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第四章土壤質(zhì)地、孔性和結(jié)構(gòu)

三者是重要的物理性質(zhì)主要內(nèi)容:第一節(jié)土壤質(zhì)地第二節(jié)土壤孔性第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)第一節(jié)土壤質(zhì)地一、土粒和粒級根據(jù)成分劃分(一)土粒種類

1、有機(jī)質(zhì)土粒:有機(jī)殘體的碎屑,易分解或與礦物質(zhì)形成復(fù)粒。

2、礦質(zhì)土粒:數(shù)量占優(yōu)勢,穩(wěn)定,構(gòu)成土壤骨架,通常所指土粒指礦質(zhì)土粒。單粒:單個存在,砂且有機(jī)質(zhì)少土壤中多復(fù)粒:單粒相互聚積,粘且有機(jī)質(zhì)多土壤中這里研究土壤顆粒大小是礦質(zhì)單粒,復(fù)粒要通過一些方法將其分解。第一節(jié)土壤質(zhì)地一、土粒和粒級根據(jù)成分劃分(二)土壤粒級:土粒大小分組

1、當(dāng)量粒徑與理想土壤

1)理想土壤:把土粒理想化看作是光滑實(shí)心圓球。

2)當(dāng)量粒徑第一:大于0.25mm土壤用篩子篩分,能過1mm篩子,不能過0.25mm,為1~0.25mm土粒第二:小于0.25mm土粒,制成懸液沉降,據(jù)斯托無定律

V—沉降速度ρs—土粒密度

η—粘滯系數(shù)ρw—水密度

r—半徑沉降速度V與r2成正比,與粘滯系數(shù)η成反比。

3)把土壤看作理想土壤來研究,水、汽、熱等土壤中流動有一定偏差,需采用各種修正系數(shù)進(jìn)行修正。第一節(jié)土壤質(zhì)地一、土粒和粒級根據(jù)成分劃分(二)土壤粒級:土粒大小分組

2、土粒大小分級土粒有大,有小,大小土粒之間性質(zhì)差異極大,從大到小分為石礫、砂粒、粉砂粒、粘粒四組,具體如何劃分,如下:

1)美國制;對砂粒石研究多1951年

2)國際制;1930年

3)卡欽斯基制(前蘇聯(lián));1957年,其中從0.01mm處劃分為物理性砂粒、物理性粘粒,二者物理性質(zhì)差異大,如吸濕性,粘結(jié)性,脹縮性。

4)中國制極少使用。第一節(jié)土壤質(zhì)地二、各級土粒的組成和性質(zhì):不同粒級性質(zhì)不同,具有規(guī)律性

1、各級土粒組成

1)礦物組成:由粗致細(xì)石英減少,原生硅酸鹽礦物減少,鉀長石、白云母為主,輝石、角閃石、鉀長石、黑云母少。次生礦物增加。

2)化學(xué)組成:由粗致細(xì)

SiO2降低;R2O3增加;SiO2/R2O3降低,鹽基增加;細(xì)粒養(yǎng)分通常比粗粒多。

2、土壤粒級的物理性質(zhì)由粗到細(xì),持水性,力學(xué)性質(zhì)增強(qiáng),滲透性下降。第一節(jié)土壤質(zhì)地三、土壤的機(jī)械組成和質(zhì)地

1、概念

1)機(jī)械組成:土壤中各級土粒所占重量百分?jǐn)?shù)組合。

2)土壤質(zhì)地:根據(jù)機(jī)械組成劃分的土壤類型。2、質(zhì)地分類制:與顆粒粒級劃分是對應(yīng)的

1)美國制:

2)國際制:

3)卡欽斯基制(前蘇聯(lián))第一節(jié)土壤質(zhì)地三、土壤的機(jī)械組成和質(zhì)地

2、質(zhì)地分類制:與顆粒粒級劃分是對應(yīng)的

1)美國制:三級分類制,砂粒(2-0.05),粉砂(0.05-0.002),粘粒劃分為12個質(zhì)地名稱。

2)國際制:三級分粒制,砂粒(2-0.02),粉砂(0.02-0.002),粘粒劃分為砂土、壤土、粘壤土、粘土四大類12個級別。劃分標(biāo)準(zhǔn)為:第一、粘粒<15%砂土、壤土第二、粘粒15-25%粘壤土第三、粘粒>25%粘土第四、粉粒>45%冠以粉質(zhì)第五、砂粒55-85%冠以砂質(zhì)第六、砂粒>85%稱為砂土或壤砂土第一節(jié)土壤質(zhì)地三、土壤的機(jī)械組成和質(zhì)地

2、質(zhì)地分類制:與顆粒粒級劃分是對應(yīng)的

3)卡欽斯基制(前蘇聯(lián))有簡制(基本分類)和詳細(xì)分類(詳制)

A)基本分類(簡制):考慮土壤類型,二級分類制,根據(jù)物理性砂粒(大于0.01m)和物理性粘粒(小于0.01m)將土壤劃分為砂土、壤土、粘土三大類共9個級別

B)詳細(xì)分類:在基本分類基礎(chǔ)上,把含量最多的、次多的粒級作為冠詞,順序放在基本分類名稱前面。第一節(jié)土壤質(zhì)地四、不同質(zhì)地土壤的肥力特點(diǎn)(或稱質(zhì)地特性)

砂土:

1)總孔隙度小,大孔隙,通氣透水性好,保水性差。

2)有機(jī)質(zhì)少,養(yǎng)分少,釋放快,保肥能力差,肥效猛而不穩(wěn)。干旱,漏水漏肥,種植耐旱品種,灌水施肥量少,次數(shù)多。

3)熱容量小,升溫降溫快,晝夜溫差大。

4)易耕作,阻力小,質(zhì)量好。但若細(xì)砂及粗粉砂過多,水田耕田后迅速沉降,排列緊實(shí),插秧插不進(jìn)去,“閉耕”現(xiàn)象,邊耕邊插。,

粘土:性質(zhì)相反壤土:性質(zhì)介于者之間,兼有砂土和粘的優(yōu)點(diǎn),比較好的土壤。質(zhì)地適中,孔隙度大,通透性適中,養(yǎng)分較多,耕性優(yōu)良,同樣粗粉質(zhì)較多,缺乏有機(jī)質(zhì),土壤過分緊實(shí)。第一節(jié)土壤質(zhì)地五、土壤質(zhì)地層次性:土壤剖面中,不同土層質(zhì)地不均一。

1、產(chǎn)生原因

1)母質(zhì)本身性質(zhì):如沖積母質(zhì),殘積母質(zhì)。

2)淋溶作用

3)耕作:水稻上粘下砂

2、質(zhì)地層次性對土壤性質(zhì)影響

1)均一砂土或均一粘土。

2)上砂下粘,“蒙金土”上輕壤、砂壤,下為重壤,消除砂土、粘土缺點(diǎn)。

3)上粘下砂:“漏風(fēng)土”,不好。

4)砂夾粘,粘夾砂:若夾層不厚,既可通氣透水又可保水托肥,對溫度養(yǎng)分調(diào)節(jié)都有良好作用。夾層過厚,變?yōu)樯仙跋抡?,或上粘下砂型?/p>

5)特殊夾層:剖面中夾有一層特殊堅(jiān)實(shí)層。例如紅壤的鐵盤層,白漿土白漿層,若出現(xiàn)過淺,影響植物生長。第一節(jié)土壤質(zhì)地

六、不同質(zhì)地土壤的利用改良

1、栽種適宜作物

1)砂土生種植長期短,耐旱需肥少作物,耐貧瘠。蔬菜、西瓜、芝麻、高梁、馬鈐薯、地瓜等。

2)粘土種植生長期長,需肥多的作物。

3)過砂、過粘、多石礫,可種樹,種草。

2、采用合理耕作措施

1)砂土:平畦,寬壟,播種深些,薄肥勤施。

2)粘土:深溝,高畦,窄壟,精耕細(xì)作,施足底肥,適當(dāng)種肥、追肥。

3、客土

4、引洪漫淤。

5、深耕,深翻,改良質(zhì)地層次性不好的土壤。

6、增施有機(jī)肥。第二節(jié)土壤孔性一、土壤密度,土壤容重

1、土壤密度(土粒密度更確切)

1)概念:單位體積固體土粒的重量。(g/cm3)

2)大小:土壤礦物質(zhì)2.60-.270之間土壤2.60-2.70之間;平均2.65有機(jī)質(zhì)多,土壤密度小,礦物質(zhì)中Fe、Mn多,土壤密度大。

3)與土壤松緊狀況無關(guān)。第二節(jié)土壤孔性一、土壤密度,土壤容重

2、土壤容重

1)概念:單位體積自然土壤的烘干重(g/cm3).主要受土壤孔隙狀況影響,孔隙大,容重小,砂土1.2-1.8間,粘土1.0-1.5間。

2)影響因素:影響孔隙狀況均影響容重。質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)含量,另外土壤密度。

3)容重的用途A)計(jì)算孔隙度:孔隙度=1-容重/比重

B)反映土壤松緊狀況容重松緊狀況

孔隙度<1.0很松>60%1.0~1.14松56~60%1.14~1.26適宜作物生長52~56%1.26~1.30稍緊50~52%>1.30緊<50%第二節(jié)土壤孔性一、土壤密度,土壤容重

2、土壤容重

3)容重的用途C)計(jì)算一定面積厚度土壤質(zhì)量例:公頃耕層土壤質(zhì)量耕層厚度20cm容重1.2g/cm3

=10000ⅹ0.2ⅹ1.2=2.4ⅹ103

(t)每畝16萬公公斤約30萬斤

D)計(jì)算土壤中養(yǎng)分貯量,水分貯量例:土壤含全N3.0g/kg含水30%,求公頃耕層含N多少千克?貯水多少千克?含N:2.4ⅹ103ⅹ103ⅹ3ⅹ10-3=7.2ⅹ103kg/公頃貯水:2.4ⅹ103ⅹ103ⅹ30%=7.2ⅹ105kg/公頃第二節(jié)土壤孔性一、土壤密度,土壤容重

3、浸水容量

1)浸水容重是反映浸水條件下,土壤結(jié)構(gòu)狀態(tài)和淀實(shí)程度的指標(biāo)。

2)測定:浸水容重=干土質(zhì)量/沉淀容積磨細(xì)土樣于大量筒中制成懸液,沉降后獲得沉降淀體積,用上式計(jì)算。第二節(jié)土壤孔性二、土壤孔性:土壤孔隙的大小,多少及分布

1、總孔隙度:土壤孔隙的體積占整個土壤體積的百分?jǐn)?shù)土壤總孔度(%)=(孔隙體積/土壤體積)ⅹ100%土壤總孔度=(1-容重/密度)ⅹ100%第二節(jié)土壤孔性二、土壤孔性:土壤孔隙的大小,多少及分布

2、土壤孔隙比:土壤孔隙多少也可用孔隙比表示土壤孔隙比=孔隙容積/土粒容積=孔度/(1-孔度)

泥炭80%;砂土孔度30-45%;壤土40-50%;粘土45-60%,結(jié)構(gòu)好(團(tuán)粒結(jié)構(gòu)),55-65%甚致70%,比非團(tuán)聚體增加1/2-1/3理想土壤(大小一致實(shí)心圓球)。立方體47.46%三斜方面體24.51%第二節(jié)土壤孔性二、土壤孔性:土壤孔隙的大小,多少及分布

3、土壤孔度分級:分3級粒間孔隙的大小,形狀和連通情況極為復(fù)雜,如何表示孔隙的大小,用當(dāng)量孔徑,假設(shè)成平行圓管,粗對水束縛力小,細(xì)結(jié)水束縛力大。

當(dāng)量孔徑:

理查德式

h為毛管水上升高度;α;σ水表面張力;ρ水密度;g重力加速度;r毛管半徑;θ水與孔隙壁接觸角;當(dāng)θ趨近020℃時公式簡化為:茹林式:d=3/h

d為直徑h為水柱高cm第二節(jié)土壤孔性二、土壤孔性:

3、土壤孔度分級:分3級

1)非活性孔度<0.03mm(<0.0002mm)

15~16ba以上P束=凋萎系數(shù)x容重

P束=P緊束+P松束

2)毛管孔度0.03—0.1mm(0.0002—0.03mm):也稱活性孔度15~0.1baP毛=(田間持水量-凋萎系數(shù))x容重

3)非毛管孔度>0.1mm(>0.003mm):也稱通氣孔度0.1~0ba

P非毛管=P總-P毛-P束=(飽和持水量-田間持水量)x容重第二節(jié)土壤孔性二、土壤孔性:

4、固液氣三相比土壤固相、液相、氣相容積分別占土壤容積百分率

1)固相率=容重/密度

2)液相率=水%x容重水%通常指田間持水量

3)氣相率=1-固%-液%=孔隙度-容積含水率

5、土壤良好孔隙狀況耕層(0-15cm)總孔度50-56%通氣孔隙>10%,若15-20%更好;下部(15-30cm)總孔度50%通氣孔隙10%左右第二節(jié)土壤孔性二、土壤孔性:

6、影響土壤孔隙狀況因素

1)土粒排列:立方體型(L)47.67%三斜六面體(C)24.51%2)土壤結(jié)構(gòu):次級團(tuán)聚最緊C—C,P總43.0%

最松L—L,P總72.58

中間C—L,P總60.47%

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)總孔度大,大小孔度比例適合,不良結(jié)構(gòu)體總孔度小,小孔隙多,土壤緊實(shí)。

3)質(zhì)地砂30-45%大孔隙多壤40-50%

粘45-60%小孔隙多

4)有機(jī)質(zhì)多,本身疏松,同時促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)土壤中的土粒常常不是以單粒形式存在,而是許多單粒粘合、膠結(jié)在一起,形成復(fù)合團(tuán)聚體?;蚍Q為復(fù)粒。

土壤結(jié)構(gòu)體:土壤中的各級土?;蚱渲械囊徊糠只ハ嗄z結(jié),團(tuán)聚而形成的大小、形狀、性質(zhì)不同的土團(tuán)、土塊、土片等。

土壤結(jié)構(gòu)性:土壤中的單粒和結(jié)構(gòu)體的數(shù)量、大小、形狀、性質(zhì)及其相互的排列和相應(yīng)孔隙狀況等的綜合特性。塊狀結(jié)構(gòu);核狀結(jié)構(gòu)體;柱狀、棱柱狀結(jié)構(gòu);片狀結(jié)構(gòu)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)一、不良土壤結(jié)構(gòu)體1、塊狀結(jié)構(gòu)2、核狀結(jié)構(gòu)體3、柱狀、棱柱狀結(jié)構(gòu)4、片狀結(jié)構(gòu)第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)一、不良土壤結(jié)構(gòu)體

1、塊狀結(jié)構(gòu)

1)形態(tài):立方體型,橫軸和縱軸大體相等,邊面不明顯,內(nèi)部緊實(shí)。按大小分為:軸長大于10cm大塊狀結(jié)構(gòu)(百姓稱坷垃);

5-10cm塊狀結(jié)構(gòu);

5-0.5cm碎塊結(jié)構(gòu)。2)出現(xiàn)部位及原因出現(xiàn)部位:表土層中,通常在耕層中出現(xiàn)原因:有機(jī)質(zhì)少,質(zhì)地粘重,濕整地3)農(nóng)業(yè)危害:內(nèi)部緊實(shí),孔隙少,水氣不通,微生物活動弱,養(yǎng)分不能釋放,根系不能進(jìn)入,象石頭,結(jié)構(gòu)體間形成大孔隙,漏風(fēng)跑墑,拉斷根系。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中避免塊狀結(jié)構(gòu)體的出現(xiàn),適時整地。出現(xiàn)后,通過耙、壓破碎,較頑固的,小雨后進(jìn)行。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)一、不良土壤結(jié)構(gòu)體2、核狀結(jié)構(gòu)體

1)形態(tài):立方體型,橫軸縱軸大體相等,邊面棱角明顯,較塊狀結(jié)構(gòu)體小,其結(jié)構(gòu)體表面往往有膠膜出現(xiàn),鐵錳氧化物,粘粒。

2)出現(xiàn)部位及原因出現(xiàn)部位:多出現(xiàn)在淀積層中(心土,底土層中)出現(xiàn)原因:質(zhì)地粘重,有機(jī)質(zhì)極缺,干濕凍融交替作用下形成。膠結(jié)物質(zhì)R2O3、石灰、粘粒,許多是淋溶下來。

第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)一、不良土壤結(jié)構(gòu)體

3、柱狀、棱柱狀結(jié)構(gòu)

1)形態(tài):縱軸遠(yuǎn)大于橫軸,土體中呈柱狀,棱角明顯為棱柱狀結(jié)構(gòu),百姓稱之為立土,直塥土。大(橫軸7--5cm)

中(橫軸3-5cm)

小(橫軸小于3cm)

2)出現(xiàn)部位及原因出現(xiàn)部位:出現(xiàn)淀積層中,母質(zhì)層中(心土、底土)出現(xiàn)原因:質(zhì)地粘重,干濕交替,干濕交替頻繁,柱體小,干濕交替頻率低,柱體大。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)一、不良土壤結(jié)構(gòu)體

4、片狀結(jié)構(gòu)

1)形態(tài):橫軸大于縱軸,呈扁平狀,臥土

2)出現(xiàn)部位及原因

A)表層,結(jié)皮或結(jié)殼,雨后或灌溉后形成。

B)老耕地犁底層,耕作壓實(shí)形成

C)出現(xiàn)亞表層,白漿土白漿層,灰化土漂白層不良結(jié)構(gòu)體共同特性:結(jié)構(gòu)體大、硬、不易破碎,內(nèi)部孔隙小,不能調(diào)節(jié)水、肥、氣、熱,不利作物生長。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(一)形態(tài):團(tuán)粒結(jié)構(gòu),粒狀,近似球形疏松多孔的小土團(tuán)。粒徑0.25-10mm,表面粗糙不光滑。微團(tuán)粒結(jié)構(gòu),粒徑小于0.25mm,進(jìn)一步團(tuán)聚,形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu),水田中,淹水條件起重要作用。(二)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多級孔性

單?!獜?fù)粒(初級團(tuán)聚體)—微團(tuán)粒(二、三級團(tuán)聚)—團(tuán)粒(大團(tuán)聚體)

從小到大逐級團(tuán)聚,形成孔隙也由小到大,總孔度大小比例適合。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(三)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)對肥力的作用

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多是土壤肥沃的標(biāo)志,能調(diào)節(jié)土壤的緊實(shí)度,孔隙狀況,水,肥,氣,熱。常把團(tuán)粒結(jié)構(gòu)稱之為土壤肥力的調(diào)節(jié)器。

1、改善土壤孔隙狀況:總孔隙度大,大小比例適合。

2、解決土壤水氣矛盾

3、協(xié)調(diào)供肥保肥的矛盾

4、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)土壤易于耕作粘重土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu),耕作阻力小,質(zhì)量好,適耕時間長,疏松,力學(xué)性質(zhì)弱,接觸面小的原因。土壤中大于2mm和小于2mm團(tuán)粒各占50%,總孔度大,大小比例適當(dāng)。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(四)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性包括:水穩(wěn)性機(jī)械穩(wěn)定性生物穩(wěn)定性

1、水穩(wěn)性

1)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)浸水后,抵抗灌水泡散的能力。

2)水穩(wěn)性高,降雨、灌水破壞小。

3)團(tuán)粒水穩(wěn)性用水穩(wěn)度表示,水穩(wěn)性團(tuán)粒百分?jǐn)?shù)。

4)有機(jī)質(zhì)膠結(jié)形成水穩(wěn)度高。

2、機(jī)械穩(wěn)定性

1)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)抵抗機(jī)械碾壓能力。

2)機(jī)械穩(wěn)定性好,耕作破壞小。

3)有機(jī)質(zhì)形成團(tuán)粒,機(jī)械穩(wěn)定性好。因有機(jī)質(zhì)有彈性。

3、生物穩(wěn)定性形成團(tuán)粒有機(jī)膠結(jié)劑,抵抗微生物破壞的能力。腐殖物質(zhì)膠結(jié),生物穩(wěn)定性好。第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(五)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成單?!獜?fù)?!F(tuán)?!獔F(tuán)粒

1、復(fù)粒形成的微觀機(jī)制

1)粘團(tuán)說:由粘粒定向排列和靜電引力形成的直徑小于5μm的土體。片狀粘粒相互締合而成,締合方式“面-面”“面-邊”“邊-邊”,砂粒、粉砂??赏ㄟ^粘團(tuán)有機(jī)膠體參與團(tuán)粒形成。內(nèi)生粘團(tuán):晶格相連不易分開重疊粘團(tuán):土片可分開穩(wěn)定性:高嶺石、R2O3、綠泥石多,形成粘團(tuán)穩(wěn)定,有機(jī)質(zhì)多,增強(qiáng)粘團(tuán)穩(wěn)定性。

2)等電凝聚說:粘粒、有機(jī)質(zhì)帶負(fù)電荷多,但也帶少量正電荷,土壤微域內(nèi)正負(fù)電荷點(diǎn)相互凝聚,未參與的剩余正負(fù)電荷可進(jìn)一步復(fù)合。

第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(五)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成

2、團(tuán)粒形成的過程二個步驟:第一多級團(tuán)聚過程,第二切割造型過程

1)粘結(jié)團(tuán)聚過程第一、凝聚作用:第二、無機(jī)物的粘結(jié)作用

CaCO3

、CaSO4.H2O、無定形硅酸H2SiO3

、Fe2O3.nH2OAl2O3.nH2O、粘粒本身

Fe2O3.nH2O、Al2O3.nH2O膠結(jié)遇水不分散,其它易分散。第三、有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用:形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體。形成團(tuán)聚體具有水穩(wěn)性、力穩(wěn)性。物質(zhì)有:木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、真菌、細(xì)菌菌絲、多糖、脂肪、蠟質(zhì)、腐殖物質(zhì)。第四、蚯蚓和其它小動物:蚯蚓排泄物螞蟻樓子第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(五)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成

2、團(tuán)粒形成的過程

2)切割過程

A)根系的切割:根系的切割擠壓。

B)干濕交替:干縮濕脹,水膜拉力,淹水爆破作用。

C)凍融交替:結(jié)冰體積增大9%,緩慢結(jié)冰,擠壓團(tuán)聚,融凍后土壤疏松。

D)耕作:兩面性。

第三節(jié)土壤結(jié)構(gòu)二、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(六)土壤結(jié)構(gòu)的管理避免團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞,保持、恢復(fù)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

1、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞原因

1)水作用,雨滴

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