第四章+土壤的物理性质

土壤颗粒
土壤质地分类制：
国际制: 美国制：中国制：
卡庆斯制：
三级
二级
我国将土壤质地分为砂土、壤土和粘土三大组， 每组再细分。 一般常用的质地种类有： 砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土
土壤质地
表 4－6 质地组 砂土 壤土 卡钦斯基土壤质地基本分类（简制） 不同土壤类型的<0.01 毫米粒级含量(%) 灰化土 草原土壤、红黄壤 碱化土、碱土 0～5 0～5 0～5 5～10 5～10 5～10 10～20 10～20 10～15 20～30 20～30 15～20 30～40 30～45 20～30 40～50 45～60 30～40 50～65 65～80 >80 60～75 75～85 >85 40～50 50～65 >65 质地名称 松砂土 紧砂土 砂壤 轻壤 中壤 重壤 轻粘土 中粘土 重粘土
壤土
≥40 <40
<30
粘土
30～35 35～40 40～60 >60
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土壤质地
国际制：
根据砂粒(2-0.02毫米)、粉粒(0.02-0.002毫米)和粘粒(<0.002毫米)三 粒级含量的比例，划定12个质地名称，可从三角图上查质地名称。
查三角图的要点为：以粘粒含量为主要标准，
<15%者为砂土质地组和壤土质地组; 15％－25％者为粘壤组; >25%者为粘土组。 当土壤含粉粒>45%时， “粉质” ； 当砂粒含量在55%-85%时， “砂质” ， 当砂粒含量>85%时，则称壤砂土或砂土
2.60～2.68 2.54～2.57 2.62～2.76 2.77～2.88 2.70～3.10 2.85～3.57 3.15～3.90 3.60～4.10
腐殖质
1.40～1.80
②影响其大小的因素： 构成土粒的矿物质和有机物，主要是 前者，因土壤中主要矿物质组成的差异不 大，其大小在2.6—2.7g/cm3间，故取平均 值2.65 g/cm3作为参数
Ca2+
土粒
土粒
腐 殖 质
土粒
b.无机胶体 的粘结作用：
Fe2+
Fe2O3〃nH2O Al2O3〃nH2O 以及粘粒润 湿时将土粒 土粒 和微凝聚体 粘结在一起， 干燥时脱水 形成土块。
土粒
腐 殖 质
3 Fe +
土粒
Al3+
c.有机物质的胶结和复合作用：
木质素、蛋白质、真菌、丝状菌菌丝和新施入 土壤的有机质分解中产生的多糖类、脂肪、蜡质 等有机物质的作用。
二、三相组成和孔度的测定及计算
先测定土壤的固相率、液相率，再用差减法计算 其气相率。 1.固相率 由实测的土壤密度和土壤容重计算之：
容重 固相率＝ 密度（比重）
2.液相率（容积含水率）
土壤水质量 土壤含水量（质量％） ＝ 干土质量
土壤含水率（容积％）＝土壤含水量（质量％）×土壤容重
3. 气相率
容重 孔隙度 1 －固相率 1 － 密度
2. 土壤容重： ① 单位自然土体（原状土体）的质 量（或重量）g/cm3 。 ②大小及影响因素
a. 大小：一般情况为1.0—1.7 g/cm3 表土: 1.25—1.35 g/cm3 底土：1.4—1.6g/cm3
b. 影响因素：构成土壤的固体颗粒组 成和颗粒之间孔隙大小。
③ 应用： a. 计算总孔度，用于判断土壤的松紧状 况。 b. 估算土壤中各成分的储量（有机质、 可溶性盐、各种养分绝对量）。 c. 土壤储水量及灌水定额
第四章
土壤的物理性质
第一节 第二节 第三节 第四节
土壤的质地 土壤的孔性 土壤的结构性 土壤的耕性
第一节 土壤质地 一、土粒和粒级 1. 土粒的种类 矿物质土粒 单粒 按成分 复粒 有机质土粒
2. 粒级 ① 定义 据矿质土粒（单粒）粒径大小及其性质
上的变化将其划分为若干组，每组即一个粒级， 称为土壤粒级（粒组）
气相率=孔隙度－容积含水率
4.三相比
土壤三相比＝固相率：容积含水率：气相率
小总积 数孔的 表度比所 示或例有 。孔，孔 隙 度叫 ）做体 ，土积 以壤的 百总总 和 分孔 数隙占 （度整 ％（个 土 ）简 或称壤 体
适宜的土壤三相比为：
固相率50%左右，
容积含水率25-30%，
气相率15-25%。
2、土壤孔隙度(或孔度)：
单位土壤容积内孔隙所占的百分数。 孔隙度＝1－固相率 ＝液相率＋气相率
孔隙容积 孔隙比＝ 土粒容积
※介绍两个重要的物理量： 1. 土壤比重（土壤密度） ①单位容积固体土粒的质量（多以重量代替）
表 4-1 石 英 正长石 斜长石 白云母 黑云母 角闪石 辉 石 纤铁矿 土壤中常见组分的密度 (克/厘米 3) 赤铁矿 磁铁矿 三水铝石 高岭石 蒙皂石 伊利石 4.90～5.30 5.03～5.18 2.30～2.40 2.61～2.68 2.53～2.74 2.60～2.90
0.02-0.002 0.05-0.002 〈0.002 〈0.002 1-0.01mm
物理性砂粒：
物理性粘粒： 〈0.01mm
③ 各级土粒的矿物组成的性质
a. 矿物组成 b. 化学组成
石砾 砂粒 粉砂粒 粘粒
石英 原生矿物 次生矿物 SiO2 Al2O3 Fe2O3 盐基含量
c. 物理性质 P74页
二、 土壤的质地 1. 定义 据土壤机械分析，分别计算出各 粒级的相对含量，即机械组成，通过机械组 成来划分土壤类型即质地。 2. 意义 质地是土壤的一种十分稳定的自 然属性，反映母质来源及成土过程的某些属 性，对肥力有很大影响，常被用于土壤分类 系统中基层分类依据 3. 质地分类制 砂土 壤土 粘土 国际制 美国制 卡庆斯基制 我国制
3〉合理耕作，水分管理
淹灌<细流沟灌<喷灌、渗灌产生团粒结构越多；伏 耕晒垡、秋耕冬灌、冬犁晒垡充分发挥干湿交替和冻 融交替，促进团粒结构的形成。 酸性土施用石灰 碱性土施用石膏 不同程度的改良土壤的结构 生土上施用FeSO4.nH2O
4〉施用土壤结构改良剂： 施用人工合成的高分子聚合物，可以 快速形成团粒结构。
土壤的结构性： 土壤中结构体的类型、数量、排 列（结合）形式、孔隙状况以及其稳 定性等综合特性即称之为土壤的结构 性。
一、土壤中结构体的类型： 按照形态、大小和特性分类： 1. 块状和核状结构：结构单元为长宽高三轴平 均发展似立方体型 2. 柱状和棱柱状结构：结构单元为垂直轴方向 发达的条柱型 3.片状和鳞片状结构：结构单元为水平轴发达 的扁平型 4. 球状团粒结构：结构单元近似球型的粒状结 构型
物理性砂粒：
粒径在1～0.01 mm之间的土粒。 物理性粘粒：
粒径<0.01 mm的土粒。
土壤颗粒
土壤颗粒
土壤颗粒分级：(mm)
直径
石砾 砂粒 粉粒 粘粒
国际制
>2 2-0.02
美国制
>2 2-0.05
卡庆斯制
>1 1-0.05 0.05-0.001 〈0.001
中国制
>1 1-0.05 0.05-0.002 〈0.002
土壤结构体
不良结构：
块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体总 孔隙度小，主要是小的非活性孔隙和毛管孔隙， 结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的 通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。
良好结构：
团粒结构体不仅总孔隙度大，而且内部有 多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大 孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。
② 粒级制 a. 国际制 b. 美国制
c. 卡庆斯基制 >1mm 石砾 >0.01mm
1-0.05mm 砂粒 <0.01mm <1mm 细土部分 0.05-0.001mm 粉粒 <0.001mm粘粒 d. 我国制
石砾： 砂粒： 粉粒：
粘粒：
0.002mm
1mm 1-0.05mm 0.05-0.002mm
⑵ 不同质地土壤的利用与改良 a. 利用 砂土 选择植物： 生育期短 耐瘠作物 耐旱 作物 施肥 ：多施有机肥 施化肥要多 次少量且注意后期追肥 耕作 ：无需深沟高畦 畦幅可以 放宽 粘土 生育期长 肥水需要量大
b. 改良
客土法 引洪漫淤法 施用结构改良剂 施用有机肥
第二节 土壤的结构
土壤的结构性和土壤的结构体 土壤的结构体: 土壤中的固体颗粒在内外因素的作用下 形成大小不一、形状各异、性质不同的土 团、土片、土块等，这些团聚体即土壤的 结构体。
沙性土 壤性土 黏性土
质地与肥力的关系？
4.质地不同土壤的肥力特点和利用改良
（1）肥力特点： 砂土： 1-0.05mm砂粒大于50% 总的来说 蓄水力弱，养分含量少，保肥力较差，土温变化 快，但通气性和透水性好，且易适合花生、西瓜等块根、块茎作 物耕作。 粘土：〈0.001mm颗粒高于30% 通气透水不良；保水保肥，养分含量高；耕性差，发老苗 不发小苗，适合于禾谷类作物 壤质土壤 0.05∽0.01 mm颗粒大于30% 北方称为二合土；性质介于黏土与砂土之间。
粘土
土壤质地
表 4－8 中国土壤质地分类 （邓时琴，1985）
质地组 砂土
质地名称 极重砂土 重砂土 中砂土 轻砂土 砂粉土 粉土 砂壤 壤土 轻粘土 中粘土 重粘土 极重粘土 砂粒(1-0.05) >80 70～80 60～70 50～60 ≥20 <20 ≥20 <20
颗粒组成%（粒径：毫米） 粗粉粒(0.05-0.01) 细粘粒(<0.001)
第三节 土壤孔性和土体构造
一、三相组成和孔隙度
1、三相比
土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的 百分率，称为固相率、液相率（即容积含水量或容 积含水率，可与质量含水量换算）和气相率。三者 之比即是土壤三相组成：
固相容积 固相率 1 0 0 % 土体容积 水容积 液相率 1 0 0 % 土体容积 空气容积 气相率 1 0 0 % 土体容积
当干旱少雨时，毛管孔可以通过毛管 作用力使地下水上升满足植物的需要。 同时团粒因干燥收缩与其他结构脱离， 使毛管中断，减少水分的损失。
而非团粒结构则水气难以并存
2〉协调土壤中养分积累与释放的矛盾 团粒表面与空气接触，好气性微生物 活动剧烈，有机质分解，提供养分，团 粒内部多为嫌气状况，有利于养分的积 累和保存。 “小肥料库”
粉 粒 粉粒
砂粒
粘粒
砂粒
腐殖质
d. 蚯蚓和其他小动物的作用：
2）切割过程：
a.根系切割作用 b.干湿交替 c.冻融交替 d.合理耕作
4.团粒结构在土壤肥力上的作用： 1> 协调土壤中水和气的矛盾 团粒结构大小孔隙兼备，蓄水、透 水和通气同时进行。 降雨、灌溉时大孔隙透水，小孔隙 吸收容纳大量的水分（小水库），但 又不失通气性。
腐殖质
粉 粒 粉粒
砂粒
粘粒
砂粒
二、团粒结构
1.定义 土粒多在腐殖质作用下形成 粒状或小团块状，大体成球型，自小 粒至蚕豆粒大小。
土 壤 团 粒 体
2.特点 ： ① 由一定的大小和形状。其直径 0.25~10mm，<0.25mm为微团粒 ②多级孔隙 ③具有一定的稳定性(水稳型、生物 稳定性、机械稳定性)
总孔度的范围
砂土 30－45％
壤土
粘土
40-50%
45-60%
泥炭土 〉80％
结构良好的壤土和粘土的孔度高达55-65%， 甚至在70％以上。
团粒结构土壤的孔度比非团聚化土壤增加1/3至1/2左右。
最松和最紧的排列
方体排列的孔度为47.46%（左）
三斜六面体排列的孔度为24.51％（右）
三、孔隙的分级: 1. 当量孔径：采用与一定水吸力相 当的孔径。 d=3/h h为土壤的水吸力，单位 （kPa、Pa或mbar）d 单位mm 当 h=10kPa d=3/10=0.3mm
3.团粒结构的形成
1）土壤结构体形成机制：
• 胶体的凝聚作用； • 水膜的粘结作用； • 胶结作用； • 干湿交替；冻融交替；耕作措施； 生物作用
2）粘结团聚过程：多级团聚说 是粘结过程和团聚过程的综合，是团粒形成 所特有的。 形
单个土粒
团聚体 微团粒
成 阶 段 与 步 骤
a凝聚作用： 无机胶体 遇到Ca2+ Mg2+ Fe3+等 多价阳离子 出现凝聚， 形成凝聚体. 其稳定性 不高，凝胶 容易转化为 溶胶
土 壤 团 粒 体
3〉能够稳定土温 4〉使土壤具有良好的耕性和耕层构造 耕作阻力小，耕作质量高，易耕期长， 旱作土壤团粒结构在1-3mm，水稳型团 粒结构多，适于作物生长，水田土壤团 粒结构在10mm是适于作物生长。
5、创造团粒结构的途径： 1〉增施有机肥 增加有机胶结物质，有机质含量 越高，团粒结构越多。 2〉合理轮作，扩种绿肥牧草 植物根系分泌物，庞大的生物群 可以提供有机质物质；甘薯与小麦轮 作比小麦连作增加水稳性团粒结构为 21.5-14.5%。