第五章 土壤的孔隙性和结构性ppt课件.ppt
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1、第五章 土壤的孔隙性和结构性,土壤的孔隙性和结构性,是土壤重要的物理性质,对土壤肥力有多方面的影响。,孔隙性和结构性良好的土壤,能够同时较好地满足植物对水分和空气的要求,土壤温度状况适宜,并有利于养分的转化。 孔隙性和结构性良好的土壤,能使植物根系得到良好的发育,更充分地利用各种肥力因素。,第一节 土壤孔隙性,土壤的孔隙性(porosity)包括3个方面: 孔隙度的高低, 孔隙直径的大小, 孔隙的分布状况。,一、土壤的孔隙度 土壤中孔隙的容积占土壤容积的百分数,叫作土壤的孔隙度。 孔隙度不是常数,各种自然因素和人为因素都能迅速地、大幅度地改变土壤的孔隙度。,由于土壤中的孔隙大小不等,形状千差万
2、别,这样,就不可能直接测定土壤的孔隙度,而是采用间接的方法来计算。 通常,是用容重和比重来计算土壤的孔隙度,这两个指标是比较容易测定的。,(一) 土壤的比重和容重 1、土壤比重(specific weight) 单位体积的干燥土粒的重量,叫做土壤比重,相当于把土壤压缩到一点孔隙也没有时,单位体积的重量。,土壤比重的大小与土壤的矿物组成、有机质含量有密切关系,一般采用平均值2.65。 土壤比重是一个比较稳定的数值。,表 5-1 土壤中常见矿物组分的比重(g/cm3),2、土壤容重(bulk density) 单位体积自然结构状态的干燥土壤的重量,叫做土壤容重,单位为g/cm3。 干燥是指烘干土,
3、自然状态指的是测定取样时不干扰土壤,不改变其松紧程度。,土壤容重大小与土壤孔隙度大小、机械组成、矿物组成、有机质含量、结构状况有密切关系,无论自然因素还是人为因素,都能在很大程度上改变土壤的孔隙度,因此,土壤容重不是一个稳定的数值,经常变化。 土壤比重影响容重,容重不影响比重。,(1)表示土壤的松紧状况,土壤愈紧,容重越大。 土壤的松紧状况 土壤容重 极疏松 0.40.7 疏松 0.71.0 稍紧实 1.01.3 紧实 1.31.5 极紧实 1.51.8,(2) 计算一定面积一定厚度土层的重量: G = SHD S:面积,H:深度,D:土壤容重(3) 计算土壤的孔隙度,(二) 土壤孔隙度1、土
4、壤孔隙度 =(1容重/比重)100%。 当容重与比重相等时,表明土壤中无孔隙,孔隙度为0;当容重为比重的一半时,表明土体中有一半体积是孔隙,孔隙度为50%,容重/比重就是固相所占的体积。,2、利用经验公式 P% = 93.947-32.995D 式中:P 土壤孔隙度 D 土壤容重(0.681.82适用),3、土壤的孔隙比(void ratio) 孔隙比:土壤中孔隙容积与土粒容积之比。 土壤孔隙比 = 孔隙度/(1-孔隙度) 例如,孔隙度为55%,固相占45%,孔隙比为 55/45 = 1.12,二、土壤中大小孔隙的分级 即使两种土壤的总孔隙度完全相同,如果大小孔隙的数量不同,其保水、导水、通气
5、以及其它性质也会有显著的差异。 土壤的孔隙度和孔隙比,只能用来说明土壤固相和孔隙的数量关系,而不能反映孔隙的性质。,小孔隙,大孔隙,土粒,(一) 传统的划分方法1、无效孔隙(inactive pore) 土壤中最小的孔隙,直径在10-610-3mm左右,只要有十几个水分子就可以把它堵塞,根毛插入也较困难。,这种孔隙中的水分,受到很大的吸力,不发生毛管作用,保水能力很强,水分基本上不能运动,也不能通气,因而对作物来说是无效的,称无效孔隙。,2、毛管孔隙(capillary pore) 孔隙直径在10-310-1mm之间,具有毛管作用,水分可借毛管作用保持于其中,并靠毛管力进行运动。,3、非毛管孔
6、隙 (non-capillary pore, air-space pore) 又称为空气孔隙或通气空隙,直径大于0.1mm,不显毛管作用,不能保持水分,但可作为通气透水的通道,经常为空气占据,只有大雨过后很短时间被水分饱和。,(二) 现代的划分方法 由于土壤中的孔隙形状非常复杂,在研究水分运动时,不可能按真实的孔隙来计算,所以,要采用当量孔径(equivalent pore)的办法来研究。,所谓当量孔径,是指与一定的土壤水吸力相对应的孔径。,土壤水吸力(soil water suction)与当量孔径的关系如下: D = 3/TD:为孔隙的当量孔径,mm; T:是土壤水所承受的吸力,单位为毫巴
7、,或以 厘米表示的水柱高度。,当量孔径与土壤水吸力成反比,孔隙越小,则土壤水吸力愈大。例如,当土壤水吸力为10毫巴时,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的孔隙中则没有水。,根据在一定吸力下,土壤中排出水的多少,即可确定当量孔径在某一范围的孔隙容积的多少。,1、非活性孔 这是土壤孔隙中最微细的部分,大体以土壤水吸力1.5巴为界限,孔径约为0.002mm以下,这比传统的分法(10-610-3mm)要高一些。 也有人认为应以土壤水吸力15巴为限,也就是当量孔径在0.0002mm。,在无结构的粘质土壤中,这种非活性孔较多,而在砂质土壤
8、以及结构良好的粘质土壤中则缺少这种孔隙。土壤的质地越粘重,土粒分散性愈高,排列愈紧实,非活性孔越丰富。,2、毛管孔 其含义与传统划分方法相同,只是界限不同,比过去的要细一些。 一般以当量孔径在0.0020.02 mm,土壤水吸力在150毫巴1500毫巴为界。,3、通气孔 通气孔的当量孔径在0.02mm以上,或者0.06mm以上,土壤水吸力小于150或50毫巴。 这种孔隙中的水分可在重力作用下排出,在降雨和灌溉时,通气孔发达的土壤可大量吸收雨水或灌溉水,减少地表径流。,三、影响土壤孔隙度的因素1、土壤质地 粘土的总孔隙度高,一般达4560%,孔径比较均匀,以毛管孔和非活性孔为主。 砂土一般总孔隙
9、度小,为3345%,但大孔隙多。,壤土孔隙度居中,一般为4552%,孔径分布比较合理,即有一定数量的通气孔隙,也有较多的毛管孔隙,水气矛盾较小。,2、土粒排列的方式 一定容积的土壤中,由于土粒排列的松紧不同,孔隙度会有很大的差异。按照所谓“理想土壤”的概念,假定全部土粒都是大小相等的刚性光滑球体,那么这些球体排列最松时孔隙度为47.46%,而按最紧密的方式排列,孔隙度只有25.95%,由此可见土粒排列方式对土壤的孔隙度的影响。,土粒的排列方式对孔隙度的影响,方体排列的孔隙度为47.46%(左)三斜六面体排列的孔隙度为25.95(右),土粒团聚成小土团后,便出现了两部分孔隙,即土团内孔隙和团粒间
10、孔隙,此时土粒占据的容积为(1-25.95%)2(74%)255%,于是土壤孔隙度便由26%增至45%,若团聚的程度进一步提高,则土粒所占容积将进一步减小,即孔隙度增加。,另外,很重要的一点是,土粒形成团聚体后,孔径的类型也发生了变化,大孔隙显著增加。,3、土壤有机质含量 由于有机质本身疏松多孔,同时又能促进 土壤团聚体的形成,所以富含有机质的土壤孔隙度较高,泥炭土中的总孔隙度可高达80%以上,容重很低。,四、土壤孔性与作物生长 一般认为,适宜作物生长发育的孔隙度为,耕层的总孔隙度为5060%,通气孔隙度为1020%,至少应在10%左右。,土体内孔隙的垂直分布,应为“上虚下实”,上虚有利于通气
11、透水,下实有利于保水和根的固定支持作用。,但是,下实要适当,即有一定的小孔隙,也要有一定通气孔隙,这不仅有利于下层的通气,促进养分的转化,而且有利于排水。,第二节 土壤的结构性, 土壤结构一词在国内外的土壤学文献中 广泛应用。 一般认为,这一概念包括两方面的含义,一是指土壤的结构体,另一方面是指土壤结构性。,一、土壤结构体(soil structure)(一) 定义 组成土壤的颗粒,在外力作用下,通过有机或无机胶体粘结在一起,形成的各种大小和形状的团聚体,叫作土壤结构体。,(二)类型1、块状结构体和核块状结构体 (block structure and nutlike structure) 块
12、状结构体属于立方体形,纵轴与横轴 大体相等,边面一般不明显,内部较外部更 紧实。,按照其大小,又分为大块状、块状和碎块状结构体。 这类结构体多出现在有机质缺乏而耕性不良的粘质土壤中。,在粘重的心底土中,常常多棱角的碎块,是由石灰质和氢氧化铁胶结而成的,如红壤。 我省的白浆土下层,也有大量的核块状结构体。,2、柱状和棱柱状结构体 (columnar and prismatic structure) 柱状和棱柱状结构体纵轴远大于横轴,在土体中直立。棱角不明显的叫做柱状结构,棱角明显的叫棱柱状结构体。,柱状结构体常出现在半干旱地带土壤的心土和底土中,以碱化土壤的碱化层中最为典型。 棱柱状结构体常见于
13、粘重而有干湿交替的心土和底土层中,例如水稻土的潴育层中往往可见到这种结构。,3、片状结构体 (plate structure, laminate structure ) 横轴远大于纵轴,呈扁平薄片状,常出现在: 1)森林土壤的灰化层; 2)耕地土壤的犁底层; 3)雨后或灌溉后所形成的板结层。,4、团粒结构体(granular aggregate) 包括团粒和微团粒。团粒指的是近似球形的疏松多孔的小土团,直径在0.2510 mm之间,粒径在0.25 mm以下的称为微团粒。直径0.005 mm的复合粘粒称为粘团。,土壤团粒示意图,团粒和微团粒是土壤结构体中,比较有利于作物生长的类型,主要存在于耕层
14、或表层。 改良土壤的结构性,往往就是指促进团粒结构的形成。,团粒结构对土壤肥力的作用1、具有渗水保水作用 当降雨和灌溉时,水分沿着团粒之间的大孔隙下渗,与此同时,有一部分水进入团粒内部的毛管中保存,避免或缓解因渗水不良而产生地表径流或积水。,当土壤水分蒸发时,表层团粒失水而体积缩小,形成干土层,与下层的毛细管联系中断,降低了土壤水分蒸发速率,起到保水作用。,2、具有保肥、供肥作用 团粒结构体中腐殖质含量高,阳离子代换量大,土壤养分比较充足,团粒内部是厌气微生物活动,团粒与团粒之间,是好气微生物活动,从而协调了养分的转化和保存的矛盾。,3、水气矛盾得以协调 团粒内储存水分,而团粒与团粒之间充满空
15、气,水气各得其所。,4、土壤温度稳定 因为水气协调,土壤热容量比较一致,土壤温度变幅较小。,5、土壤物理性质较好 由于形成了团粒,土粒之间的接触面积小,因而粘结性、粘着性、可塑性都降低,土壤耕性也得到改善。,二、土壤结构性(soil structureness,structurality) 土壤结构体的大小、数量、形状及其排列 状况,称为土壤的结构性。,土壤结构性,是土壤形成过程的重要外在表现。不同土壤,或同一土壤的不同层次,其结构体类型和排列方式都不相同。 土壤结构性的优劣,对土壤的物理性质、化学性质、生物学特性等都有很大的影响。,三、结构体的稳定性 为了保证土壤具有良好的通气、透水性和物理
16、机械性,要求土壤结构体要有足够的稳定性。 ,1、力稳性 结构体的力稳性,或机械稳定性,是指土壤结构体抵抗机械破碎的能力。 结构体的力稳性越大,耕作过程中农机具对结构体的破坏就越小。,力稳性与结构体内部的粘结力有关,或与粘结剂的类型有关。 这种稳定性,可以通过施用人工合成的结构改良剂(如聚丙烯酰胺)来改善。,2、生稳性 土壤团粒大都是由有机质和矿质土粒相互结合而成,随着微生物对有机胶体的分解,结构会逐渐解体。 土壤团粒的生物学稳定性,指的是它抵抗微生物分解有机粘结剂而造成的破坏的能力。,土壤中有机胶体的种类很多,抵抗微生物分解的能力也各不相同。因此,由不同的有机胶体形成的团粒结构,生物学稳定性并
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