2015 第三章1 土壤孔隙与结构

通气孔隙：毛管孔隙=1：1 or 1:2
4 土壤孔隙状况与土壤肥力
“上虚下实”
上层土壤质地疏松，有适 量的通气孔隙，透水透气
下层质地比较紧实，毛管 孔隙多，保水保肥
增施有机肥能够改善土壤孔 隙状况
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4 土壤孔隙状况与作物生长
小麦根系
马铃薯根系
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黄瓜根系
第二节 土壤结构性
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3. 土壤孔隙类型
小
大
孔
孔
隙
隙
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3. 土壤孔隙类型
孔隙类型
非活性孔隙 <0.002 mm （无效孔隙） 毛管孔隙 0.02-0.002 mm（水分借毛管引力） 通气孔隙 >0.02mm（空气通道、漏水漏肥）
土壤适宜通气状况 总孔隙50%
非活性孔隙尽量少
通气孔隙10%+
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1. 土壤相对密度和容重
土壤容重的用处***
计算工程土方量 估算各种土壤成分储量 计算土壤孔隙度 计算土壤储水量及灌水（或排水）定额
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计算工程土方量
土壤重量=土壤体积×土壤容重
例：1公顷耕层土壤重量（耕层以20 cm计算，容 重为1.25 g/cm3 ）
= 10000m2×0.20m×1250kg/m3 = 2500000 kg=2500 t
上节回顾
I. 土壤胶体 II. 土壤溶液
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土壤胶体分类
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水散微团聚体 Na分散微团聚体 Na质机械分散团聚体
土壤胶体构造
土壤胶体 分散系
胶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ核
土壤微粒 土壤溶液
双电层
决定电位 离子层
补偿离子层
非活性补偿 离子层
扩散层 补偿离子层
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土壤胶体电荷
土壤胶体 电荷
永久电荷
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2. 土壤孔隙度的概念及计算
土壤孔隙度(孔度)***：指一定体积的土壤中，孔隙的 体积占整个土壤体积的比例（%），也叫总孔隙度
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疏松排列
孔 隙 度 47.46 %
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紧密排列
24.51 %
2. 土壤孔隙度的概念及计算
• 土壤的三相
固相率＝固相容积/土体容积＝容重/密度 液相率＝液相容积/土体容积 土壤容积含水率＝土壤质量含水量(%)*土壤容重 气相率＝气相容积/土体容积
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计算土壤储水量
设土壤田间持水量为25%，容重为1.3 g/cm3。求1公顷 的1m深土层的储水量？
公 式
1hm2的1m土层储水量： =10000m2×1m×1.3 g/cm3×25% = 10000m2×1m×1.3 t/m3×25%
= 3250 t/hm2 = 3250m3/hm2 =325mm
真菌、放线菌菌丝 的缠绕
蚯蚓的加工作用
疏松土壤，破除结 皮和板结
结合施肥，特别是 有机肥，利于发挥胶 结剂作用
耕作要掌握好宜耕 期
4. 土壤结构性评价与管理
1）合理耕作
在最佳土壤水分含量期耕作 耕作方法（深耕、中耕、少耕、免耕等）
2）轮作与间套种
水旱轮作 禾本科与豆科间作轮作、套作
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环刀法 测定土壤容重
影响容重值的因素
质地（砂质土、黏土）
结构 有机质含量
耕层土壤容重一般以 1.0~1.3 g/cm3为宜。
各种自然因素和人工管理措施
(灌溉、排水、耕作、施肥)
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试验一：不同施肥措施
b (g/cm3)
宁乡—土壤容重
1.40 1.20
切割造型过程
凝聚作用
水膜的粘结作用 有机物质的胶结作用 及复合作用 有机—矿质复合体
干湿冻融交替 华中农业大学
动物的作用
土壤耕作
阳离子凝聚作用 (cation
coagulation)
土壤胶粒通常带有负电 荷，带负电荷的土壤胶粒 在阳离子作用下，发生相 互凝聚。
常见阳离子凝聚能力：
Fe3+ >Al3+ >Ca2+ >Mg2+ >H+ >NH4+ > K+ >Na+
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估算各种土壤成分储量
例：耕层土壤（20 cm计算，容重为1.25 g/cm3 ）， 有机质含量为15 g/kg，全氮含量0.75g/kg。求每公顷 土壤中有机碳和全氮的储量？
有机碳储量= 10000m2×0.20m×1.25g/cm3×15g/kg = 37500000 g = 37500 kg=37.5 t
空气走廊：由于团粒之间的孔隙较大，有利于空气流通 (ventilation)。
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3. 土壤结构体的形成
第一阶段：土壤单粒被粘粒、腐殖质等胶结物质 胶结、凝聚成微团聚体
第二阶段：在干湿交替、耕作、根系的穿插、 挤压、分割等外力作用下形成结构体
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3. 土壤结构体的形成
粘结团聚过程 “多级团聚说”
0-10cm
10-20cm
1.00 0.80
0.60
60%有机
30%有机 秸秆还田 习惯施肥
化肥
无肥
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试验二：不同耕作方式土壤容重（g/cm3）
层次(cm) 翻耕
旋耕
深松
0-10
1.20a
1.22a
1.13b
10-20
1.29a
1.28a
1.13b
20-30
1.30a
1.30a
1.23b
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Morphology of soil structural unit in soil profile 土壤剖面上结构体的形态
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2. 团粒结构与土壤肥力
团粒结构是农业生产上理想的土壤结构 – 小水库 – 小肥料库 – 空气走廊 – 易于耕作
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2. 团粒结构与土壤肥力
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第二节 土壤结构性
1. 土壤结构体的类型 2. 团粒结构与土壤肥力 3. 土壤结构体的形成 4. 土壤结构性评价与管理
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1. 土壤结构体的类型
两个概念
1、结构体（团聚体） 土粒相互胶结成各种形状和大小不一的土团
2、结构性 土壤中单粒、次生单粒或团聚体的数量、相应的孔隙
状况等综合特性
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1. 土壤结构体的类型
片状结构（立土）
形状：扁平状，卧土。 出现部位及原因：
a) 表层，结皮或结壳，雨后或灌溉后形成。 b) 老耕地犁底层，耕作压实形成。
大小划分（轴长）： >3mm者为板状， <3mm者为片状。
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这些类土壤结 构体有利于植
小水库：团粒结构透水性好，可接纳大量降水(precipitation)和灌 溉水(irrigation water)，而团粒内部保水性强，天旱(drought)时还 可防止水分蒸发(evaporation)。
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 构表面为好气作用，有利于有机质的矿质化(mineralization)，释 放养分。团粒内部则有利于腐殖化(humification)，保存养分。
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水膜(water film)的粘结作用
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 土粒团聚在一起，形成土团。
水膜
Soil particle
Soil particle
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土壤胶体的胶结作用(cementation)
a、粘粒
b、有机质
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同晶 替代
粘土矿物形成过程中，晶架内的组成 离子常被另一种电性相同且大小相近 的离子所替代，产生的电荷称为永久 电荷。不受介质pH值的影响
可变电荷 由胶体表面分子或原子团解离所产 生的电荷
表面分 子离解
结构 断裂
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土壤溶液
土壤溶液：含有溶质和溶解性气体的土壤间隙水
土壤溶液在土壤-植物系统中的作用
＝孔隙度-液相率 ＝孔隙度-容积含水率
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2. 土壤孔隙度的概念及计算
土壤三相比＝固相率：容积含水率：气相率
适宜的土壤三相比为： »固相率50%左右， »容积含水率25-30%， »气相率15-25%
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计算土壤孔隙度 例：求某土壤孔隙度（容重为1.25 g/cm3 ）
= （1-1.25/2.65）×100% = 52.8%
1. 土壤结构体的类型
柱状和棱柱状结构（立土）
形状：侧面，横断面形状不规则。 出现部位及原因：
出现部位：常在干旱半干旱地带的底土出现，是碱化土壤 的标志特征， 出现原因：质地粘重，干湿交替作用下形成。 大小划分（轴长）：
大柱状结构，>5cm； 柱状结构，3～5cm； 华中农业大学 小柱状结构，<3cm。
物生长么？ WHY?
孔隙少，水气不通，微生物活动 弱，养分无法释放，拉断根系
土粒排列紧凑，基本是毛管孔隙， 几乎无大孔隙，不利于根系发育 和透水通气保水
1. 土壤结构体的类型
团粒状和粒状结构
形状：圆球形（“蚂蚁蛋”，“米糁子”） 出现部位：
表层，有机质肥沃土壤。
大小划分（轴长）： 0.25~10 mm者为团粒结构； <0.25 mm者为微团粒结构。
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第一节 土壤的孔隙性
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第一节 土壤的孔隙性
1. 土壤相对密度和容重 2. 土壤孔隙度的概念及计算 3. 土壤孔隙类型 4. 土壤孔性与作物生长
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1. 土壤相对密度和容重
土壤的相对密度：单位体积土壤固体颗粒(不含孔隙) 的烘干重与同体积水重之比。
名称 正长石 斜长石
石英 方解石 白云石 高岭石 蒙脱石
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密度 2.54~2.58 2.62~2.76 2.60~2.70 2.71~2.90 2.80~2.90 2.60~2.65 2.53~2.74
名称 黑云母 白云母 角闪石、辉石 磷灰石 赤铁矿 褐铁矿 腐殖质
密度 2.80~3.20 2.76~3.10 2.90~3.60 3.16~3.22 4.90~5.30 3.60~4.00 1.20~1.80
全氮储量= 10000m2×0.20m×1.25g/cm3×0.75g/kg
= 1875000 g = 1875 kg=1.88 t
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2. 土壤孔隙度的概念及计算
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土壤孔隙
2. 土壤孔隙度的概念及计算
土壤孔隙：土壤中土粒与土粒、土团与土团之间相
互支撑，构成许多弯弯曲曲、粗细不同和形状各异 的孔隙
注意
☺ 同一土壤中，不同大小土粒的腐殖质含量和矿物组成不同，
因而其密度也不同。
☺ 多数土壤的密度为2.6~2.7g/cm3，因此计算中往往采用“常
用密度值 2.65 g/cm3 。
表 4－2 一种森林土壤表层各级土粒的密度
粒级（mm） 全土样
0.10～0.05 0.05～0.01 0.01～0.005 0.005～0.001
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1. 土壤结构体的类型
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1. 土壤结构体的类型
块状和核状结构
“土坷垃”
形状：立方体型，边面棱角不明显，内部紧实。 出现部位及原因：
出现部位：表土层、耕作层 出现原因：有机质少，质地粘重。 大小划分（轴长）： >10 cm 大块状结构；5~10 cm 块状结构；1~5 cm 碎块状结 构。
1、是养分的转化剂 2、是养分的运输载体
土体的血液
3、是养分消耗过程的调节剂
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第三章 土壤的基本性状
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主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
土壤的孔隙性 土壤的结构性 土壤的耕性 土壤的酸碱性 土壤的电性与离子交换 土壤的氧化还原状况
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本章重点
• 土壤的容重及孔隙度的计算 • 团粒结构的特点（优点） • 土壤酸度的种类、来源、与养分的关系 • 土壤离子交换特点、意义 • 土壤氧化还原状况与土壤管理的关系
有机—矿质复合体的胶结作用
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切割造型过程
干湿交替和冻融 交替作用
生物的作用
土壤耕作
干湿交替——胶体物 质的干缩湿胀导致，破 碎土团
冻融交替——冰的挤 压，破碎土团；胶体脱 水凝聚（北方秋耕、冬 灌和冬犁晒垡）
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分割和挤压作用
分泌物和死亡后产 生的多糖和腐殖质的 团聚作用
<0.001
腐殖质（g/kg) 29.5 0 4.3 14.8 53.7 64.2
密度(g/cm3) 2.62 2.66 2.66 2.62 2.59 2.59
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1. 土壤相对密度和容重
土壤容重（Bulk Density）***：自然状态下 单位体积土壤（包括孔隙体积）的烘干重
土壤容重值多介于1.0-1.5g/cm3范围内 夯实的土壤容重则可高达1.8-2.0g/cm3
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1. 土壤结构体的类型
块状和核状结构
形状：立方体型，边面棱角明显，结构表面往往有铁锰胶 膜出现，泡水以后不易散开。
出现部位及原因： 出现部位：淀积层（心土、底土层耕作层） 出现原因：有机质极缺，质地粘重，干湿冻融交替作用下 形成。
大小划分（轴长）： 1~3 cm
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