搜索
第六章土壤结构和力学性质教学目标•了解土壤的颗粒大小与性质•掌握土壤质地类别与不同质地土壤肥力特点•了解土壤的三相组成与计算方法•理解土壤是一个复杂的多相体系•了解土壤结构体的种类及其重要性•掌握土壤团粒结构在土壤肥力上的意义•了解土壤力学性质和土壤耕性第一节土壤颗粒土粒：土壤中的颗粒。根据土粒的成分，可分为：矿物质土粒和有机质土粒。前者的数目占绝对优势，而且在土壤中长期稳定地存在，构成土壤固相骨架；后者或者是有机残体的碎屑，极易被小动物吞噬和微生物分解掉，或者是与矿质土粒结合而形成复粒，因而很少单独地存在。一、土壤粒级（一）土壤颗粒的概念通常所指土粒，是专指矿质土粒。单粒和复粒固相骨架中的矿质土粒可以单个地存在，称为单粒，在质地轻而缺少有机质的土壤中，单粒在数目上占优势。在质地粘重及有机质含量较多的土壤中，许多单粒相互聚集成复粒。通常所说的土粒，均指矿质土粒中的单粒土粒土粒土粒Ca2+腐殖质土粒土粒土粒Fe2+腐殖质Fe3+Al3+单个土粒团聚体微团粒土壤粒级：土粒的大小差别很大，为了便于研究不同大小颗粒的特性，人们将一系列大小不同的土粒，区分为若干组，称为土壤粒级（粒组）。（二）土壤粒级（粒组）1、当量粒径与理想土壤•土壤中的颗粒的形状各异；•当量粒径、有效粒径、理想土壤的概念来自土壤机械分析（颗粒分析）时采用的假设和方法。•当量粒径（有效粒径）粗粒部分：过筛分级，如0.5-1.0mm。细粒部分：根据斯托克斯定律，把土粒看做光滑的实心圆球，取与此粒级沉降速率相同的圆球直径，作为其当量粒径。•理想土壤：由光滑实心圆球各级土粒堆积的土壤与实际情况相差甚远（尤其是对片状粘粒来说），但在土壤学、土工学研究及应用中这种圆球堆积的“理想土壤”沿用已久这种粒径划分就是矿质土粒的分级2、土粒的大小分级——粒级组内粒径大小、成分及性质基本相近而组间则有明显的差异粒级（粒组）：根据土粒直径的大小和性质上的差异，将矿物质土粒划分为若干粒径等级，每一等级就叫一个粒级。表6-1常见的土壤粒级制（P109）当量粒径(毫米)中国制(1987)卡钦斯基制(1957)美国农部制(1951)国际制(1930)3-2石砾石砾石砾石砾2-1极粗砂粒1-0.5粗砂粒粗砂粒粗砂粒粗砂粒0.5-0.25物中砂粒中砂粒0.25-0.2理细砂粒0.2-0.1细砂粒性细砂粒0.1-0.05砂极细砂粒细砂粒0.05-0.02粗粉粒粒粗粉粒0.02-0.01粉粒0.01-0.005中粉粒物中粉粒粉粒0.005-0.002细粉粒理细粉粒0.002-0.001粗粘粒性0.001-0.0005粘粘粗粘粒粘粒粘粒0.0005-0.0001细粘粒粒粒细粘粒0.0001胶质粘粒美国制苏联制土壤颗粒分级：(mm)直径国际制美国制卡庆斯制中国制石砾2211砂粒2-0.022-0.051-0.051-0.05粉粒0.02-0.0020.05-0.0020.05-0.0010.05-0.002粘粒0.0020.0020.0010.002物理性砂粒：1-0.01mm物理性粘粒：0.01mm由国内外主要土粒分级制可见，土粒一般可分为3~11级，其基本级只有石砾、砂粒、粉粒和粘粒4级。注意两点：一、各粒级间的界限多少是人为定的，尽量选择其理化性质变化较明显的转折处；二、不同粒级制是与对土粒的概念和机械组成分析的前处理方法相联系的。1、土粒的矿物组成2、土粒的化学组成和化学性质3、土粒的物理性质4、不同粒级土粒的基本特征（三）各级土粒的矿物组成和化学组成1、土粒的矿物组成图6-1土壤粗细颗粒的矿物组成示意图粒级（mm）化学组成（占干重%）SiO2Al2O3Fe2O3TiO2MnOCaOMgOK2ONa2OP2O5灰色森林土0.1~0.0189.903.900.940.510.060.610.352.210.810.040.01~0.00582.638.132.390.970.060.951.942.771.450.140.005~0.00176.7511.323.951.340.041.001.053.321.300.250.00158.0323.4010.190.730.170.442.403.150.240.46全土85.105.962.460.530.120.920.682.380.750.11黑钙土0.1~0.0188.125.751.290.450.040.740.291.991.210.020.01~0.00582.177.962.731.000.020.941.192.311.840.120.005~0.00167.3717.167.511.380.030.751.773.041.380.230.00157.4722.6611.540.660.080.382.483.170.190.39全土71.5213.745.520.700.182.211.732.670.750.21表6-2两种代表性土壤各粒级的化学组成2、土粒的化学成分和化学性质3、土粒的物理性质表6-3红壤及其各粒级的物理性质粒级（mm）相对密度容重（g/cm3）浸水容重（g/cm3）吸湿系数（%）流限（%）塑限（%）塑性指数膨胀（ml/g）抗压强度（kg/cm2）全土（1）2.721.250.669.7442.125.816.30.093.151~0.252.661.521.330.34无无无0.030.25~0.052.681.461.250.59无无无0.030.05~0.012.691.301.310.14无无无-0.040.01~0.0052.681.201.490.20无无无-0.060.005~0.0022.871.221.370.65无无无-0.040.120.002~0.0012.761.101.172.1341.223.617.60.060.280.0012.800.970.4618.7071.247.723.40.253.64A石砾和砂粒（0.05mm）（1）颗粒大，所含矿物为原生矿物。（2）含石砾和砂粒较多的土壤疏松多孔，通气透水好，排水通畅，胀缩性小。（3）比表面积小，无粘结性，粘着性、可塑性，耕性好。（4）吸水保肥能力弱，养分易随水流失，升温快，养分易转化。不同粒级土粒的基本特征B粘粒（0.002mm或0.001mm）（1）颗粒细小，属胶体范围，矿物成分主要为次生矿物。（2）通气透水性弱，排水不畅，易造成土壤积水和内涝。（3）比表面大，粘结性，粘着性、可塑性均强，耕性不良，干时结块龟裂，湿时泥泞。（4）粘粒本身养料丰富，吸水保肥能力强，潜在养分储量多，但土温较低，养分不易转化。C粉粒（0.05mm~0.002mm）颗粒大小及其性质位于砂粒和粘粒之间。二、土壤密度和容重（一）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（实用上多以重量代替，克/厘米3）称为土壤密度。表4-1土壤中常见组分的密度(克/厘米3)石英正长石斜长石白云母黑云母角闪石辉石纤铁矿2.60～2.682.54～2.572.62～2.762.77～2.882.70～3.102.85～3.573.15～3.903.60～4.10赤铁矿磁铁矿三水铝石高岭石蒙皂石伊利石腐殖质4.90～5.305.03～5.182.30～2.402.61～2.682.53～2.742.60～2.901.40～1.80表6-4土壤中常见组分的密度多数土壤的密度为2.6～2.7g/cm3，在机械分析中计算各级土粒的沉降速率时，往往采用“常用密度值”即常用土壤密度值：2.65g/cm3。注意在同一土壤中,不同大小土粒的腐殖质含量和矿物组成不同，因而其密度也不同。一种森林土壤表层各级土粒的密度粒级（粒径毫米）腐殖质（克/千克)密度(克/厘米3)全土样0.10～0.050.05～0.010.01～0.0050.005～0.0010.00129.504.314.853.764.22.622.662.662.622.592.59（二）土壤容重1、土壤容重：田间自然垒结状态下单位容积土体（包括土粒和孔隙）的质量或重量(克/厘米3或吨/米3），曾称土壤假比重。土壤容重总是小于土壤密度，两者的质量均以105－110℃下烘干土计。土壤容重值多介于1.0-1.5克/厘米3范围内,夯实的土壤容重则可高达1.8-2.0克/厘米3①计算土壤孔隙度根据实测土壤的容重与密度，按下式计算：密度容重－孔隙度＝1②计算工程土方量③估算各种土壤成分储量④计算土壤储水量及灌水（或排水）定额土壤容重的用处：2、浸水容重：反应浸水条件下土壤结构状态和淀实程度的指标。测定方法：磨细的风干土样称重后，放入盛水的大量筒中，浸泡分散，搅拌，静置，待土粒下沉到筒底，记下沉淀容积；另取一份风干土样测定含水量，由此计算筒内土样的干质量，再由公式计算浸水容重：3、影响容重值的因素质地、结构、有机质含量以及各种自然因素和人工管理措施。沉淀容积干土质量浸水容重三、土壤孔隙小孔隙大孔隙（一）三相组成和孔隙度土壤固、液、气三相的容积分别占土体容积的百分率，称为固相率、液相率（即容积含水量或容积含水率，可与质量含水量换算）和气相率。三者之比即是土壤三相组成%100%100%100土体容积空气容积气相率土体容积水容积液相率土体容积固相容积固相率1、三相组成指标三相组成的测定及计算先测定土壤的固相率、液相率，再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之：密度容重固相率＝2）液相率（容积含水率）干土质量土壤水质量＝土壤含水量（质量％）土壤含水率（容积％）＝土壤含水量（质量％）×土壤容重3）气相率密度容重－1－固相率1孔隙度气相率=孔隙度－容积含水率4）土壤三相比三相比＝固相率：容积含水率：气相率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%。单位土壤容积内孔隙所占的百分数。孔隙度＝1－固相率＝液相率＋气相率孔隙比＝孔隙容积土粒容积2、土壤孔隙度(土壤孔度)土壤孔隙性质（简称孔性）指土壤孔隙总量及大、小孔隙分布状况；是指能够反映土壤孔隙总容积的大小，孔隙的搭配及孔隙在各土层中的分布状况等的综合特性。孔性好坏取决于土壤质地、松紧度、有机质含量和结构等。（二）土壤孔性土壤孔性可以从三方面理解：一是土壤孔隙总量（总孔度）；二是大小孔隙分配（分级孔度）；三是“土体构造”即上下土层的孔隙分布、连通问题。所有孔隙体积的总和占整个土壤体积的比例，叫做土壤总孔隙度（简称总孔度或孔度），以百分数（％）或小数表示。1、土壤孔度（1）总孔度的测定和计算%100孔隙体积土粒体积孔隙体积土壤体积孔隙体积土壤总孔度（2）“理想土壤”的总孔度图6-2理想土壤的最松（左）和最紧（右）排列方体排列的孔度为47.46%（左）三斜六面体排列的孔度为24.51％（右）团粒结构土壤的孔度比非团聚化土壤增加1/3至1/2左右。砂土30－45％壤土40-50%粘土45-60%泥炭土80％结构良好的壤土和粘土的孔度高达55-65%，甚至在70％以上。（3）土壤总孔度的变化范围密度容重－＝土粒密度土壤容重－＝土壤容重土重土粒密度土重－＝土壤体积土粒体积－＝土壤体积土壤体积－土粒体积＝土壤体积孔隙体积土壤孔度＝11//11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：2、土壤孔隙的类型（1）毛管孔隙和非毛管孔隙1864年德国学者舒马赫（W.Schumacher）提出。客观分界：田间持水量（2）通气孔度、毛管孔度与非活性孔度近年来，把大小孔隙分为三级：非毛管孔度（通气孔度，P气）毛管孔度（P毛，也称活性孔度）束缚水占孔隙（P束=P紧束+P松束，也称非活性孔度）通气孔隙：当量孔径0.02mm的孔隙,其中0.2mm的粗孔植物的细根可伸入其中；0.2~0.02mm的中孔是原生动物、真菌和根毛的栖身地。毛管孔隙：当量孔径为0.02～0.002mm的孔隙,植物细根、原生动物和真菌不能进入毛管孔隙中，但根毛和细菌可在其中生