第三节土壤性质

第三节土壤性质一土壤物理性质土壤物理性包括土壤质地、结构、孔隙性等，涉及到土壤的坚实度、塑性、通透性、排水、蓄水能力、根系穿透的难易等，且这些性质互相关联。（一）土壤质地1．土粒与土壤质地划分标准：土壤由大小不同比例的土粒组成的粗细状况称为土壤质地。其分类是以各级土粒含量的相对百分比。土粒划分标准P51,表1－12。美国、国际质地分类P51，图1－22，P52表1－13；苏联质地分类P52表1－14；我国质地分类P53表1－15，1－16。P54表1－17。2．质地对土壤其它性质的影响：1）土壤水分有效度；2）土壤结构；3）通气性；3）根系发育；5）土壤温度；6）有机质转化。（二）土壤结构土粒互相排列，胶结在一起而形成的团聚体称结构体。土壤结构性是指土粒排列方式与所产生的孔隙状况。其影响土壤许多性质：水分运动、热传导、通气性、容重及孔隙性等，从而影响到许多农业措施：耕作、种植、施肥、排灌等。1．土壤结构体类型：P55表1－18，胶片1）片状结构2）棱柱状结构3）柱状结构4）角状结构5）团块结构6）粒状结构7）团粒结构：指在腐殖质的作用下形成的近似球形的，疏松、多孔的小土团（直径为0.25－10mm）。而直径0.2mm称为微团粒，直径0.005mm的复合粘粒称为粘团。团粒结构的数量与质量反映土壤的肥力高低。良好的团粒结构体应具备以下条件：1）具有一定形状、大小，性状以球形最好。旱地1－3mm最好，过大过小都不能形成适当的孔隙比。水地0.25mm的微团粒较稳定，透水、通气、保肥、表层土壤疏松。2）多级孔隙，形成合理的大小孔隙比例。大孔通气，小孔保水保肥，土壤水、肥、气、热协调。3）具有一定的稳定性，即水稳性、力稳性、生物学稳定性。团粒结构对土壤肥力的调节作用：1）调节土壤水分与温度的矛盾；2）调节养分的消耗与积累的矛盾；3）稳定土温、调节土壤热状况；4）改善土壤耕性，利于作物根系生长。2.土壤结构的形成：两阶段：1）单粒聚集成复粒：块状、柱状、片状结构由单粒直接粘合而成，或沿土体一定方向破裂而成，没有经过多次复合或团聚过程，故其孔隙度小，孔径一致。2）复粒相互粘结成微团粒、团粒，或在机械力作用下，大块土垡破碎成大小形状各异的粒状或团粒状结构体。团粒结构体是经过多次复合、团聚而形成的。先是单粒粘聚成复粒，在逐级复合、胶结，依次形成二级、三级……微团聚体，然后再经过多次团聚形成较大的团粒。使其粒径不断增大，孔隙度不断提高，大小孔隙比逐渐趋向合理。近年来出现“粘团”理论：粘粒粘结成粘团，粘团粘结成微团粒、团粒，粘团是团聚化的基本单元。胶片2）土壤结构的胶结物质及其作用*无机胶体的凝聚作用：粘粒（改变离子组成；增加电解质浓度）、氧化铁铝锰（胶膜，脱水干燥，不可逆）、二氧化硅、水膜（胶片）…….*有机胶体的胶结作用：腐殖质、多糖类、蛋白质、木质素、微生物分泌物、菌丝…….（形成团粒品质好、水稳性、多孔性）。胶片钙离子对腐殖质与矿质胶体的桥联作用：铁铝氧化物胶膜对腐殖质与矿质胶体的胶结作用:3）土壤结构成形的外力作用*生物作用*干湿交替*冻融交替*耕作4）土壤结构的肥力意义：土壤结构是肥力的调节器。具有结构的土壤：土粒紧密排列呈团；具有水稳性；团粒之间有大小孔隙比，故能调节土壤水、肥、气、热。团粒结构是土壤肥力的表征。（三）土壤一般物理性（比重、容重、孔隙度）1土壤比重：单位体积土壤固体重量与同体积水重之比。（真比重）土壤比重取决于土壤组成物质的种类和相对含量：石英、长石、云母、赤铁矿、有机质、腐殖质的比重分别是：2.60-2.70,2.57-2.76,2.7-3.1,4.9-5.3,0.2-0.5,1.3-1.4。2土壤容重：单位体积原状土体（包括固体和孔隙），的干土重与同体积水重之比。（假比重），g/cm3。其由土壤孔隙、土壤固体数量、矿物组成、结构、固体颗粒排列紧密程度等因素决定。一般土壤容重为1.0－1.8g/cm3，容重反映土壤孔隙与松紧度，是土壤松紧度的指标。土壤重量＝体积×容重例如：耕地面积为667m2，根层厚度0.15m,容重1.34g/cm3，土壤重量为：土壤重量＝667×0.15×1.34×1000＝134067(kg)3土壤孔隙度：土粒、结构体之间，通过点面接触，形成的空间称土壤孔隙。孔隙的形状是复杂多样的，，把土壤多孔的性质称为土壤孔隙性。它决定土壤的水气分配与热量交换。单位体积土壤内孔隙所占百分比称土壤孔隙度，不能测定，计算而得：土壤孔隙度取决于质地、结构、有机质含量，一般作物适宜的孔隙度为50％。土壤孔隙分类：根据孔隙大小和性能划分1）毛管孔隙：直径0.1mm,具有明显的毛管作用，具有储水性能。毛管孔隙占土壤体积的百分比称为毛管孔隙度。2）非毛管孔隙：直径0.1mm的孔隙，不具有持水能力，具有透水性。非毛管孔隙占土壤体积的百分比称为非毛管孔隙度，取决于团聚体的大小，团聚体越大，非毛管孔隙越大。毛管孔隙度随土壤分散度或结构破坏程度增加而增加。土壤中毛管孔隙与非毛管孔隙所占比例对水、肥、气、热和耕性有很大影响，水气协调的土壤应各占50％。（四）土壤物理机械性（粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、收缩性、耕性）土壤物理机械性是指土壤在各种含水状况下受到外力作用显示出的一系列动力学性质，包括粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、收缩性等。1土壤粘结性：指土粒与土粒结合在一起的性质，反映土壤抵抗机械破碎的性能。其取决于土粒之间的接触面，受质地（粘粒接触面大，粘结性强）、水分（适度增加，增加水膜拉力）、腐殖质（包裹粘粒，促进团粒结构形成，减低土壤分散度）含量和土壤结构（团粒结构粘结性最适中）的影响。2土壤粘着性：指土粒粘附于外物的性能，取决于土粒与外物的接触面，影响因素同粘结性。土粒越小，粘着性越大。干土无粘着性，粘着性随水分增加而增加，但水分含量到全持水量的80％，水膜过厚，水膜拉力减少，粘着性减少。3土壤可塑性：指土壤在湿润状态下，能被塑造并保持其形状的特性。当土壤出现可塑状态时的含水量为可塑下限，可塑状态消失时的含水量为可塑上限，在上塑与下塑之间的含水量范围为塑性范围，即塑性值。塑性值越大，可塑性越强。可塑性影响耕作质量与难易，塑性范围内耕性不好。4土壤膨胀性与收缩性：指土壤因吸水而干燥，脱水而收缩的性质。其与胶体种类及吸附性阳离子有关（在胶体性能中讲）。5土壤耕性：指土壤耕作时表现出的性状，包括易耕期的长短、耕作质量、耕作的阻力等，是土壤各种理化性质在耕作上的综合表现。与土壤之地结构、含水量、粘结性、粘着性、可塑性、膨胀性、收缩性有关。二土壤胶体性质：6学时（一）土壤胶体的类型和构造土壤胶体分散系包括分散相（胶体微粒）和分散介质。胶体化学中，胶体的定义是分散相物质的粒径为100毫微米。土壤化学中，土壤胶体的粒径上限为2000毫微米。1土壤胶体的种类：1）矿质胶体：铝硅酸盐（蒙脱石、高岭石、伊利石）、铁铝氧化物、二氧化硅。2）有机胶体：腐殖质、有机酸、蛋白质及其衍生物。3）有机－无机复合胶体：上两者相结合，在土壤中为多数。2土壤胶体构造：分晶型胶粒（无机胶体）和非晶型胶粒（有机胶体）。土壤胶体微粒图：用双电层理论P60图1－23，P61图1－24，图1－25双电层理论：胶体表面的电荷层与胶体周围由于静电吸力作用形成的反号电荷的离子层，构成双电层。其内层叫决定电位离子层，外层叫反离子层或补偿离子层。两层之间的距离，与一个粒子大小相当。双电层之间的电位呈直线迅速降低。反离子层内的反号离子并不是分布在同一个平面，距离胶体表面近的反号离子数量多，排列紧密，称为Stern层(非活性补偿离子层)；随着离胶体距离增加，反号离子数量减少，以扩散状态分布，直至自由溶液，称活性补偿离子层或扩散层。Stern层以外的距离远远大于一个粒子的直径，电位也随着离胶体表面的距离的增加呈指数关系逐渐下降。Stern层（非活性补偿离子层）与自由溶液之间的电位降称电动电位（ζ）。它是表征双电层特征的重要指标，其值随扩散层厚度变化而变化，是可以测定出来的。决定电位粒子层与溶液之间的电位差为热力电位(ε),在一定的胶体系统内,其值不随扩散层厚度变化而变化。胶体的基本构造是微粒核与双电层,微粒团包括微粒核与双电层内层,胶粒包括微粒团与非活性补偿离子层、胶体微粒或胶胞包括胶粒和扩散层。P61影响双电层构造的因素：a胶体表面电荷密度：胶体表面电荷密度大，所带电荷多，吸引反号离子多，使双电层厚度减小，ζ电位降低。b电解质浓度：电解质浓度高，反号离子浓度高，胶体吸附反号离子多，双电层厚度减小，ζ电位降低。c离子价数：介质中反号离子价数由原过来的1价变成2价，双电层的其他条件不变，这时胶体表面对离子的吸引力增加1倍，双电层厚度减小，ζ电位降低。土壤胶体表面双电层厚度溶液浓度N双电层厚度（Å）单价阳离子双价阳离子10-5100050010-31005010-1105同号离子对ζ电位的影响与胶体本身电位高低有关。胶体本身电位高，介质中同号离子被排斥在双电层固定层之外，同号离子价数变化对ζ电位无影响。胶体本身电位低时，双电层固定层内仍有同号离子存在，这时同号离子价数变化或数量变化，的都会影响ζ电位，即同号离子价数增高或离子浓度增加使ζ电位增高。*专性吸附：对土壤专性吸附的定义有不同的解释，应用最广的定义为：土壤胶体带电或不带电荷，都能吸附某些离子，而且这些离子进入双电层内层，成为不可交换的离子。土壤中的被吸附的离子可以和胶体双电层内层的配位离子-OH进行交换，故称配位基交换。土壤中可以进行专性吸附的物质有氧化铁铝的凝胶、三水铝石、水铝英石、针铁矿和其他无定形水化氧化物。这些氧化物表面含有-OH基和-OH2基，比较容易和专性吸附的离子进行交换。腐殖质和断键的含-OH基的硅酸盐矿物也能进行专性吸附（后叙）。专性吸附是由离子极化作用和范德华力引起的，是形成Stern层的重要原因。专性吸附增强，ζ电位下降，当专性吸附很强时，ζ电位可以变为负数。补充知识:分子间的力(自由掌握)分子间的力：指普遍存在于一切分子间的引力，也叫范德华力一、静电力：极性分子间的力叫静电力或取向力，这种力来自分子固有的结构本质，是一种永久极性间的力。二、诱导力：一个离子或极性分子的一端，对临近其他分子极化，使它产生相反的诱导力，存在于极性分子与非极性分子之间。例水与溶于水的氯气分子，也存在于极性分子之间，例水分子与乙醇分子存在诱导力和静电力，处于外加电场中，被极化分子中包含的原子数越多，原子越大，则诱导极性越强，诱导力越大。分子间力中诱导力所占比重小，不占主要位置。三、色散力：通常分子极性与非极性是指电子运动的平均情况，对于瞬间电子运动在分子的一个局部而使该部分带过剩的负电，分子的另一端带过剩的正电，形成瞬间的偶极，分子的瞬间偶极之间也会相互作用，并且每一瞬间偶极不断的消失与产生，而在大群分子间就存在这样一种持续的力叫色散力，这就是氢、氮、氧为什么能成为液态的原因。色散力的强弱也和分子的变形性有直接关系，即它又受组成分子的原子数和原子大小所决定，大分子比小分子有较强的色散力。总的说来色散力很弱，其作用范围与分子间距离的六次方成反比。在非极性分子间，它是唯一的分子间力。因此色散力是很重要的成分。四、氢键：是一种特殊的分子间力，发生在两个电负性很强的原子之间。尤其氢与氟、氧和氮。例如原因：氢键对电子只有吸引力，无排斥力。它与电负性强的原子A成键轨后，电子云偏向A。H端为正电，缺乏内层电子，能强烈吸引B的电子云，形成H……B氢键。氢键可形成于分子内外，分子间氢键造成分子缔合现象，引起熔、沸点、气化热的不正常增大。（二）土壤胶体的性质1巨大的比表面积和表面能指每克粘粒所具有的表面积（内表面积与外表面积之和），单位m2.g-1。不同土壤的比表面积的变化规律与土壤的粘粒类型和含量紧密相关。物体分得越细，单体数越多，总面积约大，比表面积越大。P62表1－19，胶片各种胶体与土壤的比表面积胶体类型比表面积m2.g-1土壤类型比表面积m2.g-1蒙脱石600-800黑土420伊利石50-200黄绵土326高岭石1