第四章土壤质地、孔性和结构

第四章土壤质地、孔性和结构 三者是重要的物理性质

主要内容: 第一节土壤质地第二节土壤孔性第三节土壤结构

第一节土壤质地 一、土粒和粒级根据成分划分（一）土粒种类 1、有机质土粒：有机残体的碎屑，易分解或与矿物质形成复粒。 2、矿质土粒：数量占优势，稳定，构成土壤骨架，通常所指土粒指矿质土粒。单粒：单个存在，砂且有机质少土壤中多复粒：单粒相互聚积，粘且有机质多土壤中这里研究土壤颗粒大小是矿质单粒，复粒要通过一些方法将其分解。

第一节土壤质地 一、土粒和粒级根据成分划分（二）土壤粒级：土粒大小分组 1、当量粒径与理想土壤 1）理想土壤：把土粒理想化看作是光滑实心圆球。 2）当量粒径第一：大于0.25mm土壤用筛子筛分，能过1mm筛子，不能过0.25mm，为1~0.25mm土粒第二：小于0.25mm土粒，制成悬液沉降，据斯托无定律 V— 沉降速度 ρs— 土粒密度 η— 粘滞系数 ρw— 水密度 r— 半径沉降速度V与r2成正比，与粘滞系数η成反比。 3）把土壤看作理想土壤来研究，水、汽、热等土壤中流动有一定偏差，需采用各种修正系数进行修正。

第一节土壤质地 一、土粒和粒级根据成分划分（二）土壤粒级：土粒大小分组 2、土粒大小分级土粒有大，有小，大小土粒之间性质差异极大，从大到小分为石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒四组，具体如何划分，如下： 1）美国制；对砂粒石研究多1951年 2）国际制；1930年 3）卡钦斯基制（前苏联）； 1957年，其中从0.01mm处划分为物理性砂粒、物理性粘粒，二者物理性质差异大，如吸湿性，粘结性，胀缩性。 4）中国制极少使用。

第一节土壤质地 二、各级土粒的组成和性质：不同粒级性质不同，具有规律性 1、各级土粒组成 1）矿物组成：由粗致细 • 　　石英减少， • 　　原生硅酸盐矿物减少，钾长石、白云母为主，辉石、角闪石、钾长石、黑云母少。 • 　　次生矿物增加。 2）化学组成：由粗致细 • SiO2降低； R2O3增加； SiO2/ R2O3降低，盐基增加； • 　　　细粒养分通常比粗粒多。 2、土壤粒级的物理性质　　由粗到细，持水性，力学性质增强，渗透性下降。

第一节土壤质地 三、土壤的机械组成和质地 1、概念 1）机械组成：土壤中各级土粒所占重量百分数组合。 2）土壤质地：根据机械组成划分的土壤类型。 2、质地分类制：与颗粒粒级划分是对应的 1）美国制： 2）国际制： 3）卡钦斯基制（前苏联）

第一节土壤质地 三、土壤的机械组成和质地 2、质地分类制：与颗粒粒级划分是对应的 1）美国制：三级分类制，砂粒（2-0.05），粉砂(0.05-0.002)，粘粒划分为12个质地名称。 2）国际制：三级分粒制，砂粒（2-0.02），粉砂（0.02-0.002），粘粒划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四大类12个级别。划分标准为：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% 冠以粉质　　　　　　第五、砂粒55-85% 冠以砂质　　　　　　第六、砂粒>85% 称为砂土或壤砂土

第一节土壤质地 三、土壤的机械组成和质地 2、质地分类制：与颗粒粒级划分是对应的 3）卡钦斯基制（前苏联）　　　有简制（基本分类）和详细分类（详制） A）基本分类（简制）：考虑土壤类型，二级分类制，根据物理性砂粒（大于0.01m）和物理性粘粒（小于0.01m）将土壤划分为砂土、壤土、粘土三大类共9个级别 B）详细分类：在基本分类基础上，把含量最多的、次多的粒级作为冠词，顺序放在基本分类名称前面。

第一节土壤质地 四、不同质地土壤的肥力特点（或称质地特性）　砂土： 1）总孔隙度小，大孔隙，通气透水性好，保水性差。 2）有机质少，养分少，释放快，保肥能力差，肥效猛而不稳。　干旱，漏水漏肥，种植耐旱品种，灌水施肥量少，次数多。 3）热容量小，升温降温快，昼夜温差大。 4）易耕作，阻力小，质量好。　　但若细砂及粗粉砂过多，水田耕田后迅速沉降，排列紧实，插秧插不进去，“闭耕”现象，边耕边插。，粘土：性质相反　　壤土：性质介于者之间，兼有砂土和粘的优点，比较好的土壤。质地适中，孔隙度大，通透性适中，养分较多，耕性优良，同样粗粉质较多，缺乏有机质，土壤过分紧实。

第一节土壤质地 五、土壤质地层次性：　　土壤剖面中，不同土层质地不均一。 1、产生原因 1）母质本身性质：如冲积母质，残积母质。 2）淋溶作用 3）耕作：水稻上粘下砂 2、质地层次性对土壤性质影响 1）均一砂土或均一粘土。 2）上砂下粘，“蒙金土”上轻壤、砂壤，下为重壤，消除砂土、粘土缺点。 3）上粘下砂：“漏风土”，不好。 4）砂夹粘，粘夹砂：若夹层不厚，既可通气透水又可保水托肥，对温度养分调节都有良好作用。夹层过厚，变为上砂下粘，或上粘下砂型， 5）特殊夹层：剖面中夹有一层特殊坚实层。例如红壤的铁盘层，白浆土白浆层，若出现过浅，影响植物生长。　

第一节土壤质地 六、不同质地土壤的利用改良 1、栽种适宜作物 1）砂土生种植长期短，耐旱需肥少作物，耐贫瘠。蔬菜、西瓜、芝麻、高梁、马钤薯、地瓜等。 2）粘土种植生长期长，需肥多的作物。 3）过砂、过粘、多石砾，可种树，种草。 2、采用合理耕作措施 1）砂土：平畦，宽垄，播种深些，薄肥勤施。 2）粘土：深沟，高畦，窄垄，精耕细作，施足底肥，适当种肥、追肥。 3、客土 4、引洪漫淤。 5、深耕，深翻，改良质地层次性不好的土壤。 6、增施有机肥。

第二节土壤孔性 一、土壤密度，土壤容重 1、土壤密度（土粒密度更确切） 1）概念：单位体积固体土粒的重量。（g/cm3） 2）大小：土壤矿物质 2.60-.270之间　　　　　　土壤 2.60-2.70之间；平均2.65 　　　　　　有机质多，土壤密度小，　　　　　　矿物质中Fe、 Mn多，土壤密度大。 3）与土壤松紧状况无关。

第二节土壤孔性 一、土壤密度，土壤容重 2、土壤容重 1）概念：单位体积自然土壤的烘干重（g/cm3）. 　　　主要受土壤孔隙状况影响，孔隙大，容重小，砂土1.2-1.8间，粘土1.0-1.5间。 2）影响因素：影响孔隙状况均影响容重。质地、结构、有机质含量，另外土壤密度。 3）容重的用途　A）计算孔隙度：孔隙度=1-容重/比重 B）反映土壤松紧状况　　　

第二节土壤孔性 一、土壤密度，土壤容重 2、土壤容重 3）容重的用途　Ｃ）计算一定面积厚度土壤质量例：公顷耕层土壤质量耕层厚度20cm 容重1.2g/cm3 =10000ⅹ0.2ⅹ1.2=2.4ⅹ10３(t) 　每亩16万公公斤　约30万斤 D）计算土壤中养分贮量，水分贮量例：土壤含全Ｎ 3.0g/kg 含水30％，求公顷耕层含Ｎ多少千克？贮水多少千克？　　　　　　　含Ｎ：2.4ⅹ103ⅹ103ⅹ3ⅹ10-3=7.2ⅹ103 kg/公顷　　　　　　　贮水：2.4ⅹ103ⅹ103ⅹ３０％＝7.2ⅹ105 kg/公顷

第二节土壤孔性 一、土壤密度，土壤容重 3、浸水容量 1）浸水容重是反映浸水条件下，土壤结构状态和淀实程度的指标。 2）测定：浸水容重= 干土质量/沉淀容积　　　磨细土样于大量筒中制成悬液，沉降后获得沉降淀体积，用上式计算。

第二节土壤孔性 二、土壤孔性：土壤孔隙的大小，多少及分布 1、总孔隙度：土壤孔隙的体积占整个土壤体积的百分数　　　土壤总孔度（%）=（孔隙体积／土壤体积）ⅹ１００％　　　土壤总孔度=（１－容重／密度） ⅹ１００％

第二节土壤孔性 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=孔隙容积／土粒容积　　　　　　　　＝孔度／（１－孔度）泥炭80%；砂土孔度30-45%；壤土40-50%；粘土45-60%，　　结构好（团粒结构），55-65%甚致70%，比非团聚体增加1/2-1/3 　　理想土壤（大小一致实心圆球）。立方体47.46% 三斜方面体24.51%

第二节土壤孔性 二、土壤孔性：土壤孔隙的大小，多少及分布 3、土壤孔度分级：分3级　　粒间孔隙的大小，形状和连通情况极为复杂，如何表示孔隙的大小，用当量孔径，假设成平行圆管，粗对水束缚力小，细结水束缚力大。当量孔径：理查德式 h 为毛管水上升高度； α； σ 水表面张力； ρ 水密度；　g 重力加速度； r 毛管半径；θ 水与孔隙壁接触角；　当θ趋近0 20℃时公式简化为：　茹林式：d=3/h d为直径　h 为水柱高　cm

第二节土壤孔性 二、土壤孔性： 3、土壤孔度分级：分3级 1)非活性孔度 <0.03mm (<0.0002mm)15~16ba以上Ｐ束＝凋萎系数x容重 P束＝Ｐ紧束＋Ｐ松束 2)毛管孔度 0.03—0.1mm (0.0002—0.03mm)：也称活性孔度 15~0.1ba P毛＝（田间持水量－凋萎系数）x容重 3)非毛管孔度 >0.1mm (>0.003mm)：也称通气孔度　0.1~0ba Ｐ非毛管＝Ｐ总－Ｐ毛－Ｐ束＝（饱和持水量－田间持水量）x容重

第二节土壤孔性 二、土壤孔性： 4、固液气三相比土壤固相、液相、气相容积分别占土壤容积百分率 1）固相率=容重／密度 2）液相率=水％ x容重　　水％通常指田间持水量 3）气相率=１－固％－液％＝孔隙度-容积含水率 5、土壤良好孔隙状况耕层（0-15cm）总孔度50-56% 通气孔隙>10%，若15-20%更好；下部（15-30cm）总孔度50% 通气孔隙10%左右

第二节土壤孔性 二、土壤孔性： 6、影响土壤孔隙状况因素 1）土粒排列：立方体型（Ｌ）47.67% 三斜六面体（C）24.51% 2）土壤结构：次级团聚最紧 C—C，P总43.0% 最松Ｌ—Ｌ，P总72.58 中间Ｃ—Ｌ，P总60.47% 团粒结构总孔度大，大小孔度比例适合，不良结构体总孔度小，小孔隙多，土壤紧实。 3）质地砂 30-45% 大孔隙多壤 40-50% 粘 45-60% 小孔隙多 4）有机质多，本身疏松，同时促进团粒结构形成。

第三节土壤结构 土壤中的土粒常常不是以单粒形式存在，而是许多单粒粘合、胶结在一起，形成复合团聚体。或称为复粒。土壤结构体：土壤中的各级土粒或其中的一部分互相胶结，团聚而形成的大小、形状、性质不同的土团、土块、土片等。土壤结构性：土壤中的单粒和结构体的数量、大小、形状、性质及其相互的排列和相应孔隙状况等的综合特性。块状结构；核状结构体；柱状、棱柱状结构；片状结构团粒结构无结构

第三节土壤结构 一、不良土壤结构体 1、块状结构 2、核状结构体 3、柱状、棱柱状结构 4、片状结构

第三节土壤结构 一、不良土壤结构体 1、块状结构 1）形态：立方体型，横轴和纵轴大体相等，边面不明显，内部紧实。按大小分为：轴长大于10cm 大块状结构（百姓称坷垃）； 5-10 cm 块状结构； 5-0.5cm 碎块结构。 2）出现部位及原因出现部位：表土层中，通常在耕层中出现原因：有机质少，质地粘重，湿整地 3）农业危害：内部紧实，孔隙少，水气不通，微生物活动弱，养分不能释放，根系不能进入，象石头，结构体间形成大孔隙，漏风跑墒，拉断根系。农业生产中避免块状结构体的出现，适时整地。出现后，通过耙、压破碎，较顽固的，小雨后进行。

第三节土壤结构 一、不良土壤结构体 2、核状结构体 1）形态：立方体型，横轴纵轴大体相等，边面棱角明显，较块状结构体小，其结构体表面往往有胶膜出现，铁锰氧化物，粘粒。 2）出现部位及原因出现部位：多出现在淀积层中（心土，底土层中）出现原因：质地粘重，有机质极缺，干湿冻融交替作用下形成。胶结物质R2O3、石灰、粘粒，许多是淋溶下来。

第三节土壤结构 一、不良土壤结构体 3、柱状、棱柱状结构 1）形态：纵轴远大于横轴，土体中呈柱状，棱角明显为棱柱状结构，百姓称之为立土，直塥土。大（横轴7--5cm）中（横轴3-5cm）小（横轴小于3cm） 2）出现部位及原因出现部位：出现淀积层中，母质层中（心土、底土）出现原因：质地粘重，干湿交替，干湿交替频繁，柱体小，干湿交替频率低，柱体大。

第三节土壤结构 一、不良土壤结构体 4、片状结构 1）形态：横轴大于纵轴，呈扁平状，卧土 2）出现部位及原因 A）表层，结皮或结壳，雨后或灌溉后形成。 B）老耕地犁底层，耕作压实形成 C）出现亚表层，白浆土白浆层，灰化土漂白层不良结构体共同特性：结构体大、硬、不易破碎，内部孔隙小，不能调节水、肥、气、热，不利作物生长。

第三节土壤结构 二、团粒结构（一）形态：团粒结构，粒状，近似球形疏松多孔的小土团。粒径0.25-10mm，表面粗糙不光滑。微团粒结构，粒径小于0.25mm，进一步团聚，形成团粒结构，水田中，淹水条件起重要作用。（二）团粒结构多级孔性单粒— 复粒(初级团聚体)— 微团粒(二、三级团聚)— 团粒(大团聚体) 从小到大逐级团聚，形成孔隙也由小到大，总孔度大小比例适合。

第三节土壤结构 二、团粒结构（三）团粒结构对肥力的作用团粒结构多是土壤肥沃的标志，能调节土壤的紧实度，孔隙状况，水，肥，气，热。常把团粒结构称之为土壤肥力的调节器。 1、改善土壤孔隙状况：总孔隙度大，大小比例适合。 2、解决土壤水气矛盾 3、协调供肥保肥的矛盾 4、团粒结构土壤易于耕作粘重土壤形成团粒结构，耕作阻力小，质量好，适耕时间长，疏松，力学性质弱，接触面小的原因。土壤中大于2mm和小于2mm团粒各占50%，总孔度大，大小比例适当。

第三节土壤结构 二、团粒结构（四）团粒结构稳定性包括：水稳性机械稳定性生物稳定性 1、水稳性 1）团粒结构浸水后，抵抗灌水泡散的能力。 2）水稳性高，降雨、灌水破坏小。 3）团粒水稳性用水稳度表示，水稳性团粒百分数。 4）有机质胶结形成水稳度高。 2、机械稳定性 1）团粒结构抵抗机械碾压能力。 2）机械稳定性好，耕作破坏小。 3）有机质形成团粒，机械稳定性好。因有机质有弹性。 3、生物稳定性形成团粒有机胶结剂，抵抗微生物破坏的能力。腐殖物质胶结，生物稳定性好。

第三节土壤结构 二、团粒结构（五）团粒结构的形成单粒——复粒——微团粒——团粒 1、复粒形成的微观机制 1）粘团说：由粘粒定向排列和静电引力形成的直径小于5µm的土体。片状粘粒相互缔合而成，缔合方式“面-面”“面-边”“边-边”，砂粒、粉砂粒可通过粘团有机胶体参与团粒形成。内生粘团：晶格相连不易分开重叠粘团：土片可分开稳定性：高岭石、R2O3、绿泥石多，形成粘团稳定，有机质多，增强粘团稳定性。 2）等电凝聚说：粘粒、有机质带负电荷多，但也带少量正电荷，土壤微域内正负电荷点相互凝聚，未参与的剩余正负电荷可进一步复合。

第三节土壤结构 二、团粒结构（五）团粒结构的形成 2、团粒形成的过程二个步骤：第一多级团聚过程，第二切割造型过程 1）粘结团聚过程第一、凝聚作用：第二、无机物的粘结作用 CaCO3 、CaSO4.H2O 、无定形硅酸H2SiO3、Fe2O3.nH2O Al2O3.nH2O 、粘粒本身 Fe2O3.nH2O 、 Al2O3.nH2O胶结遇水不分散，其它易分散。第三、有机质的胶结作用：形成有机-无机复合体。形成团聚体具有水稳性、力稳性。物质有：木质素、蛋白质、真菌、细菌菌丝、多糖、脂肪、蜡质、腐殖物质。第四、蚯蚓和其它小动物：蚯蚓排泄物蚂蚁楼子

第三节土壤结构 二、团粒结构（五）团粒结构的形成 2、团粒形成的过程 2）切割过程 A）根系的切割：根系的切割挤压。 B）干湿交替：干缩湿胀，水膜拉力，淹水爆破作用。 C）冻融交替：结冰体积增大9%，缓慢结冰，挤压团聚，融冻后土壤疏松。 D）耕作：两面性。

第三节土壤结构 二、团粒结构（六）土壤结构的管理避免团粒结构破坏，保持、恢复团粒结构。 1、团粒结构被破坏原因 1）水作用，雨滴冲击，淹灌泡散，封闭空气的爆破。 2）农机具碾压。 3）K、NH4+对胶体分散。 4）微生物分解作用。

第三节土壤结构 二、团粒结构（六）土壤结构的管理 2、避免破坏，促进形成农业生产措施 1）增施有机肥 2）实行合理轮作用， 3）合理耕作， 4）改变灌水方式，减少淹水时间。地下灌水（滴灌）优于喷灌优于细沟流灌优于大水漫灌。 5）石灰、石膏施用酸性土施用石灰碱土施用石膏。

第三节土壤结构 二、团粒结构（六）土壤结构的管理 2、避免破坏，促进形成农业生产措施 6）土壤结构改良剂 A）人工合成高分子聚合物如：乙酸乙烯脂和顺丁稀二酸的共聚物（VAMA），水解聚丙稀晴（HPAN），施用耕层土重0.01% ，>0.25mm团聚体由10.9%增加至30.1% 施用耕层土重0.1% ，>0.25mm团聚体增加至82.9% 如：聚乙稀醇（PVA）施用耕层土重0.05% ，>0.25mm团聚体0~10cm土层由7.49%增加至38.5%，10~20cm团聚体由4.3%增加至17.6% 聚丙稀酰胺（PAM）较便宜。

第三节土壤结构 二、团粒结构（六）土壤结构的管理 2、避免破坏，促进形成农业生产措施 6）土壤结构改良剂 B）自然有机制剂：醋酸纤维、树脂胶、胡酶酸盐、沥青制剂 C）无机制剂：硅酸钠、膨润土、沸石、蛭石膨润土，膨胀性强，减少稻田渗漏，其它增强土壤通透性。

第四章 土壤质地、孔性和结构