第4章土壤质地和结构 ■工,士壤颗粒与质地 工土壤结构 ■Ⅲ士壤孔性 ■Ⅳ土壤结构性评价与管理 1.土壤颗粒与质地 土粒与粒级 ■土粒 ■粒径当量粒径(有效粒径) 斯托克斯( Stockes Law)定律 ■颗粒半径与颗粒在静水中自由沉降速率的关系式 V=2(Ps"P w)gr29n ■利用该式求得某一粒径粒自由沉陶到某固定深度所需的时间按时 抽吸土壤悬液,测定该粒级士粒的重量 ■应用条件 (1)必须采用规定的沉降筒(直径>58cm) ■(2)沉降环境最好恒温〔或温变小),静置。 ■(3)土壤悬液的密度应<3%(测定的土壤样品量应控制)
第4章 土壤质地和结构 ◼ Ⅰ.土壤颗粒与质地 ◼ Ⅱ.土壤结构 ◼ Ⅲ.土壤孔性 ◼ Ⅳ.土壤结构性评价与管理 Ⅰ.土壤颗粒与质地 ◼ 一、土粒与粒级 ◼ 土粒 ◼ 粒径—当量粒径（有效粒径） ◼ 斯托克斯（Stockes. Law)定律 ◼ 颗粒半径与颗粒在静水中自由沉降速率的关系式。 ◼ V=2（ρ s-ρ w）gr 2/9η ◼ 利用该式求得某一粒径土粒自由沉降到某固定深度所需的时间，按时 抽吸土壤悬液，测定该粒级土粒的重量。 ◼ 应用条件 ◼ （1）必须采用规定的沉降筒（直径>5-8cm） ◼ （2）沉降环境最好恒温（或温变小），静置。 ◼ （3）土壤悬液的密度应<3%（测定的土壤样品量应控制）
■粒级 ■二、土粒的组成与性质 土粒的矿物组成 ■砂粒(粗粉粒或物理性砂粒)-石英、正长石和白云母等原生矿物为 主 中、细粉粒-石英、正长石和白云母等原生矿物少,部分斜长石、 辉石、角闪石和黑云母等原生矿物,少量次生矿物 ■粘粒-次生矿物为主 ■土粒的化学组成 土壤矿质土粒的元素组成包括:o、S、A、Fe、ca、Mg、T、K Na、P、S、Mn、zn、B、Mo等,就含量而言,以O、Si、A、Fe 所占比例最高,Sio2+A知3+Fe2O3>75%是土壤的骨干分,其 中Sio2>A2o3、Fe2o3 ■从砂粒-粉粒-粘粒,Sio2含量逐渐咸少,AO3、Fe2O3和盐基含 量则逐渐增加,Sio/Azo3+Fe2O的分子比率逐渐降低 ■分子比率=(Sio2%/Sio2分子量)/(Aao%/Azo3分子量)+ Fe2o3%/Fe2O3分子量)] ■土粒的性质
◼ 粒级 ◼ 二、土粒的组成与性质 ◼ 土粒的矿物组成 ◼ 砂粒（粗粉粒或物理性砂粒）—石英、正长石和白云母等原生矿物为 主 ◼ 中、细粉粒---石英、正长石和白云母等原生矿物少，部分斜长石、 辉石、角闪石和黑云母等原生矿物，少量次生矿物 ◼ 粘粒---次生矿物为主 ◼ 土粒的化学组成 ◼ 土壤矿质土粒的元素组成包括：O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ti、K、 Na、P、S、Mn、Zn、B、Mo等，就含量而言，以O、Si、Al、Fe 所占比例最高，SiO2+Al2O3+Fe2O3>75%, 是土壤的骨干成分，其 中SiO2>Al2O3、Fe2O3 ◼ 从砂粒--粉粒--粘粒，SiO2含量逐渐减少，Al2O3、Fe2O3和盐基含 量则逐渐增加，SiO2/ Al2O3+Fe2O3的分子比率逐渐降低。 ◼ 分子比率= （SiO2%/ SiO2分子量）/[（Al2O3 % /Al2O3分子量）+ （Fe2O3 % /Fe2O3分子量）] ◼ 土粒的性质
■土粒的表面积 ■随土粒直径的减小,土粒的总表面积增加,尤其是粘粒,总表面积显 著提高。 ■三、土壤机械组成与质地类别 ■土壤机械组成 ■利用比重计法或吸管法测定的士壤各粒级的相对含量。 ■质地类别 ■根据机械组成相近而划分的土壤类别相同质地类别的土壤机械组成 相似,肥力特性相近 ■四、不同质地士壤的肥力特点 ■壤土是理想的土壤质地类型 ■五、土壤质地的改良利用 ■土壤质地的改良方法 ■增施有机肥 ■有机质粘性大于砂粒小于粘粒,可促进良好土壤结构的形成 客土法 ■(1)砂质土掺粘土,粘质土掺砂土。(2)砂质土施用塘泥。(3) 砂质土引洪漫淤
◼ 土粒的表面积 ◼ 随土粒直径的减小，土粒的总表面积增加，尤其是粘粒，总表面积显 著提高。 ◼ 三、土壤机械组成与质地类别 ◼ 土壤机械组成 ◼ 利用比重计法或吸管法测定的土壤各粒级的相对含量。 ◼ 质地类别 ◼ 根据机械组成相近而划分的土壤类别，相同质地类别的土壤机械组成 相似，肥力特性相近。 ◼ 四、不同质地土壤的肥力特点 ◼ 壤土是理想的土壤质地类型 ◼ 五、土壤质地的改良利用 ◼ 土壤质地的改良方法 ◼ 增施有机肥 ◼ 有机质粘性大于砂粒小于粘粒，可促进良好土壤结构的形成。 ◼ 客土法 ◼ （1）砂质土掺粘土，粘质土掺砂土。（2）砂质土施用塘泥。（3） 砂质土引洪漫淤
■深耕深翻法 ■若土壤表层为砂士,心土层为粘土,或相反,可采用深耕深翻法,使 两层土壤相互混合以改良质地 l.土壤结构 土壤结构体 ■土壤结枃体 ■土粒单粒和复粒湘互排列和团聚成定形状和大小的士团或士块 ■土壤结构体类型 通常根据结构体的形状和大小等外部性状来划分。 ■二、团粒结构的形成 ■粘结团聚过程 ■胶体的凝聚作用 ■当向土壤胶体溶液中加入多价阳离子(ca++、Fe+等)或pH降低 时(如施肥等),带负电荷的士壤胶粒之间因分孑引力超过相互之间 的静电排弃力而相互凝聚 ■无机物质的粘结作用 土壤中的碳酸钙、硫酸钙、无定的硅酸、氧化铁和氧化铝以及粘粒 本身在湿润时对其它土粒的粘结作用
◼ 深耕深翻法 ◼ 若土壤表层为砂土，心土层为粘土，或相反，可采用深耕深翻法，使 两层土壤相互混合以改良质地。 Ⅱ.土壤结构 ◼ 一、土壤结构体 ◼ 土壤结构体 ◼ 土粒（单粒和复粒）相互排列和团聚成一定形状和大小的土团或土块。 ◼ 土壤结构体类型 ◼ 通常根据结构体的形状和大小等外部性状来划分。 ◼ 二、团粒结构的形成 ◼ 粘结团聚过程 ◼ 胶体的凝聚作用 ◼ 当向土壤胶体溶液中加入多价阳离子（Ca++、Fe+++等）或pH降低 时（如施肥等），带负电荷的土壤胶粒之间因分子引力超过相互之间 的静电排弃力而相互凝聚。 ◼ 无机物质的粘结作用 ◼ 土壤中的碳酸钙、硫酸钙、无定形的硅酸、氧化铁和氧化铝以及粘粒 本身在湿润时对其它土粒的粘结作用
■有机物质的胶结和复合作用 ■木质素、蛋白质、真菌及丝状菌菌丝、多糖类、脂肪、蜡质和腐殖质 等对士粒的胶结作用,其中以多糖类和腐殖质最为重要。 ■土壤腐殖质不仅是重要的有机胶结物质而且可通过多种复合机制与 矿质土粒形成有机矿质复合体。 ■蚯蚓及其它小动物的作用 ■土居动物,如蚯蚓和蚁类等的活动可促进团粒结构的形成,特别是蚯 蚓,其排泄物本身即为良好的团粒 ■切割造型过程 ■根系切割 干湿交替 ■冻融交替 ■耕作施肥 三、团粒结构的肥力意义 团粒结枃是旱地土壤理想的结枃类型 ■大小吼孔隙兼备,水、气、热协调 ■团粒具有多级孔隙,不仅总孔隙大,而且大小孔隙比例协调。团粒之 间为通气孔隙有利于透水通气,团粒内部则有35级大小不同的毛
◼ 有机物质的胶结和复合作用 ◼ 木质素、蛋白质、真菌及丝状菌菌丝、多糖类、脂肪、蜡质和腐殖质 等对土粒的胶结作用，其中以多糖类和腐殖质最为重要。 ◼ 土壤腐殖质不仅是重要的有机胶结物质，而且可通过多种复合机制与 矿质土粒形成有机—矿质复合体。 ◼ 蚯蚓及其它小动物的作用 ◼ 土居动物，如蚯蚓和蚁类等的活动可促进团粒结构的形成，特别是蚯 蚓，其排泄物本身即为良好的团粒。 ◼ 切割造型过程 ◼ 根系切割 ◼ 干湿交替 ◼ 冻融交替 ◼ 耕作施肥 ◼ 三、团粒结构的肥力意义 ◼ 团粒结构是旱地土壤理想的结构类型 ◼ 大小孔隙兼备，水、气、热协调 ◼ 团粒具有多级孔隙，不仅总孔隙大，而且大小孔隙比例协调。团粒之 间为通气孔隙有利于透水通气，团粒内部则有3—5级大小不同的毛
管孔隙有利于保持水分,故具有团粒结构的土壤不仅通气性良好,而 且也具有较强的保水能力,水、气、热状况协调 ■保肥供肥能力强,供肥较平稳 ■团粒结构是由有机胶体和无机胶体经多级粘结团聚而成腐殖质和矿 质养分含量均较高,阳离子交换量大,故土壤保肥供肥能力强。由 团粒之间为通气孔隙,使团粒表面微生物活动旺盛,土壤养分释放总 是从团粒结构表面开始,逐渐向团粒内部发展,故供肥较平稳 ■耕作阻力小,耕性良好 ■团粒结构比表面小团粒间不仅粘结力弱且可塑性和粘着性也较弱, 故土壤疏松,有利于种孑萌发和根系生长,且耕作阻力小,整地质量 微团粒结构是水日士壤理想的结构类型 ■水气共存,有利于水稻正常生长 ■具有微团粒结构的水田土壤淹水后,既有利于保水,又有一定的透水 性,同时微团粒内部孔隙可闭畜有一定量的空气,从而为淹水条件下 水气共存及水稻的生长创造了良好的条件。 ■保肥供肥能力强 ■土壤疏松,利于根系生长,耕性良好
管孔隙有利于保持水分，故具有团粒结构的土壤不仅通气性良好，而 且也具有较强的保水能力，水、气、热状况协调。 ◼ 保肥供肥能力强，供肥较平稳 ◼ 团粒结构是由有机胶体和无机胶体经多级粘结团聚而成，腐殖质和矿 质养分含量均较高，阳离子交换量大，故土壤保肥供肥能力强。由于 团粒之间为通气孔隙，使团粒表面微生物活动旺盛，土壤养分释放总 是从团粒结构表面开始，逐渐向团粒内部发展，故供肥较平稳。 ◼ 耕作阻力小，耕性良好 ◼ 团粒结构比表面小，团粒间不仅粘结力弱，且可塑性和粘着性也较弱， 故土壤疏松，有利于种子萌发和根系生长，且耕作阻力小，整地质量 高。 ◼ 微团粒结构是水田土壤理想的结构类型 ◼ 水气共存，有利于水稻正常生长 ◼ 具有微团粒结构的水田土壤淹水后，既有利于保水，又有一定的透水 性，同时微团粒内部孔隙可闭蓄有一定量的空气，从而为淹水条件下 水气共存及水稻的生长创造了良好的条件。 ◼ 保肥供肥能力强 ◼ 土壤疏松，利于根系生长，耕性良好
■四、土壤结构的改良 Ⅲl.土壤孔性 ■一、土壤密度、容重及三相组成计算 ■土壤密度(D)-土壤(真)重 单位容积(vs)固体士粒的质量〔g/cm3) D= M/s ■土壤密度值主要取决于矿物的组分,多数土壤的密度为26-27 g/cm3土壤“常用密度值为265g/cm3 ■土壤容重(DbB)-士壤假比重 ■田间自然垒结状态下单位容积(vo)土体的质量(g/cmtm) ■Db=M/o ■显然同一土壤的容重小于壤密度,土壤容重值多介于 1.0-1.8g/cm3 ■土壤容重受土壤质地、结构、有机质含量及人为耕作因素等影响。土 壤越疏松多孔,容重值越小,土壤越紧实,容重值越大;粘质土容重 (1.0-1.5)小于砂质土(12-1.8);有机质含量高,结构性好的士攘容 重小;耕作可降低土壤容重。 ■土壤三相组成的计算
◼ 四、土壤结构的改良 Ⅲ.土壤孔性 ◼ 一、土壤密度、容重及三相组成计算 ◼ 土壤密度（D）--土壤（真）比重 ◼ 单位容积（Vs)固体土粒的质量（g/cm3) ◼ D = M/Vs ◼ 土壤密度值主要取决于矿物的组分，多数土壤的密度为2.6-2.7 g/cm3,土壤“常用密度值”为 2.65 g/cm3 。 ◼ 土壤容重（Db）--土壤假比重 ◼ 田间自然垒结状态下单位容积（Vo）土体的质量（g/cm3或t/m3) ◼ Db = M/Vo ◼ 显然同一土壤的容重小于土壤密度，土壤容重值多介于 1.0—1.8g/cm3。 ◼ 土壤容重受土壤质地、结构、有机质含量及人为耕作因素等影响。土 壤越疏松多孔，容重值越小，土壤越紧实，容重值越大；粘质土容重 (1.0-1.5)小于砂质土(1.2-1.8)；有机质含量高，结构性好的土壤容 重小；耕作可降低土壤容重。 ◼ 土壤三相组成的计算
■固相率=(固相容积/土体奢积)×100% (M/D)/(M/Db)=Db/D=容重/密度 ■液相率(土壤容积含水率)=土壤质量含水率×Db ■土壤质量含水率=(土孃水质量/干土质量)×100% ■气相率=孔隙度-液相率 孔隙度=1-固相率=1-Db/D 单位面积士壤干重的计算 ■单位面积土壤干重=面积m2)×厚度m)xDbt/m) 、土壤孔性及其衡量指标 ■土壤孔性 ■土壤孔隙的总量及大小孔隙分布。 土壤孔性衡量指标 ■土壤孔隙度和孔隙比孔隙总量衡量指标 土壤孔隙度(P) P=1-Db/D 土壤孔隙度大刂说明了士壤的疏松程度及水分和空气容量的人小土 壤孔隙度多在40-70%,砂壤土和粘士孔隙廢分别为30-45%、 40-50%和45-60%,结构良好士壤孔隙度为55-70%,紧实底十为
◼ 固相率=（固相容积/土体容积）×100% =（M/D)/(M/Db)=Db/D=容重/密度 ◼ 液相率（土壤容积含水率）= 土壤质量含水率×Db ◼ 土壤质量含水率=（土壤水质量/干土质量）×100% ◼ 气相率=孔隙度-液相率 ◼ 孔隙度=1-固相率=1 - Db/D ◼ 单位面积土壤干重的计算 ◼ 单位面积土壤干重=面积(m2)×厚度(m)×Db(t/m3) ◼ 二、土壤孔性及其衡量指标 ◼ 土壤孔性 ◼ 土壤孔隙的总量及大小孔隙分布。 ◼ 土壤孔性衡量指标 ◼ 土壤孔隙度和孔隙比—孔隙总量衡量指标 ◼ 土壤孔隙度（P） ◼ P = 1 - Db/D ◼ 土壤孔隙度大小说明了土壤的疏松程度及水分和空气容量的大小，土 壤孔隙度多在40-70%，砂土、壤土和粘土孔隙度分别为30-45%、 40-50%和45-60%，结构良好土壤孔隙度为55-70%，紧实底土为
25-30%。 ■土壤孔隙比 VR= P/(1-P) ■分级孔隙度孔隙大小分配衡量指标 ■士壤孔隙的分级 ■当量孔径与一定的士壤水吸力相当的圆管直径 d=3/h d-当量孔径〔mm),h-土壤水吸力(cm水柱高或毫巴) ■分级孔隙度 ■非活性孔隙度〔%)=(非活性孔隙容积/士壤容积)×100=【最大 吸湿量/1.50+(萎含水量·最大吸湿量)/1.25]×Db 毛管孔隙度(%)=(毛管孔隙容积/士壤容积)×100=(田间持 水量调萎含水量)xDb ■通气孔隙度(%)=(通气孔隙容积/壤容积)×100=总孔隙度 非活性孔隙度-毛管孔隙度 三、影响土壤孔性的因素 土壤质地 ■粘质土孔隙度大(4560%),孔径较均一,以毛管孔隙和非活性
25-30%。 ◼ 土壤孔隙比 ◼ VR = P/(1-P) ◼ 分级孔隙度—孔隙大小分配衡量指标 ◼ 土壤孔隙的分级 ◼ 当量孔径—与一定的土壤水吸力相当的圆管直径 ◼ d = 3/h ◼ d -- 当量孔径（mm), h – 土壤水吸力(cm水柱高或毫巴） ◼ 分级孔隙度 ◼ 非活性孔隙度（%）=（非活性孔隙容积/土壤容积）×100 = [最大 吸湿量/1.50 + (凋萎含水量 - 最大吸湿量）/1.25]×Db ◼ 毛管孔隙度（%）= （毛管孔隙容积/土壤容积）×100 = （田间持 水量 - 凋萎含水量）×Db ◼ 通气孔隙度（%）=（通气孔隙容积/土壤容积）×100 = 总孔隙度 – 非活性孔隙度 - 毛管孔隙度 ◼ 三、影响土壤孔性的因素 ◼ 土壤质地 ◼ 粘质土孔隙度大（45—60%），孔径较均一，以毛管孔隙和非活性
孔隙为主。砂质孔隙劇(33-45%),孔径也较均一,以通气 孔隙为主。壤质土孔隙度居中(4552%),大小孔径比例分配适 中,既有通气孔隙,又有毛管孔隙 土壤有机质 ■富含有机质的土壤,孔隙度较高,如泥炭土的孔隙度可高达80% ■土粒的排列方式 松排列 ■设球的半径为r,则 ■P=[(2r)3-4πr3/3](2r)3×100%=47.64% 紧排列 斜立方体体积= (2√3)r2x(8/3) ■P=[(2v3)r2×(8/3)r4Tn33l(2V3)r2x(8/3)rx 100%=2595% ■土粒的多级团聚 ■均以紧排列为例(自然界物体具有趋向最稳定状态存在的特性) ■一级团聚P1=2595% ■二级团聚P2=2595%+(12595%)×2595%4517%
孔隙为主。砂质土孔隙度小（33—45%），孔径也较均一，以通气 孔隙为主。壤质土孔隙度居中（45—52%），大小孔径比例分配适 中，既有通气孔隙，又有毛管孔隙。 ◼ 土壤有机质 ◼ 富含有机质的土壤，孔隙度较高，如泥炭土的孔隙度可高达80%。 ◼ 土粒的排列方式 ◼ 松排列 ◼ 设球的半径为r，则 ◼ P=[（2r ）3 - 4π r 3/3]/（2r ）3 ×100%=47.64% ◼ 紧排列 ◼ 斜立方体体积= (2√ 3)r 2×(√ 8/3) r ◼ P=[(2√ 3)r 2×(√ 8/3)r- 4π r 3 /3]/ (2√ 3) r 2×(√ 8/3) r × 100%=25.95% ◼ 土粒的多级团聚 ◼ 均以紧排列为例（自然界物体具有趋向最稳定状态存在的特性） ◼ 一级团聚:P1 = 25.95% ◼ 二级团聚:P2 =25.95% +（1-25.95%）×25.95%= 45.17%