第5章 土壤结构和力学性质

（2）粘土类： a 粒间孔隙小，多为极细毛管孔隙和无效孔隙， 通气透水性差，内部排水慢，易受渍害和积累 还原性有毒物质，有机质分解慢，不易释放有 效养分； b 粘土一般含养分较丰富，特别是钾、钙、镁等 含量较多，保肥力强； c 含水量多、热容量较大，升温慢降温也慢； d 粘土干时紧实坚硬，温时泥烂，耕作费力，宜 耕期短。 e 冷性土，发老苗而不发小苗。
（一）土壤结构的概念
（1）土壤结构：土粒（单粒和复粒）的排 列、组合形式。
（2）土壤结构体：土粒互相排列和团聚成为
一定形状和大小的土块和土团。
（3）土壤结构体的稳定性： 力稳性（mechanical-stability) 水稳性（water-stability） 生物学稳定性（biological-stability）
本章内容
第一节 土壤颗粒
第二节 土壤质地
第三节 土壤结构
第四节 土壤力学性质
第五节 土壤耕性和耕作
第一节 土壤颗粒
土壤的物质组成
土壤三相组成：固相、液相和气相
矿物质 固相 有机质 土壤液体
95% 5%
液相
气相
土壤气体
土壤的物质组成
土壤质地
土壤的颗粒组成 土壤颗粒组成：又称土壤机械组成：土壤 中不同粒径矿质颗粒的组合比例，一般 以各粒级所占百分比表示。
在一般计算中，土壤 颗粒密度取值为： 2.6 或2.65
在要求精确计算时，土壤 颗粒密度可按下式计算：
D p Fr矿物 D p
矿物
Fr有机质 Dp有机质
Fr矿物：矿物体积占土粒总体积的比
Fr有机质：有机质体积占土粒总体积的比
例题：假设有一土壤烘干重量为100g，其 中有机质重20g，矿物重80g，有机质的 Dp=1.4 g cm-3，矿物的Dp=2.65 cm-3 ，求 该土壤的Dp。 有机质的体积=20 / 1.4 = 14.29 cm3 矿物的体积 = 80 / 2.65 = 30.19 cm3 有机质的体积比=14.29 / 44.48=0.32
4、 不同质地土壤的利用和改良： 1）土壤质地与作物生长： 土宜：适宜作物种植的土壤条件。

各种作物的生物学特性及耕作栽培要求不 同，所需的最适宜的土壤条件也不同，土 壤质地是重要的土宜条件之一。
评价土壤质地好坏应注意的问题：
1、表层以下心土层和底土层的质地状况，有
无障碍层次以及它们出现的深度和厚度
土壤质地剖面示意图
一般的模式有：通体均一型 上粗下细型（蒙金型） 上细下粗型 中间夹砂型和中间夹粘型
夹层型
砂夹粘
粘夹砂
夹砂层
夹粘层
上砂下粘：胶泥底、上浸地，托水又托肥； 上粘下砂：砂砾底、菜蓝地，漏水又漏肥。 上部为轻壤质，下层为中壤 ~重壤，这种土 壤既有利于种子出苗，又利于苗期根系下扎 吸水吸肥，对土壤水、肥、气、热状况具有 较强的调节能力。有利于植物生长。这种土 称为“蒙金土”。
粉状土烘干重
沉降体积
g cm-3
3、影响容重的因素
有机质的含量 结构 耕作 土壤层次 土壤质地

三、土壤孔隙
（一）三相组成和孔隙度 1、三相组成指标
固相容积 固相率％＝ 土体容积 液相容积 液相率％＝ 土体容积 ×100
×100
空气容积 气相率％＝ 土体容积
×100
实容积率％＝
2、不同作物品种对土壤质地的适应性不同
3、注意土壤所处的环境条件
4、注意水田和旱地的区别
2）土壤质地的改良措施
（1）增施有机肥料； （2）掺砂掺粘、客土调剂； （3）翻淤压砂、翻砂压淤； （4）引洪放淤、引洪漫沙； （5）根据不同质地采用不同的耕作管理 措施。
第三节 土壤结构（Soil structure） 一、土壤结构涵义
土壤粒级基本类别
砾石 砂粒 粉粒 粘粒
常见的土壤粒级制
0.002
ISSS USDA C. CN 0.02
2.0
粘粒 粘粒 物理性粘粒
0.001
粉粒 粉粒
0.01
砂粒
0.05
石砾 石砾
1.0
砂粒 物理性砂粒
0.Байду номын сангаас5
石砾 石砾
粘粒
粉粒
砂粒
美国农业部（USDA)
＞2 mm 石砾
< 2 mm土粒 砂粒（Sand) 粉粒 (Silt) 粘粒 (Clay) 2 - 0.05 mm 0.05 - 0.002 mm <0.002 mm
以原生矿物为主
温度变化
高
中
低
早春温度 养分储量 SOM
供肥性 保肥性 施肥原则 作物生长 耕作管理
温暖 低 低
高 低 少量多次 发小苗 不发老苗 中
凉 中 中
中 中 中等 既发老苗 也发小苗 最容易
冷 高 高
低 高 次少量多 发老苗 不发小苗 最难
3、土壤质地的层次性 土壤质地的层次性表现为上砂下粘、上粘下 砂或砂粘相间。 冲积性母质发育的土壤 产 自然因素 的 水分在剖面中的淋洗作用 生 原 因 人为因素（耕作）
土壤粒级：土粒大小的等级。一般将土粒 分为石砾、砂粒、粉砂粒和粘粒四级。
土壤质地和质地分类
土壤质地：土壤中各粒级土粒含量(质量) 百分率的组合,及其所表现的 粘砂性质。 土壤质地分类：根据土壤中各粒级含量 的百分率进行的土壤分类。
土壤孔隙度
土壤孔隙度 是单位容积土壤中孔隙容积占整个土体 容积的百分数。它表示土壤中各种大小 孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和 土壤密度来计算。
Clay
55 Sandy Clay Clay Loam
40
Silty Clay
Silty Clay Loam
60
壤土 Loamy/Silty Soils (medium textured)
60 35 20 Sandy Clay Loam Loam Silty Clay Loam
75 Silt Loam
矿物的体积比 = 30.19 / 44.48=0.68
Dp = 0.68×2.65 + 0.32×1.40 = 2.25 g cm-3
另一种计算方法： Dp = 100 / 44.48 = 2.25 g cm-3
土壤有机质含量对Dp的影响
（Dp OM=1.4，Dp Minerals=2.65）
土壤干重 (g) 100 100 100 100 100 OM (%) 20 15 10 5 0 矿物质 (g) 80 85 90 95 100 V有 14.29 10.17 7.14 3.57 0.00 V矿 30.19 30.08 33096 35.85 37.74 Dp 2.25 2.34 2.43 2.54 2.65
土壤容重值的用途
计算土壤孔隙度：孔隙度=1 – 容重/密度 计算一定体积土壤的重量：如每亩耕地 土壤的重量=667×0.2×1.12×103 ≈150000 kg 计算土壤中各组分的储量 计算土壤储水量及灌排水定额

2、浸水容重
粉装土样的烘干重与其沉降容积之比。 单位：g cm-3 Db =
单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙的 容积）的质量。 单位 : 1000kg m-3 、 Kg m-3 、g cm-3

Dp＝
土粒的质量 土粒的体积
常见矿物组分的密度
组分 石英 正长石 斜长石 白云母 黑云母 角闪石 辉石 纤铁矿 密度(g m-3) 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 组分 赤铁矿 磁铁矿 三水铝石 高岭石 蒙皂石 伊利石 腐殖质 密度(g m-3) 4.90 – 5.30 5.003 – 5.18 2.30 – 2.40 2.60 – 2.68 2.53 – 2.74 2.60 – 2.90 1.40 – 1.80

土壤孔隙度= [1- 容重/密度] ×100%
一、土壤粒级
（一）土壤颗粒的概念
矿质土粒和有机土粒 单粒和复粒

（二）土壤粒级（soil separates) 1、土壤粒级的定义：
按土粒的大小分为若干组，这些组称为土壤粒级
※土粒的粒径实际上用当量粒径或有效粒径表示
2、当量粒径与理想土壤
3、粒级制

（1）砂土类： a 粒间孔隙大，毛管作用弱，通气透水性强，内 部排水通畅，不易积聚还原性有害物质，有机 质分解快，易释放有效养分； b 矿物成分主要是石英，含养分少，要多施有机 肥料；保肥性差，施肥后因灌水降雨而易淋失 ； c 含水量低，热容量较小，易增温也易降温； d 松散易耕，缺少有机质的砂土泡水后容易沉淀 、板结、闭气； e 热性土、发小苗而不发老苗。
（三）各级土粒的矿物组成和化学组成
1、土粒的矿物组成 2、土粒的化学成分和化学性质 3、土粒的物理性质
16
矿物组成
100 其它粘土矿物 硅酸盐原生矿物 层状硅酸盐 粘土矿物
50
石英
0
粘粒
粉粒
砂粒
化学成份
粗 细
高
SiO2
SiO2/R2O3
低
低
Al2O3 、Fe2O3 及盐基
高
化学组成（P、K、Ca）
第4章 提问
1、土壤水分特征曲线？作用有哪些？ 2、田间持水量？有何意义？ 3、土壤热容量？与土壤温度变化的关系？ 4、调节土壤热状况的关键是什么?为什么?
第5章 土壤结构与力学性质
Soil structure and mechanical property
本章要求


要求深刻理解和熟练掌握的重点内容有： 1、土壤粒级的分级标准。 2、土壤容重的概念和应用。 3、土壤孔隙度的概念和孔隙的类型。 4、土壤质地的概念和分类方法。 5、土壤结构体的类型和特点。 6、良好土壤结构体的形成和培育。 要求一般理解和掌握的内容有：土壤耕性和耕作 难点： 土壤质地与土壤肥力的关系，土壤结构与土壤肥力 的关系。
（二）土壤容重
Soil bulk density
1、容重
田间自然(垒结)状态下单位容积土 体（包括土粒和孔隙）的烘干重。 单位：g cm-3 Db =
土壤烘干重
土壤体积
g cm-3
V = 1CM3
W=1.33g
Db=1.33/1=1.33
g cm-3
Db=1.33/0.5=2.66 g cm-3
55 Sandy Clay Sandy Clay Loam Sandy Loam Loamy Sand 70 Clay Loam
40 Silty Clay Silty Clay Loam 75
60
35 20 10 Sand
Loam
Silt Loam
90
Silt
50 20
Percent Sand
粘质土 Clayey Soil (fine textured)
第二节 土壤质地
Soil texture
三、土壤机械组成和质地
（一）土壤机械组成 土壤中各粒级的相对百分含量称为 土壤机械组成
(二）土壤质地
1、质地的定义 根据土壤的机械组成划分的土 壤类别。
国际制土壤质地分类：
前苏联制质地分类：
中国制质地分类：
Textural Triangle
Clay
(3) 壤土类： 这类土壤由于砂粘适中，兼有砂土类、 粘土类的优点，消除了砂土类和粘土类 的缺点，是农业生产上质地比较理想的 土壤。
不同质地类别土壤性质、肥力及其改良 利用比较
性质 手感 矿物 表面积 储水性 有效水 抗旱性 通透性 砂质土 粗糙 低 低 低 低 高 壤质土 滑溜 中 中 高 高 中 粘质土 粘重 粘土矿物 高 高 中-高 低 低
固相容积＋水容积 土体容积
×100
2、土壤孔隙度
土壤孔度＝ （ 1
Db Dp
) 100
3、孔隙比
孔隙容积 孔隙比＝ 土粒容积
4、土壤三相比
土壤三相比=固相：液相率：气相率
（二）土壤孔性 1、土壤孔度
（1）总孔隙度的测定和计算
Db （ 1 土壤孔度＝ Dp ) 100
（2）“理想土壤”总孔隙度 （3）土壤总孔度的变化范围
粒级 砂粒 P（%） 0.05 K（%） 1.4 Ca（%） 2.5
粉粒
粘粒
0.10
0.30
2.0
2.5
3.4
3.4
不同粒级的物理性质
表面积
吸附能
粘结性 塑 性
胀缩性 持水性 粘粒 粉粒 砂粒
二、土壤密度和容重
Particle density and bulk density of soil
（一）土壤密度 Particle density of soils
90
Silt
70 50
20
砂质土 Sandy Soils (coarse textured)
20 10 Sand Sandy Loam Loamy Sand 70
50
2、 土壤质地与土壤肥力 土壤质地是土壤的重要物理性质之一， 对土壤肥力有重要的影响。 土壤质地常常是土壤通气、透水、保水 、保肥、供肥、保温、导温和耕性等的 决定性因素。