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第四章土壤质地与结构第一节土壤孔隙第二节土壤质地第三节土壤结构本章教学要求1、了解土壤孔隙及其影响因素2、理解土壤质地与土壤肥力的关系3、掌握土壤质地的确定方法4、掌握土壤团粒结构形成及其功能一、土壤孔隙的数量1、土壤的密度：单位容积固体土粒的质量，常数为2.65g/cm3矿质土粒2.3-5.3,多数在2.65左右。腐殖质1.4-1.8，因为含量少，对整个土壤密度影响较小。第一节土壤孔隙2、土壤容重田间自然状态下，单位容积土壤的质量，一般为1.13g/cm3，T/m3影响因素：土壤结构、质地、松紧度、有机质含量水田叫浸水容重计算每亩耕层土壤质量：666.7×1.13×0.2=150.7t土壤容重是一个很重要的物理指标。容重小，表明土壤疏松多孔；容重大则表明土壤紧实板结。各种作物对土壤容重的要求不太一样，对大部分旱作来说，1.1-1.5g/cm3比较合适。第一节土壤孔隙3、土壤孔隙度公式：土壤孔隙度（%）=（1-容重/密度）×100例:若土壤容重为1.15g/cm3,该土壤孔隙度是多少？土壤孔隙度（%）=（1-1.15/2.65）×100=56.6适宜的土壤孔隙度应超过50%。第一节土壤孔隙4、土壤三相比固相率=固相容积/土体容积液相率=土壤水容积/土体容积气相率=土壤空气容积/土体容积旱地土壤适宜的三相比为：固相率50%左右液相率25～30%气相率15～25%第一节土壤孔隙二、土壤孔隙类型1、通气孔隙，当量孔径：大于0.1mm2、毛管孔隙“”0.1-0.03mm3、贮存孔隙“”小于0.03mm当量孔径:与一定水吸力相对应的土壤孔隙直径，简化公式为：d=3/hd:土壤当量孔径,h：土壤水吸力（毫巴）每一当量孔径与一定的水吸力相对应。例如：当水吸力为10毫巴时，当量孔径为0.3毫米。也就是说，此时土壤中的水份保持在小于0.3毫米以下的孔隙中,大于0.3毫米的孔隙中没有水。反过来说，此时凡持水的孔隙，其当量孔隙都小于0.3毫米。第一节土壤孔隙一、土粒和粒级（一）土粒的种类1、矿质土粒：为主2、有机质土粒：很少，和矿质土粒复合在一起3、团聚土粒：复粒、微团聚体（粒径﹤0.25mm）、团粒（10-0.25mm）4、单个土粒：进行土粒分析时，需要把团聚土粒分散，用分散剂：氢氧化钠、焦磷酸钠、草酸钠，再研磨或煮沸分散。第二节土壤质地（二）土壤粒级（粒组）按照土粒的大小，把土粒分为若干组，称为土壤粒级。1、当量粒径与有效粒径圆筛孔经为有效粒径，单位mm用斯托克斯公式计算的为当量粒径P70公式中的r，mm2、土粒分级卡钦斯基制、国际制、中国制。前两个常用第二节土壤质地说明：表中单位为：当量粒径（mm）卡钦斯基简制：物理性砂粒1-0.01mm物理性砂粒﹤0.01mm土粒名称中国制卡钦斯基国际制石砾1-31-32-3砂粒1-0.051-0.052-0.02粉粒0.05-0.0010.05-0.0010.02-0.002粘粒﹤0.001﹤0.001﹤0.002第二节土壤质地二、各级土粒组成与性质土粒矿物组成养分数量保肥性能供肥性能透水性保水性砂粒原生矿物少弱强好差粘粒粘土矿物多强弱差好第二节土壤质地三、土壤的机械组成和质地（一）土壤机械（颗粒）组成各级土粒的百分含量（二）土壤质地根据土壤机械组成确定的土壤类别名称。分为砂质土、壤质土、和粘质土三类1、卡钦斯基制2、国际制第二节土壤质地国际制土壤质地分类质地分类颗粒组成（%）类别质地名称粘粒（﹤0.002mm）粉粒（0.02-0.002mm）砂粒（›0.02mm）砂土砂土0-150-1585-100壤土砂壤土0-150-4555-85壤土0-1530-4540-55粉壤土0-1545-1000-55粉土砂粘壤土15-250-3055-85粘壤土15-2520-4530-55粉粘壤土15-2545-750-40粘土砂粘土25-450-2055-75粉粘土25-4545-750-30壤粘土25-450-4510-55粘土45-650-550-55重粘土65-1000-350-35卡钦斯基质地分类（简制）质地组质地名称物理性粘粒（%）砂土松砂土0—5紧砂土5—10壤土砂壤土10—20轻壤土20—30中壤土30—45重壤土45—60粘土轻粘土60—75中粘土75—85重粘土﹥85（三）土壤质地测定1、土粒分散（1）物理分散，研磨、煮沸、超声波（2）物理-化学分散，先加入化学试剂（H2O2），除去土壤中各种胶结剂，如有机质、R2O3、碳酸钙等，再加入碱液分散土粒。有机质含量较少时，可以直接加入分散剂，石灰性土壤用0.5M(NaPO3)6,中性土壤用0.5MNaC2O4,酸性土壤用NaOH，用钠离子交换钙离子，草酸根和偏磷酸根还有络合作用，然后再用物理分散法分散土粒。2、土粒测定（1）吸管法（2）比重计法：包括比重计法和简易比重计法第二节土壤质地吸管法乙种比重计四、不同质地土壤的肥力特点如砂质土1、土壤物理性质。土壤砂粒含量高而粘粒含量少，通气孔隙多，毛管孔隙和贮存孔隙少，孔隙状况好，土壤的通气性好。土壤的透水性好，但持水能力差，抗旱能力弱。砂质土的热容量小，导热率高，对温度不稳定，易升温也易降温，农民称之为“热性土”。砂质土不易结块，结构性差，易耕易耙，耕性好。2、土壤化学性质。砂质土的矿物组成主要为石英，粘土矿物含量少，养分含量少。土壤氧化还原电位高，有机质易分解，有机质含量低。土壤缺乏胶体物质，土壤的阳离子交换量低于粘质土，土壤的保肥能力差，养分容易淋失。砂质土土壤养分的有效性高，供肥能力较强。第二节土壤质地一、土壤结构体：块状结构、核状结构、片状结构、柱状结构、棱柱状结构、团粒结构第三节土壤结构（一）块状结构体1.基本特征：（1）近似于立方体形。其长、宽、高三轴大体近似等长。（2）结构体棱角不明显，呈不规则浑圆形。（3）内部较为紧实北方群众称作“土坷垃”。2.类别：按照其大小进行分类直径3~5cm叫大块状，3~5cm叫碎块状结构3.形成条件和过程：条件：有机物质缺乏、质地粘重。过程：形成的原因和过程是不合理耕作（过干或过湿耕作）的结果。第三节土壤结构（二）片状结构体：1.基本特征长和宽高，呈薄片状，若四周向上弯曲，类似于鱼鳞，叫鳞片状结构（Squamosestructure)。农民叫它“卧土”。2.基本类型按照厚度分为板状（5cm）、片状页状、叶状（1cm）。3.形成条件和过程（1）积水沉积的地方（2）机械压实（3）常年等深耕作，形成的犁底层（4）原来公路，毁路还田的地块根本条件：土壤有机物质贫乏第三节土壤结构4.特性：柱桩结构体内部坚硬紧实，内部无效孔隙占据优势，外部有胶膜包被，根系难以伸入，通气不良，微生物活性弱。结构体之间有大裂隙，漏水和漏肥。5.管理措施逐步加深耕作层，结合使用有机肥进行改良。（三）柱状结构体：PrismaticorColumnarStructure第三节土壤结构（2）棱柱状结构（prismaticstructure）属于干旱半干旱地区的一种土壤结构类型3.形成：圆柱状结构是碱化土壤特征结构。棱柱状结构是在干事交替频繁的情况下所形成的，一般发生在B层。干湿交替慢，多形成大棱状状结构，干湿交替快，形成小棱柱状结构。其次，由于无机胶膜的交接作用，结构体紧实。（三）柱状结构体：1.基本特征长和宽高,呈柱体状。农民叫它立土，或立槎土。是铸造压窑洞的好结构2.类型：（1）圆柱状（也称为拟柱状column-likestructure），棱角不很明显，主要发生在碱化层中，成为碱土的特征结构。第三节土壤结构（四）核状结构体：1.基本特征：（1）类似于块状，长、宽、高大体等长。（2）边面棱角不明显（3）内部非常紧实（4）比块状结构小，一般在20cm以下。群众叫它“蒜瓣土”、“鸡粪土”。2.形成一般出现在质地极为粘重、有机质严重缺乏的心底土壤中，只所以内部极为紧实，是因为长以石灰（CaCO3）与氧化铁铝（Fe（OH）3）作为胶结剂。在结构体表面有明显的胶膜物质。3.性状坚硬而泡水不散，在土壤团聚体分析时，易被误认为是水稳性团聚体，但它不具备多孔特性。第三节土壤结构二、团粒结构（一）团粒结构的概念指直径在0.25~10mm的，类似于球形的，而且疏松多孔的团聚体-团粒结构。把直径小于0.25mm~0.001mm的团聚体叫微团聚体,也有人叫微结构团粒结构中孔隙为多级的，大小比例适当，生产上较为理性的结构体是2~3mm的团聚体，群众叫它“蚂蚁蛋”、“米糁子”。在农业上最有价值的土壤结构是水稳性的团聚体，，按照В.Р.Вильямс、А.Н.Соколовский、Н.И.Саввинов意见，直径在1~5~10mm者是最有价值结构体。0.25mm团聚体的重量百分数是土壤结构的重要指标。0.001mm的颗粒不算作结构体，因为它们不具备农学和土壤改良性质。第三节土壤结构单个土粒团聚体微团粒形成阶段与步骤二.团粒结构Crumbstructure二.团粒结构（二）团粒结构的形成1、土粒的团聚。（1）凝聚作用。是指土壤中的胶体物质相互凝聚在一起的作用。主要作用物质是多价阳离子，如Ca2＋、Fe3＋等可以降低土壤胶体表面的电位势，当各个土粒之间的分子引力超过相互排斥的静电力时，土粒就相互靠拢而凝聚成微凝聚体。这种微凝聚体化学稳定性不高，如用一价离子代替多价离子，微凝聚体就会分散。另外降低土壤溶液的pH，以及酸性土壤中粘粒矿物晶粒带负电荷的面与带正电荷的边之间的静电引力也是重要凝聚机制。第三节土壤结构（2）无机物质的粘接作用土壤中的碳酸钙、硫酸钙、无定形硅酸、氧化铁、氧化铝、土壤粘粒等，在土壤湿润时，可以把土粒或微凝聚体粘接在一起，干燥脱水后形成土块。这种粘接作用，除氧化铁和氧化铝胶体粘接较紧外，其它胶结物质形成的土块易为水分散。第三节土壤结构土粒土粒土粒Fe2+Ca2+Fe3+Al3+第三节土壤结构（3）有机物的胶结和复合作用①土壤有机物质如木质素、蛋白质、真菌、丝状菌菌丝等都有胶结作用。新施入土壤中的有机物在分解时产生多糖胶、脂肪、蜡等，也起胶结作用。②土壤腐殖质还可以通过多价阳离子如Ca2＋、Fe3＋、Al3＋等与矿质土粒形成有机—矿质复合体。其形成机制主要是多价阳离子和多糖类高分子聚合物的桥接作用。通过有机物的胶结和复合作用形成的土壤团聚体稳定性较好。第三节土壤结构第三节土壤结构2、切割造型过程（1）土壤生物，根系、土壤动物（2）干湿交替、冻融交替（3）耕作第三节土壤结构三、土壤团粒结构在土壤肥力上的意义由于土壤团粒结构有较适宜的粒径，有多级孔隙，有较好的水稳性、力稳性和生物稳定性，因此它可以：1、调节土壤水分与空气的矛盾2、调节土壤有机质消耗和积累的矛盾3、稳定土温，调节土壤热状况4、改善土壤耕性，利于作物根系伸展第三节土壤结构四、土壤结构管理（一）土壤结构破坏1.水的作用：雨滴击打、淹灌的泡散，粘粒的水合、以及团聚体内部封闭空气的爆破作用，使团粒分散—灌溉的破坏作用2.大型农机具重压及人畜的踩踏。3.土壤胶体上离子倒换过程：化肥使用土壤板结4.微生物的两重性：形成腐殖质，分解有机物（二）土壤结构培育1、增施有机肥料，有机物质分解产物多糖等及重新合成的腐殖物质是土壤颗粒的良好团聚剂；2、合理轮作，合理轮作利于土壤结构的改善；3、合理耕作，如免耕、深松耕等。4、合理灌溉，喷灌、滴灌、渗灌。5、施用化学物质，如石灰、石膏、土壤结构改良剂。第三节土壤结构