭石类的膨胀收缩性则较弱。土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈明显，有如“爆破”一样。促使土体破碎形成结构。

a、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使土体产生不等的变形而依脆弱线开裂成小块

b、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的空气所产生的压力，使土体破碎（2）冻融交替作用

水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体产生压力而使土壤崩裂。

孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。(3)生物作用(biologicaleffect)

a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。

b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。(4)土壤耕作(soiltillage)

农田耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。（三）团粒结构对土壤肥力的意义团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走廊的作用，协调水气热状况能力强，因而是理想的结构体。1、小水库

团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。2、小肥料库

具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团粒结构表面为好气作用，有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。

3、空气走廊

由于团粒之间的非毛管孔隙较大，有利于空气流通（四）土壤良好团粒结构的培育

1、大量施用有机肥

2、实行合理耕作

3、实行合理轮作

4、施用石膏或石灰

5、施用土壤结构改良剂

三、土壤通气性(一)土壤孔隙度(totalporosity)所有孔隙体积(porevolume)的总和占整个土壤体积的比例。(二)土壤孔隙的类型1、毛管孔隙(capillarypore)

孔径：<0.1mm。水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500百帕之间，对植物是有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生长和活动。

毛管孔隙度：毛管孔隙占土壤体积的百分比，毛管孔隙度与土壤保水性成正相关关系2、非毛管孔隙

孔径＞0.1mm，透水通气，通常有空气存在其中，同时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动。

非毛管孔隙不具备持水性，但利于透水、通气，一般土壤结构体尺度越大，非毛管孔隙度越大。土壤大孔隙是受动植物活动、干湿冻融交替及人为耕作的影响，在土体内形成降雨快速下渗的物理孔隙。四、土壤密度(soildensity)和比重1、土壤密度单位体积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3)矿物组成有机质含量土壤质地2、影响土壤密度的因素3、土壤比重(soilspecificgravity)土壤密度与4℃时纯水密度之比，一般取2.65。组分密度(g/cm3)组分密度(g/cm3)石英2.60～2.68赤铁矿4.90～5.30正长石2.54～2.57磁铁矿5.03～5.18斜长石2.62～2.76三水铝石2.30～2.40白云母2.77～2.88高岭石2.61～2.68黑云母2.70～3.10蒙脱石2.53～2.74角闪石2.85～3.57伊利石2.60～2.90辉石3.15～3.90腐殖质1.40～1.80纤铁矿3.60～4.10

土壤中常见组分的密度五、土壤容重(bulkdensityofsoil)

1、概念

单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙)的重量。(g/cm3)2、影响容重的因素

(主要通过影响孔隙影响容重)土壤质地(soil