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•3.1土壤的孔性、结构性和耕性•3.1.1土壤孔性•土壤中土粒或团聚体之间以及团聚体内部的空隙叫做土壤孔隙。•土壤孔性包括孔隙度(孔隙数量)和孔隙类型(孔隙的大小及其比例),前者决定着土壤气、液两相的总量,后者决定着气、液两相的比例。•3.1.1.1土壤孔隙度(soilporosity)•容积土壤中孔隙容积占整个土体容积的百分数。它表示土壤中各种大小孔隙度的总和。一般是通过土壤容重和土壤相对密度来计算。•土壤孔隙度=[1-(容重)/相对密度]×100%土壤的基本性质•土壤孔隙度=[孔隙容积/土壤容积]×100%•=[(土壤容积-土粒容积)/土壤容积]×100%•=[1-(土粒容积/土壤容积)]×100%•=[1-(土壤重量/相对密度)/(土壤重量/容重)]×100%•=(1-容重/相对密度)×100%•(1)土壤相对密度(soilrelativedensity):是指单位容积的固体土粒(不包括粒间孔隙)的干重与4℃时同体积水重之比。单位为g/cm3。•(2)土壤容重(soilbulkdensity):是指单位容积土体(包括孔隙在内的原状土)的干重。单位为g/cm3或t/m3。一般旱地土壤容重大体在1.00~1.80g/cm3之间。•土壤容重的用途主要有以下几个方面:•①反映土壤松紧度•对于大多数植物来说,土壤容重在1.14~1.26g/cm3之间比较适宜。•②计算土壤的重量•ms=s·h·ρ式中:ms为土重;s为面积;h为土层深度;ρ为容重。•如:已知土壤容重为1.15t/m3,求每公倾耕层0-20cm的土重?ms=100×100×0.2×1.15=2300t•③计算土壤中各组分(如土壤水分、有机质、养分和盐分等)的含量•如:已知土壤容重为1.15t/m3,有机质含量为1%,则每公倾耕层土壤有机质含量为:•2300t×1%=23t•(3)土壤孔隙比:是土壤中孔隙容积与土粒容积的比值,结构良好的耕层土壤的孔隙比应≥1。•孔隙比=[孔隙度/(1-孔隙度)]=孔隙容积/土粒容积•3.1.1.2土壤孔隙类型•当量孔径:是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,它与孔隙的开形状及其均匀性无关。土壤水吸力与当量孔径的关系式为:•d=3/T式中:d为孔隙的当量孔径(mm)、T为土壤水吸力(100Pa)•当量孔径与土壤水吸力成反比,土壤水吸力愈大,则当量孔径愈小。•(1)土壤孔隙类型•①非活性孔,又称无效孔、束缚水孔。这是土壤中最细微的孔隙,当量孔径一般0.002mm,土壤水吸力1.5×106Pa。•②毛管孔隙当量孔径约为0.02-0.002mm,土壤水吸力1.5×104Pa-1.5×106Pa,具有毛管作用。•③通气孔隙当量孔径0.2mm,相应的土壤水吸力小于1.5×104Pa,毛管作用明显减弱。•(2)土壤各种孔隙度计算:•总孔隙度=非活性孔度+毛管孔度+通气孔度•非活性孔度=(非活性孔容积/土壤容积)×100%•毛管孔度=(毛管孔容积/土壤容积)×100%•通气孔度=(通气孔容积/土壤容积)×100%•如果已知土壤田间持水量和凋萎含水量,则土壤毛管孔度可按下式计算:•毛管孔度=(田间持水量-凋萎含水量)÷容重×100%•3.1.1.3土壤孔隙状况与土壤肥力、作物生长的关系•(1)土壤孔隙状况与土壤肥力•(2)土壤孔隙状况与作物生长•旱作土壤耕层的土壤总孔隙度为50%-56%,通气孔度不低于10%,大小孔隙之比在1:2-4,较为合适。•3.1.2土壤结构性•土粒在内外因素的综合作用下,相互团聚成大小、形态和性质不同的团聚体,这种团聚体称为土壤结构(soilstructure),或叫土壤结构体。•3.1.2.1土壤结构的类型•(1)块状结构(blockystructure):土粒胶结成块,近立方体形,其长、宽、高三轴大体近似,边面不明显,大的直径大于10cm,小的直径为5-10cm。•(2)核状结构(subangularstructure):结构体长、宽、高三轴大体近似,边面梭角明显,较块状结构小,大的直径为10-20mm稍大,小的直径为5-10mm。•(3)柱状结构(columnarstructure):结构体的垂直轴特别发达,呈立柱状,棱角明显有定形者,称为棱柱状结构,棱角不明显无定形者,称为圆柱状结构。•(4)片状结构(platystructure):结构体的水平轴特别发达,即沿长、宽方向发展呈薄片状,厚度稍薄,且结构体间较为弯曲者称为鳞片状结构,片状结构的厚度可小于1cm与大于5cm不等。•(5)团粒结构(spheroidalstructure):通常是指土壤中近于圆状小团聚体,其粒径为0.25-10mm。农业生产上最理想的团粒结构粒径为2-3mm。团粒结构经水浸泡较长时间不松散者,称为水稳性团粒结构。•3.1.2.2土壤团粒结构与土壤肥力•(1)良好团粒结构具备的条件•①有一定的结构形态和大小;②有多级孔隙;③有一定的稳定性;④有抵抗微生物分解破碎的能力。•(2)团粒结构对土壤肥力的作用•①能协调水分和空气的矛盾;②能协调土壤有机质中养分的消耗和积累的矛盾;③能稳定土壤温度,调节土热状况;④改良耕性和有利于作物根系伸展。•3.1.2.3团粒结构的形成•(1)土粒的粘聚:①胶体的凝聚作用、②水膜的粘结作用、③胶结作用(简单的无机胶体、粘粒、有机物质等)•(2)成型动力:①生物作用、②干湿交替作用(alternationofdryingandwetting)、③冻融交替作用(alternationoffreezingandthawing)、④土壤耕作的作用等。•3.1.2.4创造团粒结构的措施•(1)农业措施:①深耕与施肥、②正确的土壤耕作、③合理的轮作制度、④调节土壤阳离子组成、⑤合理灌溉、晒垡和冻垡。•(2)土壤结构改良剂的应用•3.1.3土壤耕性(soiltilth)•土壤耕性是指土壤在耕作时所表现的特性,也是一系列土壤物理性质和物理机械性的综合反映。•3.1.3.1土壤耕性的含义•(1)耕作难易程度;(2)耕作质量的好坏;(3)宜耕期长短。•3.1.3.2土壤物理机械性•(1)粘结性和粘着性•土壤粘结性是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。•土壤粘着性是土壤在一定含水量的情况下,土粒粘着外物表面的性能。•影响土壤粘结性和粘着性的因素有:•①土壤质地:土壤愈细,接触面愈大,粘结性和粘着性愈强。•②土壤含水量:含水量愈少,土粒距离愈近,分子引力愈大,粘结性愈强,故干燥土块破碎甚为困难。•③土壤结构:团粒结构可使土团接触面减少,因而其粘结性和粘着性降低,土壤疏松易耕。•④土壤腐殖质含量:腐殖质含量增加可减弱粘土的粘结性,因为腐殖质在土粒外围形成薄膜,改变了粘粒接触面的性质。•⑤土壤代换性阳离子的组成:不同的阳离子种类可影响土粒的分散和团聚。•(2)可塑性:土壤在一定含水量范围内,可被外力任意改变成各种形状,当在外力解除和土壤干燥后,仍能保持其变形的性能称为可塑性。•影响土壤可塑性的因素:•①水分含量:干土没有可塑性,当水分含量逐渐增加时,土壤才表现可塑性。•土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称为下塑限(塑限);•土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量,称为上塑限(流限)。上塑限与下塑限含水量之差称为塑性值,也叫塑性指数。塑性值大,土壤的可塑性强。•②土壤质地:土壤中粘粒愈多,质地愈细,塑性愈强。上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的增加而增大,土壤按塑性值分类如下:强塑性土(粘土)17,塑性土(壤土)17-7,弱塑性土(砂壤)7,无塑性土(砂土)0。••③代换性阳离子:代换性钠离子因水化度大,使土壤分散,因此可塑性增大。相反,钙离子因具有凝聚作用可减少土壤的可塑性。•④土壤有机质:有机质能提高土壤上、下塑限,但一般不改变其塑性值。•(3)土壤胀缩性:土壤吸水后体积膨胀,干燥后体积收缩称为土壤胀缩性。•3.1.3.3注意土壤耕作、改良土壤耕性•(1)防止压板土壤:耕作土壤在降雨、灌溉、人、畜践踏与农机具等作用下由松变紧的过程称为土壤压板过程。•(2)注意土壤的宜耕状态和宜耕期:土壤的宜耕期是指保持适宜耕作的土壤含水量的时间。•(3)改良土壤耕性:可通过增施有机肥料、合理排灌、适时耕作等方法改良土壤耕性。•3.2土壤胶体与土壤吸收性能•3.2.1土壤胶体(soilcolloid)•土壤胶体是指土壤中最细微的颗粒,胶体颗粒的直径一般在1-100nm之间,实际上土壤中小于1000nm的粘粒都具有胶体的性质,所以直径在1-1000nm之间的土粒都可归属于土壤胶粒的范围。•3.2.1.1土壤胶体的种类•(1)无机胶体(inorganiccolloid)•①含水氧化硅胶体•H2SiO3=H++HSiO3-•‖•H++SiO32-•②含水氧化铁、氧化铝胶体•Al(OH)3+H+Al(OH)2++H2O•Al(OH)3+OH-Al(OH)2O-+H2O•③层状硅酸盐矿物•a、硅氧片和硅四面体•硅氧片是由硅四面体连接而成,一个硅四面体是由四个氧原子和一个硅原子所组成。•许多硅四面体可以共用氧原子而形成一层。氧原子排列成为中间有空的六角形,称为硅氧片或硅氧层。•b、铝氧片和铝八面体•铝八面体为6个氧原子围绕一个铝原子而构成铝八面体。•许多个铝八面体相互连接成片称为铝氧片。•晶层是由一层硅氧片、一层铝氧片重叠组成的,称为1∶1型矿物,如高岭石类。这类矿物在我国南方酸性土壤中含量较多。•蒙脱石类由两个硅氧片间夹一个铝氧片组合而成,称为2∶1型矿物。而这类粘粒矿物多出现在我国北方土壤中。•水云母类其结晶构造同蒙脱石类,亦为2∶1型粘粒矿物,其不同点为水云母的晶层间夹含钾离子,晶格距离较为稳定。•(2)有机胶体(organiccolloid)•有机胶体中最主要的成分是腐殖质(胡敏酸、富啡酸和胡敏素等),还有少量的木质素、蛋白质、纤维素等。它的特点为:颗粒极小、具有巨大的比面和带有电荷、有高度的亲水性、并含有多种功能团,如:羧基、羟基、酚羟基等。这些基团解离出氢离子后的-COO-、-O-等离子留在胶粒上而使胶体带负电。胺基(-NH2)吸收H+后,成为-NH3+则带正电,一般有机胶体带负电。•(3)有机无机复合体(organo-mineralcomplex)•土壤无机胶体和有机胶体可以通过多种方式进行结合,但大多数是通过二、三价阳离子(如钙、镁、铁、铝等)或功能团(如羧基、醇羟基等)将带负电荷的粘粒矿物和腐殖质连接起来。这种结合可形成良好的团粒结构,改善土壤保肥性能和多种理化性质。•3.2.1.2土壤胶体的构造•土壤胶体分散系包括胶体微粒(为分散相)和微粒间溶液(为分散介质)两大部分。胶体微粒在构造上可分为微粒核、决定电位离子层和补偿离子层三部分组成。•(1)微粒核:主要由腐殖质、无定形的SiO2、氧化铝、氧化铁、铝硅酸盐晶体物质、蛋白质分子以及有机无机胶体的分子群所构成。•(2)双电层:微粒核表面的一层分子,通常解离成离子,形成符号相反而电量相等的两层电荷,所以称之为双电层。双电层由决定电位离子层和补偿离子层组成。•3.2.1.3土壤胶体的特性•(1)土壤胶体比表面和表面能•比表面(比面)是指单位重量或单位体积的总表面积(cm2/g,cm2/cm3)。表3-4。•由于表面分子与外界的液体或气体介质相接触,因而在内、外方面受到的是不同分子的吸引力,不能相互抵消,所以具有多余的表面能。这种能量产生于物体表面,故称为表面能。胶体数量愈多,比面愈大,表面能也愈大,吸附能力也就愈强。•(2)土壤胶体电荷•永久电荷:它是由于粘粒矿物晶层内的同晶替代所产生的电荷。这种电荷不受介质的pH值的影响,主要发生在2:1型粘粒矿物中,在1:1型矿物中极少。•可变电荷:电荷的的数量和性质随介质pH而改变的电荷。•土壤的pH0值是表征其可变电荷特点的一个重要指标,它被定义为土壤的可变正、负电荷数量相等时的pH值,或称为可变电荷零点、等电点。•产生可变电荷可的主要原因有:•①粘粒矿物晶面上-OH基的解离•②含水铁、铝氧化物的解离•③腐殖质上某些原子团的解
本文标题:土壤的基本性质
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