1、生物与农业工程学院,第二章 土壤的孔性和结构性,主要内容,第一节 土壤孔性第二节 土壤结构,第一节 土壤孔性,土壤密度和容重 土壤空隙性,一 土壤密度和土壤容重,土壤密度单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙的容积）的质量，单位为g/cm3或t/m3。过去曾称为土壤比重或土壤真比重。密度值的大小，是土壤中各种成分的含量和密度的综合反映。,土壤中常见组分的密度,一 土壤密度和土壤容重,土壤密度大小，主要决定于土粒的矿物组成，同时有机质含量对密度也有一定影响。多数土壤密度在2.6-2.7g/cm3左右，一般取2.65 g/cm3作为土壤密度。土壤有机质的密度只有1.25-1.4g/cm3 ，富含有机质的
2、土壤密度只有2.4g/cm3左右。,一 土壤密度和土壤容重,一种森林土壤表层各级土粒的密度,一 土壤密度和土壤容重,土壤容重：田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和空隙）的质量或重量，单位为g/cm3或t/m3 ，曾称土壤假比重。土壤容重的数值大小，受密度和空隙两方面影响，空隙的影响更大，土壤疏松多孔的容重小，反之则大。,土壤容重一般是密度的一半左右。,密度,容重,一 土壤密度和土壤容重,常见土壤的容重,一 土壤密度和土壤容重,极限容重和适宜容重：,极限容重：土壤坚实以至妨碍根系生长的土壤容重最大值。适宜容重：土壤的结构性和孔隙状况适宜于植物生长扎根时所表现出的容重数值。,一 土壤密度和土
3、壤容重,（1）计算土壤总孔度总孔隙度（%）=（1-容重/密度）100（2）推知土壤的松紧状况,*容重的应用,一 土壤密度和土壤容重,（3）计算工程土方量土壤质量=土壤体积土壤容重 在土工建设或土地整理工程中，有2000m2面积应挖去0.2m厚的表土，其容重为1.3t/m3，应挖去的土方为：2000m20.2m=400m3，土壤质量为：400m31.3t/ m3=520t,一 土壤密度和土壤容重,（4）估算各种土壤成分储量根据容重和土壤成分（有机质、可溶性盐、各种养分、各种污染物等）的含量，来计算该成分在土体中的储量。例：1亩（666.7m2）农用地的耕层（厚20cm），容重为1.15g/cm3
4、，有机质含量为15g/kg，全氮量为 1.5g/kg，求1亩耕层土壤含有机质多少千克？氮储量多少千克？有机质：666.70.21.1510001510-3=2300 kg氮储量：666.70.21.1510001.510-3230 kg,一 土壤密度和土壤容重,(5)计算土壤储水量、灌水（或排水）定额 假设土层厚度1m，土壤质量含水量25%，容重为1.3 t/m3，求1亩土壤中的储水量。 1亩厚度1m土层中的储水量=666.7m21m1.3 t/m325%=216.7t,一 土壤密度和土壤容重,影响土壤容重的因素,1)土壤排列松紧： 土粒排列紧密的，孔隙度小，容重较大；2)土壤质地： 沙土孔隙
5、粗大，但总孔隙度小，所以容重较大，多在1.4-1.7g/cm3之间；粘土的孔隙容积较大，容重较小，其容重在1.1-1.6g/cm3左右；壤土的情况介于沙土和粘土之间。,一 土壤密度和土壤容重,3)结构性：团聚化良好的土壤，孔隙度大，容重就相应小。4)土壤有机质含量：有机质含量高，容重小，反之，容重大。 对于大多数陆生植物来说，土壤容重在1.141.26g/cm3之间比较适宜。,一 土壤密度和土壤容重,土壤的三相（一）三相组成,二 土壤孔隙性,1、三相组成指标,二 土壤孔隙性,二 土壤孔隙性,2.土壤孔隙度（土壤孔度）土壤孔隙度：土壤孔隙的容积占整个土体容积的百分数称为土壤空隙度，又称总孔度。它
6、是衡量土壤孔隙的数量指标。水和空气共存并充满于土壤空隙系统中，所以 孔隙度=1-固相率=液相率+气相率,孔隙度,=,1- 孔隙度,各种土壤的孔隙比：砂土30-45%； 壤土40-50%；粘土45-60%。,土壤孔隙比：土壤中孔隙容积与土粒容积的比值，土壤空隙的数量也可用孔隙比表示。,二土壤孔隙性,3.三相组成和空隙度计算先测定土壤的固相率、液相率，在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得之。 固相率=容重/密度2）液相率（容积含水率） 由烘箱法或其他方法测定土壤含水量（以干土质量为基础计算），在通过实测的土壤容积值换算。 土壤含水量（质量%）=土壤水质量/干土质量
7、土壤含水量率（容积%）=土壤含水量（质量%）容重,二土壤孔隙性,3）气相率 由土壤孔隙度减去容积含水率得到，而前者则由土壤容重和密度的实测值计算得来。 孔隙度=1-固相率=1-容重/密度 气相率=孔隙度容积含水率4）实容积率 土壤的固、液（水）两相的容积合称为实容积。用实容积仪可测定土壤实容积率和容积含水率，由此计算固相率和气相率。 固相率=实容积率-容积含水率 气相率=1-实容积率土壤三相比固相率：液相率：气相率,二 土壤孔隙性,5）三相组成的适宜范围对多数旱地农作物来说，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%。如气相率低于5%-8%，会妨碍土
8、壤通气而抑制植物根系生长和好气微生物活动。,二土壤孔隙性,4.土壤孔隙性土壤孔隙：土壤中土粒或团聚体之间及团聚体内部的空隙。土壤孔（隙）性：指土壤孔隙的数量、大小、比例及其性质的总称。土壤孔性,土壤孔隙度：指土壤孔隙的多少，反应土壤水气的供应总量。,土壤孔隙类型：指土壤孔隙的大小，反应土壤水气供应的协调能力。,二 土壤孔隙性,小孔隙,大孔隙,疏松排列,紧密排列,二 土壤孔隙性,47.46%,24.51%,孔隙度,大小颗粒相互填充使土壤孔隙度达到了最低值,二 土壤孔隙性,非活性孔隙,当量孔径 0.06 mm的孔隙, 其中 0.2 mm的粗孔，植物的细根可伸入其中；0.060.2 mm的中孔是原生
9、动物、真菌和根毛的栖身地。,土壤孔隙可分为非活性孔隙，毛管孔隙和通气孔隙。,二 土壤孔隙性,土壤孔（隙）性状况好坏由两方面衡量：孔隙的量，以孔隙度表示。孔隙的质，即大小孔隙分配，上下土层分布。 孔隙状况必须保证作物对水分和空气的需要，有利于根系的伸展和活动，因此一是要求土壤中孔隙的容积要较多，二是要求大小孔隙的搭配和分布较为恰当。,二 土壤孔隙性,土壤孔隙性与植物生长的关系一般，适宜作物生长发育的土壤孔隙指标是：土壤总孔隙度在50%60%左右，通气孔隙度大于10%。上部耕层（015cm)的孔度为55%左右，通气孔度1520%，底层土壤（1530cm)孔度和通气孔度分别为50%和10%左右，这种
10、“上虚下实”的土壤属于比较理想的。,二 土壤孔隙性,影响土壤孔隙性的因素,（1）土壤质地：沙土的总孔隙度小，一般为30-40%，以大孔隙居多。粘土的总孔隙度大，一般为50-60%，且以小孔隙为主。壤土总孔隙度居中，一般为40-50%，大小孔隙比例较为适当。,二 土壤孔隙性,（2）土壤排列松紧与土壤结构,一定容积土壤中，土粒排列紧密的，孔隙度低，排列疏松的，孔隙度高。具有团聚性（即细小土粒结合成大的团粒）的土壤，总孔隙度高。,二 影响土壤孔隙性的因素,（3）土壤有机质,土壤有机质本身疏松多孔，又是团聚体的胶合剂，能促进团粒结构的形成，所以富含有机质的土壤，孔隙性良好。,（4）土壤层次,不同的土壤
11、层次，其质地、结构、有机质含量、紧实度等均不同，故孔隙状况各异。一般表土孔隙度大，孔隙状况好。,二 土壤孔隙性,土壤孔隙性的调节（1）优化机械化作业，防止土壤压实。（2）合理轮作和增施有机肥料。（3）合理耕作，创造良好的耕层构造。（4）改良不良的质地。（5）采用工程措施。,二 土壤孔隙性,第二节 土壤结构,土壤结构体土壤团粒结构土壤团粒结构与土壤肥力土壤结构的管理,土壤结构 土壤结构是土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。 土壤结构包含两重含义：结构体和结构性。通常说所的结构多指结构性。,一 土壤结构体,土壤结构体（或称结构单位） 指土粒（单粒或复粒）互相排列和团聚成为一定形状和大小的土团或土块
12、。土壤结构性 结构体在土壤中的类型、数量、排列形式、孔隙状况以及稳定性的综合特性。,一 土壤结构体,土壤结构体类型,一 土壤结构体,块状结构： 1）立方体型，纵轴与横轴大体相等，内部紧实，多出现于有机质含量低，耕性不良的粘质土壤中。,坷垃,一 土壤结构体,不良土壤结构体,2）出现部位及原因 出现部位：表土层中，通常在耕层中 。 出现原因：有机质少，质地粘重，湿整地。3）肥力特点： 块状结构体土粒间孔隙过大，不利于蓄水保水，易透风跑墒，出苗难；出苗后根不着土造成“吊根”现象，影响水、肥吸收；内部紧实，不利于扎根。 农业生产中避免块状结构体的出现，适时整地。出现后，通过耙、压破碎，较顽固的，小雨后
13、进行。,一 土壤结构体,柱状结构体：1）形态：在土体中直立，棱角不显的叫做柱状结构，棱角明显的叫棱柱状结构体。,立土,一 土壤结构体,2）出现部位及原因 出现部位：出现淀积层中，母质层中（心土层、底土层）。 出现原因：质地粘重，干湿交替（干湿交替频繁，柱体小，干湿交替频率低，柱体大）。3）肥力特点 结构体内部紧实，孔隙小而少，通气不良，根系难以伸入；结构体间易形成大的垂直裂隙，成为水、肥下渗通道，造成跑水、跑肥。,一 土壤结构体,核状结构体：1）形态：长、宽、高大致相近，边面棱角明显，较块状结构小。,蒜瓣土,一 土壤结构体,2）出现部位及原因 出现部位：多出现在淀积层中（心土层、底土层中）。
14、出现原因：质地粘重，有机质极缺，干湿冻融交替作用下形成。 3）肥力特点 结构体内部紧实，多为非活性孔隙，有效水少且通气不良，不利于扎根。,一 土壤结构体,片状结构体：1）形态：横轴大于纵轴，呈扁平状，出现于老耕地的犁底层。,卧土、平搓土,一 土壤结构体,2）出现部位及原因 A）表层，结皮或结壳，雨后或灌溉后形成。 B）老耕地犁底层，机械压力形成。 C）出现亚表层，白浆土白浆层，灰化土漂白层。3）肥力特点 结构体内部紧实，多为非活性孔隙，有效水少且通气不良，不利于扎根；结构体间裂隙太大，通气虽好，但易漏水、漏肥。,一 土壤结构体,不良结构体共同特性 结构体大、硬、不易破碎，内部孔隙小，不能协调水
15、、肥、气、热，不利作物生长。,一 土壤结构体,近似球形的粒状结构体团粒结构 团粒结构是指近似球形的较疏松的多孔的小团聚体，直径约为0.2510mm。 直径在0.25mm以下的团聚体称为微团聚结构。,蚂蚁蛋、米糁子,二 土壤团粒结构,土壤团粒体,二 土壤团粒结构,团粒结构是经过多次（多级）的复合、团聚而形成的，可概括为如下几步：单粒复粒（初级微团聚体） 微团粒（二级、三级微团聚体） 团粒（大团聚体）,二 土壤团粒结构,土壤团粒结构的形成,干湿交替,胶结作用,凝聚作用,粘结作用,耕作,生物作用,土壤结构体形成机制,冻融交替,团粒形成的过程分为两个过程一是粘结团聚过程；二是切割造型过程。,二 土壤团
16、粒结构,1）粘结团聚过程 第一、凝聚作用 第二、无机物的粘结作用 CaCO3 、CaSO4.H2O 、无定形硅酸H2SiO3 、Fe2O3.nH2O Al2O3.nH2O 、 Fe2O3.nH2O 、 Al2O3.nH2O 、还有粘粒本身，在湿润时起粘结作用，把土粒或微凝聚体粘结在一起，干燥脱水后就成土块。,二 土壤团粒结构,第三、有机质的胶结作用：形成有机-无机复合体，形成的团聚体具有稳定性。物质有：木质素、蛋白质、真菌、细菌菌丝、多糖、脂肪、蜡质、腐殖物质。 第四、蚯蚓 和其它小动物：蚯蚓排泄物、蚂蚁楼子。,二 土壤团粒结构,2）切割过程 A）根系的切割：根系的切割挤压。 B）干湿交替：干
17、缩湿胀。 C）冻融交替：结冰体积增大9%，缓慢结冰，挤压团聚，融冻后土壤疏松。 D）耕作：两面性。,二 土壤团粒结构,砂粒,砂粒,粉粒,粉粒,粘粒,腐殖质,二 土壤结构的形成,土粒,土粒,土粒,Ca2+,腐殖质,二 土壤结构的形成,土粒,土粒,土粒,Fe2+,腐殖质,Fe3+,Al3+,二 土壤结构的形成,结构体的稳定性,生物稳定性,机械稳定性,水稳性,团粒结构的特点稳定性,二 土壤结构的形成,1、水稳性 1）团粒结构浸水后，抵抗灌水泡散的能力。 2）水稳性高，降雨、灌水破坏小。 3）团粒水稳性用水稳度表示，水稳性团粒百分数。 4）有机质胶结形成团聚体水稳度高。,二 土壤结构的形成,2、机械稳
18、定性 1）团粒结构抵抗机械碾压的能力。 2）机械稳定性好，耕作破坏小。 3）有机质形成团粒，机械稳定性好，因为有机物质有弹性。 3、生物稳定性 形成团粒的有机胶结剂，具有抵抗微生物破坏的能力。腐殖质有胶结作用，生物稳定性好。,二 土壤结构的形成,团聚体的土壤肥力特点具有多级孔隙：团粒之间多为通气孔隙，团粒内部多为毛管孔隙。大孔隙通气、透水，小孔隙保水、蓄水，能协调水分和空气的矛盾。能协调土壤有机质中养分的消耗和积累的矛盾：大孔隙有充足的氧气供应，好气性微生物活动旺盛，有机质分解快；小孔隙中有机质进行嫌气分解，分解速度慢使养分得以保存。能稳定土壤温度，调节土壤热量状况。,三 团粒结构在土壤肥力上
19、的意义,团粒结构降低了土粒间的粘着性、粘结性，减少了耕作阻力，提高了耕作质量，土壤耕性好。有利于作物根系的伸展和生长：团粒间较疏松，根系穿插容易；团粒内部相对紧密，有利于根系的固着。,三 团粒结构在土壤肥力上的意义,团粒结构土壤的大小空隙兼备团粒结构土壤中水、气矛盾的解决团粒结构土壤的保肥与供肥协调团粒结构土壤易于耕作团粒结构土壤具有良好的耕层构造,三 团粒结构在土壤肥力上的意义,为什么说团粒结构是农业上宝贵的结构？,1.团粒结构土壤的大小空隙兼备团粒具有多级孔性，总的孔度大，即水、气总容量大，同时在各级(复粒、微团粒、团粒)结构体之间存在不同大小的孔隙通道，大小孔隙兼备，蓄水(毛管空隙)与透
20、水、通气(非毛管孔隙)同时进行，土壤空隙状况较为理想。2.团粒结构土壤中水、气矛盾得到解决在团粒结构土壤中，团粒与团粒之间是通气孔隙(非毛管空隙)，可以透水通气，把大量雨水甚至暴雨迅速吸入土壤。团粒结构土壤中在团粒内部又有大量毛管空隙，可以保水，这种土壤中的毛管水运动较快，可以源源不断供应植物根系吸收的需要。,三 团粒结构在土壤肥力上的意义,三 团粒结构在土壤肥力上的意义,3.团粒结构土壤协调保肥与供肥能力在团粒结构土壤中微生物活动强烈，因而生物活性强，土壤养分供应较多，有效肥力较高。而且，土壤养分的保存与供应得到较好协调。4.团粒结构土壤易于耕作团粒结构土壤，由于团粒之间接触面较小，粘结性较
21、弱，因而耕作阻力小，宜耕时间长。5.团粒结构土壤具有良好的耕层构造具有团粒结构的旱地土壤，有良好的耕层构造。肥沃的水田土壤耕层则有一定数量的水稳性微团粒，在一定程度上可以解决水气并存的矛盾。,三 团粒结构在土壤肥力上的意义,避免团粒结构的破坏，保持、恢复团粒结构 1、团粒结构被破坏的原因 1）水作用，雨滴冲击，淹灌泡散。 2）农机具的碾压。 3）K + 、NH4+ 对胶体的分散作用。 4）微生物分解作用。,四 土壤结构的管理,2、避免破坏，促进团粒结构形成的农业生产措施 1）增施有机肥 2）实行合理轮作 3）合理耕作 4）改变灌水方式，减少淹水时间 地下灌水（滴灌）优于喷灌，优于细沟流灌，优于
22、大水漫灌。 5）石灰、石膏施用 酸性土施用石灰，碱土施用石膏。,四 土壤结构的管理,6）土壤结构改良剂 A）人工合成高分子聚合物 如：乙酸乙烯脂和顺丁稀二酸的共聚物（VAMA），水解聚丙稀晴（HPAN），施用耕层土重 0.01% ，0.25mm团聚体由10.9%增加至30.1%，施用耕层土重0.1% ，0.25mm团聚体增加至82.9%。 如：聚乙稀醇（PVA）施用耕层土重0.05% ，0.25mm团聚体010cm土层由7.49%增加至38.5%，1020cm团聚体由4.3%增加至17.6%。,四 土壤结构的管理,B）自然有机制剂： 醋酸纤维 、树脂胶、 胡酶酸盐、 沥青制剂。 C）无机制剂：
23、 硅酸钠、 膨润土、 沸石、 蛭石，其中膨润土的膨胀性强，减少稻田渗漏，其他几种能够增强土壤通透性。,四 土壤结构的管理,土壤结构,土壤结构体,土壤结构性,大小,形状,不良性状结构体,理想结构体,片状结构,团粒结构,微团聚体,孔 性：,稳定性,肥力特性：,水稳性,机械稳定性,生物稳定性,协调水、肥、气、热的能力和改善耕性能力,孔隙度和孔隙级别,土壤结构,一、名词解释1. 土壤密度 2. 土壤容重 3. 土壤孔隙度 4. 土壤结构5. 土壤结构性 6. 土壤结构体,本章小结,二、问答题1. 土壤容重的实际应用价值有哪些？2. 土壤孔隙有哪几类？3. 影响土壤空隙性的因素有哪些？4. 为什么说土壤团粒结构是农业上宝贵的结构？培育良好结构的有效途径是什么？,本章小结,1. 随着有机质含量增减，土壤容重也在发生变化。 ( )2. 表层土壤容重一般小于底层土壤。( )3. 粘质土孔隙度大但通透性差，而砂质土孔隙度小但通透性强。( ) 4. 团粒结构在任何质地土壤上都可以形成。( )5. 土壤结构性的好坏反映在土壤孔隙的数量和质量两方面。( )6. 不论旱田还是水田土壤有团粒结构肥力才高。( )7. 蒙金土是上层质地粘重而下层质地较轻。( )8. 施用有机肥不仅可提高土壤有机质含量，也可改变土壤容重。（ ）,本章小测验,
