第三節(jié)-土壤的物理性質(zhì)綜述.ppt

1、第三節(jié) 土壤性質(zhì),土壤的物理性質(zhì) 土壤膠體的性質(zhì) 土壤溶液 土壤熱性質(zhì),一、土壤的物理性質(zhì)(soil physical property),(一）土壤質(zhì)地,土壤質(zhì)地又稱土壤機(jī)械組成，是土壤內(nèi)含有粒徑大小不同的顆粒按不同比例的組合狀況，反映土壤粗細(xì)狀況。 由于土粒形狀大多不是球形，只能用當(dāng)量粒徑（即與其靜水沉降速度相同的圓球直徑）代替。,土粒的大小劃分：粒級(jí)(size fraction),分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際制,美國(guó)制,卡慶斯基制 （原蘇聯(lián)制）,中國(guó)制,土壤粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),粘土(clay)類,（1）國(guó)際制標(biāo)準(zhǔn)下的分類與命名,根據(jù)粘粒(clay)含量將質(zhì)地分為三類：, 15%,粘壤土(clay loam)

2、類,粘 粒 含 量,砂土(sand)類、壤土(loam)類,15%25%, 25%,凡砂粒含量大于55%的，在質(zhì)地名稱前冠“砂質(zhì)(sandy)”,根據(jù)粉砂粒(silt)含量:,凡粉砂粒含量大于45%的，在質(zhì)地名稱前冠“粉砂質(zhì)(silty clay)”,根據(jù)砂粒(sand)含量:,(2)美國(guó)制(Soil Taxonomy ),等邊三角形的三個(gè)邊分別表示砂粒、 粉粒、粘粒的含量。 根據(jù)土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在圖中查出其點(diǎn)位再分別對(duì)應(yīng)其底邊作平行線， 三條平行線的定點(diǎn)即為該土壤的質(zhì)地。,(3)卡慶斯基制,卡慶斯基土壤質(zhì)地基本分類,(4) 我國(guó)土壤質(zhì)地分類,由中科院南京土壤所與西北水土保持所擬

3、定 以我國(guó)土壤普查的質(zhì)地分類為基礎(chǔ) 礫石(1-10mm)含量超過(guò)10%時(shí)，冠以多礫質(zhì)，1-10%為少礫質(zhì)，1%為非礫質(zhì)。,我國(guó)土壤普查制定的質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn),2,（二）不同質(zhì)地土壤的肥力特征,1、砂質(zhì)土類,（1）水,粒間孔隙大，毛管作用弱，透水性強(qiáng)而保水性弱，水氣易擴(kuò)散，易干不易澇,（2）氣,大孔隙多，通氣性好，一般不會(huì)累積還原物質(zhì),（3）熱,水少氣多，溫度容易上升，稱為熱性有利于早春作物播種。,養(yǎng)分含量少，保肥力弱，肥效快，肥勁猛，但不持久，易造成作物后期脫肥早衰,（4）肥,松散易耕,（5）耕性(tilth),2、粘質(zhì)土類(clayed soil),粒間孔隙小，毛管細(xì)而曲折，透水性差，易產(chǎn)生地表

4、徑流,保水抗旱力強(qiáng)，易澇不易旱,（1）水,（2）氣,小孔隙多，通氣性差，容易累積還原性物質(zhì),水多氣少，熱容量大，溫度不易上升，稱冷性土，對(duì)早春作物播種不利,（3）熱,養(yǎng)分含量較豐富且保肥力強(qiáng)，肥效緩慢，穩(wěn)而持久，有利于禾谷類作物生長(zhǎng)，籽實(shí)飽滿。早春低溫時(shí)，由于肥效緩慢易造成作物苗期缺素,(4) 肥,耕性差，粘著難耕,（5）耕性,土壤性質(zhì)兼具粘質(zhì)土和砂質(zhì)土的優(yōu)點(diǎn)，而克服了它們的缺點(diǎn) 。耕性好，宜種廣，對(duì)水分有回潤(rùn)能力，是較理想的質(zhì)地類型。,3、壤質(zhì)土類(loamy soil),優(yōu)良組合(better combination),（二）土壤質(zhì)地剖面(soil texture profile),土壤剖

5、面(soil profile)中不同質(zhì)地層次的排列組合(permutation and combination)。,不良組合(bad combination),粘蓋砂,砂蓋粘,(三)土壤質(zhì)地改良(soil textureimprovement),土壤結(jié)構(gòu)的定義： 土壤中單粒、復(fù)粒在有機(jī)或無(wú)機(jī)膠體的作用下膠結(jié)在一起，具有一定排列、組合形式的土壤結(jié)構(gòu)體。,二、土壤結(jié)構(gòu) (soil structure),（一）土壤結(jié)構(gòu)的類型,1、片狀、板狀結(jié)構(gòu) 形 狀：橫軸遠(yuǎn)大于縱軸，呈扁平狀結(jié)構(gòu)體。 產(chǎn)生條件：雨后土壤表面結(jié)殼或老耕作土壤犁底層。 大小劃分：3mm者為板狀， 3mm者為片狀。 性狀：土粒排列緊實(shí)，

6、透水性和通氣性差。,2、棱柱狀結(jié)構(gòu) 形 狀：同柱狀結(jié)構(gòu)，棱角尖銳明顯，橫斷面 略呈三角形。 產(chǎn)生條件：粘重土壤的底土，由于干濕交替頻繁形成棱柱狀結(jié)構(gòu)。 大小劃分：大棱柱狀結(jié)構(gòu)，5cm；棱柱狀結(jié)構(gòu)，35cm；小棱柱狀結(jié)構(gòu)，3cm。,3、柱狀結(jié)構(gòu) 形 狀：側(cè)面，橫斷面形狀不規(guī)則。 產(chǎn)生條件：柱狀結(jié)構(gòu)是堿化土壤的標(biāo)志特征，常在干旱半干旱地帶的底土出現(xiàn)。 大小劃分：大柱狀結(jié)構(gòu)，5cm；柱狀結(jié)構(gòu)，35cm；小柱狀結(jié)構(gòu)，3cm。,4、塊狀結(jié)構(gòu)(cloddy structure) 形 狀：立方體型，縱軸和橫軸大體相等，邊面不明顯，內(nèi)部緊實(shí)。 產(chǎn)生條件：熟化度較低的表層土壤或缺乏有機(jī)質(zhì)而粘重的底土多為塊狀結(jié)構(gòu)

7、。 大小劃分：大塊狀結(jié)構(gòu),直徑10cm;小塊狀結(jié)構(gòu)直徑510cm。,5、團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu) 形 狀：與塊狀相似，較塊狀結(jié)構(gòu)小，略呈圓形，表面不平。 大小劃分：大團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，直徑53cm；團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，直徑31cm；小團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，直徑1cm。,6、粒狀結(jié)構(gòu) 形 狀：立方體型，邊面明顯的多棱角碎塊，內(nèi)部緊實(shí)，泡水后不易散碎。 產(chǎn)生條件：在粘重的心土層或由氫氧化鐵膠結(jié)土粒后形成粒狀結(jié)構(gòu)。 大小劃分：大粒狀，直徑1cm；粒狀，直徑710mm；小粒狀，57mm。,7、團(tuán)粒結(jié)構(gòu) 形 狀：近似于球形，疏松多孔的小土團(tuán)稱團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，是含有機(jī)質(zhì)豐富肥沃土壤的標(biāo)志特征。 大小劃分：一般為0.2510mm，0.25mm者稱微團(tuán)粒

8、，水稻土中多為微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。 土壤剖面內(nèi)一般包含兩種或兩種以上的土壤結(jié)構(gòu)體，表層多見(jiàn)塊狀或粒狀，中下層多見(jiàn)柱狀、塊狀或棱柱狀。,（二）土壤結(jié)構(gòu)體的形成 第一階段是土粒在自身的粘結(jié)、凝聚或和外物 膠結(jié)作用下粘聚形成致密土體或次生復(fù)粒 (微團(tuán)聚體microaggregate)； 第二階段是團(tuán)聚體(aggregate)進(jìn)一步粘結(jié)形成結(jié) 構(gòu)體或致密土體。,1、土粒粘聚(soil particle coagulation) （1）陽(yáng)離子凝聚(cation coagulation) 土壤膠粒(soil colloid)通常帶有負(fù)電荷，帶負(fù)電荷的土壤膠粒在陽(yáng)離子(cation)作用下，發(fā)生相互凝聚。 a、高價(jià)

9、離子凝聚能力大于低價(jià)離子; b、水化半徑大的離子凝聚能力弱，反之則較強(qiáng)。,常見(jiàn)陽(yáng)離子凝聚能力：,Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ H+ NH4+ K+ Na+,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(agricultural production)中，常施用石灰(酸性土)或石膏(堿性土)，利用Ca2+的作用促進(jìn)土粒凝聚。 增加介質(zhì)中電解質(zhì)濃度也可促進(jìn)膠粒凝聚。,(2) 水膜(water film)的粘結(jié)作用 土粒在水膜的作用下，在土粒接觸處形成彎月面，由于彎月面內(nèi)側(cè)的負(fù)壓，把相鄰的土粒團(tuán)聚在一起，形成土團(tuán)。,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常采用排水曬田、曬壟、凍壟等措施，提高土壤溶液電解質(zhì)的濃度，促進(jìn)土壤膠粒凝聚。,(3) 膠結(jié)作用(

10、cementation) a、簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)膠體(simple soil mineral colloid) 土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H2O、SiO2z H2S等，常以膠 膜形態(tài)包被在一起，形成的結(jié)構(gòu)體。 往往是致密緊實(shí)的結(jié)構(gòu)體，如核狀結(jié)構(gòu)，對(duì)協(xié)調(diào)水肥的 能力極差。,b、粘粒(clay) 粘粒具有巨大的表面積，粘結(jié)力很強(qiáng)，并可通過(guò)帶正電和帶負(fù)電邊面的靜電引力使其團(tuán)聚。 c、有機(jī)質(zhì)(organic matter) 土壤中的腐殖質(zhì)、多醣類、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素以及許多微生物的分泌物和菌絲均有團(tuán)聚作用。,2、土壤結(jié)構(gòu)的成型 （1）干濕交替作用(alternation of drying and

11、wetting) 蒙脫石類的膨脹收縮性強(qiáng)，而水云母類和高嶺石 類的膨脹收縮性則較弱。 土塊越干，驟然灌水濕潤(rùn)，這種作用愈明顯，有如 “爆破”一樣。促使土體破碎形成結(jié)構(gòu)。,a、當(dāng)干濕交替時(shí)，由于脹縮性的差異使土體產(chǎn)生 不等的變形而依脆弱線開裂成小塊 b、當(dāng)土體吸水時(shí)，由于孔隙中閉蓄的空氣所產(chǎn)生 的壓力，使土體破碎,（2）凍融交替作用 水分結(jié)冰時(shí)體積膨脹增大約9%，對(duì)周圍的土體產(chǎn)生壓力而使土壤崩裂。,孔徑愈小，其中水分冰點(diǎn)愈低。造成膨壓的差異使土體產(chǎn)生裂痕，一旦融化，土壤就會(huì)沿裂痕酥散。,(3) 生物作用(biological effect) a、植物根系的穿插擠壓，可使土體破碎形成結(jié)構(gòu)。 b、土

12、壤中的蚯蚓、昆蟲、蟻類等，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)形成均有一定作用。 (4) 土壤耕作(soil tillage) 農(nóng)田耕作，在機(jī)械壓力作用下，土體破碎形成結(jié)構(gòu)。 同時(shí)耕作使土肥相融、促進(jìn)良好結(jié)構(gòu)的形成。,（三）團(tuán)粒結(jié)構(gòu)對(duì)土壤肥力的意義 團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有小水庫(kù)、小肥料庫(kù)、空氣走廊 的作用，協(xié)調(diào)水氣熱狀況能力強(qiáng)，因而是理想的結(jié) 構(gòu)體。,1、小水庫(kù) 團(tuán)粒結(jié)構(gòu)透水性好，可接納大量降水和灌溉水，而團(tuán)粒內(nèi)部保水性強(qiáng)，天旱時(shí)還可防止水分蒸發(fā)。 天旱時(shí)表層蒸發(fā)失水后，土體收縮切斷與下層毛管連通性，水分不會(huì)由大孔隙流向小孔隙而蒸發(fā)損失。,2、小肥料庫(kù) 具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤，通常有機(jī)質(zhì)含量豐富。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)表面為好氣作用，有利于有機(jī)質(zhì)

13、的礦質(zhì)化，釋放養(yǎng)分。團(tuán)粒內(nèi)部則有利于腐殖化，保存養(yǎng)分。,3、空氣走廊 由于團(tuán)粒之間的非毛管孔隙較大，有利于空氣流通,（四）土壤良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的培育 1、大量施用有機(jī)肥 2、實(shí)行合理耕作 3、實(shí)行合理輪作 4、施用石膏或石灰 5、施用土壤結(jié)構(gòu)改良劑,三、土壤通氣性,(一)土壤孔隙度(total porosity),所有孔隙體積(pore volume)的總和占整個(gè)土壤體積的比例。,(二) 土壤孔隙的類型 1、毛管孔隙 (capillary pore) 孔徑： 0.1mm。 水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至T=3/0.002=1500 百帕之間，對(duì)植物是有效的，而且植物的根系和微生 物都可在

14、其中生長(zhǎng)和活動(dòng)。 毛管孔隙度：毛管孔隙占土壤體積的百分比，毛管 孔隙度與土壤保水性成正相關(guān)關(guān)系,2、非毛管孔隙 孔徑0.1mm，透水通氣，通常有空氣存在其中， 同時(shí)植物根毛、根系和微生物均可在通氣孔隙中活動(dòng)。 非毛管孔隙不具備持水性，但利于透水、通氣，一般 土壤結(jié)構(gòu)體尺度越大，非毛管孔隙度越大。,土壤大孔隙是受動(dòng)植物活動(dòng)、干濕凍融交替及人為耕作的影響，在土體內(nèi)形成降雨快速下滲的物理孔隙。,四、土壤密度(soil density)和比重 1、土壤密度 單位體積固體土粒(不包括粒間孔隙)的質(zhì)量。(g/cm3),3、土壤比重 (soil specific gravity),土壤密度與4時(shí)純水密度之比

15、，一般取2.65。,土壤中常見(jiàn)組分的密度,五、土壤容重(bulk density of soil) 1、概念,單位體積自然狀態(tài)土壤體(含粒間孔隙)的重量。(g/cm3),六、土壤的物理力學(xué)性質(zhì),物理力學(xué)性質(zhì)是各種含水狀況下，受到外力作用時(shí)顯示出的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，包括粘結(jié)性、粘著性、膨脹收縮性、可塑性等。 1、土壤粘結(jié)性 土粒與土粒間互相吸引而結(jié)合在一起的性能，反映土壤抵抗機(jī)械破碎的性能 土壤粘結(jié)性影響因素： 粘粒含量：粘粒越多，粘結(jié)性越好 陽(yáng)離子：膠體表面以納離子為主利于粘結(jié)，表面以鈣離子為主則降低粘結(jié)性 顆粒間接觸面積：接觸面積越大，粘結(jié)性越強(qiáng),2、土壤粘著性 土粒粘著到外物上的性能，大小與接觸面積相關(guān)。影響因素和粘結(jié)性相似。 3、土壤的可塑性 土壤濕潤(rùn)時(shí)能被塑造并保持形狀的性能。土壤含水量存在可塑上限與可塑下限，之間閾值越大，可塑性越強(qiáng)。 土壤可塑性影響因素： 粘粒含量：粘粒越多，可塑性越好 陽(yáng)離子：納離子利于可塑，鈣離子則