第三章 土壤的孔性、结构性与耕性 土壤孔性、结构性是土壤重要的物理性质。通过土壤孔性、结构性是土壤重要的物理性质。通过本章学习，让学生掌握土壤中孔隙、结构的概念、类型本章学习，让学生掌握土壤中孔隙、结构的概念、类型及对土壤肥力和生产性能的影响；及对土壤肥力和生产性能的影响；重点介绍团粒结构的重点介绍团粒结构的肥力特征及创造机理肥力特征及创造机理；物理机械性的概念及与耕性的关；物理机械性的概念及与耕性的关系，从而了解土壤物理性状对土壤肥力的影响。系，从而了解土壤物理性状对土壤肥力的影响。 主要内容包括：主要内容包括： 第一节第一节 土壤孔性土壤孔性 第二节第二节 土壤结构性土壤结构性 第三节第三节 土壤物理机械性与耕性土壤物理机械性与耕性第一节第一节 土壤孔性土壤孔性 一、土壤孔隙性一、土壤孔隙性 土壤孔性包括孔隙的数量、大小孔隙的搭配比例、土壤孔性包括孔隙的数量、大小孔隙的搭配比例、及其在土层中的分布。及其在土层中的分布。 土壤孔隙的土壤孔隙的数量数量用孔隙度或孔隙比表示；用孔隙度或孔隙比表示； 土壤孔隙的土壤孔隙的质量质量用当量孔径来衡量。用当量孔径来衡量。 （一）土壤孔度与孔隙比（一）土壤孔度与孔隙比 1 1、孔（隙）度、孔（隙）度/ /总孔度：总孔度：土壤（大、小）孔隙的土壤（大、小）孔隙的容积占整个容积占整个土壤容积（固相土壤容积（固相+ +孔隙）孔隙）的百分数称为土壤的百分数称为土壤孔度。它是衡量土壤孔隙的数量指标。孔度。它是衡量土壤孔隙的数量指标。 土壤孔度（土壤孔度（% %）= =（孔隙容积（孔隙容积/ /土壤容积）土壤容积）x100x100 2、孔孔隙隙比比：它它是是土土壤壤中中孔孔隙隙容容积积与与土土粒粒容容积积（固相）的比值。其值为（固相）的比值。其值为1 1或稍大于或稍大于1 1为好。为好。 孔隙比孔隙比= =孔隙容积孔隙容积/ /土粒容积土粒容积= =孔度孔度/ /（1-1-孔度）孔度） 孔孔度度、孔孔隙隙比比反反映映的的是是土土壤壤孔孔隙隙的的数数量量多多少少，只只能能说说明明土土壤壤能能够够储储藏藏空空气气和和水水分分的的总总量量是是多多少少，而而不不能反映有多少孔隙可储藏水分，多少孔隙可储藏空气。能反映有多少孔隙可储藏水分，多少孔隙可储藏空气。（二）孔隙的分级（二）孔隙的分级 为了解孔隙“质”的状况（孔隙的大小及其分配），通常根据孔隙的大小及作用将土壤孔隙分为三级：非活性孔隙、毛管孔隙和通气孔隙。 1、分级标准：分级标准：当量孔径/有效孔径 d=3/T 2 2、孔隙类型、孔隙类型 （1 1）非活性孔隙）非活性孔隙 当量孔径在0.002mm以下，土壤水吸力为1500KPa以上。这种孔隙中，几乎是被土粒表面的吸附水所充满。土粒对这些水有较强的分子引力，使它们不易运动，也不易损失，植物的根与根毛难以伸入，供水性差，这部分水不能为植物所利用，故称为非活性孔隙，也称为无效孔隙。 （2 2）毛管孔隙）毛管孔隙 当量孔径为0.02-0.002mm，土壤水吸力为150-1500KPa。植物的细根、原生动物和真菌等很难进入毛管孔隙中，但植物根毛和一些细菌可在其中活动，有利于养分的吸收与转化，毛管孔隙保存的水分可被植物吸收利用。为有效孔隙。 （3 3）通通气气孔孔隙隙 当量孔径大于0.02mm，相应的土壤水吸力小于150KPa。通气孔隙的水分主要受重力支配而排出，因而成为空气流动的通道，不具有毛管作用，所以叫通气孔或非毛管孔。3 3、各级孔度的计算、各级孔度的计算 土壤真实的孔隙十分复杂，毫无规律可言，因此各级孔隙的容积（孔隙度）很难实测。 通常根据各类孔隙对土壤水分保持能力的不同，由不同水分常数和容重来计算其相应的孔度。（三）孔隙在土体中的分布（三）孔隙在土体中的分布 上虚下实、上实下虚 二、土壤相对质量密度（比重）和容重二、土壤相对质量密度（比重）和容重 1 1、土壤相对质量密度（比重）、土壤相对质量密度（比重） 指单位体积的固体土粒（不包括粒间孔隙）的干重与同体积标准状况水的质量之比。 即：土壤比重=土粒密度/水密度 土壤比重是构成土粒（固相）各种组分的质量分数和相对质量密度（比重）的综合反映。其大小主要取决于矿物质和有机质的比重。但土壤有机质的质量分数较低（大多在1.25-1.40%），而多数土壤矿物比重在2.6-2.7左右（将2.65作为土壤矿物的平均值），所以土壤比重的大小主要取决于其矿物质组成。 由于表层土壤有机质含量较多，其比重通常都低于心土及底土层。 2 2、土壤容重（假比重）、土壤容重（假比重） 指自然状态下单位容积（包括粒间空隙）干燥土壤体质量与标准状况下同体积水的质量比，单位为g/cm3。土壤容重大体为1.00-1.70g/cm3之间。 土壤容重与土壤孔度呈负相关;它可以直接反应土壤的孔隙状况及其松紧情况,是土壤松紧度的一个数量指标。 土壤容重可用于计算土壤孔度、估算土壤水分和养分的储量，以及作为评估结构性的参数。 3 3、土壤容重的应用、土壤容重的应用 （1 1）计算土壤总孔度（）计算土壤总孔度（=1-=1-容重容重/ /密度）密度）； （2）配合水分常数计算各级孔度； （3）判断土壤松紧状况； （4 4）计算土壤固、液、气三相容积比率，用以反映土）计算土壤固、液、气三相容积比率，用以反映土壤自身调节肥力因素的功能；壤自身调节肥力因素的功能； （5）将土壤某些以质量为基础的数据换算为以容积为基础； （6 6）计算一定面积与深度的土壤质量（土方重）；）计算一定面积与深度的土壤质量（土方重）； （7 7）计算一定土层内各种土壤成分的储量。）计算一定土层内各种土壤成分的储量。 孔隙体积孔隙体积 土壤体积土壤体积-土粒体积土粒体积 土粒体积土粒体积土壤孔度土壤孔度= = =1- 土壤体积土壤体积 土壤体积土壤体积 土壤体积土壤体积 土粒体积土粒体积x x土重土重 =1- =1- 土壤体积土壤体积x x土重土重 土重土重 土粒体积土粒体积 =1-=1-（ x x ） 土壤体积土壤体积 土重土重 土重土重 土重土重 容重容重 =1- =1- （ / / ）=1- =1- 土壤体积土壤体积 土粒体积土粒体积 密度密度 三、影响土壤孔性的因素及其调控三、影响土壤孔性的因素及其调控 主要受外部环境条件（自然、人为因素）和土壤本身属性影响，内因为主。 （一）内因（一）内因 1 1、土壤有机质、土壤有机质 有机质含量高的土壤，孔度大，容重小，通气孔多，可改善土壤通气透水性； 2 2、土壤结构性、土壤结构性 土壤结构性可以影响土壤的总孔度、大小孔隙的分配比例及其分布状况； 3 3、土粒的排列方式、土粒的排列方式 4 4、土壤质地、土壤质地（二）外因（二）外因 降雨、 施肥、 灌溉、 耕作 本节重点难点：本节重点难点： 重重点点：掌握土壤孔隙的概念、类型及调控。 难点：难点：土壤比重和容重的区别。第二节第二节 土壤结构土壤结构 土土壤壤结结构构和和土土壤壤质质地地是是土土壤壤的的两两项项基基本本物物理理性性质质，两两者者密密切切相相关关，并并有有互互补补性性。土土壤壤结结构构是是指指土土粒粒（单单粒粒和和复复粒粒）的的排排列列、组组合合形形式式，包包含含两两重重意意义义：结结构构体体和和结构性。通常所说的土壤结构多指其结构性。结构性。通常所说的土壤结构多指其结构性。 一、土壤结构体的类型及其特性一、土壤结构体的类型及其特性 土壤结构体土壤结构体或或结构单元结构单元，它是土粒互相排列和团聚，它是土粒互相排列和团聚成为一定形状和大小的土块和土团。他们具有不同程度成为一定形状和大小的土块和土团。他们具有不同程度的稳定性，以抵抗机械破坏（的稳定性，以抵抗机械破坏（力稳性力稳性）或泡水时不致分）或泡水时不致分散（散（水稳性水稳性）。）。 土壤结构性土壤结构性是由土壤结构体的种类、数量（尤其是是由土壤结构体的种类、数量（尤其是团粒结构的数量）及结构体内外的孔隙状况等产生的综团粒结构的数量）及结构体内外的孔隙状况等产生的综合性质。合性质。 1块状结构2核状结构3. 柱状结构4片状结构5. 团粒结构 农学上，通常以直径在100.25mm水稳性团聚体含量来判别土壤结构的好坏，多的好，少的差。土壤结构体的分类土壤结构体的分类二、团粒结构的特点及其对土壤肥力的调节作用二、团粒结构的特点及其对土壤肥力的调节作用( (一一) )团粒结构的特点团粒结构的特点 团粒结构是指近似球形，疏松多孔的小团聚体，其直径约为0.25-10mm（粒径0.25mm以下的,称微团粒）。这种土壤结构体在表土中出现，具有良好的物理性能，是肥沃土壤的主要结构形态。生产中最理想的团粒结构粒径为2-3mm。团粒具有水稳性、力稳性和多孔性。 (二二)团粒结构对土壤肥力的调节作用团粒结构对土壤肥力的调节作用 1 1）大小孔隙兼备）大小孔隙兼备 团粒结构土壤总孔度大，水、气总容量大；团粒之间排列疏松,多为较大的孔隙,而团粒内部、微团粒之间、微团粒内部的孔隙相对较小。因此团粒结构大小孔隙兼备 。 2 2）水、气矛盾的协调）水、气矛盾的协调 团粒之间较大的孔隙多为通气孔隙（非毛管孔隙），可以透水通气；团粒内部的孔隙主要是毛管孔隙，可以保存水分。因此，团粒结构的蓄水（毛管孔隙）与透水、通气（非毛管孔隙）矛盾能很好地协调。 3 3）养养分分消消耗耗与与积积累累的的协协调调（保保肥肥与与供供肥肥） 团粒的表面（大孔隙）和空气接触，利于微生物的活动；团粒内部（毛管孔隙），通气不良，利于养分的储藏。 4 4）稳定土壤温度）稳定土壤温度 团粒结构的土壤有恰当的大小孔隙比，这样就保证了土壤内部适宜的水汽比，导致土壤的温热状况适中； 5 5）改良土壤耕性，利于根系伸展）改良土壤耕性，利于根系伸展 团粒之间接触面积减少，这就减弱了土壤的粘结性与粘着性，利于耕作；团粒间疏松多孔，利于根系伸展，团粒内部孔隙小，利于根系的固着和支撑。 团粒结构是改进土壤固、液、气三相比的一个重要因素。有团粒结构的土壤，水、肥、气热比较相互协调，故团粒结构被称为土壤肥力调节器。 三、土壤团粒结构的形成三、土壤团粒结构的形成 （一）土壤团粒结构的形成过程（一）土壤团粒结构的形成过程 目前主要有 “多级团聚说”和“粘团说”两种观点，但无论哪种观点，团粒结构的形成都包括以下两个阶段： 第第一一阶阶段段：由单粒在胶体凝聚、水膜粘结以及胶结作用下形成初级复粒或致密的小土团。（稳定性差，易重新分散） 第第二二阶阶段段：初级复粒进一步逐级粘合、胶结、团聚，依次形成第二级、第三级及微团聚体的过程。 （二）团粒结构形成的必备条件（二）团粒结构形成的必备条件 1 1、胶胶结结物物质质（成成型型内内力力）：指能将单个土粒（或粘粒）胶结呈微团粒（粘团）或由微团粒胶结成团粒的物质。 1）有机胶体：易被微生物分解，生物稳定性差； 2）无机胶体：主要为粘土矿物（不稳定）、铁铝氧化物（较稳定）； 3）胶体凝聚物质：多为金属盐类，如Ca2+、Na+、Al3+等。 2 2、成型动力、成型动力（成型外力）（成型外力） 包括：土壤生物的作用、干湿交替、适宜土壤含水量下耕作。 四、土壤结构的改善与恢复四、土壤结构的改善与恢复 1 1、精耕细作，增施有机肥料精耕细作，增施有机肥料 是我国目前大多数地区创造良好结构的主要方法。 2 2、合合理理轮轮作作、扩扩种种绿绿肥肥及及牧牧草草 各种作物本身的生物学特点和相应的耕作管理制度对土壤团粒结构的形成具有很大的影响。 3 3、科科学学的的土土壤壤管管理理 喷灌、滴灌、地下灌溉，酸性土施用石灰，碱性土施用石膏。 4 4、土壤结构改良剂的应用、土壤结构改良剂的应用 土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒，提高土壤肥力和固定表土、保护耕层、防止水土冲刷的矿物质制剂、腐殖质制剂和人工合成聚合物制剂。它是根据土壤中团粒结构形成的客观规律，提取腐殖质、木质素等物质作为团粒的胶结剂。重点：重点： 土土壤壤结结构构性性的的评评价价，尤尤其其是是团团粒粒结结构构对对 土壤肥力的调节作用。土壤肥力的调节作用。 难点：难点： 土壤团粒结构的形成机制。土壤团粒结构的形成机制。 第三节第三节 土壤物理机械性与耕性土壤物理机械性与耕性一、土壤物理机械性一、土壤物理机械性 土壤物理机械性土壤物理机械性是多项土壤动力学性质的统称，主是多项土壤动力学性质的统称，主要包括要包括粘结性粘结性、粘着性粘着性和和可朔性可朔性等等1 1、土壤粘结性、土壤粘结性 土壤粘结性是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。由于土壤具有粘结性，所以它有抵抗外力破碎的能力，这也是土壤有耕作时产生阻力的主要原因之一。 2、土壤粘着性、土壤粘着性 土壤粘着性是指土壤在一定含水量的情况下，土粒粘着外物表面的性能。土粒粘着性是水分子和土粒之间的分子引力，以及水分和外物接触表面所产生的分子引力所引起。 3 3、可塑性可塑性 土壤在一定含水量范围内，可被外力任意改变成各种形状，当外力解除和土壤干燥后，仍能保持其变形的性能，称土壤的可塑性。 影响土壤可塑性的因素：影响土壤可塑性的因素： 水水分分含含量量：干土没有可塑性，当水分含量逐渐增加时，土壤才表现出可塑性。下下塑塑限限（塑塑限限）：土壤开始呈现可塑状态时的水分含量称下塑限。上上塑塑限限（流流限限）：土壤失去可塑性而开始流动时的土壤含水量称上塑限。 土土壤壤质质地地：土壤中粘粒愈多，质地愈细，塑性愈强。一般而言，上塑限、下塑限和塑性值的数值随着粘粒含量的增加而增大。 代换性阳离子 土壤有机质二、土壤耕性二、土壤耕性 土壤耕性是土壤耕作时或耕作后一系列土壤物理性质及物理机械性的综合反映。包括两方面的特征，即结持状态和土壤阻力。 土壤宜耕性是是指土壤适于耕作的性能。 对土壤耕作的要求 土壤压板问题及防止（介绍少免耕法） 少免耕法：优点及缺点，主要技术环节。 “轮耕、轮肥、轮作”三轮机制。重点：重点： 对对粘粘结结性性、粘粘着着性性及及可可塑塑性性的的理理解解；土土壤壤物理机械性与耕性的关系。物理机械性与耕性的关系。难点：难点： 土壤水分对土壤粘结性和可塑性的影响。土壤水分对土壤粘结性和可塑性的影响。思考题1. 何谓土壤孔隙？土壤孔隙可分为哪几级？土壤比重和容重有何区别？2. 影响土壤孔性的因素有哪些？如何调控？3. 简述土壤结构体的类型及其评价。4. 生产实践中采用哪些措施创造团粒结构？5. 如何对土壤的物理机械性进行调控？ 6. 简述土壤压板造成的不良影响，如何防止？ 已知某地区土壤的耕作层厚度为已知某地区土壤的耕作层厚度为20cm20cm，比重为，比重为2.82.8，容重为容重为1.151.15，耕层土壤含水量为，耕层土壤含水量为5%5%，有机质质量分数，有机质质量分数为为20g.kg20g.kg-1-1，年矿化率为，年矿化率为16 g.kg16 g.kg-1-1。试计算：。试计算： 1 1）该土壤的孔隙度；（）该土壤的孔隙度；（1010分）分） 2 2）该土壤的固、液、气三相的比率；（）该土壤的固、液、气三相的比率；（2020分）分） 3 3）耕层土壤每亩重多少？（）耕层土壤每亩重多少？（1010分）分） 4 4）若土壤的含水量要求达到）若土壤的含水量要求达到15%15%，则每亩应灌多少水，则每亩应灌多少水？（？（2020分）分） 5 5）要保持该地区土壤有机质平衡，不考虑激发效应，）要保持该地区土壤有机质平衡，不考虑激发效应，需往每亩土壤里加入腐殖化系数为需往每亩土壤里加入腐殖化系数为0.250.25的有机物质多的有机物质多少？（少？（2020分）分） 6 6）欲使该土壤的有机质质量分数提高至）欲使该土壤的有机质质量分数提高至25 g.kg25 g.kg-1-1，不考虑激发效应，需往每亩土壤里加入腐殖化系数为不考虑激发效应，需往每亩土壤里加入腐殖化系数为0.250.25的有机物质多少？（的有机物质多少？（2020分）分）5)该土壤有机质量为150000kgx20g/kg=3000kg每年消耗的有机质量为3000kgx16g/kg=48kg需补充的有机物质的 量为48/0.25=192kg6)原土壤有机质量为150000kgx20g/kg=3000kg要求土壤有机质量为150000kgx25g/kg=3750kg每年消耗的有机质量为3000kgx16g/kg=48kg