土壤质地和结构.ppt

第三章 土壤质地和结构,第一节 土壤质地第二节 土壤结构第三节 土壤孔性,第一节 土壤质地（soil texture）,一、土粒和粒级二、土壤质地三、土壤质地与肥力的关系四、不同质地土壤的利用五、土壤质地的改良,一、土粒和粒级,土粒（土壤颗粒soil particle）是构成土壤固相骨架的基本颗粒，它们的数目众多，大小和形状迥异，矿物组成和理化性质变化甚大，尤其是粗土粒与细土粒的成分和性质几乎完全不同。（一）土粒的种类1、按土粒的成分划分2、按土粒的存在状态划分,1、按土粒的成分划分,根据土粒的成分，可以分为矿物质土粒和有机质土粒两种：,（1）矿物质土粒是以土壤矿物质为主的土粒。（2）有机质土粒是指以土壤有机质为主的土粒。这些有机质或者是有机残体的碎屑，或者是与矿物质土粒相结合。,矿物质土粒非常稳定，能够长期存在；而有机质土粒通常极易被小动物吞噬和微生物分解掉。在土壤中，矿物质土粒的数目占绝对优势，是构成土壤固相骨架的主体。我们通常所说的土粒，就是专指矿物质土粒而言的。,2、按土粒的存在状态划分,按照土粒的存在状态，可分为单粒（原生土粒）和复粒（次生土粒）。单粒是指单个的矿物质土粒。在缺少有机质的土壤中，单粒在数量上占绝对优势；而在有机质含量较多的土壤中，许多单粒相互聚集成复粒（团聚体aggregate）。团聚体:土粒通过各种自然过程的作用而形成的直径10mm的结构单位。由于有机质比较容易分解，所以我们通常所说的土粒，都是指矿物质土粒中的单粒而言的。,（二）土壤粒级（粒组）,1、土粒的大小分级粒级制按土粒的大小，分为若干组，称为土壤粒级（粒组）。由于土粒形状多是不规则的，难以直接测量其真实直径。为了按大小进行土粒分级，通常以土粒的当量粒径或有效粒径来代替其真实粒径。,当量粒径和有效粒径,当量粒径和有效粒径的概念来自土壤机械分析（颗粒分析）时采用的假设和方法。把全部复粒被分散成为单粒的土壤悬液，通过套筛进入沉降筒中。粗粒部分先后被截留在各个筛子上，即以圆筛的孔径作土粒的有效粒径。如通过1mm筛而阻留在0.5mm筛上的土粒即是1-0.5mm粒级，余类推。,细粒部分则根据颗粒半径与颗粒在静水中沉降速率的关系（斯托克斯定律），计算不同粒级土粒在静水中的沉降速度，把土粒看作光滑的实心圆球，取与此粒级沉降速率相同的圆球直径，作为该土粒的直径，这样所得到的土粒直径，就叫做当量粒径。,至于如何把土粒按大小分级，分成多少个粒级（粒组），各粒级间的分界点定在哪里，至今尚缺乏公认的标准，不同国家和部门所采用的土粒分级制都是不同的。,但目前来看，无论哪种分级制，一般都将土粒分为石砾、砂粒、粉粒和粘粒4级。但每级大小的具体标准各国不尽相同。国际制、前苏联制和我国制的土粒分级标准（表）。,（1）国际土壤粒级制,（2）前苏联（或卡钦斯基）土壤粒级制（1957）,（3）我国土壤粒级制,2、各级土粒的组成,（1）矿物组成砂粒和粉粒主要是由各种原生矿物组成的，其中以石英最多，其次是原生硅酸盐矿物（如长石、云母、辉石、角闪石和橄榄石等）。粘粒中，原生矿物很少，基本上是次生矿物，比如高岭石、蒙脱石、水云母以及铁铝等的氧化物和氢氧化物。,不同粒级（mm）的矿物成分（%）,从表中数据可以看出：,由于石英的抗风化能力最强，所以它的分布规律是粒径越大者含量越多；云母的抗风化能力较弱，在越细的粒级中分布越多；角闪石极易风化，甚至彻底分解而消失，只在较细粒级中有所残留。,（2）化学组成,由于土壤各粒级所保留矿物成分的差异，表现出化学成分差异也十分明显，并与矿物组成相对应，见表。砂粒和粉粒以石英和长石等原生矿物为主，因此二氧化硅含量较高；而粘粒以次生矿物为主，所以铁、钾、钙、镁等的含量较多。,各粒级（mm）的化学成分（%）,变化规律：,随粒径由大到小，SiO2含量由多到少；R2O3（即Fe2O3与Al2O3的总称）与SiO2相反，随粒径由大到小，R2O3含量由少到多；CaO、MgO、P2O5、K2O随土粒由大到小，含量增加。,（3）各粒级的主要特征,石块：主要是残留的母岩碎块，山区的土壤中常见，土壤中含石块多，对耕作和作物生长是不利的，一般可发展林业与果树，如农业利用时要设法除去。石砾：多为岩石碎块，山区土壤与河漫滩土壤中常见，含量多时，孔隙过大，易漏水漏肥，损坏农具，应进行改良。,砂粒：常以单粒存在。主要为石英颗粒。通透性好、保水肥能力差。比表面积小，无粘着性、可塑性和胀缩性等性质。矿质养分含量低。粉粒：比砂粒的比表面积大，保水性大为加强，透水性减弱，粘结性、粘着性、可塑性仍较弱。矿质营养较砂粒高。,粘粒：多呈片状，常以复粒存在，具很强的粘性、可塑性，但通透性差，保水保肥能力很强，矿质养分含量丰富。备注：1、比表面积（Soil specific surface area）：单位质量或单位容积中土壤颗粒总表面积。比表面积就是可以与气体或液体相接触的面积。在相同的体积内，颗粒越小，比表面积越大。,备注：2、胀缩性：吸水后总容积增大的现象。3、可塑性：plasticity土壤在一定含水量时，在外力作用下能成形，当外力去除后仍能保持塑形的性质。换种说法：土壤在适宜水分范围内，可被外力揉捏成各种形状，在外力消除后和干燥后，仍能保持原形的性能。4、粘结性：指土粒之间相互吸引粘合的能力。也就是土壤对机械破坏和根系穿插时的抵抗力。粘粒含量高、含水量大、有机质缺乏的土壤，粘结性强。5、粘着性：土壤粘附外物的性能。是土壤颗粒与外物之间通过水膜所产生的吸引力作用而表现的性质。在土壤湿润时产生。水分过多时，粘着性下降。,二、土壤质地（Soil texture）,土粒在土壤中都是混合存在的，因此，在实用上经常不会遇到单纯的砂粒、粉粒或粘粒，而是各粒级以各种比例相配合而存在于土壤中的。,所以只能对土粒的组合体进行分类，这样以便于应用。,（一）土壤质地的概念,土壤质地是土壤的重要物理性质之一，对土壤肥力有重要的影响。土壤质地是指土壤中各粒级土粒含量百分率的组合，并给每个组合一定的名称，这种分类命名称为土壤质地。如：砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等。因此，土壤质地就是按机械组成划分的。,土壤的机械组成：分别计算其各粒级的相对含量，土壤中各种粒级所占的重量百分比，又叫土壤的颗粒组成。按土壤颗粒组成进行分类，将颗粒组成相近而土壤性质相似的土壤划分为一类并给予一定名称，称为土壤质地。,（二）土壤质地分类 质地分类制,根据土壤中各粒级含量的百分率进行的土壤分类，叫做土壤的质地分类。与土壤粒级分类一样，土壤质地分类也有不同的方法。主要介绍国际制、前苏联制和我国制的土壤质地分类方法。,（1）国际制土壤质地分类,国际制土壤质地分类是一种三级分类法，即按砂粒（2-0.02mm）、粉粒（）、粘粒（0.002mm）三种粒级所占百分数划分为4类12种（见表）。,国际制土壤质地分类标准,国际制土壤质地分类的要点是：,根据粘粒含量将质地分为三类即：粘粒含量小于15%为砂土类、壤土类；粘粒含量15%25%为粘壤土类；粘粒含量大于25%为粘土类。根据粉砂粒含量，凡粉砂粒含量大于45%的，在质地名称前冠“粉质”。根据砂粒含量，凡砂粒含量55%85%的，在质地名称前冠“砂质”，85%时，称为壤质砂土，90%时，称为砂土。,国际制多以三角坐标图来表示,图中等边三角形的三个顶点分别代表100%的粘粒、粉粒和砂粒，而以其相对应的底边作为其含量百分数的起点线，分别代表0%的粘粒、粉粒和砂粒。,每种质地在三角坐标中都有一定的范围（粗线条所包围的范围），如知道各粒级的百分数后，就可查对，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的交点即为该土壤的质地。看其落在哪种质地的范围内，从而确定质地名称。,举例：砂粒35%，粘粒25%，粉粒40%,壤土,例如：土壤S的砂粒含40%，粉粒含25%，粘粒含35%，则该土壤的质地名称为壤质粘土（见图）。,国际制土壤质地分类三角图,六组土壤颗粒分析结果见下表，根据土壤质地三角表，分别确定其质地名称。,（2）前苏联（或卡钦斯基）制土壤质地分类,前苏联制是一种二级分类法，即根据物理性粘粒和物理性砂粒的含量，把土壤质地分为3类9种（表）。前苏联制土壤质地分类标准（1958）,（3）我国制土壤质地分类中科院南土所等单位综合国内研究结果，将土壤分为3类11种质地名称（表）。,由上可见，虽然土壤质地有很多分类方法，但各种分类制的一个共同特点是：都把土壤质地粗略划分为砂土、壤土和粘土三类。,土壤质地手测法,三、土壤质地与肥力的关系,（一）砂土类土壤（二）粘土类土壤（三）壤土类土壤,（一）砂土类土壤,水分状况：透水性强，水分不易保持，土壤容易干燥、不耐旱。肥力状况：砂土类土壤砂粒含量高，主要矿物为石英，含养分少，尤其是有机质含量低。保肥性差，养分转化供应快，宜多施有机肥料，化肥应少施勤施。通气状况：通气良好，好气性微生物活动强烈，土壤有机质分解迅速，不易积累。热量状况：因含水量低，易增温也易降温，昼夜温差较大。耕性好，种子易出苗，但后期易出现脱肥现象。,（二）粘土类土壤,水分状况：透水性差，保水力强，土壤容易受渍害。肥力状况：矿质养分较丰富，保肥性强，养分转化供应慢。通气状况：粘粒含量高，孔隙小，通气差，好气性微生物活动受抑制，土壤有机质分解慢，易积累，有机质含量高。热量状况：粘土热容量大，含水量高，增温慢降温也慢，昼夜温差较小。耕性差，种子不易出苗，可能产生缺苗断垄现象，但生长后期，作物生长旺盛，控制不好会造成植株贪青晚熟。,（三）壤土类土壤,壤土类的性质介于砂土类和粘土类之间。这类土壤由于砂粒、粉粒、粘粒含量比例较适宜，兼有砂土类、粘土类的优点，群众称之为“二合土”，消除了砂土类和粘土类的缺点，是农业生产上质地比较理想的土壤。这类土壤既有一定数量大孔隙，又有相当多的毛管孔隙，故通气透水性良好，又有一定的保水保肥性能，含水量适宜，土温较稳定。,四、不同质地土壤的利用,各种作物因为其生物学特性以及对耕作栽培措施的要求不同，它们所需要的最适宜的土壤质地条件也就不同。,比如，种在砂质土上的根茎类作物（如马铃薯、甘薯等）的产量高；花生、烟草和棉花也要求砂壤土；蔬菜作物要求排水良好、土质疏松，以砂壤、壤土为宜；茶树最好是含砾石的壤土、粘壤，产量高，茶叶品质较好。,但应该指出的是，生产实际中，大部分作物对土壤质地的适应范围都是相当广泛的。,五、土壤质地的改良,土壤质地过砂或过粘均对作物生长不利，因此应采取相应的改良措施。据统计，我国现有耕地中耕层土壤质地过砂或过粘而需要改良的分别在6.67106hm2以上。,具体的改良措施有如下几方面:,（一）增施有机肥料（二）掺砂掺粘、客土调剂（三）翻淤压砂、翻砂压淤（四）引洪漫淤、引洪漫沙（五）根据不同质地采用不同的耕作管理措施,（一）增施有机肥料,增施有机肥料，提高土壤有机质含量，既可改良砂土，也可改良粘土，这是改良土壤质地最有效和最简便的方法。因为土壤有机质的粘结力比砂粒强而比粘粒弱，所以增加有机质含量，对砂质土壤来说，可使土粒比较容易粘结成小土团，从而改变了它原先松散无结构的不良状况；另一方面，对粘质土壤来说，有机质含量的提高，又可使粘结的大土块易于碎裂成大小适中的土团，也就是说，有机质同样可以弥补由于土壤质地过砂或过粘所带来的缺陷。,（二）掺砂掺粘、客土调剂,各地改良低产土壤的经验表明，客土法，是一种有效的改良措施。所谓客土法，就是将质地过砂或过粘的土壤（称客土）搬运并掺和到过粘或过砂的土壤（本土）里，以改变本土的质地的方法。客土法的实施原则应该是因地制宜，就地取材，实行逐年客土，逐年改善颗粒组成，逐步达到质地改良目标。,（三）翻淤压砂、翻砂压淤,淤土是比较粘重的土壤。当某一土壤的底层和耕层的质地差异较大时，可通过耕翻把底土作为客土，翻起来与表土混合，以达到调节耕层质地的目的。,（四）引洪漫淤、引洪漫沙,利用洪水中的泥砂改良砂土（引洪漫淤）和粘土（引洪漫沙）。洪水中所携带的淤泥是来自地表的肥沃土壤，养分丰富。将洪水有控制地引入农田，使淤泥沉积于砂土表层，即可增厚土层，改良质地，又能肥沃土壤，俗称“一年洪水三年肥”。引洪漫砂也有改良粘质土的效果。,如新疆南部采用逐年灌淤的方法，经约20年后土层达到了1m左右，土壤质地由砂土变为砂粉土；又经过若干年后，进而变为粉土或壤土，成为适于种植多种作物的良田。宁夏河套平原的大片“灌淤土”，是经过几百年、上千年灌溉水带来的淤泥形成的。,灌淤土剖面,灌淤土景观,江苏省里下河地区，地形低洼，沤田土壤质地粘而积水难排，作物产量低，每年施用大量砂性河泥，100多年后，质地由粘土变为壤土，土层增厚抬高，大大改善了土壤水分状况，由一熟的沤水田变为稻麦两熟的高产田。,（五）根据不同质地采用不同的耕作管理措施,（1）砂土整地时畦可低一些，垄可宽一些，播种宜深一些。播种后要镇压接墒，施肥要多次少量，注意勤施。,（2）粘土整地时要深沟、高畦、窄垄，以利排水、通气、增温。要注意掌握适宜含水量及时耕作，提高耕作质量，要精耕、细耙、勤锄。粘土水田要尽量能冬耕晒田，并多放水烤田，播种和插秧深度宜浅一些，以利出苗、发苗。施肥要求基肥足，前期注意施用适量种肥和追肥，促进幼苗生长，后期注意控制追肥，防止贪青徒长。,第二节 土壤结构(Soil structure),一、土壤结构的概念土壤结构是指土粒（单粒和复粒）的排列、组合形式。定义中包含着两重含义，即结构体和结构性。,土壤结构体,也叫结构单位，是指土粒（单粒和复粒）相互排列和团聚成为一定形状和大小的土块或土团。也就是说，土壤结构体是土壤中由各级土粒团聚成的大小、形状和性质不同的团聚体（包括土团、土块或土片）。,土壤结构性,指由土壤结构体的种类、数量及内外孔隙状况等产生的综合性质。良好土壤结构性的标志是具有良好的孔隙性，即不仅孔隙总量大，而且大小孔隙的分配和分布适当，从而有利于土壤水、肥、气、热状况调节和植物根系活动。,二、土壤结构体（ped）,（一）土壤结构体土壤结构体具有不同程度的稳定性，可以抵抗机械破坏（力稳性）或泡水时不致分散（水稳性）。,在农学上，通常以直径在100.25mm水稳性团聚体含量判别结构好坏（多的好，少的差），并据此鉴别某种改良措施的效果。,（二）土壤结构体的类型,根据土壤结构体的大小、形状以及与土壤肥力的关系，可以把土壤结构体划分为以下五种类型：1、块状结构体(Blocky structure)2、核状结构体3、柱状结构体4、片状结构体5、团粒结构体,1、块状结构体(Blocky structure),形状：近似立方体形，长、宽、高三轴大体相等，边面不明显。大小：直径一般在20mm以上。分类：按照块状结构体的大小，又可分为大块状（直径10cm）、块状（直径510cm）和碎块状（直径5cm）结构。土坷垃是该种结构体。,性质：块状结构体是由土粒相互胶结而形成的块状结构，内部比较紧实，因而通气透水性不好，肥力状况较差。块状结构的土壤常形成较大的空洞，加速了土壤水分丢失，幼苗不能顺利出土，一般采用适时耙耱或冻融作用使之破碎。,大块状结构（Massive）,块状结构,2、核状结构体,形状：多棱角的碎块，长、宽、高三轴也大体相等，边面呈明显的棱角状。大小：直径一般在520mm。分类：按照核状结构体的大小，又可分为大核状（直径1020mm或稍大）和核状（直径510mm）结构。,性质：核状结构体内部也比较紧实，通气透水性不好，肥力状况差。与块状结构体一样，核状结构体也多出现在土壤质地比较粘重而且缺乏有机质的土壤中。群众多称之为“蒜瓣土”。,3、柱状结构体,形状：立柱状，纵轴远大于横轴，边面呈明显或不明显的棱角状。大小：柱状结构体横断面的直径变化较大，从5cm的都有。分类：按照边面的棱角是否明显，可分为两类，其中棱角明显的称为棱柱状结构，棱角不明显的称为圆柱状结构。,性质：柱状结构体和棱柱状结构体，大多出现在粘重的底土层、心土层和柱状碱土的碱化层。根系难以伸入，通气不良，易漏水漏肥。常采取逐步加深耕层，结合施大量有机肥料进行改良。,群众称为“立土”。,棱柱状结构（Prismatic）,4、片状结构体,形状：扁平状，横轴远大于纵轴。大小：片状结构体的厚度变化较大，从5cm的都有。分类：按片状结构体厚度，又可分为板状、片状、页状、叶状和鳞片状结构。,群众多称之为“卧土”或“平搓土”。,灰化土的灰化层是典型的片状结构,片状结构体，薄片状，常出现在犁底层，成层排列。旱地犁底层过厚，对作物生长不利，而水稻土应有一个具有一定透水率的犁底层。水旱轮作和深耕是改造和加深犁底层的良好方法。旱地表层常出现土壤结皮，对作物不利，消除结皮的办法是适时中耕。,性质：,5、团粒结构体,形状：近似圆球状。大小：自小米粒至蚕豆般大，直径10mm。分类：按照团粒结构体的大小，又可分为团粒（直径约为0.2510mm）和微团粒（直径0.25mm）。,性质：,与前几种结构体不同，团粒结构体是疏松多孔的小土团，具有水稳性（泡水后结构体不易分散）、力稳性（不易被机械力破坏）和多孔性，通气透水性好，并具有一定的保水保肥性能，土壤肥力状况良好。,团粒结构,团粒结构体多出现在有机质含量高，肥沃的耕层中，一般高产田的团粒结构都比较多。我们通常所说的改良土壤的结构性，指的就是要促进团粒结构的形成。群众多称之为“蚂蚁蛋”、“米糁子”等。,无结构（Single grained）,团粒状结构体是经过多次复合团聚而形成的。一般先是单粒相互凝聚成复粒或粘团，再经过逐级粘结作用，依次形成微团聚体，微团聚体再经过多次团聚形成较大的团粒。土壤结构体形成过程极其复杂，主要有胶体的凝聚作用、水膜的粘结作用、胶结作用、干湿交替、冻融交替、机械作用、生物作用、耕作措施等作用机制。,土壤团粒结构体形成的机制,（三）团粒结构在土壤肥力上的意义,1、团粒结构土壤大小孔隙兼备2、团粒结构土壤中水、气矛盾解决3、团粒结构土壤保肥与供肥协调4、团粒结构土壤宜于耕作5、团粒结构土壤具有良好的耕层构造,1、团粒结构土壤大小孔隙兼备,团粒结构具有多孔性，不仅总孔度大，而且大小孔隙兼备，因此蓄水、通气和透水可同时进行，对调节土壤肥力具有重要作用。,2、团粒结构土壤中水、气矛盾解决,在团粒结构土壤中，团粒和团粒之间是通气的大孔隙，可以通气透水，把大量雨水甚至暴雨迅速吸入土壤；同时，团粒内部又有大量可以保存水分的小孔隙，水分在其中运动较快，可以源源供应植物根系吸收的需要。,3、团粒结构土壤保肥与供肥协调,在团粒结构土壤中，团粒之间的大孔隙由于和空气接触，好气性微生物活动旺盛，有机质分解迅速，有利于养分的供应；另一方面，团粒内部的小孔隙由于贮存水分而通气不良，只有嫌气性微生物活动，有利于养分的贮存。,由此可见，每一个团粒既好象是一个小水库，又是一个小肥料库，起着保存、调节和供应水分和养分的作用。,4、团粒结构土壤宜于耕作,在团粒结构的土壤中，由于团粒之间接触面较小，粘结性较弱，因而耕作阻力小，宜耕时间长；反之，在非团粒结构土壤中，耕作阻力大，耕作质量差，宜耕时间短。,5、团粒结构土壤具有良好的耕层构造,在团粒结构土壤中，具有良好的耕层构造。（解释：土壤耕层的三相搭配关系叫做耕层构造。良好的耕层构造为：具有较高的孔隙容积，可以容纳大量的水分和空气；同时，大小孔隙的比例要适当，能解决水、气、肥之间的矛盾）。,由上所述可知，团粒结构土壤具有良好的物理性能（包括多孔性、力稳性和水稳性）和耕性，因此是农业上最宝贵的土壤。对于非团粒结构的土壤，我们可以通过适当的耕作、施肥等措施进行改良，使之适合植物生长，从而也能获得高产。,第三节 土壤孔性,土壤孔性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。,土壤孔性的好坏，决定于土壤的质地、松紧度、有机质含量和结构等。可以说，土壤孔性是土壤结构性的反映，结构好则孔性好，反之亦然。,一、土粒密度和容重,（一）土粒密度(Soil specific gravity)单位容积固体土粒（不包括粒间孔隙的容积）的质量或重量称为土粒密度。单位为g/cm3或t/m3。这里所说的质量或重量是指105-110下的烘干土重。土粒密度过去曾称为土壤比重或土壤真比重。,土粒密度主要取决于土壤固相中各种矿物质和有机质的密度。一般来看，土壤固相中矿物质部分的密度大于有机质部分，所以矿物质含量较高的土壤，其密度较大；而有机质含量较高的土壤，其密度较小。但由于大多数土粒的密度在2.6-2.7 g/cm3左右，所以在计算时，土粒的密度通常取平均值即2.65g/cm3。,土粒密度值除了用于计算土壤孔度和土壤三相组成之外，还可用于计算土壤机械分析时各级土粒的沉降速度以及估计土壤的矿物组成等。,土粒密度的用途,土壤比重测定方法：比重瓶法,注意！测定比重用扰动土,（二）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）的质量或重量称为土壤容重。单位为g/cm3或t/m3。这里所说的质量或重量也是指105110下的烘干土重。土壤容重过去曾称为土壤假比重。土壤容重的数值总是小于土壤密度。,土壤容重随孔隙而变化，不是常数，大体在之间，其数值的大小主要决定于土壤质地、腐殖质含量、结构和松紧情况。,土壤质地砂性土的孔隙粗大，但总的孔隙体积较小，容重较大；粘性土的孔隙细小，但总的孔隙体积较大，故容重较小；壤性土的情况，介于两者之间。一般砂性土的容重为3，粘性土的容重为3。腐殖质含量腐殖质含量愈多的土壤，容重愈小。土壤结构对于质地相同的土壤来说，形成团粒结构的土壤，容重小；无团粒结构的土壤，容重大。,耕作耕作后，土壤疏松，容重变小。随着时间的延长，土壤受重力作用，容重增大。降水和灌水降水和灌水使土壤沉实，土粒密接，容重增大。土壤层次耕层容重在1.101.30g/cm3，能适应多种作物的要求，土层愈深则容重愈大，可达3。,一般采用环刀法来测定土壤容重。,用环刀采样,凡士林油,土壤容重值的用途：,土壤容重值的用途很多，包括计算土壤孔隙度、工程土方量、各种土壤成分储量、土壤储水量及灌水（或排水）定额等。,1、计算孔隙度：,土壤中有大小不同，形状不一的各种孔隙，它的多少与大小是由土壤质地、结构、有机质等多方面因素决定的，土壤孔隙度一般不直接测定而是由土壤容重、比重计算而来，土壤孔隙度与土壤容重密切相关。根据实测土壤的容重与密度，按下式计算：土壤总孔度=（1-容重/密度）100%,举例:1、某土壤耕层容重为1.33g/cm3，土壤密度为2.66g/cm3，求该土壤的总孔隙度？,疏松排列,紧密排列,47.46%,24.51%,孔隙度,2、反映土壤的松紧度,土壤松紧度指土壤疏松和紧实、松软和板硬的状况。1.11.3较疏松，1.5以上紧实。土壤松紧度也是孔隙性质的具体表现形态之一。土壤容重过大，表明土壤紧实，结构不良，不利于透水、通气、扎根，并会造成Eh值下降，会出现各种有毒物质和不利养分的释放。土壤容重小，表明土壤疏松多孔，结构性良好。如果土壤容重太小，大孔隙数量多，气体通畅又会促使有机质加速分解，也会使植物根系扎不牢，而易倒伏。,容重、孔隙度与土壤松紧程度关系,3、计算土壤重量及工程土方量：已知土壤容重为1.15g/cm3，求亩（666.7m2）耕层0-20cm土壤土重。每亩土壤重=面积深度容重解：666.70.21.15=153t=153000 kg因此过去常说每亩耕层土壤约30万斤，即每公顷耕层土重225万kg。,土壤重量=土壤体积土壤容重,如在土工建设或土地整理工程中，有2000m2面积应挖去0.2m厚的表土，其容重为1.3t/m3，则应挖去的土方为:土壤体积：2000m20.2m=400m3，土壤质量：400m3 1.3t/m3=520t。,土壤重量=土壤体积土壤容重,4、估算各种土壤成分储量：,根据容重和土壤成分（有机质、可溶性盐、各种养分、某种污染物等）的含量，来计算该成分在一定土体中的储量。,如，1hm2农地的耕层（厚0.2m）容重为1.3t/m3，有机质含量为15g/kg（即1.5%），全氮量为0.75g/kg（0.075%），则该农地耕层土壤中有机质储量是多少？氮的储量是多少？,有机质储量为：10000m20.2m1.3t/m30.015=39.0t；氮的储量为：10000m20.2m1.3t/m30.75 10-3=1.95t。,5、计算土壤储水量及灌水（或排水）定额,用容重值可计算某一土体容积中保存的水量，进而计算需要的灌水（或排水）定额。例如，某一土壤耕层，现有土壤含水量为8%，要求灌水后达到28%，则每亩应灌多少立方米的水？30万斤（28%-8%）=6万斤=30立方米这就是说，每亩土地的灌水量是30m3。,二、土壤孔性,土壤是多孔体，土粒、土壤团聚体之间以及团聚体内部，均有孔隙存在。土壤孔隙是土壤中固相部分所占容积以外的空间，由水、气所占据，包括固相颗粒或结构体之间的间隙和生物穴道。土壤孔性是土壤孔隙性质的简称，是指土壤孔隙总量（总孔度）及大小孔隙的分布状况（分级孔度）。,土壤孔性对土壤肥力具有多方面的影响，是决定土壤结构性好坏的重要因素。一般来看，土壤孔性好则结构也好；反之，土壤结构好其孔性必然也好。因此，了解土壤孔性，可以进一步认识土壤结构性，认识到为什么说“团粒结构是农业上最宝贵的结构”。,（一）土壤总孔度（或孔度）和孔隙比,土壤总孔度（或孔度）和孔隙比都是表示土壤中总孔隙数量多少的指标。1、土壤总孔度（1）概念土壤总孔度（或孔度）是土壤总孔隙度的简称，是指单位体积土壤中，孔隙体积占整个土壤体积的百分数。,这里所说的孔隙体积，包括所有的大小和形状不同的孔隙在内；这里所说的土壤体积，包括土粒体积和孔隙体积两部分。即：,例如，在1cm3的土壤中，孔隙的总体积是0.55cm3，则该土壤的总孔度为55%，而其余45%的体积被固体土粒占据着。,（2）计算由于土壤中的孔隙复杂多样，从极微细的小孔到粗大的裂隙，从树枝状、网状到念珠状、管状以及各种不规则形状的孔隙都有，因此要直接观察并测量土壤总孔度是困难的。通常，我们是根据土壤容重和土壤密度来计算土壤总孔度的。,具体的计算公式为：,由于大多数土壤的密度在2.62.7 g/cm3左右，所以在计算时，土壤的密度通常取平均值即2.65g/cm3。因此，土壤总孔度的计算公式也可以表示为：土壤总孔度=（1-容重/2.65）100%从土壤总孔度的计算公式可以看到，土壤总孔度与土壤容重呈反相关，容重愈小，则总孔度愈大；反之，容重愈大则总孔度愈小。,对于结构良好的耕层土壤来说，其孔隙比应1。,2、土壤孔隙比,除了土壤总孔度之外，土壤中总孔隙数量的多少也可以用土壤孔隙比来表示。土壤孔隙比是指土壤中孔隙体积与土粒体积的比值。即：,如前例，在1cm3的土壤中，孔隙的总体积是0.55cm3，则该土壤的总孔度为55%，即45%的体积被固体土粒占据着，因此该土壤的孔隙比为55/45=1.12，属于结构良好的土壤。,（二）土壤分级孔度,土壤孔隙度只说明土壤孔隙“量”的问题，还不足以反映土壤孔隙“质”的方面，为了认识与了解土壤孔隙的性质，必须考虑孔隙粗细状况。,1.土壤孔隙类型,土壤是由固体土粒和粒间孔隙组成的极为复杂的多孔体。土壤孔隙是容纳水分和空气的空间，土壤中的孔隙容积愈多，水分和空气的容量就愈大；另一方面，土壤的孔隙有大有小，大的可以通气，小的可以蓄水。所以，为了满足作物对水分和空气的需要，有利于根系的伸展和活动，一是要求土壤中孔隙的容积较多，二是要求大小孔隙的搭配和分布较为适当。,我们前面介绍的土壤孔隙度和孔隙比只能说明土壤孔隙“数量”多少的问题；而不能反映大小孔隙的搭配和分布情况。研究表明，即使两种土壤的孔隙度和孔隙比相同，如果大小孔隙的搭配和分布情况不同，则它们的保水、蓄水、通气以及其它性质也会有显著的差别。,为此，我们需要把土壤孔隙按其大小和作用分为不同的孔隙类型，然后计算各类型孔隙所占的比例，以了解土壤中大小孔隙之间的搭配和分布情况。,目前，对土壤孔隙的分级尚无一致的看法。但一般认为，按照土壤当量孔径和土壤水吸力的大小来进行土壤孔隙类型的划分较为恰当。（1）土壤孔隙类型划分的标准土壤当量孔径和土壤水吸力由于土壤中孔隙的大小、形状和连通情况极为复杂，难以直接测定，因此土壤学中所说的土壤孔隙直径，指的是与一定土壤水吸力相当的孔隙直径，叫做当量孔径或有效孔径。（假想圆管的直径,用以描述具有相似性质土壤的孔隙大小）,土壤水吸力,土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态，简称吸力。例如，测得某时间土壤水吸力为1巴，就是说，此时对土壤施加大于1巴的吸力，水就会从土壤中流出。而施加小于1巴的吸力，水就会被土壤吸进。表明这时的土壤水就处于1巴吸力的能态。土壤水吸力就是1巴。,土壤水吸力与当量孔径之间具有如下的关系：茹林公式,d 为当量孔径（mm），T为土壤水吸力（以厘米水柱高或毫巴mbar表示）。当量孔径与土壤水吸力呈反比，土壤水吸力愈大则孔径愈小。,每一当量孔径与一定的土壤水吸力相对应。例如，当土壤水吸力为10mbar时，当量孔径为0.3mm，也就是说，此时的土壤水分是保持在孔径为0.3mm以下的孔隙中，而在大于0.3mm的孔隙中则无水。,（2）土壤孔隙类型,根据土壤当量孔径和土壤水吸力的大小，可以把土壤孔隙划分为以下三种类型：非活性孔隙（又叫无效孔隙、束缚水孔隙）(Ineffective pore)毛管孔隙(capillary pore)通气孔隙(Aeration pore),非活性孔隙是土壤中最细微的孔隙，当量孔径一般150kPa。在这样细小的孔隙中，几乎总是充满着土粒吸附水，留给毛管水和空气的空间极少或无。由于土粒对水分的强烈的吸附作用，使得保持在这种孔隙中的水分移动极慢，很难被植物利用。当非活性孔隙较多时，土壤的通气透水性也很差。,非活性孔隙（又叫无效孔隙、束缚水孔隙）,在最细微的一部分非活性孔隙（0.0002mm的部分）中，不但植物的细根和根毛不能伸入，而且微生物也难以侵入，使得孔隙内部的腐殖质分解非常缓慢。非活性孔隙的多少与土粒的大小和分散程度密切相关。土壤的质地愈粘重，土粒的分散程度愈高，则土粒之间排列得愈紧密，因而非活性孔隙愈多。,非活性孔隙丰富的土壤中保存着大量的无效水分，缺少植物可利用的有效水分，通气透水性极差，植物根系伸展困难，耕作的阻力也大。近年来，由于大型农机具运行造成的土壤压板，破坏土壤结构，产生大量非活性孔隙，限制植物根系伸展范围而严重减产的问题，日益引起人们的关注。,毛管孔隙,毛管孔隙的当量孔径约为0.020.002mm，土壤水吸力约为15150kPa。虽然实验表明，在直径8mm的玻璃管中，就显现微弱的毛管作用，但我们只把土壤中毛管水活动强烈的、当量孔径为0.020.002mm的孔隙才称作毛管孔隙。毛管孔隙具有毛管作用，土壤中的毛管水都保持在这种孔隙当中，易于被植物吸收利用。植物细根、原生动物和真菌等难以进入毛管孔隙中，但植物根毛和一些细菌可在其中活动。,通气孔隙,这种孔隙比较粗大，其当量孔径0.02mm，相应的土壤水吸力15kPa。这种孔隙中的水分，在重力的作用下被排出，因而这种孔隙经常被空气所占据，是空气的通道，所以也叫空气孔隙或非毛管孔隙。在下雨或灌溉时，通气孔隙发达的土壤可以大量吸收雨水或灌溉水，使之不致造成地表径流或上层滞水。,通气孔隙又可分为大孔（当量孔径0.2mm）和小孔（当量孔径为0.20.02mm）。前者排水更迅速，许多植物的细根可伸入其中；后者可有某些原生动物和真菌活动着，植物根毛可以伸入而细根则不能伸入。,通气孔隙的数量和大小是决定土壤通气性好坏的内在因素之一。砂质土壤中多是粗大的通气孔隙，缺少细小的孔隙，因而通气透水性好而保水性差，容易漏水漏肥；而无结构的粘质土壤则相反，细小的孔隙较多，但缺少通气孔隙。从农业生产需要来看，为了使一般旱地作物能正常生长，应使土壤耕层的通气孔隙应保持在10%以上，大小孔隙之比为1:21:4较为合适。,2.各种孔度的计算,三、土壤孔性与土壤肥力和作物生长的关系,（一）土壤孔性与土壤肥力的关系土壤孔隙的大小和数量对土壤的水、肥、气、热都有着直接的影响。土壤孔隙的数量越多，水分和空气所占的空间就越大；土壤孔隙中，大孔隙的数量多，土壤通气状况良好，好气性微生物活动旺盛，养分转化较快；另外，由于土壤孔隙的大小影响土壤水分含量的高低，所以也影响着土壤的热量状况。,（二）土壤孔性与作物生长的关系,一般来说，适于作物生长发育的土壤孔隙状况指标如下：耕层的孔隙度为50%56%，通气孔隙度在8%10%以上；从孔隙在土体中的分布来看，在土体内的孔隙垂直分布以“上砂、下粘”为最好。,所谓“上砂”是指上层土壤质地较轻，具有适当数量的通气孔隙，以利于透水通气和种子的发芽、破土；“下粘”是指下层土壤质地较粘，毛管孔隙占优势，以利于保水保肥，是比较理想的土体孔隙分布类型，群众称为“蒙金土”。,但应该注意的是，“下粘”只是与“上砂”相对而言的，即“下粘”也需要保持一定数量的大孔隙，这不仅有利于下层土壤的通气状况，而且有利于增强微生物活性和养料转化，更重要的是促进根系深扎，扩大作物的营养范围。此外，在潮湿多雨地区，土体下部有适量的大孔隙可以增强土壤的排水性能。,具体来说，上下土层的孔隙状况达到以下的指标对作物生长是最有利的：在1尺左右的耕层中，上部（015cm）的孔隙度为55%左右，通气孔隙度达到1520%；下部（1530cm）的孔隙度和通气孔隙度分别为50%和10%左右。,