第二章第二节土壤结构性

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涉及到的形成机制: 1、胶体的凝聚作用; 2、水膜的粘结作用;
3、胶结作用;
4、干湿交替,冻融交替; 5、耕作措施;
6、生物作用。
(一)多级团聚途径
1、胶体的凝聚作用
正点胶体和负电胶体
通过电荷引力凝聚沉
淀。是土壤结构体形 成的重要途径。土壤 中的阳离子含量及价 数是影响胶体凝聚的 重要因素。
单个土粒 团聚体 微团粒
适耕性
不宜

不宜
不宜
不宜

2、耕作时的土壤动力特性 (1)抗剪强度
抗剪强度等于内摩擦力或粒间摩擦力加上粘结力。可用库仑公式表示: S = P tg + C
式中:S 是抗剪强度,C 是粘结力,P 是垂直于剪切面的有效压力,是内摩擦 角,tg是内摩擦系数。
测定常采用盒形剪切法,当剪应力大于一定 S 值时,土样被剪断。
1 mm 1~2 mm 2~5 mm
C—度:结构 体的稳定度
0:无结构 无结构性或无定向的排列。 1:弱 结构体发育差,不稳定,界面不清,破碎后只有少量完整的小结构体,大都为 破碎的小结构 体和非团聚的物质。 2:中等 结构体发育好,中等稳定,原状土界面不显,破碎后多为完整的结构体和一 些破碎的结构体, 非团聚的物质少。 3:强 结构体发育好,稳定,界面清,彼此间联结弱,破碎后几乎是完整的小结构体
g·cm-2表示。
土粒——水膜——外物
粘性土只有在一定含水量条件下才会显现。当含水量很低时,水分子完全 为土粒所吸收,此时主要产生土粒间的水膜拉力,即粘结力。当含水量继续增 加时,超过土粒水化的要求,并在土粒表面与外物之间形成水膜层时,便产生 了土壤的粘着性。
土壤开始呈现粘着性时的土壤含水量 ,称为该土的“粘着限”,土壤因含水量 的增加,而失去粘着性时的土壤含水量, 称为该土的“脱粘点”。
冻融交替:孔隙结冰,体积增大,产生挤压力,使
土块崩裂。(生产实践)
影响因素:土壤含水量;温度变化的快慢。
2、耕作措施
合理耕作并结合有机肥料的施用可促进团粒结构的 形成。否则会破坏土壤结构。
3、生物作用
土壤动物的掘土作用; 蚯蚓粪便的排泄,及分泌物的胶结作用等; 植物根系的穿插挤压作用;
四、团粒结构在土壤肥力上的意义
球状—多面体状。结 构体表面平滑或弯曲 ,与周围结构体界面 不能吻合 结构体孔 隙较少 结构体 孔隙多
无圆头
有圆头
棱柱状
<10 mm 10~20 mm 20~50 mm 50~100 mm >100 mm
柱状
<10 mm 10~20 mm 20~50 mm 50~100 mm >100 mm
块状
<5 mm 5~10 mm 10~20 mm 20~50 mm >50 mm
(2)有机胶体
主要有:腐殖质、木质素、蛋白质、菌丝体、多糖
例如腐殖质可通过多价阳离子的桥梁作用与粘粒 结合成有机无机复合体。丘林称之为胶散复合体,因 为作为阳离子桥的阳离子的种类不同,其稳定性也有 很大差异。丘林把在中性盐(NaCl)作用下分散开来 的复合体称之为钠分散复合体用G1来表示,把钠分散 复合体分离后加研磨处理得到的复合体称之为研磨分 散复合体用G2来表示。并认为G1是Ca++结合的复合体, G2是Fe3+、Al3+结合的复合体。后来我国学者又把G1中 的能在水中分散的复合体分为G0组。 多糖类物质主要是通过氢键与矿质颗粒结合成复 合体。
自然土壤中的结构体类型
Granular 粒状
Blocky 块状
Prismatic 棱柱状
Columnar 柱状
Platy 片状
Single grained
单粒状
Massive
大块
2、土壤结构的评价 (1)土壤结构体与孔性
从结构体内部和结构体间的孔隙情况考察:
块状、片状、柱状、棱柱状、板状结构体内部致密,为非活性孔隙,根系 很难穿扎,有效水分少,空气难于流通。而结构体间的裂隙多为大孔隙,成为 漏水漏肥的通道。所以,这些结构体的孔性不良。 团粒结构体的内部有大量小孔隙,可蓄水,团粒间的接触面积小,排列疏 松,多为大孔隙,空气流通快,具有理想的孔性。
1
图511 土壤产生可塑性的示意图
1. 经外力作用前的粘粒排列
2
2.经外力作用后的粘粒排列
土壤呈现可塑性的含水量范围,叫做塑性范围。当土壤开始表现可塑 性时的最小含水量,称土壤的“下塑限”,也称塑性下限。使土壤失去可 塑性而变成流体的最大含水量,称土壤的“上塑限”,也称塑性上限。上 、下塑限之间的差值称“塑性值”或塑性指数。 塑性值愈大,说明塑性愈强。反之,则塑性弱或无塑性。
(2)结构体的稳定性 机械稳定性:结构体抵御机械破碎的能力。
生物稳定性:结构体抵御生物分解的能力。
水 稳 定性:结构体抵御水分散的能力。
三、土壤结构体的形成
形成途径主要有两个: 1、多级团聚途径:由单粒凝聚成复粒,由复粒相互粘
结形成微团粒、团粒。 2、在机械力的作用下,大块土垡破碎成各种大小、形 状各异的粒状或团粒状结构体。
土壤塑性值与土壤粘粒含量呈正相关。土壤质地越细,其塑性值越大。
表56 各种质地土壤的塑性值(g· kg-1) 物理性粘粒含量(% )
下塑限
上塑限
塑性值
重壤、粘土
中壤 轻壤
>40
40~28 30~24
160~190
180~200 210左右
340~400
320~340 310左右
180~210
120~160 100
粘土
抗 剪 强
垂直荷载

S3 S2 S1
水平力
上盒
砂土
C
下盒 P1 P2 P3 图5-13 土壤在剪切盒测定中受力示意图
垂直荷载
图5-14 粘土及砂土的剪切曲线
(2)压缩
压缩是在施压力情况下,土壤体积的变化。压缩时,孔隙比与压力的关系为:
(1)颗粒间的分子引力:
土壤颗粒间的静电吸引力
在一定的介质中,两个带电质点间的静电力(F)的大小。与它们之间的距离( r)的平方和介质的介电常数D成反比,而与正、负两个质点带电量ea 、ec 的乘 积成正比:
ea ec F Dr 2
土壤颗粒间的范德华力 包括:极性力、诱导力 、色散力 (2)水膜的粘结力
形 成 阶 段 与 步 骤
2、水膜的粘结作用
湿润土壤中,水分 子可在土壤颗粒表面定 向排列形成水膜,把相 邻的土壤颗粒粘结在一 起。 水分进一步增加时, 可形成弯月面,在弯月 面内侧形成负压,把颗 粒粘结在一起。
3、胶结作用
土壤颗粒或团聚体间因胶结物质物理状态和化学 组成的变化而相互团聚在一起。土壤中的胶结物质主 要有两大类: (1)无机胶体 粘粒:有较大的比表面和表面能,脱水时颗粒相 互接触紧密,通过范德华力粘结在一起。也可通过: “粘粒—定向排列的水分子—阳离子—定向排列的水 分子—粘粒”的形式联结起来。 简单无机胶体:无定形铁、铝、硅氧化物,碳酸 钙,在湿润时起粘结作用,把土粒粘结在一起,脱水 后,形成不同形状的结构体。
干硬,不能 捏合成团
湿润 酥脆
潮湿 可塑
泞湿 粘韧
多水 浓浆
极多水 稀浆
成悬浮体状 态,易流动
下 粘 上 松散,无可塑 成浓浆,受 塑 有可塑性但无粘 着 有可塑性 塑 性,易成团, 重力作用可 限 着性 限 和粘着性 限 但不成块 流动

耕后呈硬土 块

耕后呈小土团

耕后呈大块


成浮泥浆

成泥浆
塑性值
50 53 108 91
乙土
二、土壤耕性
土壤耕性:指在耕作过程中土壤各种土壤物理性质的综合反映及在耕作后的 土壤外在表现。包括耕作阻力的大小,耕作质量的好坏,适耕期 的长短。
1、土壤耕性与土壤结持状态
表58 土壤结持性与土壤水分状况 少————————————多 水分含量 结持类型 主要性状 耕作阻力 耕作质量 干燥 坚硬
在一定含水量下,半径为r的两 个球形土壤颗粒的接触点,会形成一 个具有两种曲率的双镜形环状水环, 产生水膜引力。 把两个颗粒紧紧牵 引在一起。引力的大小,取决于土粒 半径 r 的大小 。
影响土壤粘结性的因素:
(1)土壤比表面及其影响因素 土壤质地、粘粒矿物组成、阳离子种类等。
表54 土壤结构性对粘结力(g/cm2)的影响 土壤含水量 (g· kg-1) 土壤团粒大小 1~2mm 0.5~1mm 无结构土壤 自然状态 压紧状态
表52美国农田土壤调查局的土壤结构分类表(1951) A—类型:结构体的形状和排列
似快状—多面体—球状,沿一点的三轴大致相等
B—级: 结构体大小
似板状 ,水平 轴比垂 直轴长 ,沿水 平面排 列 板状
似棱状,水平轴比垂 直轴短,沿垂线排列 ,有棱角。
似块状—多面体状,结 构体表面平滑或弯曲, 与周围结构体界面可吻 合 平界面, 棱角明显 平界面夹 圆界面, 有许多圆 角棱
第2章
土壤的基本性质
第二节 土壤结构性
一、土壤结构的概念
土壤结构:一般土粒团聚形成大小、形状不同的团聚体。
土壤结构性:是指土壤中结构体的 大小、形状、排列及其相应的孔 隙状况等综合性状。
二、土壤结构的类型及特点
1、土壤结构体的类型 似块状结构
团粒结构
似板状结构(也称片状结构) 似柱状结构
图5-4主要结构体类型
一、土壤结持性
1、土壤粘结性
在土壤中,土粒通过各种引力作用而粘结起来,就是粘结性。土壤的粘 结性主要是由两种力所促成: (1)颗粒间的分子引力,在干燥条件下它占主导作用。 (2)土粒间水膜的引力,在湿润状态下占主要地位。 土壤粘结性的强弱,可用单位面积上的粘结力(如g·cm2或kg·cm2) 来表示。
轻壤 沙壤、砂土
25~20 <20
220左右 230左右
300左右 280左右
80 50
表57各种质地土壤的塑性值(g· kg-1 )
有机质状况
甲土 含有机质35g· kg-1 去掉有机质 含有机质70g· kg-1 去掉有机质
下塑限
365 198 522 277
上塑限
415 251 630 368
35
15
670
700
1115
1880
2400
2450
12000
44000
(2)土壤含水量 土壤含水量的多少,对粘结性的强 弱影响很大,在适度含水量时土壤粘结 性最强。 湿土变干:曲线A、B(砂土)
干土变湿:曲线 C(分散土粒)
2、土壤粘着性
土壤粘着性:土壤在湿润状态下,粘着外物的性能。粘着力的大小以
五、土壤结构性的改善
1.耕作制度
2.增施有机肥、合理施用化肥
3.注意灌水方法 4.播种绿肥或牧草 5.合理耕作 6.人工结构改良剂的应用
第三节 土壤结持性和耕性
土壤结持性:土壤结持性是影响耕性重要机械物理性质。是指在不同含 水量(湿、润、干)条件下,土壤内聚力(粘结性),附 着力(粘着性)和可塑性的综合表现。
图5-10 土壤粘着力、粘结力与含水量的关系
(三)土壤可塑性
土壤可塑性:土壤在一定含水量下,由于外力的作用,可任意改变其形状而 不致断裂,并在外力作用消失后,仍能继续保持其所获得的新 形状的性能。
土壤可塑性受含水量影响。水分过多,土壤变为流体,形状不能保持。水分过 少,常会断裂,不能获得任意新形状。土壤的塑性和粘粒的片状结构有关。
G1组复合体
G2组复合体
Ca2+
土粒
土粒
腐 殖 质
G1组复合体
土粒
Fe2+
土粒
土粒
腐 殖 质
土粒
Al3+Baidu Nhomakorabea
Fe3+
G2组复合体
腐殖质
粉 粒 粉粒
砂粒
粘粒
砂粒
(二)机械破碎途径
1、干湿交替,冻融交替
干湿交替:土壤胶体具有湿胀干缩的性质。湿土变 干时,脱水速率不同,不同位点的胶结力不同,土块 会发生破裂,形成小的的结构体。 干土变湿时,各部位的吸水速率不同,不同位点的 膨胀度不同,土块会发生不均衡的挤压和破裂,形成 小的结构体。 影响因素:土壤质地、有机质含量、阳离子组成、 土壤含水量;由干变湿的速率。
亚角块状
<5 mm 5~10 mm 10~20 mm 20~50 mm >50 mm
团粒
<1 mm 1~2 mm 2~5 mm 5~10 mm >10 mm
团块
1. 很细或很薄 2. 细或薄 3. 中等 4. 粗或厚 5. 很粗或很厚
<1 mm 1~2 mm 2~5 mm 5~10 mm >10 mm
1、团粒结构占优势的土壤大小孔隙兼备,水气协调;
2、团粒结构占优势的土壤保肥供肥协调
团粒之间为大孔隙,微生物活性强,有利于团粒表面养分的分解与释 放;内部多为小孔隙,水分存在,通气不良,有利于养分贮存,增加结构 的稳定性。 3、团粒结构占优势的土壤耕性好 表现在适耕期长,耕作阻力小,耕后质量好。 4、团粒结构占优势的土壤一般具有良好的耕层构造 剖面在上虚下实。 5、团粒结构一般具有一定的水稳性、机械稳性和生物稳定性。
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