第五章土壤物理性質(zhì)

1、 第五章 土壤物理性質(zhì)第一節(jié) 土壤質(zhì)地土壤質(zhì)地，我們?cè)诘诙轮性徇^(guò)一點(diǎn)，這一章中我們要比較詳細(xì)地講一下1 土壤顆粒的分級(jí)土壤是由固體、液體和氣體所組成， 其中的固體部分是由許多大小不等的顆 粒所組成。不同的顆粒，他們?cè)诔煞稚虾托再|(zhì)上都不一樣，人們?yōu)榱吮阌谘芯浚?就把這些土粒按照他們的直徑大小排隊(duì)， 再根據(jù)一定的尺度范圍把這些顆粒歸為 幾組，這些土壤顆粒組，就稱(chēng)為土壤粒級(jí)。 （圖） 世界各國(guó)所采用的劃分標(biāo)準(zhǔn)， 即尺度范圍是很不一致的。 就現(xiàn)在來(lái)說(shuō)， 世界上主要有 3 種劃分標(biāo)準(zhǔn)， 就是國(guó)際 制、原蘇聯(lián)制和美國(guó)制。我國(guó)在解放前是美國(guó)制，解放后變成蘇聯(lián)制，這倒不是 蘇聯(lián)制標(biāo)準(zhǔn)好，而是政治原因。到

2、1975 年，我們國(guó)家由中科院南京土壤所和西 北水保所共同擬定了一套我國(guó)自己的土壤粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)， 但是，用起來(lái)比較麻煩， 有一些地方也不完善，所以，用的人不多。目前來(lái)看，在我國(guó)用的比較廣泛的， 還是蘇聯(lián)制的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)， 也就是所謂的卡慶斯基的標(biāo)準(zhǔn)。 這種分類(lèi)方法， 是將土 粒分成了：粒級(jí) 石礫顆粒直徑 （mm） 大于 1砂礫 粉粒 粘粒1-0.050.05 0.001小于 0.001為了便利起見(jiàn)，人們也可以把土壤粒級(jí)分為： 物理性砂粒和物理性粘粒兩類(lèi)： 物理性砂粒 是直徑大于0.01mm的顆粒， 物理性粘粒 是小于或等于 0.01mm 的顆粒。有的同學(xué)可能會(huì)問(wèn)， 為什么按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分？依據(jù)是什

3、么？這個(gè)劃分依據(jù) 就是土粒的性質(zhì)。我們馬上要將講到。2 土壤各粒級(jí)的性質(zhì)21石礫：直徑大于 1mm 的顆粒，他們是巖石風(fēng)化后殘留物。因此，他們大 都保留了母巖的礦物組成，一般情況下，他們的速效養(yǎng)分很少，保水能力很差。2. 2.砂粒：直徑在1-0.05mm,他們主要是巖石中難風(fēng)化的礦物，比如，石英、 白云母等。 砂粒幾乎沒(méi)有吸附陽(yáng)離子的能力， 而且顆粒之間非常松散， 不能相互 粘結(jié)。顆粒間的孔隙多是一些大孔隙，所以，他們?nèi)菀淄笟狻⑼杆Ｋ芰?較弱。2. 3.粘粒：直徑小于0.001mm,粘粒的礦物組成是一些次生礦物，它的表面積 很大，所以，吸附離子的能力很強(qiáng)。也就是保肥力強(qiáng)。2. 4.粉粒

4、：直徑在0.05 -0.001mm,它的礦物組成既有原生礦物又有次生礦物。它的物理和化學(xué)性狀是介于砂粒和粘粒之間。 既有良好的通氣性和透水性， 又有 良好的保水性和保肥性。3. 土壤質(zhì)地分類(lèi)及其在肥力上的意義 3. 1.基本概念 土壤的顆粒組成： 土壤中各個(gè)粒級(jí)所占的百分含量, 稱(chēng)為土壤的顆粒組成。 又稱(chēng) 為土壤的機(jī)械組成。 如果,有人問(wèn)你土壤的顆粒組成是多少的話(huà), 你就要告訴他, 這個(gè)土壤中粘粒占多少,粉粒占多少,石礫和砂粒占多少,所以說(shuō),顆粒組成就 是這 4 種顆粒的百分序列。土壤質(zhì)地 ：將土壤的機(jī)械組成分成幾個(gè)不同的組合, 并給每一個(gè)組合一定的名稱(chēng), 這種分類(lèi)就稱(chēng)為土壤質(zhì)地。3. 2.土

5、壤質(zhì)地分類(lèi)對(duì)于質(zhì)地的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)也有不少, 但在我國(guó), 特別是林業(yè)上, 常用的方法是卡 慶斯基的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。 這種方法非常簡(jiǎn)單、實(shí)用。它只要測(cè)定出土壤中小于 0.01mm 的物理性粘粒的含量，就可以確定出土壤的質(zhì)地。P21。從表中，我們可以看出， 他根據(jù)土壤物理性粘粒的含量,將土壤質(zhì)地分為 3 組,即,砂土組、壤土組和粘 土組。除了卡慶斯基的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)外， 還有國(guó)際制的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)， 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)盡管是在國(guó) 際土壤學(xué)會(huì)上通過(guò)的，但是由于這種方法并不能符合各國(guó)的具體要求，實(shí)際上， 基本上已經(jīng)名存實(shí)亡了。另外，美國(guó)也有一套，我們國(guó)家也有，但是我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn) 太細(xì)，用起來(lái)不方便，特別是在林業(yè)土壤中應(yīng)用時(shí)候。所以，基本上

6、沒(méi)人用。3. 3.土壤質(zhì)地同土壤肥力的關(guān)系砂土：由于砂土的顆粒大，所以顆粒之間的孔隙多為大孔隙，而小孔隙比較 少，這就造成了砂土的通氣性和透水性良好， 但是保水性不好。 由于砂土的表面 積小，所以，他吸附養(yǎng)分的能力差，保肥力差。從它的礦物組成上來(lái)看，砂土的 礦物組成多為石英、白云母，本身所含的養(yǎng)分貧乏，供養(yǎng)力差。另外，砂土的土 溫容易升高。原因呢，以后再講。由上可見(jiàn)，砂土具有良好的通氣性，透水性和增溫性。而保肥力，供肥力較 差，有效水含量也比較少。粘土：由于粘土中粘粒含量較多 ,顆粒小， 所以土壤中的孔隙多為小孔隙， 這 就造成了土壤的通氣性和透水性不良， 而保水性很強(qiáng)。 但由于土壤中相當(dāng)一部

7、分 的孔隙非常小， 這些小孔隙對(duì)水分的吸附力超過(guò)了根系的吸水力， 以至于在這些 孔隙中保持的水分無(wú)法被植物吸收和利用。 因此，盡管粘土中的含水量一般來(lái)講 比較高，但真正能被植物吸收利用的有效水的含量并不是很多。另外，由于顆粒小，表面積大，能夠吸附較多的養(yǎng)分，所以，它的保肥力比較強(qiáng)，而且，由于礦物組成比較復(fù)雜，可以提供比較多的養(yǎng)分。 除此之外，粘土的溫度比較穩(wěn)定，增溫慢。壤土 ：它是介于砂土和粘土之間的一種土壤。壤土中同時(shí)含有適量的砂粒、 粉粒和粘粒。所以，在性質(zhì)上，它同時(shí)具有砂土和粘土的優(yōu)點(diǎn)，不僅具有良好的 通氣性、透水性和保水性， 還具有一定的供養(yǎng)能力和保肥能力。 所以，在壤土上， 一般林木

8、都生長(zhǎng)良好。4 我國(guó)土壤質(zhì)地的一般狀況在我國(guó)的南方，熱帶和亞熱帶地區(qū)，土壤的質(zhì)地多為粘土和重壤土； 在暖溫帶和溫帶地區(qū)，多為壤土和輕壤土； 在西北的黃土高原，也多為壤土和輕壤土； 在干旱地區(qū)，主要為石質(zhì)土、砂土和砂壤土； 在沿河兩岸，多為砂土，局部也有壤土。這個(gè)大概了解一下就行了。5 土壤質(zhì)地改良由于砂土和粘土的肥力狀況都不太好， 所以， 在經(jīng)濟(jì)力量允許的條件下， 最好對(duì) 他們進(jìn)行適當(dāng)?shù)母牧肌?這種土壤改良一般都是在苗圃地、 特種經(jīng)濟(jì)林木地上進(jìn)行。 到目前為止，改良的方法提出了不少，象增施有機(jī)肥、種植綠肥等等。也有人提 出了摻土法，簡(jiǎn)單的來(lái)講，就是如果土壤過(guò)粘，就往里摻點(diǎn)砂，如果過(guò)砂，就摻 點(diǎn)

9、粘土，從而改變土壤的質(zhì)地狀況?？此坪?jiǎn)單，不容易，人力耗費(fèi)太大?？茖W(xué)性 值得探討。第二節(jié) 土壤結(jié)構(gòu) 土壤結(jié)構(gòu)：土壤顆粒的空間排列方式 1 土壤結(jié)構(gòu)的種類(lèi)：土壤中的顆粒， 在自然條件下， 他們以 2種方式存在， 一種是以單粒形式存 在于土壤中，也就是一個(gè)一個(gè)單獨(dú)存在。還有一種是土壤單粒相互膠結(jié)在一起， 以團(tuán)聚體的形式存在，這些團(tuán)聚體就稱(chēng)為土壤結(jié)構(gòu)體。 不同的土壤，由于形成條件各不相同，他們結(jié)構(gòu)體的形狀、大小也不盡相同。對(duì) 于土壤結(jié)構(gòu)體的分類(lèi)，主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)、 寬和高三軸的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)劃分的。 它的劃分標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)诘?2 章中，曾經(jīng)講過(guò)。現(xiàn)在我們看 p22。關(guān)于結(jié)構(gòu)體的形狀和大小的描述， 也就是

10、結(jié)構(gòu)體的劃分標(biāo)準(zhǔn)， 在全世界各國(guó) 是比較一致的，只是在一些細(xì)節(jié)的描述上可能略有不同。希望大家注意的是， 在大多數(shù)情況下， 某一土壤的結(jié)構(gòu)體并不是單一的， 而 是許多種結(jié)構(gòu)體共同存在，這就是說(shuō)，在一個(gè)土層中可以有不同的結(jié)構(gòu)體。2土壤結(jié)構(gòu)體的形成 ：土壤結(jié)構(gòu)體的形成實(shí)際上也是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。 概括的來(lái)講， 它是在陽(yáng) 離子的凝聚作用、 水膜的粘結(jié)作用、 膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用和外力的推動(dòng)作用下所 形成的。21陽(yáng)離子的凝聚作用我小時(shí)候曾在云南的麗江、 下關(guān)等地方的農(nóng)村生活過(guò)一段時(shí)間， 我們當(dāng)時(shí)是 住在少數(shù)民族地區(qū)， 那個(gè)地方?jīng)]有水， 平時(shí)喝的水都是從河里提上來(lái)的水， 但是 河水很臟，泥沙也多，水都是黃

11、的，所以沒(méi)法直接喝。因此，每次大人都要先往 水里面放一些明礬，等過(guò)了一陣以后，水里的臟東西，都慢慢地沉到了桶低，水 也變清了。當(dāng)時(shí)因?yàn)楹苄?，也?4-5 歲的樣子，總是弄不明白。后來(lái)才知道，明 磯所以能使水變清，就是因?yàn)槊鞔壷泻?Al 3+和K+，而我們知道土壤是帶有負(fù) 電的，所以， 通過(guò)這些陽(yáng)離子， 就可以把原來(lái)分散的這些小的土壤顆粒連接到一 起，成為一些相對(duì)來(lái)講比較大的顆粒，發(fā)生沉積。所以陽(yáng)離子他有這種凝聚作用，但是不同的陽(yáng)離子，它的凝聚力是不同的。 人們根據(jù)陽(yáng)離子的凝結(jié)力，總結(jié)出了這么一個(gè)序列。P23，從這個(gè)序列中，我們可以看到，價(jià)數(shù)越高，凝聚力越大。22水膜的粘結(jié)作用由陽(yáng)離子凝聚所形

12、成的凝聚團(tuán)， 我們稱(chēng)他為粘團(tuán)。 這個(gè)粘團(tuán)他可以吸附水分 子，在他的表面形成了一層很薄的水膜，當(dāng)粘團(tuán)相互靠近時(shí)，水膜被共用，這樣 粘團(tuán)就被連接到一起，形成了更大的顆粒。 （圖）大家可能有這樣的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)兩 塊濕玻璃被重疊放到一起的時(shí)候， 這兩塊玻璃就會(huì)被連到一起， 為什么？就是因 為水膜的粘結(jié)力。但是，這種由水膜所形成的大的顆粒， 是很不穩(wěn)定的， 因?yàn)樗终舭l(fā)失去后， 土粒就會(huì)散開(kāi)。 所以，他們還要在膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用下， 才能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 體。23膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用土壤中的膠結(jié)物質(zhì)可以歸納為 3 類(lèi)，即，簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物（主要是指含水的鐵、鋁化 合物）；有機(jī)物；粘粒 簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物：這類(lèi)物質(zhì)往往包在土粒

13、的表面， 當(dāng)他們脫水后， 就把土粒膠結(jié)到一起， 比如， 我們國(guó)家的紅壤和磚紅壤中的土壤結(jié)構(gòu)體一般都是這樣形成的。有機(jī)物： 這類(lèi)物質(zhì)主要有腐殖質(zhì)、多糖類(lèi)、蛋白質(zhì)和木素等，另外，許多微生物的分 泌物也有團(tuán)聚作用。 在這些物質(zhì)中， 最重要的是腐殖質(zhì)， 因?yàn)樗麄冊(cè)谟袡C(jī)質(zhì)中含 量最多，大約是 50-90%，他們也是包在土粒的外面，把這些土粒膠結(jié)在一起。 但是有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用只有一次， 因?yàn)楫?dāng)他們被微生物分解以后， 也就失去了膠 結(jié)作用。所以，這也是我們要不斷地給土壤補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)的重要原因之一。粘粒：粘粒因?yàn)樗麄儽旧淼谋砻娣e很大， 粘結(jié)力很強(qiáng)， 所以， 他們?cè)谕寥澜Y(jié)構(gòu)體的 形成過(guò)程中也起著重要作用。24外力

14、的推動(dòng)作用土壤結(jié)構(gòu)體的形成， 除了上述 3種作用以外， 還要有外力的推動(dòng)， 這些外力的推 動(dòng)作用主要有， 根系的穿插，土壤的干濕交替和凍融交替等等， 這里就不細(xì)說(shuō)了?？傊?，土壤結(jié)構(gòu)體是在上述 4 種作用下，形成的。3 土壤結(jié)構(gòu)體和土壤肥力的關(guān)系結(jié)構(gòu)體和肥力的關(guān)系， 關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)體改變了土壤的孔隙狀況， 從而影響到 土壤的水分和通氣狀況，一般來(lái)講，具有團(tuán)粒、粒狀和團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)的土壤，他們 的通氣性、 透水性、保水性都比較好。 而板狀和柱狀結(jié)構(gòu)等， 一般來(lái)說(shuō)，不太好。 板狀結(jié)構(gòu)非常致密，孔隙小，通氣和透水性不好，而且根系難以穿插，而柱狀結(jié) 構(gòu)，漏水漏肥。第三節(jié) 土壤比重、容重和孔隙度1 土壤比重單位

15、體積土壤固相物質(zhì)的重量，稱(chēng)為土壤比重（ g/cm3 ）。這里要大家注意的是， 單位體積僅僅是指土壤固體物質(zhì)的體積， 并不包括土 壤的孔隙體積。由于，土壤固相物質(zhì)是由礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)組成的， 所以， 土壤比重的大小也 是由這兩種物質(zhì)的比重所決定的。不同的土壤，比重不同，但是，一般情況下， 人們?yōu)榱朔奖?，就用各種土壤比重的平均值 2.65 來(lái)代表。2 土壤容重土壤容重是指單位體積原狀土壤的干土重，單位也是 g/cm3。大家注意，這 里所說(shuō)的單位體積不是僅僅指土壤固體物質(zhì)體積， 他還包括土壤孔隙體積。 也就 是土壤的總體積。原狀土壤是指沒(méi)有經(jīng)過(guò)破壞的土壤。影響土壤容重的因素主要有： 土壤質(zhì)地：質(zhì)地不同

16、，土壤孔隙狀況不同，容重不同； 土壤結(jié)構(gòu)：土壤結(jié)構(gòu)越好，容重越小。 有機(jī)質(zhì)：有機(jī)質(zhì)越多，容重越小。因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)本身是疏松、多孔，增加了土壤孔 隙體積，減少容重土壤的松緊狀況：相同的土壤，土壤越松，容重越小。3 土壤孔隙度 土壤孔隙度是指單位體積原狀土壤中，土壤孔隙體積所占的百分率。 土壤孔隙度 =孔隙體積 /土壤體積 =經(jīng)過(guò)推導(dǎo) =1-土壤容重 /土壤比重 如果大家有興趣的話(huà)，可以自己推導(dǎo)以下。因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道，土壤的比重為 2.65，所以，只要測(cè)定出土壤容重，就可 以算出土壤孔隙度。不同的土壤孔隙在土壤中的作用是不同的，于是人們根據(jù)他們各自的作用， 將他們劃分為非毛管孔隙、毛管孔隙和非活性孔隙。非毛管孔隙：有稱(chēng)通氣孔隙。這類(lèi)孔隙的孔徑大于0.06mm,這類(lèi)孔隙不能保持水分，只是起到