第三节-土壤的物理性质综述.ppt

第三节第三节 土壤性质土壤性质土壤的物理性质土壤胶体的性质土壤溶液土壤热性质一、土壤的物理性质一、土壤的物理性质(soil physical property)(一）土壤质地一）土壤质地 土壤质地又称土壤机械组成，是土壤内含有土壤质地又称土壤机械组成，是土壤内含有粒径大小不同的颗粒按不同比例的组合状况，反粒径大小不同的颗粒按不同比例的组合状况，反映土壤粗细状况。映土壤粗细状况。由于土粒形状大多不是球形，只能用由于土粒形状大多不是球形，只能用当量粒当量粒径径（即与其静水沉降速度相同的圆球直径）代替。（即与其静水沉降速度相同的圆球直径）代替。土粒的大小划分：土粒的大小划分：粒级粒级(size fraction)分级标准分级标准国际制国际制 美国制美国制 卡庆斯基制卡庆斯基制（原苏联制）（原苏联制）中国制中国制土壤粒级划分标准粒粒 径径(mm)中国制中国制(1987)卡庆斯基制卡庆斯基制(1957)美国制美国制(1951)国际制国际制(1930)2石砾石砾石砾石砾石砾石砾石砾石砾21极粗砂粒极粗砂粒粗砂粒粗砂粒10.5粗砂粒粗砂粒物物理理性性砂砂粒粒粗砂粒粗砂粒粘砂粒粘砂粒0.50.25中砂粒中砂粒中砂粒中砂粒0.250.2细砂粒细砂粒细砂粒细砂粒细砂粒细砂粒0.20.1细砂粒细砂粒0.10.05极细砂粒极细砂粒0.050.02粗粉粒粗粉粒粗粉粒粗粉粒粉粒粉粒0.020.01粉粒粉粒0.010.005中粉粒中粉粒物物理理性性粘粘粒粒中粉粒中粉粒0.0050.002细粉粒细粉粒细粉粒细粉粒0.0020.001粗粘粒粗粘粒粘粒粘粒粘粒粘粒0.0010.0005细粘粒细粘粒粘粘粒粒粗粘粒粗粘粒0.00050.0001细粘粒细粘粒0.0001胶质粘粒胶质粘粒粘土粘土(clay)类类（1 1）国际制标准下的分类与命名）国际制标准下的分类与命名 根据粘粒根据粘粒(clay)(clay)含量将质地分为三类：含量将质地分为三类：25%凡砂粒含量大于凡砂粒含量大于55%的，在的，在质质地名称前地名称前冠冠“砂砂质质(sandy)”根据粉砂粒根据粉砂粒(silt)(silt)含量含量:凡粉砂粒含量大于凡粉砂粒含量大于45%的，在的，在质质地名称前地名称前冠冠“粉砂粉砂质质(silty clay)”根据砂粒根据砂粒(sand)(sand)含量含量:(2)美国制美国制(Soil TaxonomySoil Taxonomy )l等边三角形的三个边分别表示砂粒、等边三角形的三个边分别表示砂粒、粉粒、粉粒、粘粒的含量。粘粒的含量。l根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图根据土壤中砂粒、粉粒、粘粒的含量，在图中查出其点位再分别对应其底边作平行线，中查出其点位再分别对应其底边作平行线，三条平行线的定点即为该土壤的质地。三条平行线的定点即为该土壤的质地。(3)(3)卡庆斯基制卡庆斯基制质质地地组组质质地名称地名称0.01mm的物理性粘粒含量的物理性粘粒含量灰化土灰化土红红黄壤、草原土黄壤、草原土碱化土、碱土碱化土、碱土砂土砂土sand松砂土松砂土050505紧紧砂土砂土5105 10510壤土壤土loam砂壤土砂壤土 sandy loam102010201015轻轻壤土壤土 light loam203020301520中壤土中壤土 medium loam304030452030重壤土重壤土 heavy loam405045603040粘土粘土clay轻轻粘土粘土 light clay506560754050中粘土中粘土 medium clay658075855065重粘土重粘土 heavy clay808565 卡庆斯基土壤质地基本分类卡庆斯基土壤质地基本分类(4)我国土壤质地分类我国土壤质地分类l由中科院南京土壤所与西北水土保持所拟定由中科院南京土壤所与西北水土保持所拟定l以我国土壤普查的质地分类为基础以我国土壤普查的质地分类为基础l砾石砾石(1-10mm)含量超过含量超过10%时，冠以时，冠以多砾多砾质质，1-10%为少砾质，为少砾质，3mm者为板状，者为板状，5cm；棱棱柱柱状状结结构构，35cm；小棱柱状结构，；小棱柱状结构，5cm；柱状结构，；柱状结构，35cm；小柱状结构，；小柱状结构，10cm;10cm;小块状结构直径小块状结构直径5 510cm10cm。5 5、团块状结构、团块状结构 形形 状：状：与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，与块状相似，较块状结构小，略呈圆形，表面不平。表面不平。大小划分大小划分：大团块结构，直径大团块结构，直径53cm；团块状结构，；团块状结构，直径直径31cm；小团块状结构，直径；小团块状结构，直径1cm；粒状，直径；粒状，直径710mm；小粒状，小粒状，57mm。7 7、团粒结构、团粒结构 形形 状：状：近似于球形，近似于球形，疏松多孔的小土疏松多孔的小土团团称称团团粒粒结结构，是含有机构，是含有机质质丰富肥沃土壤的丰富肥沃土壤的标标志特征。志特征。大小划分：大小划分：一般一般为为0.2510mm，Al3+Ca2+Mg2+H+NH4+K+Na+农业生产农业生产(agricultural production)中，常施中，常施用石灰用石灰(酸性土酸性土)或石膏或石膏(碱性土碱性土)，利用，利用Ca2+的作用的作用促进土粒凝聚。促进土粒凝聚。增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。增加介质中电解质浓度也可促进胶粒凝聚。(2)(2)水膜水膜(water filmwater film)的粘结作用的粘结作用 土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成土粒在水膜的作用下，在土粒接触处形成弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土弯月面，由于弯月面内侧的负压，把相邻的土粒团聚在一起，形成土团。粒团聚在一起，形成土团。农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻农业生产中，常采用排水晒田、晒垄、冻垄等措施，提高垄等措施，提高土壤溶液电解质的土壤溶液电解质的浓度，促进浓度，促进土壤胶粒凝聚。土壤胶粒凝聚。(3)(3)胶结作用胶结作用(cementation)(cementation)a a、简单的无机胶体、简单的无机胶体(simple soil mineral colloid)(simple soil mineral colloid)土壤中土壤中Fe2O3xH20、Al2O3y H2O、SiO2z H2S等，常以胶等，常以胶膜形态包被在一起，形成的结构体。膜形态包被在一起，形成的结构体。往往是致密紧实的结构体，如核状结构，对协调水肥的往往是致密紧实的结构体，如核状结构，对协调水肥的能力极差。能力极差。b b、粘粒、粘粒(clay)(clay)粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可粘粒具有巨大的表面积，粘结力很强，并可通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。通过带正电和带负电边面的静电引力使其团聚。c c、有机质、有机质(organic matter)(organic matter)土壤中的腐殖质、多醣类、蛋白质、木质素土壤中的腐殖质、多醣类、蛋白质、木质素以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。以及许多微生物的分泌物和菌丝均有团聚作用。2 2、土壤结构的成型、土壤结构的成型 （1）干湿交替作用）干湿交替作用(alternation of drying and wetting)蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母类和高岭石蒙脱石类的膨胀收缩性强，而水云母类和高岭石类的膨胀收缩性则较弱。类的膨胀收缩性则较弱。土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈明显，土块越干，骤然灌水湿润，这种作用愈明显，有如有如“爆破爆破”一样。促使土体破碎形成结构。一样。促使土体破碎形成结构。a、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使土体产生、当干湿交替时，由于胀缩性的差异使土体产生不等的变形而依脆弱线开裂成小块不等的变形而依脆弱线开裂成小块b、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的空气所产生、当土体吸水时，由于孔隙中闭蓄的空气所产生的压力，使土体破碎的压力，使土体破碎（2 2）冻融交替作用）冻融交替作用 水分结冰时体积膨胀增大约9%，对周围的土体产生压力而使土壤崩裂。孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异孔径愈小，其中水分冰点愈低。造成膨压的差异使土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。使土体产生裂痕，一旦融化，土壤就会沿裂痕酥散。(3)(3)生物作用生物作用(biological effect)(biological effect)a、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。、植物根系的穿插挤压，可使土体破碎形成结构。b、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均、土壤中的蚯蚓、昆虫、蚁类等，对土壤结构形成均有一定作用。有一定作用。(4)(4)土壤耕作土壤耕作(soil tillage)(soil tillage)农田耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。农田耕作，在机械压力作用下，土体破碎形成结构。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。同时耕作使土肥相融、促进良好结构的形成。（三）团粒结构对土壤肥力的意义（三）团粒结构对土壤肥力的意义 团粒结构具有团粒结构具有小水库、小肥料库、空气走小水库、小肥料库、空气走廊廊的作用，协调水气热状况能力强，因而是理想的结的作用，协调水气热状况能力强，因而是理想的结构体。构体。1 1、小水库、小水库 团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，团粒结构透水性好，可接纳大量降水和灌溉水，而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。而团粒内部保水性强，天旱时还可防止水分蒸发。天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛天旱时表层蒸发失水后，土体收缩切断与下层毛管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。管连通性，水分不会由大孔隙流向小孔隙而蒸发损失。2 2、小肥料库、小肥料库 具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团粒结具有团粒结构的土壤，通常有机质含量丰富。团粒结构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化，释放养分。构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化，释放养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。团粒内部则有利于腐殖化，保存养分。3 3、空气走廊、空气走廊 由于团粒之间的非毛管孔隙较大，有利于空气流通由于团粒之间的非毛管孔隙较大，有利于空气流通（四）土壤良好团粒结构的培育（四）土壤良好团粒结构的培育 1、大量施用有机肥、大量施用有机肥 2、实行合理耕作、实行合理耕作 3、实行合理轮作、实行合理轮作 4、施用石膏或石灰、施用石膏或石灰 5、施用土壤结构改良剂、施用土壤结构改良剂 三、土壤通气性三、土壤通气性(一一)土壤孔隙度土壤孔隙度(total porosity)(total porosity)所有孔隙体积所有孔隙体积(pore volume)(pore volume)的总和占整个土壤体积的的总和占整个土壤体积的比例。比例。(二二)土壤孔隙的类型土壤孔隙的类型1 1、毛管孔隙毛管孔隙 (capillary pore)(capillary pore)孔径：孔径：0.1mm。水分水吸力在水分水吸力在T=3/0.06=50百帕至百帕至T=3/0.002=1500百帕之百帕之间间，对对植物是有效的，而且植物的根系和微生植物是有效的，而且植物的根系和微生物都可在其中生物都可在其中生长长和活和活动动。毛管孔隙度：毛管孔隙占土壤体毛管孔隙度：毛管孔隙占土壤体积积的百分比，毛管的百分比，毛管孔隙度与土壤保水性成正相关关系孔隙度与土壤保水性成正相关关系2 2、非毛管孔隙、非毛管孔隙 孔径孔径0.1mm，透水通气，通常有空气存在其中，透水通气，通常有空气存在其中，同同时时植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活植物根毛、根系和微生物均可在通气孔隙中活动动。非毛管孔隙不具非毛管孔隙不具备备持水性，但利于透水、通气，一般持水性，但利于透水、通气，一般土壤土壤结结构体尺度越大，非毛管孔隙度越大。构体尺度越大，非毛管孔隙度越大。l 土壤大孔隙是受动植物活动、干湿冻融交替及人为耕作的影响，在土体内形成降雨快速下渗降雨快速下渗的物理孔隙。四、土壤密度四、土壤密度(soil density)和比重和比重1 1、土壤密度、土壤密度 单位体积固体土粒(不包括粒间孔隙)的质量。(g/cm3)矿物组成矿物组成有机质含量有机质含量土壤质地土壤质地2 2、影响土壤密度的因素、影响土壤密度的因素3 3、土壤比重、土壤比重 (soil specific gravity)(soil specific gravity)土壤密度与土壤密度与44时纯水密度之比，一般取时纯水密度之比，一般取2.652.65。组分组分密度密度(g/cm3)组分组分密度密度(g/cm3)石英石英2.602.602.682.68赤铁矿赤铁矿4.904.905.305.30正长石正长石2.542.542.572.57磁铁矿磁铁矿5.035.035.185.18斜长石斜长石2.622.622.762.76三水铝石三水铝石2.302.302.402.40白云母白云母2.772.772.882.88高岭石高岭石2.612.612.682.68黑云母黑云母2.702.703.103.10蒙脱石蒙脱石2.532.532.742.74角闪石角闪石2.852.853.573.57伊利石伊利石2.602.602.902.90辉石辉石3.153.153.903.90腐殖质腐殖质1.401.401.801.80纤铁矿纤铁矿3.603.604.104.10 土壤中常见组分的密度土壤中常见组分的密度五、土壤容重五、土壤容重(bulk density of soil)1 1、概念、概念单位体积自然状态土壤体单位体积自然状态土壤体(含粒间孔隙含粒间孔隙)的重量。的重量。(g/cm(g/cm3 3)2 2、影响容重的因素影响容重的因素 (主要通过影响孔隙影响容重主要通过影响孔隙影响容重)土壤质地土壤质地(soil texture)结构结构(structure)有机质含量有机质含量(organic matter)紧实度紧实度(degree of compaction)六、土壤的物理力学性质六、土壤的物理力学性质 物理力学性质是各种含水状况下，受到外力作用时显示出的动力学物理力学性质是各种含水状况下，受到外力作用时显示出的动力学性质，包括粘结性、粘着性、膨胀收缩性、可塑性等。性质，包括粘结性、粘着性、膨胀收缩性、可塑性等。1 1、土壤粘结性、土壤粘结性 土粒与土粒间土粒与土粒间互相吸引而结合在一起的性能，反映土壤互相吸引而结合在一起的性能，反映土壤抵抗机械破碎的性能抵抗机械破碎的性能 土壤粘结性影响因素：土壤粘结性影响因素：l 粘粒含量：粘粒越多，粘结性越好粘粒含量：粘粒越多，粘结性越好l 阳离子：阳离子：胶体表面以胶体表面以纳离子纳离子为主为主利于粘结，利于粘结，表面以表面以钙离子钙离子为主为主则降低粘结性则降低粘结性l 颗粒间接触面积：接触面积越大，粘结性越强颗粒间接触面积：接触面积越大，粘结性越强 2 2、土壤粘着性、土壤粘着性 土粒粘着到外物上的性能土粒粘着到外物上的性能，大小与接触面积相关。影响，大小与接触面积相关。影响因素和粘结性相似。因素和粘结性相似。3 3、土壤的可塑性、土壤的可塑性 土壤湿润时能被塑造并保持形状的性能。土壤含水量存土壤湿润时能被塑造并保持形状的性能。土壤含水量存在可塑上限与可塑下限，之间阈值越大，可塑性越强。在可塑上限与可塑下限，之间阈值越大，可塑性越强。土壤可塑性影响因素土壤可塑性影响因素：l 粘粒含量：粘粒越多，可塑性越好粘粒含量：粘粒越多，可塑性越好l 阳离子：纳离子利于可塑，钙离子则降低可塑性阳离子：纳离子利于可塑，钙离子则降低可塑性 与耕作的关系：可塑性强的粘土难以耕作。与耕作的关系：可塑性强的粘土难以耕作。4 4、土壤膨胀与收缩性、土壤膨胀与收缩性 土壤因吸水而膨胀，脱水干燥而收缩的性质。土壤因吸水而膨胀，脱水干燥而收缩的性质。土壤胀缩性的影响因素土壤胀缩性的影响因素：l 土壤质地与有机胶体含量：土壤质地与有机胶体含量：质地粗、胶体少，难胀缩质地粗、胶体少，难胀缩 l 粘土矿物类型：粘土矿物类型：粘土矿物中蒙脱石为主粘土矿物中蒙脱石为主，易胀缩，易胀缩l 阳离子：纳离子利于胀缩，钙离子则降低胀缩性阳离子：纳离子利于胀缩，钙离子则降低胀缩性5 5、土壤的可耕性、土壤的可耕性 土壤耕作时表现的性状，耕作难易，宜耕期长短和耕作土壤耕作时表现的性状，耕作难易，宜耕期长短和耕作质量，是土壤质地、结构、含水量、粘结性等的综合体现。质量，是土壤质地、结构、含水量、粘结性等的综合体现。可耕性难易体现在可耕性难易体现在：土壤对耕作工具的阻力，耕性好的土壤对耕作工具的阻力，耕性好的土壤，耕作阻力小，质地轻，有机质含量高。土壤，耕作阻力小，质地轻，有机质含量高。