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(jí)(sizefraction)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際制

美國(guó)制

卡慶斯基制

（原蘇聯(lián)制）中國(guó)制土壤粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)粒徑(mm)中國(guó)制(1987)卡慶斯基制(1957)美國(guó)制(1951)國(guó)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(guó)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(guó)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(duì)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(guó)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(guó)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(guó)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(duì)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(zhǎng)，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(duì)水分有回潤(rùn)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jiǎn)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(duì)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(rùn)，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(duì)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(duì)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(duì)土壤肥力的意義團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有小水庫(kù)、小肥料庫(kù)、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(kù)

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(kù)

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(duì)植物是有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生長(zhǎng)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(zhǎng)石2.54～2.57磁鐵礦5.03～5.18斜長(zhǎng)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