第二章第二節(jié)土壤結(jié)構(gòu)性

第2章

土壤的基本性質(zhì)似塊狀結(jié)構(gòu)

團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

似板狀結(jié)構(gòu)（也稱片狀結(jié)構(gòu)）

似柱狀結(jié)構(gòu)

圖5-4主要結(jié)構(gòu)體類型第二節(jié)土壤結(jié)構(gòu)性一、土壤結(jié)構(gòu)的概念土壤結(jié)構(gòu)：一般土粒團(tuán)聚形成大小、形狀不同的團(tuán)聚體。土壤結(jié)構(gòu)性：是指土壤中結(jié)構(gòu)體的大小、形狀、排列及其相應(yīng)的孔隙狀況等綜合性狀。二、土壤結(jié)構(gòu)的類型及特點(diǎn)1、土壤結(jié)構(gòu)體的類型表52美國(guó)農(nóng)田土壤調(diào)查局的土壤結(jié)構(gòu)分類表（1951）B—級(jí)：結(jié)構(gòu)體大小A—類型：結(jié)構(gòu)體的形狀和排列似板狀，水平軸比垂直軸長(zhǎng)，沿水平面排列似棱狀，水平軸比垂直軸短，沿垂線排列，有棱角。似快狀—多面體—球狀，沿一點(diǎn)的三軸大致相等似塊狀—多面體狀，結(jié)構(gòu)體表面平滑或彎曲，與周圍結(jié)構(gòu)體界面可吻合球狀—多面體狀。結(jié)構(gòu)體表面平滑或彎曲，與周圍結(jié)構(gòu)體界面不能吻合無圓頭有圓頭平界面，棱角明顯平界面夾圓界面，有許多圓角棱結(jié)構(gòu)體孔隙較少結(jié)構(gòu)體孔隙多板狀棱柱狀柱狀塊狀亞角塊狀團(tuán)粒團(tuán)塊1.很細(xì)或很薄2.細(xì)或薄3.中等4.粗或厚5.很粗或很厚<1mm1-~2mm2~5mm5~10mm>10mm<10mm10~20mm20~50mm50~100mm>100mm<10mm10~20mm20~50mm50~100mm>100mm<5mm5~10mm10~20mm20~50mm>50mm<5mm5~10mm10~20mm20~50mm>50mm<1mm1~2mm2~5mm5~10mm>10mm1mm1~2mm2~5mmC—度：結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定度0：無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)性或無定向的排列。1：弱結(jié)構(gòu)體發(fā)育差，不穩(wěn)定，界面不清，破碎后只有少量完整的小結(jié)構(gòu)體，大都為破碎的小結(jié)構(gòu)體和非團(tuán)聚的物質(zhì)。2：中等結(jié)構(gòu)體發(fā)育好，中等穩(wěn)定，原狀土界面不顯，破碎后多為完整的結(jié)構(gòu)體和一些破碎的結(jié)構(gòu)體，非團(tuán)聚的物質(zhì)少。3：強(qiáng)結(jié)構(gòu)體發(fā)育好，穩(wěn)定，界面清，彼此間聯(lián)結(jié)弱，破碎后幾乎是完整的小結(jié)構(gòu)體自然土壤中的結(jié)構(gòu)體類型Granular粒狀Blocky塊狀Prismatic棱柱狀Columnar柱狀Platy片狀Singlegrained單粒狀Massive大塊從結(jié)構(gòu)體內(nèi)部和結(jié)構(gòu)體間的孔隙情況考察：塊狀、片狀、柱狀、棱柱狀、板狀結(jié)構(gòu)體內(nèi)部致密，為非活性孔隙，根系很難穿扎，有效水分少，空氣難于流通。而結(jié)構(gòu)體間的裂隙多為大孔隙，成為漏水漏肥的通道。所以，這些結(jié)構(gòu)體的孔性不良。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部有大量小孔隙，可蓄水，團(tuán)粒間的接觸面積小，排列疏松，多為大孔隙，空氣流通快，具有理想的孔性。機(jī)械穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)體抵御機(jī)械破碎的能力。生物穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)體抵御生物分解的能力。水穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)體抵御水分散的能力。2、土壤結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)(1)土壤結(jié)構(gòu)體與孔性(2)結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性形成途徑主要有兩個(gè)：

1、多級(jí)團(tuán)聚途徑：由單粒凝聚成復(fù)粒，由復(fù)粒相互粘結(jié)形成微團(tuán)粒、團(tuán)粒。

2、在機(jī)械力的作用下，大塊土垡破碎成各種大小、形狀各異的粒狀或團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)體。涉及到的形成機(jī)制：

1、膠體的凝聚作用；

2、水膜的粘結(jié)作用；

3、膠結(jié)作用；

4、干濕交替，凍融交替；

5、耕作措施；

6、生物作用。三、土壤結(jié)構(gòu)體的形成（一）多級(jí)團(tuán)聚途徑1、膠體的凝聚作用正點(diǎn)膠體和負(fù)電膠體通過電荷引力凝聚沉淀。是土壤結(jié)構(gòu)體形成的重要途徑。土壤中的陽離子含量及價(jià)數(shù)是影響膠體凝聚的重要因素。單個(gè)土粒團(tuán)聚體微團(tuán)粒形成階段與步驟2、水膜的粘結(jié)作用

濕潤(rùn)土壤中，水分子可在土壤顆粒表面定向排列形成水膜，把相鄰的土壤顆粒粘結(jié)在一起。

水分進(jìn)一步增加時(shí)，可形成彎月面，在彎月面內(nèi)側(cè)形成負(fù)壓，把顆粒粘結(jié)在一起。3、膠結(jié)作用

土壤顆?；驁F(tuán)聚體間因膠結(jié)物質(zhì)物理狀態(tài)和化學(xué)組成的變化而相互團(tuán)聚在一起。土壤中的膠結(jié)物質(zhì)主要有兩大類：

（1）無機(jī)膠體粘粒：有較大的比表面和表面能，脫水時(shí)顆粒相互接觸緊密，通過范德華力粘結(jié)在一起。也可通過：“粘?！ㄏ蚺帕械乃肿印栯x子—定向排列的水分子—粘?！钡男问铰?lián)結(jié)起來。簡(jiǎn)單無機(jī)膠體：無定形鐵、鋁、硅氧化物，碳酸鈣，在濕潤(rùn)時(shí)起粘結(jié)作用，把土粒粘結(jié)在一起，脫水后，形成不同形狀的結(jié)構(gòu)體。（2）有機(jī)膠體主要有：腐殖質(zhì)、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、菌絲體、多糖

例如腐殖質(zhì)可通過多價(jià)陽離子的橋梁作用與粘粒結(jié)合成有機(jī)無機(jī)復(fù)合體。丘林稱之為膠散復(fù)合體，因?yàn)樽鳛殛栯x子橋的陽離子的種類不同，其穩(wěn)定性也有很大差異。丘林把在中性鹽（NaCl）作用下分散開來的復(fù)合體稱之為鈉分散復(fù)合體用G1來表示，把鈉分散復(fù)合體分離后加研磨處理得到的復(fù)合體稱之為研磨分散復(fù)合體用G2來表示。并認(rèn)為G1是Ca++結(jié)合的復(fù)合體，G2是Fe3+、Al3+結(jié)合的復(fù)合體。后來我國(guó)學(xué)者又把G1中的能在水中分散的復(fù)合體分為G0組。

多糖類物質(zhì)主要是通過氫鍵與礦質(zhì)顆粒結(jié)合成復(fù)合體。G1組復(fù)合體G2組復(fù)合體土粒土粒土粒Ca2+腐殖質(zhì)G1組復(fù)合體土粒土粒土粒Fe2+腐殖質(zhì)Fe3+Al3+G2組復(fù)合體砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒腐殖質(zhì)

（二）機(jī)械破碎途徑

1、干濕交替，凍融交替

干濕交替：土壤膠體具有濕脹干縮的性質(zhì)。濕土變干時(shí)，脫水速率不同，不同位點(diǎn)的膠結(jié)力不同，土塊會(huì)發(fā)生破裂，形成小的的結(jié)構(gòu)體。

干土變濕時(shí)，各部位的吸水速率不同，不同位點(diǎn)的膨脹度不同，土塊會(huì)發(fā)生不均衡的擠壓和破裂，形成小的結(jié)構(gòu)體。

影響因素：土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子組成、土壤含水量；由干變濕的速率。

凍融交替：孔隙結(jié)冰，體積增大，產(chǎn)生擠壓力，使土塊崩裂。（生產(chǎn)實(shí)踐）

影響因素：土壤含水量；溫度變化的快慢。

2、耕作措施

合理耕作并結(jié)合有機(jī)肥料的施用可促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。否則會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)。

3、生物作用

土壤動(dòng)物的掘土作用；

蚯蚓糞便的排泄，及分泌物的膠結(jié)作用等；

植物根系的穿插擠壓作用；1、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢(shì)的土壤大小孔隙兼?zhèn)洌畾鈪f(xié)調(diào)；2、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢(shì)的土壤保肥供肥協(xié)調(diào)

團(tuán)粒之間為大孔隙，微生物活性強(qiáng)，有利于團(tuán)粒表面養(yǎng)分的分解與釋放；內(nèi)部多為小孔隙，水分存在，通氣不良，有利于養(yǎng)分貯存，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢(shì)的土壤耕性好表現(xiàn)在適耕期長(zhǎng)，耕作阻力小，耕后質(zhì)量好。4、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢(shì)的土壤一般具有良好的耕層構(gòu)造剖面在上虛下實(shí)。5、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)一般具有一定的水穩(wěn)性、機(jī)械穩(wěn)性和生物穩(wěn)定性。四、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)在土壤肥力上的意義

1.耕作制度2.增施有機(jī)肥、合理施用化肥3.注意灌水方法4.播種綠肥或牧草5.合理耕作6.人工結(jié)構(gòu)改良劑的應(yīng)用五、土壤結(jié)構(gòu)性的改善第三節(jié)土壤結(jié)持性和耕性土壤結(jié)持性：土壤結(jié)持性是影響耕性重要機(jī)械物理性質(zhì)。是指在不同含水量（濕、潤(rùn)、干）條件下，土壤內(nèi)聚力（粘結(jié)性），附著力（粘著性）和可塑性的綜合表現(xiàn)。

一、土壤結(jié)持性1、土壤粘結(jié)性

在土壤中，土粒通過各種引力作用而粘結(jié)起來，就是粘結(jié)性。土壤的粘結(jié)性主要是由兩種力所促成：（1）顆粒間的分子引力，在干燥條件下它占主導(dǎo)作用。（2）土粒間水膜的引力，在濕潤(rùn)狀態(tài)下占主要地位。土壤粘結(jié)性的強(qiáng)弱，可用單位面積上的粘結(jié)力（如g·cm2或kg·cm2）來表示。(1)顆粒間的分子引力：土壤顆粒間的靜電吸引力土壤顆粒間的范德華力包括：極性力、誘導(dǎo)力、色散力

在一定的介質(zhì)中，兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)間的靜電力（F）的大小。與它們之間的距離（r）的平方和介質(zhì)的介電常數(shù)D成反比，而與正、負(fù)兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)帶電量ea

、ec

的乘積成正比：

（2）水膜的粘結(jié)力

在一定含水量下，半徑為r的兩個(gè)球形土壤顆粒的接觸點(diǎn)，會(huì)形成一個(gè)具有兩種曲率的雙鏡形環(huán)狀水環(huán)，產(chǎn)生水膜引力。把兩個(gè)顆粒緊緊牽引在一起。引力的大小，取決于土粒半徑r的大小。

（1）土壤比表面及其影響因素

土壤質(zhì)地、粘粒礦物組成、陽離子種類等。影響土壤粘結(jié)性的因素:（2）土壤含水量

土壤含水量的多少，對(duì)粘結(jié)性的強(qiáng)弱影響很大，在適度含水量時(shí)土壤粘結(jié)性最強(qiáng)。濕土變干：曲線A、B（砂土）干土變濕：曲線C(分散土粒）土壤含水量(g·kg-1)土壤團(tuán)粒大小無結(jié)構(gòu)土壤1~2mm0.5~1mm自然狀態(tài)壓緊狀態(tài)356701115240012000157001880245044000表54

土壤結(jié)構(gòu)性對(duì)粘結(jié)力(g/cm2)的影響2、土壤粘著性土壤粘著性：土壤在濕潤(rùn)狀態(tài)下，粘著外物的性能。粘著力的大小以

g·cm-2表示。土?！ぁ馕?/p>

粘性土只有在一定含水量條件下才會(huì)顯現(xiàn)。當(dāng)含水量很低時(shí)，水分子完全為土粒所吸收，此時(shí)主要產(chǎn)生土粒間的水膜拉力，即粘結(jié)力。當(dāng)含水量繼續(xù)增加時(shí)，超過土粒水化的要求，并在土粒表面與外物之間形成水膜層時(shí)，便產(chǎn)生了土壤的粘著性。圖5-10土壤粘著力、粘結(jié)力與含水量的關(guān)系

土壤開始呈現(xiàn)粘著性時(shí)的土壤含水量，稱為該土的“粘著限”，土壤因含水量的增加，而失去粘著性時(shí)的土壤含水量，稱為該土的“脫粘點(diǎn)”。（三）土壤可塑性土壤可塑性受含水量影響。水分過多，土壤變?yōu)榱黧w，形狀不能保持。水分過少，常會(huì)斷裂，不能獲得任意新形狀。土壤的塑性和粘粒的片狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。土壤可塑性：土壤在一定含水量下，由于外力的作用，可任意改變其形狀而不致斷裂，并在外力作用消失后，仍能繼續(xù)保持其所獲得的新形狀的性能。圖511

土壤產(chǎn)生可塑性的示意圖1.經(jīng)外力作用前的粘粒排列2．經(jīng)外力作用后的粘粒排列12

土壤呈現(xiàn)可塑性的含水量范圍，叫做塑性范圍。當(dāng)土壤開始表現(xiàn)可塑性時(shí)的最小含水量，稱土壤的“下塑限”，也稱塑性下限。使土壤失去可塑性而變成流體的最大含水量，稱土壤的“上塑限”，也稱塑性上限。上、下塑限之間的差值稱“塑性值”或塑性指數(shù)。塑性值愈大，說明塑性愈強(qiáng)。反之，則塑性弱或無塑性。

土壤塑性值與土壤粘粒含量呈正相關(guān)。土壤質(zhì)地越細(xì)，其塑性值越大。表56各種質(zhì)地土壤的塑性值(g·kg-1)物理性粘粒含量(%）下塑限上塑限塑性值重壤、粘土>40160~190340~400180~210中壤40~28180~200320~340120~160輕壤30~24210左右310左右100輕壤25~20220左右300左右80沙壤、砂土<20230左右280左右50

表57各種質(zhì)地土壤的塑性值(g·kg-1)

有機(jī)質(zhì)狀況下塑限上塑限塑性值甲土含有機(jī)質(zhì)35g·kg-136541550去掉有機(jī)質(zhì)19825153乙土含有機(jī)質(zhì)70g·kg-1522630108去掉有機(jī)質(zhì)27736891二、土壤耕性土壤耕性：指在耕作過程中土壤各種土壤物理性質(zhì)的綜合反映及在耕作后的土壤外在表現(xiàn)。包括耕作阻力的大小，耕作質(zhì)量的好壞，適耕期的長(zhǎng)短。1、土壤耕性與土壤結(jié)持狀態(tài)表58土壤結(jié)持性與土壤水分狀況水分含量少————————————多干燥濕潤(rùn)潮濕濘濕多水極多水結(jié)持類型堅(jiān)硬酥脆可塑粘韌濃漿稀漿主要性狀干硬，不能捏合成團(tuán)松散，無可塑性，易成團(tuán)，但不成塊有可塑性但無粘著性有可塑性和粘著性成濃漿，受重力作用可流動(dòng)成懸浮體狀態(tài)，易流動(dòng)耕作阻力大小大大大小耕作質(zhì)量耕后呈硬土塊耕后呈小土團(tuán)耕后呈大塊成浮泥漿成泥漿適耕性不宜宜不宜不宜不宜宜下塑限粘著限上塑限2、耕作時(shí)的土壤動(dòng)力特性

（1）抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度等于內(nèi)摩擦力或粒間摩擦力加上粘結(jié)力。可用庫(kù)侖公式表示：S＝Ptg+C

式中：S是抗剪強(qiáng)度，C是粘結(jié)力，P是垂直于剪切面的有效壓力，是內(nèi)摩擦角，tg是內(nèi)摩擦系數(shù)。

測(cè)定常采用盒形剪切法，當(dāng)剪應(yīng)力大于一定S值時(shí)，土樣被剪斷。水平力上盒下盒垂直荷載圖5-13土壤在剪切盒測(cè)定中受力示意圖CS3S2S1

P1P2P3砂土粘土圖5-14粘土及砂土的剪切曲線垂直荷載抗剪強(qiáng)度壓縮是在施壓力情況下，土壤體積的變化。壓縮時(shí)，孔隙比與壓力的關(guān)系為：孔隙比=AlogP

C

式中：A是壓縮指數(shù)（孔隙比/logP），P是所施負(fù)荷或壓力，C是常數(shù)，相當(dāng)于單位負(fù)荷時(shí)的孔隙比。（2）壓縮

土壤可在低壓或高壓條件下被壓縮，壓縮時(shí)可以有也可以沒有剪切應(yīng)力。壓縮可導(dǎo)致顆粒定向排列與膠核大小變化。在低壓壓縮時(shí)，以前者為主，高壓壓縮時(shí)，二者都有。高壓壓縮后，負(fù)荷移去時(shí)，土壤重新膨脹，這一作用主要是由擴(kuò)散雙電層和膠核的膨脹所引起的。3、耕地