第一课土壤学第六章 土壤结构与力学性质ppt

土壤肥力有多方面的影响。土壤孔性可从两方面了解：一是土壤孔隙总量( 总孔度)，二是大小孔隙分配(分级孔度)。
1.土壤孔度 (1)总孔度的测定和计算
土壤总孔度(％)＝ 土 孔壤 隙体 体积 积10（ 0 ％）
＝ 土粒体孔积隙＋体孔积隙体积10（ 0 ％）
(2)“理想土壤”的总孔度 (3)土壤总孔度的变化范围
< 0.002
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
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§6 土壤结构与力学性质
(三)各级土粒的矿物组成和性质 1.土粒的矿物组成
2.土粒的化学成分和化学性质 各粒级土粒的化学组成(表6-2)：
粗细土粒的矿物组成示意图
耕作性状： 耕作时的难易程度、阻力大小、耕作质量好坏以及宜耕期
的长短等。
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§6 土壤结构与力学性质
1. 砂质土 泛指与砂土性状相近的一类土壤，物理粘粒含量<15%。主要分布
在西北地区，如新疆、甘肃、宁夏、内蒙、青海的山前平原以及各地 河流两岸、滨海平原一带。
100%
液相率

水容积 土体容积
100%
气相率

空气容积 土体容积
100%
2.土壤孔隙度(土壤孔度) 土壤孔隙的容积占整个土体容积的百分
数称为土壤孔度，又称总孔度。它是衡量土 壤孔隙的数量指标。
孔隙度＝1－固相率＝液相率＋气相率
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§6 土壤结构与力学性质
(二)土壤孔性 土壤孔隙性质(简称孔性)是指土壤孔隙总量及大、小孔隙分布，它对
50～65
＞80
＞85
＞65
物理性砂粒(＞0.01mm)(％)
灰化 草原土及 柱状碱土及
土类 红黄壤类 强碱化土类
100～95 100～95 100～95
95～90 95～90
95～90
90～80 90～80
90～85
80～70 80～70
85～80
70～60 70～55
80～70
60～50 55～40
单位容积固体土粒 ( 不包括粒间孔隙 ) 的质量。(g/cm3 )
影响土壤密度的因素： 矿物组成、有机质含量、土壤质地等因素。 土壤密度一般取平均值 2.65g/cm3 。 土壤比重：土壤密度与 4℃时纯水密度之比。一般取 2.65。
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§6 土壤结构与力学性质
(二)土壤容重 1.概念
土壤力学性质：土壤的机械物理性质。
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§6 土壤结构与力学性质
§6-1 土壤颗粒
一、土壤粒级
(一)土壤颗粒的概念 土壤颗粒是构成土壤固相骨架的基本颗粒。 土壤颗粒的种类(按土粒的成分)：矿物质土粒(占土壤固相重量的95%以上)、有
机质土粒、有机质与无机质复合的群体。 土壤固体物质大小和形态各异，一般都视为球体，称为矿物质土粒或矿质土粒，
70～60
50～35 40～25
60～50
35～20 25～15
50～35
＜20
＜15
＜35
注：在分析工作中不包括大于1mm的石砾，这一部分含量另行计算。
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§6 土壤结构与力学性质
4. 中国质地分类(三元)
质地组 砂土 壤土 粘土
我国土壤质地分类标准 （1985, 1996）
质地名称
§6-3 土壤结构 一、土壤结构体 二、土壤团粒结构 三、土壤结构改良
§6-4 土壤力学性质 一、土壤黏结和黏着性 二、土壤可塑性 三、土壤胀缩性 四、土壤的抗剪强度 五、土壤压缩与压实
§6-5 土壤耕性和耕作 一、土壤耕作 二、土壤耕性和耕作力学 三、土壤保护性耕作技术
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§6 土壤结构与力学性质
>60
中国制的三元粒级互不衔接，不能构成三角质地图，不便查用
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§6 土壤结构与力学性质
三、不同质地土壤的肥力特点和改良利用
(一)土壤质地与肥力的关系
土壤的生产性状：指土壤质地的差异在林业生产中的反应
肥力状况： 植物在生长过程中，土壤的水、肥、气、热、扎根条件以
及有无产生毒害物质的协调程度；
物理性粘粒(＜0.01mm)(％)
灰化土类 草原土及 柱状碱土及
红黄壤类 强碱化土类
0～5
0～5
0～5
5～10
5～10
5～10
10～20 10～20
10～20
20～30 20～30
15～20
30～40 30～45
20～30
40～50 45～60
30～40
50～65 60～75
40～50
65～80 75～85
土壤结构：土壤中不同颗粒的排列和组合形式。
土壤结构是成土过程或利用过程中由物理的、化学 的和生物的多种因素综合作用而形成，按形状可分为块 状、片状和柱状三大类型；按其大小、发育程度和稳定 性等，再分为团粒、团块、块状、棱块状、棱柱状、柱 状和片状等结构。
土壤力学：研究力与土壤相互作用的学科。研究
力学和水力学原理在土方工程上的应用。
土壤体土积壤－体土积粒体积＝1－
土粒体积 土壤体积
＝1－
土粒体积 土壤体积
土重 土重
＝1－
土重 土壤体积
土土 粒重 体积
＝1－
土重 土壤体积
土土 粒重 体积＝1－
容重 密度
2.当量孔径与土壤空隙的类型
土壤孔隙的大小、形状均不规则，无法按其真实孔径来研究。土壤学中所说的孔 隙直径是指与一定的土壤水吸力相当的孔径(当量孔径)。当量孔径与土壤水吸力的关 系为： d=3/h
单位体积自然状态土壤体 (含粒间孔隙) 的重量。( g/cm3) 2.土壤容重作用 (1)计算土壤孔隙度
孔隙度＝[1－(容重/比重)]×100% (2)计算工程土方量
土壤重量 = 土壤体积×土壤容重 (3)估算各种土壤成分储量
设耕层厚度0.2m ，容重1.3t/m3 有机质含量15g/kg=0.015t/t ，全氮量 0.75g/kg=0.00075t/t 。 1hm2(104m2)厚0.2m 土层计： 土壤重=10000 × 0.2 × 1.3=2600t 有机质储量 =2600 × 0.015=39.0t 全氮储量 =2600 × 0.00075=1.95t
近百年来都是采用与土粒沉降速度相同的球体土粒的直径或半径为其粒径，称为当
量粒径。 斯托克斯定律
V 2 ( s w )gr 2
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理想土壤：土壤的基本结构是固态物质，而液态及气态则互相竞争固体物间的 孔隙部分，三者间的比率影响作物的生长，一般认为理想土壤所含此三部分之比率 分别为50%、25%、25% 。
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§6 土壤结构与力学性质
§6-2 土壤质地 一、土壤机械组成
各粒级土粒在土壤中的相
对比例(质量百分数)称为土壤
机械组成(或土壤颗粒组成)。
由土壤机械组成确定土壤
质地。
二、土壤质地类型
(一)土壤质地的概念 按照土壤中不同粒级土粒的相对比例(土壤机械组成的差异)把土壤分成
若干组合，每一组合即为一种土壤质地。
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
颗粒组成%（粒径：毫米） 砂粒(1-0.05) 粗粉粒(0.05-0.01) 细粘粒(<0.001)
>80 70～80 60～70 50～60
≥20
≥40
<30
<20
≥20
<40
<20
30～35 35～40 40～60
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§6 土壤结构与力学性质
(4) 计算土壤储水量及灌水(或排水)定额 设土层厚度 1m，土壤含水量 25%，容重为1.3 t/m3。
1hm2的1m土层储水量=10000m2 × 1m×1.3 t/m3 × 25% =3250t~3250m3/hm2~325mm
3. 浸水容重 反映土壤在浸水条件下的结构状态和紧实度。
和真菌不能进入毛管孔隙中，但根毛和细菌可在其中生活。 (3)通气孔隙
当量孔径>0.02 mm的孔隙(土壤水吸力<1.5×104 Pa), 其中>0.2 mm的粗孔植物的细根可伸入 其中；0.2-0.02 mm的中孔是原生动物、真菌和根毛的栖身地。 3.土壤空隙分级
4.土壤孔性的影响因素
①质地；②结构；③土壤有机质含量；④土粒排列；⑤自然因素与土壤管理
砂粒和粉砂粒以石英和长石等原生矿物为主，二氧化硅含量较高；
粘粒中,则以次生层状硅酸盐矿物为主,铁、钾、钙、镁等的含量较多。
土粒的化学性质：
主要指-离子吸附与交换、酸碱性、氧化还原反应等
3.土粒级的物理性质(表6-3)
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§6 土壤结构与力学性质
二、土壤密度和容重
土壤是由固、液、气三相构成的分散系。土壤固、液、气三相容积 比，反映土壤水、气关系。 (一)土壤密度
土壤质地对土壤性状如养分含量、通气透水性、保水保肥性以及耕作性状等都有很大的影响，所以，在阐明土壤 肥力时，土壤质地是首先考虑的因素之一
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§6 土壤结构与力学性质
(Fra Baidu bibliotek)土壤质地分类制
1.国际制
（1）以粘粒(<0.002mm)含量判定4类：
<15%
砂土类
15~25% 壤土类
25% ~45% 粘壤土类
举例： 砂粒38%，粘粒23%， 粉粒39%
壤 土
美国农部制土壤质地三角图
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§6 土壤结构与力学性质
3. 卡钦斯基制(二元)
物理砂粒（>0.01mm），物理粘粒（<0.01mm）
卡钦斯基土壤质地分类(简明方案)
质地名称
砂土 壤土 粘土
松砂土 紧砂土 砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 轻粘土 中粘土 重粘土
4. 影响土壤容重的因素 质地、结构、有机质含量、紧实度等，主要通过影
响孔隙而影响容重。
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§6 土壤结构与力学性质
三、土壤孔隙
在土壤固、液、气三相中，固相和液相两者的容积合称为实容积。而液相
和气相两者的容积之和即为土壤孔隙容积。
(一)三相组成和孔隙度 1.三相组成指标
固相率

固相容积 土体容积
按土粒大小，分为若干组，称为土壤粒级(粒组)。
石砾： 砂粒： 粉粒：
1mm 1-0.05mm 0.05-0.002mm
粘粒： 0.002mm 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。
1.当量粒径与理想土壤
当量粒径(有效粒径)：土粒在水中沉降速度因其形状而异，而形状又很不一致，
砂土 壤土 粘土 泥炭土
30－45％ 40-50% 45-60% 〉80％
结构良好的壤土和粘土的孔度高达55-65%，甚至在70％以上。
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§6 土壤结构与力学性质
土壤孔度通常不是直接测定的，而是根据土壤的密度和容重来计算：
土壤孔度＝（1－
容重 密度
）
100％
土壤孔度＝孔隙体积＝ 土壤体积
式中 d—孔隙的当量孔径，mm； h—土壤水吸力，100Pa；
当量孔径与土壤水吸力呈反比，孔隙越小，土壤水吸力越大。
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§6 土壤结构与力学性质
(1)非活性孔隙 当量孔径< 0.002 mm的孔隙(土壤水吸力>1.5×105 Pa)，根毛和微生物不能进入此孔隙。
(2)毛管孔隙 当量孔径为0.02～0.002 mm的孔隙(土壤水吸力1.5×105 Pa-1.5×104 Pa), 植物细根、原生动物
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§6 土壤结构与力学性质
2.土粒的大小分级—粒级制
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§6 土壤结构与力学性质
土壤颗粒分级：(mm)
直径
国际制
石砾
>2
砂粒
2-0.02
粉粒
0.02-0.002
粘粒
<0.002
物理性砂粒：1-0.01mm
物理性粘粒：< 0.01mm
美国制 >2
2-0.05 0.05-0.002
§6 土壤结构与力学性质
学习目标
掌握有关“土壤颗粒”、“土壤质地”、“土壤 结构”的重要概念、基本原理和计算方法，以及土壤 的力学性质，了解土壤的耕性和耕作。
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§6 土壤结构与力学性质
§6-1 土壤颗粒 一、土壤粒级 二、土壤密度和容重 三、土壤空隙
§6-2 土壤质地 一、土壤机械组成 二、土壤质地类型 三、不同质地土壤的肥力特点和改良利用
>45%
粘土类
（2）依据砂粒、粉粒和粘粒三种粒级的数量(％) 细分为12级
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§6 土壤结构与力学性质
2. 美国农部制(三元)
粘粒(<0.002mm)含量
黏土
粉粒(0.05~0.002mm)含量
砂粒(2~0.05mm)含量
美国农部制土壤质地三角图
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§6 土壤结构与力学性质
简称土粒。常所指土粒，是专指矿质土粒。 土壤颗粒单粒(原生土粒)：固相骨架中的矿质土粒单个存在。 土壤颗粒复粒(次生土粒)：单粒相互聚集而成。 土壤颗粒的主要作用：起着支撑植株生长的作用，其粒径大小、组合比例与排
列状况直接影响土壤的基本性状。
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§6 土壤结构与力学性质
(二)土壤粒级