第四章土壤质地孔性和结构课件.ppt

第四章 土壤质地、孔性和结构,三者是重要的物理性质,主要内容:第一节 土壤质地第二节 土壤孔性第三节 土壤结构,第一节 土壤质地,一、土粒和粒级 根据成分划分（一）土粒种类 1、有机质土粒：有机残体的碎屑，易分解或与矿物质形成复粒。 2、矿质土粒：数量占优势，稳定，构成土壤骨架，通常所指土粒指矿质土粒。 单粒：单个存在，砂且有机质少土壤中多 复粒：单粒相互聚积，粘且有机质多土壤中 这里研究土壤颗粒大小是矿质单粒，复粒要通过一些方法将其分解。,第一节 土壤质地,一、土粒和粒级 根据成分划分（二）土壤粒级： 土粒大小分组 1、当量粒径与理想土壤 1）理想土壤：把土粒理想化看作是光滑实心圆球。 2）当量粒径 第一：大于0.25mm土壤用筛子筛分，能过1mm筛子，不能过0.25mm，为10.25mm土粒 第二：小于0.25mm土粒，制成悬液沉降，据斯托无定律 V 沉降速度 s 土粒密度 粘滞系数 w 水密度 r 半径 沉降速度V与r2成正比，与粘滞系数成反比。 3）把土壤看作理想土壤来研究，水、汽、热等土壤中流动有一定偏差，需采用各种修正系数进行修正。,第一节 土壤质地,一、土粒和粒级 根据成分划分（二）土壤粒级： 土粒大小分组 2、土粒大小分级 土粒有大，有小，大小土粒之间性质差异极大，从大到小分为石砾、砂粒、粉砂粒、粘粒四组，具体如何划分，如下： 1）美国制； 对砂粒石研究多1951年 2）国际制；1930年 3）卡钦斯基制（前苏联）； 1957年，其中从0.01mm处划分为物理性砂粒、物理性粘粒，二者物理性质差异大，如吸湿性，粘结性，胀缩性。 4）中国制 极少使用。,第一节 土壤质地,二、各级土粒的组成和性质：不同粒级性质不同，具有规律性1、各级土粒组成 1）矿物组成：由粗致细石英减少，原生硅酸盐矿物减少，钾长石、白云母为主， 辉石、角闪石、钾长石、黑云母少。次生矿物增加。2）化学组成：由粗致细SiO2降低； R2O3增加； SiO2/ R2O3降低，盐基增加；细粒养分通常比粗粒多。2、土壤粒级的物理性质由粗到细，持水性，力学性质增强，渗透性下降。,第一节 土壤质地,三、土壤的机械组成和质地1、概念1）机械组成：土壤中各级土粒所占重量百分数组合。2）土壤质地：根据机械组成划分的土壤类型。2、质地分类制：与颗粒粒级划分是对应的1）美国制：2）国际制：3）卡钦斯基制（前苏联）,第一节 土壤质地,三、土壤的机械组成和质地2、质地分类制：与颗粒粒级划分是对应的1）美国制：三级分类制，砂粒（2-0.05），粉砂(0.05-0.002)，粘粒划分为12个质地名称。2）国际制：三级分粒制，砂粒（2-0.02），粉砂（0.02-0.002），粘粒划分为砂土、壤土、粘壤土、粘土四大类12个级别。划分标准为：第一、粘粒25% 粘土第四、粉粒45% 冠以粉质第五、砂粒55-85% 冠以砂质第六、砂粒85% 称为砂土或壤砂土,第一节 土壤质地,三、土壤的机械组成和质地2、质地分类制：与颗粒粒级划分是对应的3）卡钦斯基制（前苏联）有简制（基本分类）和详细分类（详制）A）基本分类（简制）：考虑土壤类型，二级分类制，根据物理性砂粒（大于0.01m）和物理性粘粒（小于0.01m）将土壤划分为砂土、壤土、粘土三大类共9个级别B）详细分类：在基本分类基础上，把含量最多的、次多的粒级作为冠词，顺序放在基本分类名称前面。,第一节 土壤质地,四、不同质地土壤的肥力特点（或称质地特性）砂土：1）总孔隙度小，大孔隙，通气透水性好，保水性差。2）有机质少，养分少，释放快，保肥能力差，肥效猛而不稳。干旱，漏水漏肥，种植耐旱品种，灌水施肥量少，次数多。3）热容量小，升温降温快，昼夜温差大。4）易耕作，阻力小，质量好。但若细砂及粗粉砂过多，水田耕田后迅速沉降，排列紧实，插秧插不进去，“闭耕”现象，边耕边插。，粘土：性质相反壤土：性质介于者之间，兼有砂土和粘的优点，比较好的土壤。质地适中，孔隙度大，通透性适中，养分较多，耕性优良，同样粗粉质较多，缺乏有机质，土壤过分紧实。,第一节 土壤质地,五、土壤质地层次性：土壤剖面中，不同土层质地不均一。1、产生原因1）母质本身性质：如冲积母质，残积母质。2）淋溶作用3）耕作：水稻 上粘下砂2、质地层次性对土壤性质影响1）均一砂土或均一粘土。2）上砂下粘，“蒙金土”上轻壤、砂壤，下为重壤，消除砂土、粘土缺点。3）上粘下砂：“漏风土”，不好。4）砂夹粘，粘夹砂：若夹层不厚，既可通气透水又可保水托肥，对温度养分调节都有良好作用。夹层过厚，变为上砂下粘，或上粘下砂型，5）特殊夹层：剖面中夹有一层特殊坚实层。例如红壤的铁盘层，白浆土白浆层，若出现过浅，影响植物生长。,第一节 土壤质地,六、不同质地土壤的利用改良1、栽种适宜作物1）砂土生 种植长期短，耐旱需肥少作物，耐贫瘠。蔬菜、西瓜、芝麻、高梁、马钤薯、地瓜等。2）粘土种植生长期长，需肥多的作物。3）过砂、过粘、多石砾，可种树，种草。2、采用合理耕作措施1）砂土：平畦，宽垄，播种深些，薄肥勤施。2）粘土：深沟，高畦，窄垄，精耕细作，施足底肥，适当种肥、追肥。3、客土4、引洪漫淤。5、深耕，深翻，改良质地层次性不好的土壤。6、增施有机肥。,第二节 土壤孔性,一、土壤密度，土壤容重1、土壤密度（土粒密度更确切）1）概念：单位体积固体土粒的重量。（g/cm3）2）大小：土壤矿物质 2.60-.270之间 土壤 2.60-2.70之间；平均2.65 有机质多，土壤密度小， 矿物质中Fe、 Mn多，土壤密度大。3）与土壤松紧状况无关。,第二节 土壤孔性,一、土壤密度，土壤容重2、土壤容重1）概念：单位体积自然土壤的烘干重（g/cm3）.主要受土壤孔隙状况影响，孔隙大，容重小，砂土1.2-1.8间，粘土1.0-1.5间。2）影响因素：影响孔隙状况均影响容重。质地、结构、有机质含量， 另外土壤密度。3）容重的用途A）计算孔隙度：孔隙度=1-容重/比重 B）反映土壤松紧状况,第二节 土壤孔性,一、土壤密度，土壤容重2、土壤容重 3）容重的用途 ）计算一定面积厚度土壤质量 例：公顷耕层土壤质量 耕层厚度20cm 容重1.2g/cm3 =100000.21.2=2.410 (t) 每亩16万公公斤约30万斤D）计算土壤中养分贮量，水分贮量 例：土壤含全 3.0g/kg 含水30，求公顷耕层含多少千克？贮水多少千克？含：2.4103103310-3=7.2103 kg/公顷贮水：2.41031037.2105 kg/公顷,第二节 土壤孔性,一、土壤密度，土壤容重3、浸水容量 1）浸水容重是反映浸水条件下，土壤结构状态和淀实程度的指标。2）测定： 浸水容重= 干土质量/沉淀容积磨细土样于大量筒中制成悬液，沉降后获得沉降淀体积，用上式计算。,第二节 土壤孔性,二、土壤孔性：土壤孔隙的大小，多少及分布1、总孔隙度：土壤孔隙的体积占整个土壤体积的百分数土壤总孔度（%）=（孔隙体积土壤体积）土壤总孔度=（容重密度） ,第二节 土壤孔性,二、土壤孔性：土壤孔隙的大小，多少及分布2、土壤孔隙比：土壤孔隙多少也可用孔隙比表示土壤孔隙比=孔隙容积土粒容积孔度（孔度） 泥炭80%；砂土孔度30-45%；壤土40-50%；粘土45-60%，结构好（团粒结构），55-65%甚致70%，比非团聚体增加1/2-1/3理想土壤（大小一致实心圆球）。立方体47.46% 三斜方面体24.51%,第二节 土壤孔性,二、土壤孔性：土壤孔隙的大小，多少及分布3、土壤孔度分级：分3级粒间孔隙的大小，形状和连通情况极为复杂，如何表示孔隙的大小，用当量孔径，假设成平行圆管，粗对水束缚力小，细结水束缚力大。当量孔径：理查德式,h 为毛管水上升高度； ； 水表面张力； 水密度；g 重力加速度； r 毛管半径； 水与孔隙壁接触角；当趋近0 20时 公式简化为：茹林式：d=3/h d为直径h 为水柱高cm,第二节 土壤孔性,二、土壤孔性：3、土壤孔度分级：分3级 1)非活性孔度 0.1mm (0.003mm)：也称通气孔度0.10ba 非毛管总毛束 （饱和持水量田间持水量）x容重,第二节 土壤孔性,二、土壤孔性： 4、固液气三相比 土壤固相、液相、气相容积分别占土壤容积百分率 1）固相率=容重密度 2）液相率=水 x容重水通常指田间持水量 3）气相率=固液孔隙度-容积含水率 5、土壤良好孔隙状况 耕层（0-15cm） 总孔度50-56% 通气孔隙10%，若15-20%更好； 下部（15-30cm） 总孔度50% 通气孔隙10%左右,第二节 土壤孔性,二、土壤孔性： 6、影响土壤孔隙状况因素 1）土粒排列：立方体型（）47.67% 三斜六面体（C）24.51% 2）土壤结构：次级团聚 最紧 CC，P总43.0% 最松 ，P总72.58 中间 ，P总60.47% 团粒结构总孔度大，大小孔度比例适合， 不良结构体总孔度小，小孔隙多，土壤紧实。 3）质地 砂 30-45% 大孔隙多 壤 40-50% 粘 45-60% 小孔隙多 4）有机质多，本身疏松，同时促进团粒结构形成。,第三节 土壤结构,土壤中的土粒常常不是以单粒形式存在，而是许多单粒粘合、胶结在一起，形成复合团聚体。或称为复粒。 土壤结构体：土壤中的各级土粒或其中的一部分互相胶结，团聚而形成的大小、形状、性质不同的土团、土块、土片等。 土壤结构性：土壤中的单粒和结构体的数量、大小、形状、性质及其相互的排列和相应孔隙状况等的综合特性。 块状结构；核状结构体；柱状、棱柱状结构；片状结构 团粒结构 无结构,第三节 土壤结构,一、不良土壤结构体 1、块状结构2、核状结构体3、柱状、棱柱状结构4、片状结构,第三节 土壤结构,一、不良土壤结构体 1、块状结构 1）形态：立方体型，横轴和纵轴大体相等，边面不明显，内部紧实。 按大小分为：轴长大于10cm 大块状结构（百姓称坷垃）； 5-10 cm 块状结构； 5-0.5cm 碎块结构。2）出现部位及原因 出现部位：表土层中，通常在耕层中 出现原因：有机质少，质地粘重，湿整地3）农业危害： 内部紧实，孔隙少，水气不通，微生物活动弱，养分不能释放，根系不能进入，象石头，结构体间形成大孔隙，漏风跑墒，拉断根系。农业生产中避免块状结构体的出现，适时整地。出现后，通过耙、压破碎，较顽固的，小雨后进行。,第三节 土壤结构,一、不良土壤结构体 2、核状结构体 1）形态：立方体型，横轴纵轴大体相等，边面棱角明显，较块状结构体小，其结构体表面往往有胶膜出现，铁锰氧化物，粘粒。 2）出现部位及原因 出现部位：多出现在淀积层中（心土，底土层中） 出现原因：质地粘重，有机质极缺，干湿冻融交替作用下形成。胶结物质R2O3、石灰、粘粒，许多是淋溶下来。,第三节 土壤结构,一、不良土壤结构体 3、柱状、棱柱状结构 1）形态：纵轴远大于横轴，土体中呈柱状，棱角明显为棱柱状结构，百姓称之为立土，直塥土。 大（横轴7-5cm） 中（横轴3-5cm） 小（横轴小于3cm） 2）出现部位及原因 出现部位：出现淀积层中，母质层中（心土、底土） 出现原因：质地粘重，干湿交替，干湿交替频繁，柱体小，干湿交替频率低，柱体大。,第三节 土壤结构,一、不良土壤结构体 4、片状结构 1）形态：横轴大于纵轴，呈扁平状，卧土 2）出现部位及原因 A）表层，结皮或结壳，雨后或灌溉后形成。 B）老耕地犁底层，耕作压实形成 C）出现亚表层，白浆土白浆层，灰化土漂白层 不良结构体共同特性：结构体大、硬、不易破碎，内部孔隙小，不能调节水、肥、气、热，不利作物生长。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（一）形态： 团粒结构，粒状，近似球形疏松多孔的小土团。粒径0.25-10mm，表面粗糙不光滑。 微团粒结构，粒径小于0.25mm，进一步团聚，形成团粒结构，水田中，淹水条件起重要作用。（二）团粒结构多级孔性 单粒 复粒(初级团聚体) 微团粒(二、三级团聚) 团粒(大团聚体) 从小到大逐级团聚，形成孔隙也由小到大，总孔度大小比例适合。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（三）团粒结构对肥力的作用 团粒结构多是土壤肥沃的标志，能调节土壤的紧实度，孔隙状况，水，肥，气，热。常把团粒结构称之为土壤肥力的调节器。 1、改善土壤孔隙状况：总孔隙度大，大小比例适合。 2、解决土壤水气矛盾 3、协调供肥保肥的矛盾 4、团粒结构土壤易于耕作 粘重土壤形成团粒结构，耕作阻力小，质量好，适耕时间长，疏松，力学性质弱，接触面小的原因。 土壤中大于2mm和小于2mm团粒各占50%，总孔度大，大小比例适当。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（四）团粒结构稳定性 包括：水稳性 机械稳定性 生物稳定性 1、水稳性 1）团粒结构浸水后，抵抗灌水泡散的能力。 2）水稳性高，降雨、灌水破坏小。 3）团粒水稳性用水稳度表示，水稳性团粒百分数。 4）有机质胶结形成水稳度高。 2、机械稳定性 1）团粒结构抵抗机械碾压能力。 2）机械稳定性好，耕作破坏小。 3）有机质形成团粒，机械稳定性好。因有机质有弹性。 3、生物稳定性 形成团粒有机胶结剂，抵抗微生物破坏的能力。腐殖物质胶结，生物稳定性好。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（五）团粒结构的形成 单粒复粒微团粒团粒 1、复粒形成的微观机制 1）粘团说：由粘粒定向排列和静电引力形成的直径小于5m的土体。 片状粘粒相互缔合而成，缔合方式“面-面”“面-边”“边-边”，砂粒、粉砂粒可通过粘团有机胶体参与团粒形成。 内生粘团：晶格相连不易分开 重叠粘团：土片可分开 稳定性：高岭石、R2O3、绿泥石多，形成粘团稳定，有机质多，增强粘团稳定性。 2）等电凝聚说：粘粒、有机质带负电荷多，但也带少量正电荷 ，土壤微域内正负电荷点相互凝聚，未参与的剩余正负电荷可进一步复合。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（五）团粒结构的形成 2、团粒形成的过程 二个步骤：第一多级团聚过程，第二切割造型过程 1）粘结团聚过程 第一、凝聚作用： 第二、无机物的粘结作用 CaCO3 、CaSO4.H2O 、无定形硅酸H2SiO3 、Fe2O3.nH2O Al2O3.nH2O 、粘粒本身 Fe2O3.nH2O 、 Al2O3.nH2O胶结遇水不分散，其它易分散。 第三、有机质的胶结作用：形成有机-无机复合体。 形成团聚体具有水稳性、力稳性。 物质有：木质素、蛋白质、真菌、细菌菌丝、多糖、脂肪、蜡质、腐殖物质。 第四、蚯蚓和其它小动物：蚯蚓排泄物 蚂蚁楼子,第三节 土壤结构,二、团粒结构（五）团粒结构的形成 2、团粒形成的过程 2）切割过程 A）根系的切割：根系的切割挤压。 B）干湿交替：干缩湿胀，水膜拉力，淹水爆破作用。 C）冻融交替：结冰体积增大9%，缓慢结冰，挤压团聚，融冻后土壤疏松。 D）耕作：两面性。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（六）土壤结构的管理 避免团粒结构破坏，保持、恢复团粒结构。 1、团粒结构被破坏原因 1）水作用，雨滴冲击，淹灌泡散，封闭空气的爆破。 2）农机具碾压。 3）K、NH4+ 对胶体分散。 4）微生物分解作用。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（六）土壤结构的管理 2、避免破坏，促进形成农业生产措施 1）增施有机肥 2）实行合理轮作用， 3）合理耕作， 4）改变灌水方式，减少淹水时间。 地下灌水（滴灌）优于喷灌优于细沟流灌优于大水漫灌。 5）石灰、石膏施用 酸性土施用石灰 碱土施用石膏。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（六）土壤结构的管理 2、避免破坏，促进形成农业生产措施 6）土壤结构改良剂 A）人工合成高分子聚合物 如：乙酸乙烯脂和顺丁稀二酸的共聚物（VAMA）， 水解聚丙稀晴（HPAN），施用耕层土重0.01% ，0.25mm团聚体由10.9%增加至30.1% 施用耕层土重0.1% ，0.25mm团聚体增加至82.9% 如：聚乙稀醇（PVA）施用耕层土重0.05% ，0.25mm团聚体010cm土层由7.49%增加至38.5%，1020cm团聚体由4.3%增加至17.6% 聚丙稀酰胺（PAM）较便宜。,第三节 土壤结构,二、团粒结构（六）土壤结构的管理 2、避免破坏，促进形成农业生产措施 6）土壤结构改良剂 B）自然有机制剂： 醋酸纤维 、树脂胶、 胡酶酸盐、 沥青制剂 C）无机制剂： 硅酸钠、 膨润土、 沸石、 蛭石 膨润土，膨胀性强，减少稻田渗漏，其它增强土壤通透性。,