第三節(jié) 土壤的物理性質(zhì)

第三節(jié)土壤性質(zhì)土壤的物理性質(zhì)土壤膠體的性質(zhì)土壤溶液土壤熱性質(zhì)一、土壤的物理性質(zhì)(soilphysicalproperty)(一）土壤質(zhì)地

土壤質(zhì)地又稱土壤機(jī)械組成，是土壤內(nèi)含有粒徑大小不同的顆粒按不同比例的組合狀況，反映土壤粗細(xì)狀況。

由于土粒形狀大多不是球形，只能用當(dāng)量粒徑（即與其靜水沉降速度相同的圓球直徑）代替。土粒的大小劃分：粒級(sizefraction)分級標(biāo)準(zhǔn)國際制

美國制

卡慶斯基制

（原蘇聯(lián)制）中國制土壤粒級劃分標(biāo)準(zhǔn)粒徑(mm)中國制(1987)卡慶斯基制(1957)美國制(1951)國際制(1930)>2石礫石礫石礫石礫2～1極粗砂粒粗砂粒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細(xì)砂粒細(xì)砂粒細(xì)砂粒0.2～0.1細(xì)砂粒0.1～0.05極細(xì)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細(xì)粉粒細(xì)粉粒0.002～0.001粗粘粒粘粒粘粒0.001～0.0005細(xì)粘粒粘粒粗粘粒0.0005～0.0001細(xì)粘粒＜0.0001膠質(zhì)粘粒粘土(clay)類（1）國際制標(biāo)準(zhǔn)下的分類與命名

根據(jù)粘粒(clay)含量將質(zhì)地分為三類：<15%粘壤土(clayloam)類粘粒含量砂土(sand)類、壤土(loam)類15%—25%>25%凡砂粒含量大于55%的，在質(zhì)地名稱前冠“砂質(zhì)(sandy)”根據(jù)粉砂粒(silt)含量:凡粉砂粒含量大于45%的，在質(zhì)地名稱前冠“粉砂質(zhì)(siltyclay)”根據(jù)砂粒(sand)含量:(2)美國制(SoilTaxonomy

)等邊三角形的三個(gè)邊分別表示砂粒、粉粒、粘粒的含量。根據(jù)土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在圖中查出其點(diǎn)位再分別對應(yīng)其底邊作平行線，三條平行線的定點(diǎn)即為該土壤的質(zhì)地。(3)卡慶斯基制質(zhì)地組質(zhì)地名稱＜0.01mm的物理性粘粒含量灰化土紅黃壤、草原土堿化土、堿土砂土sand松砂土0～50～50～5緊砂土5～105～105～10壤土loam砂壤土sandyloam10～2010～2010～15輕壤土lightloam20～3020～3015～20中壤土mediumloam30～4030～4520～30重壤土heavyloam40～5045～6030～40粘土clay輕粘土lightclay50～6560～7540～50中粘土mediumclay65～8075～8550～65重粘土heavyclay＞80＞85＞65

卡慶斯基土壤質(zhì)地基本分類(4)我國土壤質(zhì)地分類由中科院南京土壤所與西北水土保持所擬定以我國土壤普查的質(zhì)地分類為基礎(chǔ)礫石(1-10mm)含量超過10%時(shí)，冠以多礫質(zhì)，1-10%為少礫質(zhì)，<1%為非礫質(zhì)。質(zhì)地名稱鑒定標(biāo)準(zhǔn)重粘土土壤滑膩，濕時(shí)可搓成條彎曲不斷粘土無粗糙感覺，濕時(shí)可搓成條，彎曲不斷壤土濕時(shí)可搓成條，彎曲有裂跡粉砂壤土多粉砂，易板結(jié)，干時(shí)用手摸有如面粉感覺砂壤土濕時(shí)不易搓成條砂土干時(shí)有粗糙感覺，肉眼能分辨出砂粒礫質(zhì)土土中有小石子或礪石我國土壤普查制定的質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)2（二）不同質(zhì)地土壤的肥力特征1、砂質(zhì)土類

（1）水粒間孔隙大，毛管作用弱，透水性強(qiáng)而保水性弱，水氣易擴(kuò)散，易干不易澇（2）氣大孔隙多，通氣性好，一般不會(huì)累積還原物質(zhì)（3）熱水少氣多，溫度容易上升，稱為熱性有利于早春作物播種。養(yǎng)分含量少，保肥力弱，肥效快，肥勁猛，但不持久，易造成作物后期脫肥早衰（4）肥松散易耕（5）耕性(tilth)2、粘質(zhì)土類(clayedsoil)粒間孔隙小，毛管細(xì)而曲折，透水性差，易產(chǎn)生地表徑流,保水抗旱力強(qiáng)，易澇不易旱（1）水（2）氣小孔隙多，通氣性差，容易累積還原性物質(zhì)水多氣少，熱容量大，溫度不易上升，稱冷性土，對早春作物播種不利（3）熱養(yǎng)分含量較豐富且保肥力強(qiáng)，肥效緩慢，穩(wěn)而持久，有利于禾谷類作物生長，籽實(shí)飽滿。早春低溫時(shí)，由于肥效緩慢易造成作物苗期缺素(4)肥

耕性差，粘著難耕（5）耕性土壤性質(zhì)兼具粘質(zhì)土和砂質(zhì)土的優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的缺點(diǎn)。耕性好，宜種廣，對水分有回潤能力，是較理想的質(zhì)地類型。3、壤質(zhì)土類(loamysoil)優(yōu)良組合(bettercombination)（二）土壤質(zhì)地剖面(soiltextureprofile)土壤剖面(soilprofile)中不同質(zhì)地層次的排列組合(permutationandcombination)。不良組合(badcombination)粘蓋砂砂蓋粘(三)土壤質(zhì)地改良(soiltextureimprovement)砂摻粘粘摻砂客土法大量施用有機(jī)肥施用土壤結(jié)構(gòu)改良劑改良土壤結(jié)構(gòu)土壤結(jié)構(gòu)的定義：

土壤中單粒、復(fù)粒在有機(jī)或無機(jī)膠體的作用下膠結(jié)在一起，具有一定排列、組合形式的土壤結(jié)構(gòu)體。二、土壤結(jié)構(gòu)(soilstructure)（一）土壤結(jié)構(gòu)的類型1、片狀、板狀結(jié)構(gòu)

形狀：橫軸遠(yuǎn)大于縱軸，呈扁平狀結(jié)構(gòu)體。產(chǎn)生條件：雨后土壤表面結(jié)殼或老耕作土壤犁底層。大小劃分：>3mm者為板狀，

<3mm者為片狀。

性狀：土粒排列緊實(shí)，透水性和通氣性差。2、棱柱狀結(jié)構(gòu)

形狀：同柱狀結(jié)構(gòu)，棱角尖銳明顯，橫斷面略呈三角形。產(chǎn)生條件：粘重土壤的底土，由于干濕交替頻繁形成棱柱狀結(jié)構(gòu)。

大小劃分：大棱柱狀結(jié)構(gòu)，>5cm；棱柱狀結(jié)構(gòu)，3～5cm；小棱柱狀結(jié)構(gòu)，<3cm。

3、柱狀結(jié)構(gòu)

形狀：側(cè)面，橫斷面形狀不規(guī)則。產(chǎn)生條件：柱狀結(jié)構(gòu)是堿化土壤的標(biāo)志特征，常在干旱半干旱地帶的底土出現(xiàn)。大小劃分：大柱狀結(jié)構(gòu)，>5cm；柱狀結(jié)構(gòu)，3～5cm；小柱狀結(jié)構(gòu)，<3cm。4、塊狀結(jié)構(gòu)(cloddystructure)

形狀：立方體型，縱軸和橫軸大體相等，邊面不明顯，內(nèi)部緊實(shí)。

產(chǎn)生條件：熟化度較低的表層土壤或缺乏有機(jī)質(zhì)而粘重的底土多為塊狀結(jié)構(gòu)。

大小劃分：大塊狀結(jié)構(gòu),直徑>10cm;小塊狀結(jié)構(gòu)直徑5～10cm。

5、團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)

形狀：與塊狀相似，較塊狀結(jié)構(gòu)小，略呈圓形，表面不平。

大小劃分：大團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，直徑5～3cm；團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，直徑3～1cm；小團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，直徑<1cm。6、粒狀結(jié)構(gòu)

形狀：立方體型，邊面明顯的多棱角碎塊，內(nèi)部緊實(shí)，泡水后不易散碎。產(chǎn)生條件：在粘重的心土層或由氫氧化鐵膠結(jié)土粒后形成粒狀結(jié)構(gòu)。大小劃分：大粒狀，直徑>1cm；粒狀，直徑7～10mm；小粒狀，5～7mm。7、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

形狀：近似于球形，疏松多孔的小土團(tuán)稱團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，是含有機(jī)質(zhì)豐富肥沃土壤的標(biāo)志特征。大小劃分：一般為0.25～10mm，<0.25mm者稱微團(tuán)粒，水稻土中多為微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

土壤剖面內(nèi)一般包含兩種或兩種以上的土壤結(jié)構(gòu)體，表層多見塊狀或粒狀，中下層多見柱狀、塊狀或棱柱狀。（二）土壤結(jié)構(gòu)體的形成

第一階段是土粒在自身的粘結(jié)、凝聚或和外物膠結(jié)作用下粘聚形成致密土體或次生復(fù)粒

(微團(tuán)聚體microaggregate)；

第二階段是團(tuán)聚體(aggregate)進(jìn)一步粘結(jié)形成結(jié)構(gòu)體或致密土體。1、土粒粘聚(soilparticlecoagulation)（1）陽離子凝聚(cationcoagulation)

土壤膠粒(soilcolloid)通常帶有負(fù)電荷，帶負(fù)電荷的土壤膠粒在陽離子(cation)作用下，發(fā)生相互凝聚。

a、高價(jià)離子凝聚能力大于低價(jià)離子;b、水化半徑大的離子凝聚能力弱，反之則較強(qiáng)。常見陽離子凝聚能力：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(agriculturalproduction)中，常施用石灰(酸性土)或石膏(堿性土)，利用Ca2+的作用促進(jìn)土粒凝聚。增加介質(zhì)中電解質(zhì)濃度也可促進(jìn)膠粒凝聚。(2)水膜(waterfilm)的粘結(jié)作用土粒在水膜的作用下，在土粒接觸處形成彎月面，由于彎月面內(nèi)側(cè)的負(fù)壓，把相鄰的土粒團(tuán)聚在一起，形成土團(tuán)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常采用排水曬田、曬壟、凍壟等措施，提高土壤溶液電解質(zhì)的濃度，促進(jìn)土壤膠粒凝聚。(3)膠結(jié)作用(cementation)

a、簡單的無機(jī)膠體(simplesoilmineralcolloid)

土壤中Fe2O3·xH20、Al2O3·yH2O、SiO2·zH2S等，常以膠膜形態(tài)包被在一起，形成的結(jié)構(gòu)體。

往往是致密緊實(shí)的結(jié)構(gòu)體，如核狀結(jié)構(gòu)，對協(xié)調(diào)水肥的能力極差。b、粘粒(clay)

粘粒具有巨大的表面積，粘結(jié)力很強(qiáng)，并可通過帶正電和帶負(fù)電邊面的靜電引力使其團(tuán)聚。

c、有機(jī)質(zhì)(organicmatter)土壤中的腐殖質(zhì)、多醣類、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素以及許多微生物的分泌物和菌絲均有團(tuán)聚作用。2、土壤結(jié)構(gòu)的成型（1）干濕交替作用(alternationofdryingandwetting)

蒙脫石類的膨脹收縮性強(qiáng)，而水云母類和高嶺石類的膨脹收縮性則較弱。土塊越干，驟然灌水濕潤，這種作用愈明顯，有如“爆破”一樣。促使土體破碎形成結(jié)構(gòu)。

a、當(dāng)干濕交替時(shí)，由于脹縮性的差異使土體產(chǎn)生不等的變形而依脆弱線開裂成小塊

b、當(dāng)土體吸水時(shí)，由于孔隙中閉蓄的空氣所產(chǎn)生的壓力，使土體破碎（2）凍融交替作用

水分結(jié)冰時(shí)體積膨脹增大約9%，對周圍的土體產(chǎn)生壓力而使土壤崩裂。

孔徑愈小，其中水分冰點(diǎn)愈低。造成膨壓的差異使土體產(chǎn)生裂痕，一旦融化，土壤就會(huì)沿裂痕酥散。(3)生物作用(biologicaleffect)

a、植物根系的穿插擠壓，可使土體破碎形成結(jié)構(gòu)。

b、土壤中的蚯蚓、昆蟲、蟻類等，對土壤結(jié)構(gòu)形成均有一定作用。(4)土壤耕作(soiltillage)

農(nóng)田耕作，在機(jī)械壓力作用下，土體破碎形成結(jié)構(gòu)。同時(shí)耕作使土肥相融、促進(jìn)良好結(jié)構(gòu)的形成。（三）團(tuán)粒結(jié)構(gòu)對土壤肥力的意義團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有小水庫、小肥料庫、空氣走廊的作用，協(xié)調(diào)水氣熱狀況能力強(qiáng)，因而是理想的結(jié)構(gòu)體。1、小水庫

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)透水性好，可接納大量降水和灌溉水，而團(tuán)粒內(nèi)部保水性強(qiáng)，天旱時(shí)還可防止水分蒸發(fā)。天旱時(shí)表層蒸發(fā)失水后，土體收縮切斷與下層毛管連通性，水分不會(huì)由大孔隙流向小孔隙而蒸發(fā)損失。2、小肥料庫

具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤，通常有機(jī)質(zhì)含量豐富。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)表面為好氣作用，有利于有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化，釋放養(yǎng)分。團(tuán)粒內(nèi)部則有利于腐殖化，保存養(yǎng)分。

3、空氣走廊

由于團(tuán)粒之間的非毛管孔隙較大，有利于空氣流通（四）土壤良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的培育

1、大量施用有機(jī)肥

2、實(shí)行合理耕作

3、實(shí)行合理輪作

4、施用石膏或石灰

5、施用土壤結(jié)構(gòu)改良劑

三、土壤通氣性(一)土壤孔隙度(totalporosity)所有孔隙體積(porevolume)的總和占整個(gè)土壤體積的比例。(二)土壤孔隙的類型1、毛管孔隙(capillarypore)

孔徑：<0.1mm。水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500百帕之間，對植物是有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生長和活動(dòng)。

毛管孔隙度：毛管孔隙占土壤體積的百分比，毛管孔隙度與土壤保水性成正相關(guān)關(guān)系2、非毛管孔隙

孔徑＞0.1mm，透水通氣，通常有空氣存在其中，同時(shí)植物根毛、根系和微生物均可在通氣孔隙中活動(dòng)。

非毛管孔隙不具備持水性，但利于透水、通氣，一般土壤結(jié)構(gòu)體尺度越大，非毛管孔隙度越大。土壤大孔隙是受動(dòng)植物活動(dòng)、干濕凍融交替及人為耕作的影響，在土體內(nèi)形成降雨快速下滲的物理孔隙。四、土壤密度(soildensity)和比重1、土壤密度單位體積固體土粒(不包括粒間孔隙)的質(zhì)量。(g/cm3)礦物組成有機(jī)質(zhì)含量土壤質(zhì)地2、影響土壤密度的因素3、土壤比重(soilspecificgravity)土壤密度與4℃時(shí)純水密度之比，一般取2.65。組分密度(g/cm3)組分密度(g/cm3)石英2.60～2.68赤鐵礦4.90～5.30正長石2.54～2.57磁鐵礦5.03～5.18斜長石2.62～2.76三水鋁石2.30～2.40白云母2.77～2.88高嶺石2.61～2.68黑云母2.70～3.10蒙脫石2.53～2.74角閃石2.85～3.57伊利石2.60～2.90輝石3.15～3.90腐殖質(zhì)1.40～1.80纖鐵礦3.60～4.10

土壤中常見組分的密度五、土壤容重(bulkdensityofsoil)

1、概念

單位體積自然狀態(tài)土壤體(含粒間孔隙)的重量。(g/cm3)2、影響容重的因素

(主要通過影響孔隙影響容重)土壤質(zhì)地(soil