土壤学第三章

关于土壤学思维导图，包含土壤水：土壤水的作用、意义，土壤水分研究的形态学类型及有效性，土壤水的能态，入渗、土壤水的再分布和土面蒸发等。

第三章 土壤孔性、结构性和耕性

• 第1节 土壤孔性
  • 概念
    • 概念：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。
  • 土壤(粒)密度和相对密度
    • 概念
      • 单位容积固体土粒（不包括土壤孔隙）的质量，叫做土壤密度，单位用g/cm3或t/m3表示。 土粒密度与水的密度之比，叫做土壤相对密度(土壤真比重）。
    • 其他
      • A、土粒密度大小取决于土壤矿物质颗粒组成和土壤有机质含量的多少。 B、通常情况下，土壤相对密度取多数土壤的平均值2.65。
  • 土壤容重(假比重)
    • 概念
      • 自然状态下（包括土粒之间的孔隙），单位容积土壤的烘干质量，单位以g/cm3或t/m3表示。
    • 影响因素
      • A、质地：砂质土壤密度多在1.4-1.7g/cm3之间; 粘质土壤密度在1.1-1.6g/cm3之间; 壤质土壤则介于上二者之间。 B、结构：团粒结构多的土壤密度相应降低。 C、有机质：富含腐殖质的土层一般结构良好，比较疏松，密度较小，约为0.8-1.2g/cm3。 D、土粒排列方式
    • 用途
      • 计算土壤孔隙度：根据实测土壤的容重与比重，按下式计算：孔隙度=1-容重/比重 计算土壤或工程土方量 估算各种土壤成分数量和 计算土壤储水量及灌排水定额
  • 土壤孔隙容积的数量和类型
    • 数量
      • 土壤孔隙状况通常包括总孔隙度（孔隙总量）和孔隙类型两个方面。前者决定土壤气、液两相的总量，后者决定气、液两相所占的比例。 土壤孔隙度＝孔隙容积/土壤容积＝1－土粒容积/土壤容积＝1－（土壤重量/比重）/（土壤重量/容重）＝1－容重/比重 一般土壤孔隙度在30%-60%之间。对多数林木生长而言，土壤孔隙度以50%,或稍>50%为好 土壤孔隙比=孔隙度／（1－孔隙度） 林木生长表现来看，土壤孔隙比为1或稍>1为好
    • 类型
      • 非活性孔隙(无效孔隙)
        • 非活性孔隙指土壤中最细小的孔隙，其直径<0.002 mm（土壤水吸力>1.5×105Pa）。 由于孔隙过小，土粒表面所吸附的水膜已将其充满，其中水分的保存依靠极强的分子引力，不能移动，不能被植物吸收利用，成为无效水，因此，也称无效孔隙。 无效孔隙度%=（无效孔隙容积/土壤容积）×100
      • 毛管孔隙
        • 毛管孔隙较无效孔隙粗，直径范围为0.002 mm-0.02 mm(土壤水吸力1.5×105Pa-1.5×104Pa)之间。 这种孔隙具有明显的毛管作用，所以水分能借助毛管引力保存在孔隙中，并靠毛管引力向各个方向移动，且移动速度快，易于被植物吸收利用。 毛管孔隙度%=（毛管孔隙容积/土壤容积）×100
      • 非毛管孔隙(空气/通气孔隙)
        • 空气孔隙是指孔径大于毛管孔隙的孔隙，即孔径>0.02 mm(土壤水吸力<1.5×104Pa)。 这类孔隙中的水分主要受重力支配而排出，因而使这部分孔隙成为空气的通道，故称之为空气孔隙或通气孔隙。 空气孔隙度%=（空气孔隙容积/土壤容积）×100
    • 作物要求
      • 作物对孔隙总量及大、小孔隙比例的要求是： 一般旱地土壤，总孔隙度应>50%，非毛管孔隙度即通气孔隙>10%，大小孔隙比在1：2～4为好，无效孔隙尽量减少，毛管孔隙尽量增加。这样的孔径分布才有利于保证作物正常生长发育。
  • 土壤孔隙的影响因素
    • 质地
      • 粘土孔隙小，以无效孔隙和毛管孔隙占优势，但孔隙数量多，土壤总孔隙度高； 砂土以通气孔隙为主，但数量少，土壤总孔隙度低； 壤土的孔隙度居中。
    • 结构
      • 团粒结构多土壤疏松，孔隙状况好
    • 土壤有机质含量
      • 含量多的土壤总孔隙度高
    • 土粒排列
    • 自然因素和土壤管理
• 第2节 土壤结构性
  • 含义
    • 土壤结构包含着两重含义，即土壤结构体和土壤结构性。
    • 土壤结构体
      • 土壤中的固体颗粒很少以单粒存在，多是单个土粒在各种因素综合作用下相互粘合团聚，形成大小、形状和性质不同的团聚体，称为土壤结构体。
    • 土壤结构性
      • 土壤结构性指土壤中结构体的形状、大小及其排列情况及相应的孔隙状况等综合特性。
  • 土壤结构类型
    • 团块状结构体
      • 在土壤质地比较粘重、缺乏有机质的土壤中容易形成，特别是土壤过湿或过干耕作时最易形成。
    • 角块状结构
      • 多出现于中等质地和细密质地土壤的中下层。 其形成和发育与土壤排水、通气性和植物根的穿插作用有关。又称尖角明显的块状。
    • 核状结构体
      • 这类结构体在粘重而缺乏有机质的表下层土壤中较多。
    • 柱状结构体
      • 呈立柱状，棱角明显有定形者称为棱柱状结构体，棱角不明显无定形者称为拟柱状结构体，常出现于半干旱地带的表下层，以碱土、碱化土表下层或粘重土壤心土层中最为典型。
    • 棱柱状结构
      • 多出现于粘质土壤的中层和底层，有时也延及表层。它是土体干湿交替作用的产物，所以棱柱体的大小可反映土壤水分变化的状况。
    • 片状结构
      • 呈扁平状，往往由于流水沉积作用或某些机械压力所造成，常出现于森林土壤的灰化层、碱化土壤的表层和耕地土壤的犁底层。
    • 团粒状结构
      • 结构体与粒状结构相似，但团聚体特别多孔隙。 通常指土壤中近乎球状的小团聚体，具有水稳定性，对土壤肥力诸因素具有良好作用，农林业生产中最理想的团粒粒径为2-3mm。 团粒结构体一般存在于腐殖质较多、植物生长茂盛的表土层中。
    • 粒状结构
      • 这种结构多出现于土壤表层，易受耕作影响，在肥沃土壤中数量尤多。
  • 土壤结构性的评价
    • 良好结构体
      • 团粒结构体 原因：是经过多次复合和团聚而成，不仅总孔隙度大，而且内部有多级大量的大小孔隙，团粒之间排列疏松，大孔隙较多，兼有蓄水和通气的双重作用。
    • 不良结构体
      • 块状、核状、柱状、棱柱状和片状结构体 原因：它们通常是由单粒直接粘结而成，总孔隙度小，没有多级孔隙，主要是小的非活性孔隙，不能协调水气，结构体之间大的通气孔隙，往往成为漏水漏肥的通道。植物根系很难穿扎，干裂时常扯断根系。
  • 土壤结构质量的指标
    • 依据
      • 评定土壤结构质量的主要依据是团聚体的稳定性及其孔隙性（孔隙的大小、分布和量的多少）。
    • 团聚体的稳定性
      • 力稳定性
        • 结构体的力稳定性也称机械稳定性，是指土壤结构体抵抗机械压碎的能力。
      • 生物稳定性
        • 生物稳定性是指结构体抵抗微生物分解的能力。
      • 水稳定性
        • 水稳定性是指结构体浸水后不易分散的性能。
    • 高质量的土壤团聚体是水稳性和高度的孔隙性的结合。
  • 团粒结构在土壤肥力中的意义
    • 1、能调节土壤水分和空气的矛盾
      • 具有团粒结构的土壤的总孔隙度大，孔隙的比例较为适宜，而且分布均匀，大小相间分布。 因而它首先解决了土壤透水性和蓄水性的矛盾（团粒间的非毛管孔隙，解决了透水性，团粒内部的毛管孔隙，使吸水和蓄水性能较强。还可因非毛管孔隙度大而减低毛管水运动的速度和高度而减少蒸发和通过表层变干，切断毛管的联系而降低蒸发） 团粒结构解决了土壤蓄水性和通气性的矛盾。（团粒内部的毛管孔隙储蓄水分，团粒之间的非毛管孔隙则供通气和为空气所占据，故不会感到空气不足。）
    • 2、能协调土壤养分的消耗与积累的矛盾
      • 具有团粒结构的土壤，较好地解决了好气性和嫌气性分解的矛盾，实际是供肥和保肥的矛盾。
    • 3、稳定土温，调节土壤热状况
      • 由于有团粒结构的土壤解决了土壤水和空气同是存在的矛盾，因而也较好地解决了土壤导热率和热容量的矛盾。
    • 4、改善土壤耕性和有利于植物根系延伸
      • 有团粒结构的土壤的粘着性、粘结性和可塑性较小，有利于耕作。
    • 5、团粒结构土壤的水、肥、气、热状况比较协调，因而团粒结构成为肥沃土壤的重要标志。
  • 土壤结构体的形成
    • 形成阶段
      • 土壤结构体的形成大体可分为两个阶段： 第一阶段是单粒通过凝聚、胶结等作用形成复粒(即微团聚体); 第二阶段是复粒进一步粘结及在各种物理因素和生物因素,如干湿交替、根系的切割、菌丝体的固结等作用下,定位成型成为各种大小和形状的结构体。 前一阶段主要是一种物理化学作用，后一阶段主要是生物和物理作用。 在不能生长植物的强盐碱性土壤中，结构的形成主要是非生物的作用。 不同类型土壤结构体： 块状、核状、柱状和片状结构体通常是由单粒直接粘结而成。 团粒结构则是经过多次复合和团聚而成。团粒结构形成的条件包括两方面，即胶结物质和成型动力。
    • 胶结物质
      • 有机胶体
      • 无机胶体
      • 粘粒表面的胶膜
      • 钙及其他阳离子
    • 土粒的粘聚
      • 胶体的凝聚作用
        • 指分散在介质中的胶粒互相凝聚成团而从介质中沉降析出的过程。 带负电荷的胶粒在土壤中二、三价代换性阳离子(Ca、Mg、Al、Fe)的作用下,产生不可逆的凝聚,形成初生的微团粒,由于初生的微团粒很少是正好电中性的,总是带有剩余正电荷或负电荷。不同电荷的初生微团粒又互相吸引,形成二级、三级或更多级的微团粒。
      • 水膜的粘结作用
        • 在湿润的土壤中，粘粒表面形成一层水膜，当粘粒相互靠近时，水膜为相邻土粒共有，粘粒之间就通过水膜联结在一起。
      • 胶结剂的联结作用
        • 凝聚形成的微团粒,再通过各种物质的胶结作用,就进一步形成土粒（三类）
        • 简单的无机胶体
        • 粘土矿物
        • 有机胶体
    • 成型动力
      • 干湿交替
      • 冻融交替
      • 生物作用
      • 土壤耕作
  • 土壤结构体的改善
    • 合理耕作与灌溉，增施有机肥料
    • 种植绿植和牧草，合理轮作
    • 改良土壤酸碱性
    • 应用土壤结构改良剂
• 第3节 土壤耕性
  • 土壤的物理机械性
    • 当土壤受到外力作用（如耕作）时发生形变，显示出的一系列动力学特性，称为土壤的物理机械性。它是多项土壤动力学性质的统称，包括粘结性、粘着性、可塑性等。
    • 土壤粘结性和粘着性
      • 粘结性
        • 土壤粘结性是土粒间通过各种引力而粘结在一起的性质。这种性质使土壤具有抵抗外力破碎的能力，也是耕作时产生阻力的主要原因之一。 它反映出土壤抵抗机械破碎的性能。 土壤粘结性决定于土粒之间的接触面积，它受土壤质地、水分、腐殖质含量及土壤结构所影响。
      • 粘着性
        • 土壤粘着性是土壤在一定含水量条件下，土粒粘附在外物（如农具）上的性质。土壤过湿耕作，土粒粘着农具，增加土粒与金属间的摩擦阻力，使耕作困难。 粘着性的大小决定于土壤与外物的接触面积有关，所以影响因素与粘结力相同。
    • 土壤可塑性
      • 土壤可塑性是指土壤在一定含水量范围内，可被外力造形，当外力消失或土壤干燥后，仍能保持其塑形不变的性能。 塑性值大的土壤，可塑性强，塑性值小的土壤，可塑性弱。
  • 土壤耕性及其改良
    • 概念
      • 土壤耕性是指土壤在耕作过程中表现出来的特性，它是土壤物理机械性能的综合表现。
    • 好劣判断
      • 耕作难易
        • 指土壤在耕作时产生的阻力大小。不同土壤的耕作阻力大小不同，如砂质土、有机质多或结构良好的土壤，耕作阻力小;相反，质地粘重、有机质少及结构不良的土壤，耕作阻力大。
      • 耕作质量好坏
        • 指土壤在耕作后所表现的状况。凡是耕后土壤疏松、细碎、平整，孔隙状况适中，有利于种子发芽出土及幼苗生长者为耕作质量好，反之，为耕作质量差。
      • 宜耕期长短
        • 指土壤适于耕作的时间长短，也可以说是耕作对土壤水分状况要求的严格程度。
    • 土壤的结构状态与耕性、水分状况的关系
      • 
    • 措施
      • 增施有机肥
      • 合理灌溉，适时耕作
      • 客土法
      • 土壤少耕法、免耕法